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【方案】树莓派CM4平台超级电容UPS解决方案

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发表于 2022-3-16 22:25:14 | 显示全部楼层 | 阅读模式
关键词:树莓派  CM4  超级电容  UPS  不间断电源  掉电保护  SuperCap   MCU电源管理  来电重启  
概述:树莓派CM4平台已经被广泛应用于各行各业,在一些高可靠性应用场合需要有完善的电源管理系统来确保数据被完整保存,系统被安全关闭,此时就需要UPS的帮助了。常规的UPS采用各类电池作为掉电续航用,体积庞大且成本高昂,而实际上很多基于树莓派平台的系统仅需要几秒钟的时间即可完成应用数据保存并完成关机操作,所以基于超级电容的低成本高安全性的解决方案 足够了。在我们设计的这套基于超级电容的UPS电源管理解决方案里采用了两节串联的22F超级电容即可实现20-40秒的续航时间。具体续航长短和负载轻重相关。
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发表于 2022-3-18 09:57:12 | 显示全部楼层
CM4_UPS_01.JPG
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发表于 2022-3-18 10:21:16 | 显示全部楼层
硬件资源介绍:
1,7-28V DC输入。主电源和超级电容充电电路相互独立,均可支持5V3A负载;
2,标准尺寸HDMI输出,支持4K;
3,原生千兆;
4,USB2.0扩展的百兆,可选工业级;
5,USB2.0 Hub,可选工业级;
6,两个USB2.0主机接口,内部预留一个1.25T 4pin接口可扩展4G模组;
7,M.2接口NVME协议SSD固态盘,2242尺寸;
8,2个系统状态指示灯,2个用户指示灯;
9,板载MCU进行供电逻辑管理的UPS电路,标配2个22F超级电容,可续航20-40秒。支持CM4关机后外部电源来电重启;
10,40pin标准扩展接口;
11,CM4可通过GPIO监测到外部电源转换而来的5V电源状态;
12,板载低电压监测芯片,当超级电容放电至2.4V(可定制关机门限)时关闭电源,确保不出现跳闪情况;13,支持TF启动(位于反面),也支持从eMMC启动(此时TF卡槽不能插卡),并可通过USB-C接口烧写eMMC版本CM4核心板;
14,一路GPIO按键;
15,用于UPS管理的MCU预留有串口,可进一步丰富和CM4的交互内容(如读取超级电容电压,需定制);

着重说明一下CM4的UPS工作原理:
1,第一次上电,超级电容充电,系统上电开始工作;
2,外部电源掉电,系统通过GPIO监测到外部电源掉电,开始保存数据并关机;
3,MCU监测到外部掉电,同时监测CM4工作状态,如果监测到CM4已经关机则在超级电容放完电之前当外部电源来电时重启CM4;
4,如果CM4软件上没有对外部电源进行监测,也没有执行关机操作,则MCU不会对CM4进行来电重启的操作;

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