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3006 RPi5-UPS Scap-PD 5V5A
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== '''关键词''' == 树莓派5、Raspberry Pi、超级电容、UPS、PD握手、5V5A、边充边放、I2C检测电流电压、长续航、平衡、性能、22F、100F、GPIO检测 == '''一、简介''' == 超级电容UPS == '''二、硬件资源''' == == '''三、使用说明''' == === 3.1 版本说明 === 超级电容UPS按电容容量大小分100F版和22F版,电容最高输出电压都是5.4V(2.7V*2)。 超级电容UPS有三种输出方式:分别为USB-A和USB-C以及镀金顶针,分两个版本:顶针版(USB-A输出、USB-C输出、镀金顶针输出)和USB版(USB-A输出、USB-C输出)。 '''''注意1:超级电容因为能量大且内阻小,在有电的时候禁止正负极短接。两个超级电容的连接方式是串联,因此也禁止两个超级电容的电路的两端正负极短接。对于因超级电容两极短接导致的任何风险我们概不承担,请小心使用。因超级电容两极短接导致的器件损坏不在保修范围内。''''' '''''注意2:PCB板上方有放电按钮(丝印:DISCHARGE),在使用完毕后或者需要运输之前,请按此键为超级电容进行放电。''''' === 3.2 输入输出 === 1. 外部电源使用5V输入,输入口为PCB板左侧的USB-C输入口(丝印:INPUT)。电源输入后分两路:一路通过升压到12V后PD握手,然后降压到5.2V通过USB-A口、USB-C输出口(背部丝印:OUTPUT)、镀金顶针输出(限顶针版);另一路给超级电容充电,为了安全起见,限制充电到5.2V后停止充电。这两路之间有隔离电路,因此不会同时进行输出。在有外部输入的情况下,默认通过第一路,即外部电源进行输出。 2. 超级电容充电时长数据: {| class="wikitable" | rowspan="2" |电容容量 | colspan="2" |电容电压 |- |0V->5.2V |2.4V->5.2V |- |22F |2min55s |1min18s |- |100F |15min |4min36s |} 3. PD握手协议。采用外部电源或者超级电容给树莓派5供电时,即使输入的电压和电流符合5V5A的要求,树莓派系统或者Ubuntu系统也会提示此电源不支持5V5A,如图所示(以树莓派系统为例): http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_16.jpg 我们可以在树莓派5的USB-C输入口上插一个[[3005 USB A-C PD Adapter and PD Dongle#三、PD Dongle|USB PD Dongle]],或者使用一个USB C-C连接器,连接超级电容UPS的USB-C输出口(支持5V5A PD协议,可于树莓派5正常协商),与树莓派5的USB-C输入口,即可解决该问题。 === 3.3 UPS功能 === 1. 外部电源断电自动切换UPS(超级电容),可实现无缝衔接。超级电容UPS在各个截止关闭电压下,实测的可维持时间列表如下: '''''(注:三种模式,即长续航模式、平衡模式、性能模式,是通过PCB上的电阻来调节的,具体使用哪种模式,是在出厂时就设定好的。)''''' 100F版本,充电至5.16V开始放电: {| class="wikitable" | rowspan="2" |输出电压电流 | colspan="3" |可维持时间 |- |长续航模式(1.6V关闭) |平衡模式(2V关闭) |性能模式(2.4V关闭) |- |5V5A |11s |11s |11s |- |5V4A |17s |17s |17s |- |5V3A |26.5s |26.5s |26s |- |5V2A |47.5s |47s |44s |- |5V1A |1min41s |1min36s |1min28s |- |5V0.5A |3min31s |3min19s |3min01s |} 22F版本,充电至5.2V开始放电: {| class="wikitable" | rowspan="2" |输出电压电流 | colspan="3" |可维持时间 |- |长续航模式(1.6V关闭) |平衡模式(2V关闭) |性能模式(2.4V关闭) |- |5V5A |3s |3s |3s |- |5V4A |4s |4s |4s |- |5V3A |6s |6s |6s |- |5V2A |11s |11s |10s |- |5V1A |26s |24s |23s |- |5V0.5A |55s |51s |47s |} 2. 掉电后重新上电。树莓派5在掉电后,如果完全断电,那在下次来电时,系统将会自动启动。因此如果掉电后,使用超级电容供电至电容内的电量完全放完,那在外部电源来电后,树莓派5是可以自动启动的。但是如果此时电容内还有电,只是处于截止关闭状态,则树莓派5会认为此时只是处于待机状态而不是断电状态,所以并不会自动启动系统。 为了解决这个问题,我们设计了断电自启电路,在超级电容处于截止关闭状态下,如果此时外部输入电源恢复正常输入,该电路会通过USB-C输出口旁边的顶针,给树莓派5一个开机信号,使系统自动重启。 === 3.4 状态检测 === 1. I2C充放电检测。超级电容UPS可以通过I2C电路,读电压和电流,检测超级电容的状态。包括:电源的状态是就绪还是掉电、超级电容的充放电状态、超级电容剩余多少电量,等等。 2. GPIO检测状态。可以通过放电按钮右侧的镀金顶针,通过GPIO引脚,检测超级电容UPS的状态是就绪还是掉电。 == '''四、查看电源实时参数(树莓派系统)''' == 此操作基于树莓派系统版本为:2024-11-19-raspios-bookworm-arm64.img.xz 树莓派系统下载地址: https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit === 4.1 打开I2C接口 === 本UPS是通过I2C接口查看电源实时参数,需要在树莓派系统下打开I2C接口: 左上角树莓派标志—Preferences—Raspberry Pi Configuration—Interfaces 将I2C打开,如图所示: http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_07.jpg 这样就完成了相关配置。 === 4.2 查看电源实时参数 === 打开树莓派终端,下载查看电源实时参数软件: <code>wget -O INA219.py <nowiki>http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/INA219.py.zip</nowiki></code> 随后运行该软件,即可看到电源实时参数: <code>python INA219.py</code> 这里演示了超级电容UPS在充满电的情况下(输出电压5.2V)开始放电,放电到电容电压3V以下重新开始充电,直至充满(5.2V)为止。 <html><iframe style="width: 400px; height: 220px;" frameborder="0" src="http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/upsiic_pios.mp4" allowfullscreen></iframe></html> == '''五、查看电源实时参数(Ubuntu系统)''' == 此操作基于Ubuntu系统版本为:ubuntu-24.10-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz Ubuntu系统下载地址: https://ubuntu.com/download/raspberry-pi === 5.1 打开I2C接口 === 本UPS是通过I2C接口查看电源实时参数,需要确认Ubuntu系统是否打开了I2C接口: <code>sudo nano /boot/firmware/config.txt</code> 查看红框处的i2c_arm是否设置了on,如果没有,请设置: http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_09.jpg === 5.2 查看电源实时参数 === 打开Ubuntu系统终端,首先安装smbus支持: <code>sudo apt-get install python3-smbus</code> 然后下载查看电源实时参数软件: <code>wget -O INA219.py <nowiki>http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/INA219.py.zip</nowiki></code> 随后运行该软件,即可看到电源实时参数: <code>python3 INA219.py</code> 这里演示了超级电容UPS在充满电的情况下(输出电压5.2V)开始放电,放电到电容电压3V以下重新开始充电,直至充满(5.2V)为止。 <html><iframe style="width: 500px; height: 240px;" frameborder="0" src="http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/upsiic_ubt.mp4" allowfullscreen></iframe></html> {{联系我们_图标}}
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3006 RPi5-UPS Scap-PD 5V5A
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