¿Cómo construyo un sistema UPS de respaldo de batería?

Como todos sabemos, la Raspberry Pi realmente no usa tanta energía (5v + 700mA es la especificación).

Me gustaría construir una batería de respaldo para cortes de energía de una manera artesanal. No necesito protección contra sobretensiones ni ninguna otra opción sofisticada, solo seguridad contra cortes de energía menores y caídas de tensión.

¿Cómo puedo colocar una batería de respaldo entre la Raspberry Pi y el cargador del teléfono que estoy usando para ejecutarla?

Su pregunta es más adecuada para el sitio Electrical Design Stackexchenge : porque siempre puede confiar en los Gurus allí, como Oli, para ayudar a diseñar circuitos fáciles y actualizados.

Creo que muchos más Raspberrianos formularán esta pregunta, por lo que este es realmente un muy buen lugar para responder a su pregunta.

Mi respuesta se centrará más en la ingeniería de su propio circuito para que pueda tener un control total de lo que quiere que haga.

El circuito debe manejar ...

1. Inicialmente decidir qué tipo de circuito necesita. ¿Alimentado por USB 5V? o tal vez por una fuente de 12 voltios? También puede alimentarlo desde una fuente de energía más baja como 3.3V / 1.5V, pero es muy ineficiente en la conversión de energía. Esta decisión también contribuye fundamentalmente a qué tipo de regulador de voltaje va a utilizar ... si lo tiene.
2. Mantener la batería cargada durante el funcionamiento normal (también cada tipo de batería requiere tener características de carga, ácido de plomo, Ni-Cd, Li-Ion, etc.)
3. El circuito necesita detectar cuándo la energía primaria (USB + 5V) deja de proporcionar energía o similar.
4. El circuito de respaldo para cargar su tipo de batería y un circuito embebido para posiblemente enrutar la energía al circuito principal cuando la alimentación principal está apagada.
5. Opcional. Instale un disparador en el circuito que se conecta al sistema de E / S de Raspberry PI para enviarle un correo electrónico, un mensaje de texto, hacer una llamada telefónica, activar una alarma o apagar las luces de su cocina.

La búsqueda en Internet de la mayoría de los circuitos UPS y schatics incluirá un transformador para reducir 110V / 220V a DC 12 voltios.

• Aquí hay un circuito muy simple que se usa con baterías de plomo-ácido (son fáciles de cargar y mantienen la carga durante mucho tiempo) . No intente cargar ningún otro tipo de batería con el circuito ... ¡lo explotarán!

Lista de:

• R1 - 39 ohmios 1/2 W
• D1, D3, D4 - 1N4001 o diodo similar
• D2 - 13V zener nominal 1W
• C1 - condensador electrolítico de 220uF con capacidad nominal de 25V
• C2 - 10uF condensador electrolítico de 10V
• IC - 7805 o regulador similar de 5V
• BAT - Batería de plomo ácido de 12V con un mínimo de 1.2Ah
• Entrada DC - 12 voltios DC

• Encontré este circuito mientras hurgaba en internet. Este tipo destroza una computadora portátil y recicla algunas partes para hacer un sistema decente: solo recuerde regular el voltaje de salida a 5V

• Circuito final: uno de los más fáciles y probablemente el que muchas personas preferirían usar es un circuito UPS con carga USB que utiliza algunas pequeñas baterías de litio. Esto fue respondido en Engineering SE, consulte la respuesta para más detalles .

¿No tienes ganas de construir tus propios circuitos? No es este MUPS disponibles para su compra (ido, lo siento) que hace más o menos lo describe el diseño del circuito final.

Referencias

• Puede encontrar muchos más circuitos en este sitio web : WebArchive https://web.archive.org/web/20161028081245/http://www.simple-electronics.com/2012/02/5v-ups-circuit.html (por favor done)
• El uso de motores de búsqueda también encontrará muchos otros hechos y soluciones interesantes
• Visite la pila de ingeniería eléctrica si tiene alguna pregunta sobre el diseño de circuitos.

He construido un convertidor de 12v a 5v.

Eso es suficiente para el requisito de 5v de RaspberryPi. También le da potencia al ventilador con termostato ajustable (12v) e incluso un concentrador usb activo (en el futuro). Todo (Raspberry Pi, convertidor y termostato) está encerrado en una caja de enrutador (incluso tengo espacio para un disco duro adicional de 2.5 ", módem 3G y / o unidad GPS;))

Tal convertidor puede convertir la energía de un paquete de baterías (por ejemplo, de 5 o más baterías AA) y DE FORMA SEGURA dar 5V para Raspberry (¡cuidado con el voltaje!). El convertidor es bastante pequeño (creo que 3 x 10 x 1,5 cm). Pero si eres bueno soldando y construyendo placas de circuito, puedes hacerlo más pequeño.

Este es el convertidor que uso con un esquema de muestra.

Funciona muy bien, puede conectar de 7 a 40V de baterías. Y obtuvimos un máximo de 3 amperios en el lado de 5v.

Si necesita cambiar entre el cargador del teléfono y la batería, debe construir un interruptor (cuando se corta la energía del cargador, la energía de la batería está conectada y viceversa). Creo que es bastante simple (transistor, condensador ... solo unos pocos elementos). O hacerlo manualmente;)

La pregunta me pareció muy interesante, pero no estoy realmente interesado en soldar y manipular resistencias y otras cosas, y estoy seguro de que otras personas podrían tropezar con la pregunta OP con la esperanza de un producto listo.

Así que encontré esto que para mis necesidades sería realmente genial. Comprar, esperar unos días, enchufar y viola.

Lo encontré en DX.COM

Como se señaló en los comentarios. Parece que podría haber un problema con el alto consumo de energía ... así que al final del día parece que tendrá que abrirse y enredarse. Pero es adecuado para el Modelo A.

Cualquier batería USB externa con protección de sobrecarga incorporada ayudará a su Pi a sobrevivir a un corte de energía. Simplemente funcionará como un UPS pobre para su Pi . http://www.google.com/search?ie=UTF-8&oe=utf-8&q=usb+battery+pack

Aquí hay un UPS para Raspberry PI: http://www.eevblog.com/forum/projects/raspberry-pi-server-with-diy-ups/

Además, con suficientes cambios y circuitos de seguridad, las celdas recargables de litio pueden cargarse flotantemente. En este caso, es mejor usar una sola celda y un convertidor de refuerzo para que no se requieran circuitos de equilibrio. Aquí hay información sobre las células de litio de carga flotante: http://www.electronicsweekly.com/Articles/01/02/2006/37528/Float-charging-lithium-ion-cells.htm

Por lo tanto, desea un ups de bricolaje SIMPLE confiable como fuente de alimentación para su RPi:

1. obtener una batería sellada de 12v Pb (uso una batería de 5Ah)
2. obtener una fuente de alimentación de modo conmutado de 220Vac a 12v (uso 12v 4A)
3. Consiga un encendedor de automóvil al enchufe USB (8v - 24v de entrada, salida = 5v 2A) modo conmutado
4. obtenga un diodo que pueda manejar 4A y una resistencia de 0.5 ohm 5 vatios para limitar la corriente al recargar la batería vacía
5. obtenga un cable de carga usb a teléfono celular universal, tiene 10 enchufes diferentes con cables cortos, 1 va para alimentar el RPi, otro para el concentrador usb, otro para cualquier cosa que tenga en mente ... todavía quedan muchos

Cablearlo de la siguiente manera:

• desde el + 12v de la fuente de alimentación hasta el ánodo del diodo

• desde el cátodo del diodo hasta la batería sellada de 5Ah Pb, esto protege contra la fuente de alimentación que drena la batería cuando no hay 220v

• Luego, desde el + de la batería hasta el "enchufe más ligero al usb" + 5v 2A

, enchufe el cable usb

Me gustaba poner una imagen de todas las partes necesarias, pero este sitio web no me lo permite hasta que reciba 10 puntos ... cuando esto suceda, entonces publicaré la imagen

Resultados de ejecutar el RPi (ejecutando ssh, wospi, lighttpd) + consola Davis VPro2 + (consola agregada 300mA) + concentrador usb: ¡después de 20 horas con la batería, el voltaje de la batería se redujo de 13.08v a 11.77v! considerando 10v como vacío, esto significa suficiente jugo para al menos 32 horas con una batería de 5Ah, el costo total es de 30 usd, todo nuevo

Aquí hay una solución UPS basada en supercondensador para apagones y apagados seguros.

La principal diferencia con otros circuitos tipo UPS es que no hay necesidad de usar baterías. Esto ayuda a evitar muchos problemas, como reciclar las baterías después del final de la vida útil, la energía se almacena en los supercaps que se sueldan a la PCB. ¿Por qué no, cuando la vida útil de los supercaps es igual a la vida útil de toda la placa de circuito? No tiene que preocuparse por la sobrecarga y todos los problemas de temperatura, como cargar solo a temperaturas superiores a cero. Supercaps no tiene efecto memoria. No necesitan ciclos de descarga y carga para mantenerse saludables.

Por otro lado: los supercaps no tienen la densidad de energía de las baterías, pero el circuito solo debe respaldar fallas de energía a corto plazo o apagones. Realmente no necesita una batería con una capacidad de 2000 mAh para respaldar 1A durante unos segundos. Permítanos evaluar: 700mA por 30 segundos es la capacidad de 5.9mAh que necesita a 5V. ¿Alguna vez has visto una batería con esta poca capacidad? Incluso si existiera, nunca sería capaz de extraer 700 mA de una batería tan pequeña. En otras palabras: UPS basado en baterías para tiempos de respaldo cortos SIEMPRE use baterías con una capacidad extremadamente grande. Un supercondensador puede generar una corriente de unos pocos amperios incluso a capacidades muy pequeñas. Por lo tanto, creo que las baterías no son el dispositivo de almacenamiento de energía óptimo en este caso.

Una cosa es un poco complicada usando supercondensadores: el voltaje en el supercondensador depende del estado de carga, por lo que la necesidad de un convertidor elevador / reductor hace que el uso sea un poco complicado si piensa en DYI.

El LiPo Rider Pro fue diseñado para aplicaciones solares, pero el puerto USB también puede cargar la batería, por lo que realmente no necesita un panel. Junto con una batería LiPo más grande, debería mantener viva la Raspberry Pi durante varias horas.

Estoy publicando esto de forma cruzada en todas las preguntas de UPS en este Stack Exchange porque estaba buscando algo similar y nunca pude encontrar las respuestas que me gustaron, así que terminé investigando por mí mismo. Puede usar un UPS estándar estándar y el paquete Network UPS Tools (NUT) para permitir que un Pi se apague solo cuando se corta la energía. Acabo de publicar un artículo que escribí con instrucciones paso a paso para configurarlo:

https://melgrubb.wordpress.com/2014/09/05/raspberry-pi-home-server-part-15power-failures/

Por supuesto, si lo que realmente buscabas era un proyecto de hardware de bricolaje, entonces me temo que esto no implica ninguna soldadura.

Puede probar uno de estos y usar la batería en lugar del supercondensador.

Como han dicho otros, un banco de energía USB es una solución fácil y bastante barata. Asegúrese de obtener uno que admita la carga y descarga al mismo tiempo (que, desafortunadamente, no suele estar indicado, tendrá que resolverlo).

El Pi normalmente dibuja en cualquier lugar entre ~ 200 al norte de 500 mA; para modelos posteriores, el máximo es de 2000 mA. Por lo tanto, un banco de energía de 6000 mAh le dará desde 3 horas hasta un día de batería; asegúrese de obtener un banco de energía con capacidad suficiente.

Conecte su Pi a la salida de su banco de energía y el cargador a su entrada. Si se corta la energía, su Pi seguirá funcionando hasta que se restablezca la energía o la batería se agote.

Las limitaciones son que el Pi no tiene forma de saber si se está ejecutando con corriente alterna o con batería, o cuánta batería queda. En consecuencia, si la batería se agota antes de que se restablezca la energía, el apagado será impuro.

Una solución más avanzada, que también involucra un banco de energía, se describe en https://raspi-ups.appspot.com/en/index.jsp . Incluye un demonio que utiliza la conexión Ethernet para determinar si se está ejecutando en CA; si la conexión Ethernet se cae, se supone que se está ejecutando con batería. Mide el consumo de energía del Pi y estima el nivel de carga de la batería en función del consumo y la capacidad total (que debe configurarse de antemano). Cuando se acaba la energía, apaga el Pi limpiamente.

Como una variación de lo anterior, si tiene algún periférico USB conectado a la Pi que funciona con alimentación de CA, puede modificar el demonio para usarlo como indicador de alimentación.