3006 RPi5 UPS Scap PD 5V5A：修订间差异
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=== 5.1 打开I2C接口 === | === 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： | |||
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2025年1月3日 (五) 13:48的版本
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：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。
2. 超级电容充电时长数据：
| 电容容量 | 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）：
我们可以在树莓派5的USB-C输入口上插一个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：
| 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 |
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：
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：
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（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。
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：
sudo nano /boot/firmware/config.txt
查看红框处的i2c_arm是否设置了on，如果没有，请设置：
5.2 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（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。
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