3006 RPi5 UPS Scap PD 5V5A：修订间差异

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== '''关键词''' ==
== '''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
树莓派5、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''' ==
== '''一、简介''' ==
超级电容UPS
此RPi5 超级电容5V5A PD模块是专为树莓派5设计的基于超级电容的UPS不间断电源。支持边充边放，5V5A输出，支持5V PD握手协议。
 
尺寸和树莓派5一致，可安装于树莓派5下方，通过顶针或者USB-C小板通讯和供电。可通过I2C查看电压、电流和充放电状态。


== '''二、硬件资源''' ==
== '''二、硬件资源''' ==
{| class="wikitable"
|+
|输入
|USB-C接口供电，PD握手电压12V，请务必使用PD或者QC电源供电；输入功率建议30W起步；
电源输入后分两路：一路降压到5.2V直接给目标板供电；


== '''三、使用说明''' ==
另一路给超级电容充电，为了安全起见，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。
|-
|输出
|5V5A输出，采用高效升压和降压DC-DC电源芯片；
双接口，USB-C和USB-A接口，两个接口共享5V5A；


=== 3.1 版本说明 ===
USB-C带有PD握手协商功能，可采用USB-C小板对树莓派5供电，可实现5V5A PD握手协议；也可以用于接其他开发板；
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）。
USB-A，可对其它用电设备供电；
 
|-
'''''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。'''''
|超级电容
 
|串联结构，可选22F/60F/100F，满足不同的续航要求，电容充满最高电压为5.4V；
'''''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。'''''
|-
 
|掉电检测
=== 3.2 输入输出 ===
|一个掉电检测插针；若是树莓派5，可以通过40PIN的GPIO26检测外部电源是否掉电；
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）。5V输入输入后分两路：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：INPUT）、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。
|-
 
|电流电压检测
2. 超级电容充电时长数据：
|可通过I2C接口读取超级电容的电压和电流，并通过电流方向判断是在充电状态还是放电状态；
{| class="wikitable"
|-
| rowspan="2" |电容容量
|可自定义关断电压
| colspan="2" |电容电压
|分别对应续航优先或输出能力优先，关断电压分1.6V/2V/2.4V，出货默认1.6V；
|-
|开关/按键
|一个电源开关，可关断输出以确保安全拆装模块；
一个放电按键，用于快速放电以便安全收纳；比如在使用完毕后，建议按此键为超级电容进行放电，确保安全。
|-
|-
|0V->5.2V
|LED灯
|2.4V->5.2V
|一个电源指示灯；
5个超级电容的电量指示灯，22F充电时间为3分钟左右，100F充电时间为15分钟左右；
|-
|-
|22F
|尺寸
|2min55s
|85*56mm。
|1min18s
|-
|-
|100F
|版本
|15min
|2个版本，分树莓派5版本和普通版本；
|4min36s
树莓派5版本：配USB C-C转接板，I2C接口和掉电检测接口均为顶针设计；
 
普通版本：配USB A-C线，I2C接口和掉电检测接口均为2.54mm插针。
|}
|}
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OS或者Ubuntu系统也会提示此电源不支持5V5A，如图所示（以树莓派OS为例）：
'''''注意：超级电容因为能量大且内阻小，在有电的时候禁止超级电容的正负极短接；也禁止两个超级电容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。'''''
 
http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/3006_UPS_Scap_PD_05.jpg
 
http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/3006_UPS_Scap_PD_06.jpg


http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_16.jpg
http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/3006_UPS_Scap_PD_07.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。
http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/3006_UPS_Scap_PD_08.jpg


=== 3.3 UPS功能 ===
== '''三、续航时间''' ==
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：
外部电源断电后自动切换到超级电容供电，以供主板保存数据关闭系统。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。）'''''
'''''（注：三种模式，即长续航模式、平衡模式、性能模式，是通过线路板上的电阻来调节的，出厂默认是长续航模式。）'''''


100F版本，充电至5.16V开始放电：
100F版本，充电至5.16V开始放电：
第126行： 第146行：
|47s
|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。
 
== '''四、相关说明''' ==
 
=== 4.1 PD握手协议 ===
树莓派5的电源C口采用非标PD握手协议，故若输入的电源不符合树莓派5的握手协议，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，如图红框所示（以树莓派系统为例）：
 
http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_16.jpg
 
我们的超级电容模块输出C口自带PD握手协议，可实现与树莓派5握手，供电5V5A，系统不会弹窗。
 
如果你要用超级电容同时给2个树莓派5供电，则可以在USB-A口上插上我司的USB A-C PD适配器，也可以实现和树莓派5正常握手协商，系统不弹窗。如下：
 
 
 
=== 4.2掉电特征 ===
1）外部电源断电后再上电，此时超级电容已放电放完。
 
外部电源断电后，超级电容的电量完全放完后，再次上电，系统将会自动启动。
 
2）外部电源断电后再上电，超级电容还有点电。
 
外部电源断电后，超级电容的电量未放完，此时超级电容处于截止关闭状态，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。
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 ===
'''''注意：断电后插电，相当于按一次树莓派5的开关机按键，系统会弹出如下关机菜单：'''''
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、超级电容的充放电专题台、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。
http://www.mcuzone.com/wiki/5001_CM5_WiFi7-PoE/5001_CM5_WiFi7-PoE_47.jpg
 
'''''如果不点掉这个菜单，再次断电后插电，相当于再按一次开关机按键，此时树莓派5就会自动关机。'''''
 
== '''五、掉电检测演示''' ==
板载一路掉电检测电路，如果是树莓派5，是直接接40PIN GPIO里的GPIO26来检测。具体操作如下：
 
== '''六、电压电流检测（树莓派系统）''' ==
超级电容UPS可以通过I2C电路接目标板，读取电压和电流的数值，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。


== '''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
此操作基于树莓派系统版本为：2024-11-19-raspios-bookworm-arm64.img.xz


第142行： 第189行：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit


=== 4.1 打开I2C接口 ===
=== 6.1 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：
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：


第153行： 第200行：
这样就完成了相关配置。
这样就完成了相关配置。


=== 4.2 查看电源实时参数 ===
=== 6.2 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：
打开树莓派终端，下载查看电源实时参数软件：


第162行： 第209行：
<code>python INA219.py</code>
<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，放电到电容电压为3V左右重新开始充电，直至充满（5.2V）为止。
这里演示了超级电容UPS在充满电的情况下（电容电压5.2V左右）开始放电，放电到电容电压3V以下重新开始充电，直至充满（电容电压5.2V左右）为止。
 
<html><video controls="controls" preload="auto" height="220" width="400">
<source src="http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/scap_rpos_250221.mp4" type="video/mp4" />
</video></html>
 
== '''七、电压电流检测（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
 
=== 7.1 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，请按下图进行设置：
 
http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_09.jpg
 
=== 7.2 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（电容电压5.2V左右）开始放电，放电到电容电压3V以下重新开始充电，直至充满（电容电压5.2V左右）为止。
 
<html><video controls="controls" preload="auto" height="240" width="500">
<source src="http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/scap_ubuntu_250221.mp4" type="video/mp4" />
</video></html>


<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>
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2025年4月1日 (二) 17:08的版本

关键词

树莓派5、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

此RPi5 超级电容5V5A PD模块是专为树莓派5设计的基于超级电容的UPS不间断电源。支持边充边放，5V5A输出，支持5V PD握手协议。

尺寸和树莓派5一致，可安装于树莓派5下方，通过顶针或者USB-C小板通讯和供电。可通过I2C查看电压、电流和充放电状态。

二、硬件资源

输入 USB-C接口供电，PD握手电压12V，请务必使用PD或者QC电源供电；输入功率建议30W起步；

电源输入后分两路：一路降压到5.2V直接给目标板供电；

另一路给超级电容充电，为了安全起见，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。

输出 5V5A输出，采用高效升压和降压DC-DC电源芯片；

双接口，USB-C和USB-A接口，两个接口共享5V5A；

USB-C带有PD握手协商功能，可采用USB-C小板对树莓派5供电，可实现5V5A PD握手协议；也可以用于接其他开发板；

USB-A，可对其它用电设备供电；

超级电容 串联结构，可选22F/60F/100F，满足不同的续航要求，电容充满最高电压为5.4V；
掉电检测 一个掉电检测插针；若是树莓派5，可以通过40PIN的GPIO26检测外部电源是否掉电；
电流电压检测 可通过I2C接口读取超级电容的电压和电流，并通过电流方向判断是在充电状态还是放电状态；
可自定义关断电压 分别对应续航优先或输出能力优先，关断电压分1.6V/2V/2.4V，出货默认1.6V；
开关/按键 一个电源开关，可关断输出以确保安全拆装模块；

一个放电按键，用于快速放电以便安全收纳；比如在使用完毕后，建议按此键为超级电容进行放电，确保安全。

LED灯 一个电源指示灯；

5个超级电容的电量指示灯，22F充电时间为3分钟左右，100F充电时间为15分钟左右；

尺寸 85*56mm。
版本 2个版本，分树莓派5版本和普通版本；

树莓派5版本：配USB C-C转接板，I2C接口和掉电检测接口均为顶针设计；

普通版本：配USB A-C线，I2C接口和掉电检测接口均为2.54mm插针。

注意：超级电容因为能量大且内阻小，在有电的时候禁止超级电容的正负极短接；也禁止两个超级电容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。

3006_UPS_Scap_PD_05.jpg

3006_UPS_Scap_PD_06.jpg

3006_UPS_Scap_PD_07.jpg

3006_UPS_Scap_PD_08.jpg

三、续航时间

外部电源断电后自动切换到超级电容供电，以供主板保存数据关闭系统。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，是通过线路板上的电阻来调节的，出厂默认是长续航模式。）

100F版本，充电至5.16V开始放电：

输出电压电流 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：

输出电压电流 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

四、相关说明

4.1 PD握手协议

树莓派5的电源C口采用非标PD握手协议，故若输入的电源不符合树莓派5的握手协议，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，如图红框所示（以树莓派系统为例）：

3003_21700_5V5A_PD_16.jpg

我们的超级电容模块输出C口自带PD握手协议，可实现与树莓派5握手，供电5V5A，系统不会弹窗。

如果你要用超级电容同时给2个树莓派5供电，则可以在USB-A口上插上我司的USB A-C PD适配器，也可以实现和树莓派5正常握手协商，系统不弹窗。如下：


4.2掉电特征

1）外部电源断电后再上电，此时超级电容已放电放完。

外部电源断电后，超级电容的电量完全放完后，再次上电，系统将会自动启动。

2）外部电源断电后再上电，超级电容还有点电。

外部电源断电后，超级电容的电量未放完，此时超级电容处于截止关闭状态，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。

注意：断电后插电，相当于按一次树莓派5的开关机按键，系统会弹出如下关机菜单：

5001_CM5_WiFi7-PoE_47.jpg

如果不点掉这个菜单，再次断电后插电，相当于再按一次开关机按键，此时树莓派5就会自动关机。

五、掉电检测演示

板载一路掉电检测电路，如果是树莓派5，是直接接40PIN GPIO里的GPIO26来检测。具体操作如下：

六、电压电流检测（树莓派系统）

超级电容UPS可以通过I2C电路接目标板，读取电压和电流的数值，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。

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

6.1 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：

3003_21700_5V5A_PD_07.jpg

这样就完成了相关配置。

6.2 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：

wget -O INA219.py http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/INA219.py.zip

随后运行该软件，即可看到电源实时参数：

python INA219.py

这里演示了超级电容UPS在充满电的情况下（电容电压5.2V左右）开始放电，放电到电容电压3V以下重新开始充电，直至充满（电容电压5.2V左右）为止。

七、电压电流检测（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

7.1 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：

sudo nano /boot/firmware/config.txt

查看红框处的i2c_arm是否设置了on，如果没有，请按下图进行设置：

3003_21700_5V5A_PD_09.jpg

7.2 查看电源实时参数

打开Ubuntu系统终端，首先安装smbus支持：

sudo apt-get install python3-smbus

然后下载查看电源实时参数软件：

wget -O INA219.py http://www.mcuzone.com/wiki/3006_UPS_Scap_PD/INA219.py.zip

随后运行该软件，即可看到电源实时参数：

python3 INA219.py

这里演示了超级电容UPS在充满电的情况下（电容电压5.2V左右）开始放电，放电到电容电压3V以下重新开始充电，直至充满（电容电压5.2V左右）为止。

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