Модуль бесперебойного питания Jetson Nano UPS Power Module (B) Waveshare

Технические характеристики

• Модель: UPS Power Module (B) Waveshare
• Совместимость: NVidia Jetson Nano 4GB B01 / NVidia Jetson Nano 2GB
• Тип устройства: источник бесперебойного питания
• Батарея резервного питания: 4x 2600мАч 18650 Li-ion (2S2P)
• Входное напряжение и ток заряда: 8.4В DC / до 2A
• Выходное напряжение и ток разряда: 5.1В / макс.5А
• Чип мониторинга напряжения и тока: INA219 TI, I2C/IIC
• Встроенная защита: от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания и переполюсовки
• Интегрированный 5-вольтовый регулятор: SY8286 SILERGY
• Интегрированный 3-вольтовый регулятор: RT9193-33
• Разъёмы
  • DC4017: для заряда батареи
  • Pogo контакты: для питания Jetson Nano
• Индикация
  • Модуль UPS: обратная полярность батареи
  • Зарядное устройство: статус заряда батареи
• Управление: переключатель питания OFF/ON, кнопка пуска Boot
• Монтажные отверстия: 4хØ2.5мм
• Размеры
  • платы UPS Power Module: 100 х 79 х 29.2мм
  • упаковки: 205 х 149 х 55мм
• Вес
  • нетто (модуль с батареей): 240г
  • брутто: 470г

Комплектация

• Модуль UPS Power Module (B) Waveshare - 1шт
• Батарея аккумуляторная литиевая 18650 Li-ion 2600mAh - 4 шт
• Зарядное устройство сетевое: AC100-240В / DC8.4В 2А - 1шт
• Акриловое защитное стекло - 1шт
• Набор стоек и крепежа - 1компл

Вопрос надёжной сохранности цифровой информации в условиях вероятного возникновения перебоев энергоснабжения, часто занимает не последнее место при разработке электронного приложения. Тема организации стабильного питания исключительно важна для большого круга приложений, которые занимаются непрерывной обработкой потоков данных в реальном времени. Например, это могут быть системы круглосуточного мониторинга за датчиками, умные автомобильные парковки или вендинговое оборудование, и др. Ключевой причиной неустойчивой работы подобных приложений являются недопустимо большие просадки или полное отключение напряжения питания из-за перегрузок, обрывов или короткого замыкания в линиях электропередач. Источник бесперебойного питания (англ. UPS - Uninterruptible Power Supply) имеет индивидуальную перезаряжаемую батарею резервного напряжения и позволяет на протяжении некоторого "аварийного" отрезка времени целиком компенсировать проблему электроснабжения, связанную с отсутствием рабочего напряжения во внешней сети. Переключение между линиями внешнего питания и резервной батареей в ИБП осуществляется незаметно для потребителя, без глубокого падения напряжения.

Модуль UPS Power Module (B) Waveshare предназначен для реализации сценариев бесперебойного питания различных ИИ-приложений, созданных на основе моделей NVidia Jetson Nano 4GB (B01) DevKit или NVidia Jetson Nano 2GB DevKit с интегрированным 40-контактным разъёмом выводов общего назначения (GPIO). Аккумуляторная плата поддерживает несущие платы других производителей, в том числе Waveshare Jetson-IO-Base-A. Схема модуля компактного бесперебойника UPS Power Module (B) Waveshare выделяется среди прочих аналогичных решений продвинутым комплексом защиты резервной батареи от перезаряда, от переразряда, от перегрузки по току, от короткого замыкания и переполюсовки, в полном объёме обеспечивающие максимальную безопасность в процессе эксплуатации. Многоуровневая защита значительно продлевает срок службы резервной литиевой батареи, состоящей из четырёх элементов 18650.

Дизайн и интерфейсы платы ИБП UPS Power Module (B) Waveshare

ИБП UPS Power Module (B) Waveshare выполнен в размерах, эквивалентных по длине и ширине материнской плате NVidia Jetson Nano Devkit. Он крепится шестигранными стойками к мини-ПК со стороны, на которой отсутствуют какие-либо пользовательские разъёмы. Противоположная сторона UPS Power Module (B) с отсеком держателя элементов батареи резервного питания защищается прозрачной акриловой пластиной. В добавок, пластина одновременно является ещё и опорной плоскостью. Расположение пружинных соединительных Pogo-контактов соответствует распиновке 40-контактного разъёма GPIO. Кроме напряжения питания 5 вольт, Pogo-контакты обеспечивают обмен данными по последовательной шине I2C/IIC между платами UPS и Jetson Nano. Модуль ИБП вручную управляется кнопкой Boot для запуска схемы защиты батареи после её извлечения и повторной установки в ИБП, а также двухпозиционным ползунковым переключателем OFF/ON для включения или отключения резервного напряжения.

Восстановление энергии резервной батареи осуществляется от входящего в комплектацию зарядного устройства 8.4В 2А постоянного тока DC, подключенного через разъём DC4017 (гнездо-штекер с размерами 4.0мм/1.7мм). В цепь питания Jetson Nano, бесперебойник UPS Power Module (B) выдаёт заряд стабилизированного напряжения 5 вольт через Pogo-контакты с маркировкой 5V+GND. Максимальный ток разряда аккумулятора, с учётом потребления платой ИИ-компютера Jetson Nano, составляет 5000мА в продолжительном режиме потребления. Сеанс автономной работы модуля UPS Power Module (B) при отключенном внешнем источнике питания целиком зависит от основных значений: остаточном уровне заряда в резервной батарее и величине расходуемой энергии. Проведённые производителем тесты полностью заряженной батареи UPS Power Module (B) показали 10-12 часов автономной работы Jetson Nano в режиме Standby.

Интерфейсы модуля ИБП USB Power Module (B) Waveshare

В схему бесперебойника встроен датчик тока и напряжения INA219, используемый ПО Jetson Nano для расчёта значений остаточного заряда аккумулятора, текущего уровня напряжения батареи, а также значения тока и мощности потребления нагрузкой. Чип INA219 получает напряжение от интегрированного на плату 3.3-вольтового регулятора.

Cхемы защиты и стабилизации модуля UPS Power Module (B) Waveshare

Модуль UPS Power Module (B) Waveshare обладает светоиндикаторной системой защиты батареи от обратной полярности. Батарея резервного питания состоит из четырёх отдельных элементов 18650 с напряжением 3.7 вольта (4.2 вольта при полной зарядке). Для каждого энергоэлемента предусмотрен свой предупреждающий индикатор, включающийся красным светом в том случае, если  аккумулятор 18650 неправильно расположен в отсеке держателя. Подключение напряжения для заряда батареи при любом светящемся индикаторе повлечёт повреждение цепей защиты.

Внимание! Установка или извлечение элементов 18650 допускаются только в обесточенном состоянии (переключатель напряжения питания в положении выключен - OFF).

1. Защита от перегрузки по току
2. Индикаторы обратной полярности батареи
3. Мониторинг напряжения и тока
4. Схема балансировки (уравнивания) заряда элементов батареи
5. Защита батареи от перезаряда/переразряда
6. Понижающий преобразователь-стабилизатор 5В
7. Pogo-контакты питания и шины I2C/IIC

Физические размеры, мм

Программное обеспечение

1. Исходники и примеры на Python для UPS Power Module (B) Waveshare (zip-архив)

Документация

1. Руководство пользователя UPS Power Module (B) Waveshare (web-версия)
2. Электрическая принципиальная схема UPS Power Module (B) Waveshare (PDF)
3. Спецификация INA219 TI датчика напряжения и тока (англ., PDF)
4. Спецификация HY2120 HT двухэлементного контроллера защиты Li-Ion (англ., PDF)
5. Спецификация HY2213 HT одноэлементного контроллера защиты Li-Ion (англ., PDF)