UPS Module 3S Waveshare Модуль ИБП с тремя выходами напряжения

Обратите внимание! Модуль Raspberry Pi не входит в комплектацию.

Технические характеристики

• Модель: UPS Module 3S Waveshare
• Совместимость: Raspberry Pi 3 / 3+ / 4 / 5 и др. платформы
• Тип устройства: источник бесперебойного питания
• Батарея резервного питания: 3x 2600мАч 18650 Li-ion (3S)
• Входное напряжение и ток заряда: 12.6В DC / до 2A
• Выходное напряжение и ток разряда, макс.:
  • выход 1 (3V3): 3.3В / 300мА, стабилизированный
  • выход 2 (5V): 5.1В / 5А, стабилизированный
  • выход 3 (BAT): 12.6В / 5А, нестабилизированный
• 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
  • DC5521: для заряда батареи
  • USB-C, XH2.5-2, 2*4pin : для питания периферии
• Светодиодная индикация
  • Модуль UPS: обратная полярность батареи
  • Зарядное устройство: состояние заряда батареи
• Управление: переключатель питания OFF/ON, кнопка пуска Boot
• Монтажные отверстия: 4хØ3.0мм
• Размеры
  • платы UPS Power Module: 93 х 60 х 29.0мм
  • упаковки: 205 х 149 х 55мм
• Вес
  • нетто (модуль с батареей): 250г
  • брутто: 430г

Комплектация

• Модуль UPS Module 3S Waveshare - 1шт
• Батарея аккумуляторная литиевая 18650 Li-ion 2600mAh - 3 шт
• Зарядное устройство сетевое: AC100-240В / DC12.6В 2А - 1шт
• Кабель DC5521/XH2.54-2 - 1 шт
• Кабель XH2.54-2/XH2.54-2 - 1 шт
• Кабель USB-C/XH2.54-2 - 1 шт
• Выключатель на проводе XH2.54-2 - 1 шт
• Акриловый корпус - 1шт
• Набор 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 информации в реальном времени. Например, это могут быть системы круглосуточного мониторинга за датчиками, умные автомобильные парковки или вендинговое оборудование, и др. Одной из главных причин неустойчивой работы перечисленных приложений являются недопустимые 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 отрезка времени целиком компенсировать перечисленные проблемы с напряжением во внешней сети. Переключение между линиями внешнего питания и резервной батареей в ИБП осуществляется незаметно для потребителя, без глубокого падения напряжения.

Универсальный модуль UPS Module 3S Waveshare идеально подходит для реализации сценариев бесперебойного питания различных приложений, базирующихся на микроконтроллерах разных программируемых платформ. Это и Raspberry Pi, и STM32 или Arduino. Через ИБП энергия передаётся в цепи нагрузки безразрывно. За счёт использования в конструкции нескольких популярных коммутационных разъёмов DC5521, XH2.54-2 и USB-C, легко интегрируется в любую схему энергопитания. Модуль компактного бесперебойника UPS Module 3S 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 обеспечивающим максимальную безопасность в процессе эксплуатации. Благодаря наличию многоуровневой защиты, значительно продлевается срок службы литиевой батареи резервного питания, состоящей из трёх элементов 18650, каждый ёмкостью 2600мАч.

Дизайн и интерфейсы платы ИБП UPS Module 3S Waveshare

Модуль ИБП изготовлен в свободном размере 93 х 60мм и имеет 4 монтажных отверстия Ø3.0мм по бокам. С нижней стороны на плате бесперебойника располагается вся электроника, с верхней —  батарея резервного питания и интерфейсы управления/входа-выхода рабочего напряжения.  Многократно перезаряжаемая аккумуляторная батарея составляется из трёх одничоных литий-ионных элементов формата 18650, включенных в последовательном порядке. Пользовательские интерфейсы размещены по краям трёхсекционного пластикового отсека. В их числе значаться: двухрядный 8-контактный разъём с выходом напряжения 3.3В/5В и последовательной шиной I2C/IIC, кнопка ручного запуска защиты Boot, входом напряжения 12.6В/2А для заряда батареи INPUT, выносной кнопкой управления внутренней схемой энергораспределения SWITCH, прямым выходом с контактов батареи BAT, и выходом стабилизированного напряжения 5В. В комплектации для модуля предусмотрен простенький многослойный разборный акриловый корпус, крепящийся на шестигранных стойках и винтах.

Восполнение заряда батареи резервного питания осуществляется от входящего в комплектацию зарядного устройства 12.6В 2А постоянного тока DC, подключенного через разъём DC5521 (гнездо-штекер с размерами 5.5мм/2.1мм). Максимальный ток разряда аккумулятора не должен превышать 5000мА в продолжительном режиме потребления. В схему бесперебойника встроен датчик тока и напряжения INA219 для мониторинга и расчёта в реальном времени значений остаточного заряда аккумулятора, текущего уровня напряжения батареи, а также значения тока и мощности потребления нагрузкой. Чип INA219 запитывается напряжением от интегрированного 3-вольтового регулятора. Пример кода приложения мониторинга для платформы Raspberry Pi, STM32 и Arduino можно загрузить в разделе "Программное обеспечение".

Интерфейсы модуля ИБП USB Module 3S Waveshare

Размещение компонентов питания и защиты на плате ИБП

1. Защита батареи от перезаряда/переразряда
2. Понижающий преобразователь-стабилизатор 5В
3. Схема балансировки (уравнивания) заряда элементов батареи
4. Мониторинг напряжения и тока
5. Понижающий преобразователь-стабилизатор 3.3В
6. Силовые ключи схемы питания
7. Силовые ключи схемы защиты батареи
8. Порт питания ИБП 12.6В 2А
9. Переключатель управления выходным напряжением
10. Выход напряжения батареи 3S
11. Выход напряжения 5В
12. Индикаторы обратной полярности батареи
13. Многофункциональный разъём
14. Селектор подтягивающего напряжения 3.3В(по умолчанию)/5В для шины I2C

Назначение выводов многофункционального 8-контактного порта

Индикаторы обратной полярности батареи

Модуль UPS Module 3S Waveshare обладает визуальной светоиндикаторной системой защиты батареи от обратной полярности. Батарея резервного питания состоит из трёх отдельных элементов 18650 с напряжением 3.7 вольта (4.2 вольта при полной зарядке). Для каждого энергоэлемента предусмотрен свой предупреждающий индикатор, зажигающийся 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 допускается только в обесточенном состоянии (кнопка управления напряжением питания SWITCH в положении выключено - OFF).

Физические размеры, мм

Программное обеспечение

1. Исходники и примеры для UPS Module 3S Waveshare (zip-архив)

Документация

1. Руководство пользователя UPS Module 3S (web-версия)
2. Электрическая принципипальная схема UPS Module 3S (PDF)
3. Спецификация INA219 TI датчика напряжения и тока (англ., PDF)

Порядок сборки корпуса