qUPS-P-SC: Raspberry Pi UPS HAT ultra-tartós szuperkondenzátorral
Az áramkimaradás többé nem ellenség. A qUPS-P-SC zökkenőmentesen hidalja át a rövid feszültségingadozásokat, hosszabb kimaradás esetén pedig biztosítja azt a kritikus időt, amely a Raspberry Pi biztonságos leállításához szükséges. Hosszú élettartamú, karbantartásmentes és környezetbarát megoldás, amely szélsőséges hőmérsékleti körülmények között is megbízhatóan működik.
Miért épp a qUPS-P-SC?Itt a válasz
A qUPS-P-SC mögötti koncepció
Olyan Raspberry Pi UPS-t akartunk alkotni, amely tartós, környezetbarát és a legzordabb körülmények között is megállja a helyét.
Mivel a hagyományos akkumulátor az UPS-ek gyenge pontja, az energiatároláshoz szuperkondenzátort választottunk. Ez extrém élettartamot, széles hőmérsékleti tartományt és fenntarthatóbb működést biztosít.
Tervezési döntéseink: A qUPS-P-SC részletei
Szabványos kialakítás
A qPIO a klasszikus HAT formafaktort követi az egyszerű összeszerelés érdekében. Csak csatlakoztassa a 40 tűs tüskesorra, és már kész is.
Bővíthető kapacitás
Nagy teljesítményű, 100-120F szuperkondenzátor a megbízható áthidaláshoz. A kapacitás külső modullal tovább bővíthető.
Kiváló hatásfok
Nagy hatékonyságú feszültségnövelő (boost) konverter maximalizálja az áthidalási időt.
Minimális energiaveszteség
Offline topológia a maximális hatásfokért. Hálózati kimaradáskor a feszültség csak pillanatokra (<1 ms) esik vissza, amit a Raspberry Pi stabilan, újraindulás nélkül kezel.
Sorolhatóság
A csatlakozó hosszított tüskékkel rendelkezik, így minden kivezetés kényelmesen elérhető a modul felső oldala felől is.
Intelligens kommunikáció
Azonnali riasztást küld a Raspberry Pi-nek tápvesztés vagy alacsony energiaszint esetén, lehetővé téve a rendszer biztonságos leállítását.
Közvetlen GPIO-kapcsolat
Egyszerű programozhatóság. Elkerülheti a kapacitás-limitált I2C busz extra terhelését: csupán 3 közvetlen GPIO portot használ a kommunikációhoz.
Néma mód
A kommunikáció kikapcsolható, így minden port szabadon felhasználható.
Megbízható csatlakozás
Robusztus, forrasztott tüskesor biztosítja a tápellátást és a jelek átvitelét. A rugós érintkezőkkel (pogo pin) ellentétben ez hosszú távon is stabil és rázkódásálló kapcsolatot garantál.
Zéro firmware
Nincs szükség szoftverre vagy konfigurációra, minden funkciót tiszta hardver valósít meg. Így a működés azonnali, stabil és mentes a kódolási hibáktól.
Leállási hiba kezelése
Megoldás az újraindulási hibákra: a qUPS garantálja a Pi indulását akkor is, ha a táp a leállási folyamat közben tér vissza.
Biztonságos indítás
AUTO módban a rendszer csak akkor indul el, ha elegendő energia áll rendelkezésre a teljes bootoláshoz és a leállításhoz. A szint állítható.
Restart-hurok gátlás
AUTO módban a qUPS lekapcsol az állítható küszöbszint alatt. Így elkerülhető a merülő akku miatti instabil működés és a végtelen újraindulási ciklus.
Manuális (ON) üzemmód
Azonnali indítás és maximális kapacitáskihasználás. Ideális, ha nincs szükség az AUTO mód biztonsági korlátaira.
A qUPS-P-SC lábkiosztása
B1-B2: ON-OFF
Táp OK/17
Alsó limit/27
Shutdown/22
B1-B2: ON-ON
Táp OK/05
Alsó limit/06
Shutdown/26
B1-B2: OFF-ON
Táp OK/23
Alsó limit/24
Shutdown/25
A qUPS-P-SC felépítése
1 - Raspberry Pi 2x20 tűs csatlakozó
2 - DIP Switch: GPIO port és érzékelési szint állítás
3 - Energiaszint LED visszajelzés
4 - Mód állító
5 - Másodlagos tápbemenet
6 - Táp LED
7 - USB-C csatlakozó: Táp bemenet
8 - Bemeneti szint állító potméter
9 - Kapacitás bővítő
10 - Reset csatlakozó
qUPS-P-SC technikai adatai
Adatlap letöltés
Energia tároló
- Típus
- Szuperkapacitás
- Kapacitás
- 100-120F
- Kapacitás bővíthetőség
- Töltési ciklus
- 500 000
- Üzemi hőm. tartomány
- -40..+65˚C
- Üzemidő RPi4 (max terhelés)
- 30 sec
Fizikai paraméterek
- Forma faktor
- Raspberry Pi HAT
- Méretek
- 65x56x23mm + 11mm header
- Sorolhatóság
- Cserélhető szuperkapacitás
Elektromos paraméterek
- Töltési áram
- 2A
- Maximális merülési áram
- 7.5A
- Maximális terhelés
- 2.5A
- Kimeneti fesz.
- 5V
Tápellátás
- Bemeneti fesz. az elsődleges csatlakozón
- 5V
- Bemeneti fesz. a másodlagos csatlakozón
- 5V
- USB PD (RPi5) kompatibilitás
Csatlakozók
- Elsődleges csatlakozó
- USB-C
- Másodlagos csatlakozó
- Reset
Kommunikáció
- Metódus
- 3 GPIO port
- GPIO port csoport
- 3 féle
- Kikapcsolható
Beállítás
- Mód kapcsoló
- AUTO-ON-OFF
- Állítható küszöbszintek
- Állítható bemeneti küszöb
Visszajelzés
- Tápellátás
- Szuperkapacitás energiaszint
- 3 LED
Biztonság
- Hibás polaritás védelem a másodlagos bemeneten
Vezérlés
- Raspberry Pi tápellátás külső lekapcsolása
Szoftver
- Vezérlő szoftver
- C++ & Python
qUPS család összehasonlítása
Raspberry Pi Energiaigény
Mitől függ egy Raspberry Pi áramfelvétele?
Egy Raspberry Pi fogyasztása sosem fix érték; dinamikusan változik a futtatott feladatok és a csatlakoztatott eszközök függvényében. A fő meghatározó tényezők a CPU terhelés (pl. 4K videó dekódolás vagy AI feladatok), a perifériák (USB-s kamerák, külső meghajtók) és az aktív hűtés (ventilátorok) energiaigénye.
Miért fogyaszt több áramot a Raspberry Pi 5, mint a Pi 4?
A Raspberry Pi 5 jelentős teljesítményugrást hozott, amihez megnövekedett áramigény társul. Míg a Pi 4 beérte kevesebbel, a Pi 5 az új PCIe interfész (NVMe SSD támogatás), a nagyobb órajelű processzor és a nagy sebességű USB portok miatt csúcsterhelés alatt akár az 5A-t is igényelheti. Ez az oka annak, hogy a Pi 5 használatakor sokkal kritikusabb a stabil tápellátás és a pufferelés.
qUPS-P-SC Technológia és Fizikai Korlátok
Miért rövidül le aránytalanul az áthidalási idő nagy terhelés (pl. Pi 5) esetén?
Nagy terhelésnél egy „kettős szorító” hatás érvényesül. Ahhoz, hogy a qUPS tartani tudja a stabil 5.2V kimenetet, a feszültség csökkenésével párhuzamosan egyre több áramot kell kivennie a kondenzátorból. Ez a folyamat azonban nem tarthat a végtelenségig: a növekvő áramigény miatt a rendszer kritikus feszültségszintje is „romlik”, azaz magasabb feszültségértéknél következik be a lekapcsolás. Emiatt nagy terhelésnél a kondenzátorban tárolt energiának egy jelentős része kinyerhetetlen marad, ami drasztikusan lerövidíti az áthidalási időt. Ezt a fizikai korlátot a qUPS Extender modul segítségével tudjuk ellensúlyozni, amely a kapacitás többszörözésével lassítja a feszültségesést.
Mi az a kritikus feszültségszint és a hardveres áramkorlát?
A kritikus feszültségszint az a határ, ameddig a belső DC-DC konverter még képes energiát kinyerni a kondenzátorból. Ezt a határt a modul maximum 7.5A-es hardveres áramlimitje (tipikusan 6.5A) jelöli ki. Ahogy nő a Raspberry Pi fogyasztása, ez a limit egyre korábban „fogyasztja el” a mozgásteret:
Alacsony terhelésnél (pl. Pi 2): A konverter kis árammal is beéri, így a kritikus szint 1.2V-ig javul – a kondenzátor szinte teljesen kisüthető. Ennek köszönhetően egy Raspberry Pi 2 üzemideje terhelés nélkül 168 másodperc, míg maximális terhelés mellett 80 másodperc.
Nagy terhelésnél (pl. Pi 5): A 7.5A-es limitet a rendszer már 2.0V – 2.2V-os kritikus feszültségnél eléri. Mivel a „romló” küszöbszint miatt a kondenzátor alacsonyabb feszültségtartományai már nem elérhetőek, az áthidalási idő a Pi 5 maximális terhelése mellett 8 másodpercre csökken, viszont még mindig 74 másodperc, ha a Pi5 terhelés nélkül üzemel.
qUPS-P-SC Tudástár
Github
Részletes információk, a felhasználói kézikönyv és a vezérlő szoftverek (C++ és Python) elérhetők a GitHub oldalunkon.
qUPS-P-SC Galéria
qUPS-P-SC 3D látvány & modell
qUPS-P-SC vásárlási lehetőségek
Gyakori kérdések qUPS-P-SC-vel kapcsolatban
Q: Szükséges külön driver telepítése?
A: A modul működik driver nélkül is, de a szabályos lekapcsoláshoz javasolt a Github-ról letölthető driver használata.
Q: Hogyan csatlakozik a UPS modul a Raspberry Pihez?
A: A modul a szabványos 40-tűs GPIO csatlakozón keresztül illeszkedik a Raspberry Pi tetejére (HAT formátum), így nincs szükség forrasztásra vagy extra kábelezésre.
Q: Szükséges-e külső rögzítés a modulhoz?
A: Igen, a stabil mechanikai kapcsolat érdekében javasoljuk a mellékelt M2.5-ös távtartók használatát a HAT négy rögzítőfuratánál.
Q: Kell-e külön tápkábel a Raspberry Pi-nek?
A: Nem, és kifejezetten tilos! A tápellátást kizárólag a UPS modul bemenetére szabad kötni. Ha a Raspberry Pi saját USB-C portját is táplálja, az a két tápforrás találkozása miatt maradandó károsodást okozhat mindkét eszközben.
Q: Kompatibilis a modul a Raspberry Pi 5-tel?
A: Igen, mechanikailag és elektromosan is kompatibilis. A qUPS modul illeszkedik a Pi 5 GPIO tüskéire, azonban a használhatóság függ a Pi 5 áramfelvételétől.
Q: Tartalmaz a qUPS-P-SC azonosító I2C EEPROM-ot?
A: Nem, a qUPS-P-SC nem tartalmaz EEPROM-ot, azonban a Raspberry Pi-n nincs szükség előzetes beállításra vagy konfigurációra. Csupán a vezérlőszoftvert (Control SW) kell elindítani a megfelelő paraméterekkel. Bár a modul HAT fizikai méretszabványú, az azonosító chip hiánya miatt nem teljes mértékben „HAT-kompatibilis” a hivatalos specifikáció szerint.