Обзор UPS-модуля LX-2BUPS: – Источник бесперебойного питания — DIY Электроника
Модуль LX-2BUPS UPS/ИБП 5V/3A для Li-Ion 18650: Подробное описание и применение
Введение
Модуль LX-2BUPS — универсальный источник бесперебойного питания (ИБП) для маломощных устройств.
Этот модуль, работающий на двух параллельно подключенных литий-ионных аккумуляторах формата 18650. И выпускается в трёх различных вариантах исполнения с выходными напряжениями — 5 В, 9 В или 12 В.
Также, изменяя параметры схемы, можно установить нестандартное напряжение в диапазоне от 5 до 24 В. В статье подробно рассмотрим конструкцию, особенности работы, возможности настройки, а также варианты применения.
1. Принцип работы
Плата LX-2BUPS выполняет три основные функции:
Заряд аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы заряжаются при подключении внешнего источника питания через контроллер заряда на базе микросхемы XB7608. Она обеспечивает защиту от перезаряда, переразряда и короткого замыкания.Повышающий преобразователь напряжения
Для стабилизации выходного напряжения используется микросхема XR2981, которая преобразует низкое напряжение аккумуляторов (3,7–4,2 В) в заданное значение (5 В, 9 В или 12 В). Это обеспечивает стабильное питание подключенных устройств.Автоматическое переключение источников питания
Модуль автоматически переключается между аккумуляторами и внешним источником без задержек, обеспечивая бесперебойное питание.
2. Конструкция платы
Микросхема зарядки и защиты: XB7608. Контролирует заряд/разряд аккумуляторов и защищает их от повреждений.
Повышающий преобразователь: XR2981. Обеспечивает стабилизацию и повышение выходного напряжения до заданного уровня.
Разъемы для подключения аккумуляторов: Поддерживается подключение двух аккумуляторов 18650 параллельно.
Индикаторы: Светодиоды, отображающие состояние заряда и работы устройства.
Резисторы R7 и R9: Позволяют изменить выходное напряжение модуля в диапазоне от 5 до 24 Вольт.
3. Основные параметры
Характеристики LX-2BUPS 5V/3A:
Маркировка: LX-2BUPS
Входное напряжение: 5 В
Выходное напряжение: 5 В
Выходной ток: ≤3 А
Выходная мощность: ≤15 Вт
Число ячеек для АКБ: 2
Тип элементов АКБ: Li-ion 3,7 В
Напряжение заряда АКБ: 4,2 В
Контроллер заряда: TP4056
Ток заряда АКБ: ≤1 А
Выходной повышающий преобразователь: XR2981
Входной интерфейс питания:
разъем USB type-C
контактные площадки под пайку
Выходной интерфейс питания: контактные площадки под пайку
Микросхема защиты АКБ: XB7608
Функции защиты:
от перегрева
от перегрузки
от перезаряда АКБ
от переразряда АКБ
от короткого замыкания на выходе
Собственное энергопотребление модуля: ≤7 мА
Индикация LED:
красный LED на входе процесс зарядки
зеленый LED на входе процесс зарядки завершен
красный LED на выходе готовность к работе
Габаритные размеры модуля (Д×Ш×В): 90×42×23 мм
Назначение выводов на плате LX-2BUPS 5V/3A:
5V : вход для источника питания
5V–: вход для источника питания
UPS : выход для питания нагрузки
UPS–: выход для питания нагрузки
4. Основные модули платы
Плата LX-2BUPS состоит из следующих компонентов:
Зарядное устройство аккумуляторов
Используется контроллер заряда, TP4056, обеспечивающий безопасный заряд литий-ионных элементов с ограничением тока и напряжения.
DC-DC преобразователь
Широкополосный преобразователь повышает напряжение аккумуляторов до 5 В, 9 В или 12 В в зависимости от варианта платы. Обеспечивая стабильный ток на выходе до 3 А. Обычно используется микросхема XR2981 или аналог.Контроллер защиты аккумуляторов
Модуль защиты включает в себя функции:Защиты от переразряда.
Защиты от перезаряда.
Защиты от короткого замыкания. В этом модуле часто применяются схемы на базе XB7608.
Микросхема автоматического переключения
Обеспечивает мгновенное переключение между внешним питанием и аккумуляторами без прерывания работы подключенных устройств.Дополнительные компоненты
Светодиодные индикаторы показывают уровень заряда, подключение питания и работу ИБП. Также присутствуют разъемы для подключения аккумуляторов и внешнего питания.
5. Настройка выходного напряжения
Модуль изначально настроен на одно из трех напряжений (5 В, 9 В или 12 В). Для изменения выходного напряжения в диапазоне от 5 до 24 В необходимо заменить резисторы R7 и R9 на плате модуля.
Модуль LX-2BUPS может быть переделан под другое выходное напряжение путем замены резистора R9 на другой номинал согласно формуле:
R9 = R7 × ( (Vout/1,24) – 1 ) , где R7 = 10 кОм.
Для 5 вольт: R9 = 10 × ( (5/1,24) – 1 ) ≈ 31,3 кОм.
Для 9 вольт: R9 = 10 × ( (9/1,24) – 1 ) ≈ 62,6 кОм.
Для 12 вольт: R9 = 10 × ( (12/1,24) – 1 ) ≈ 86,8 кОм.
Максимальное выходное напряжение определяется характеристиками элементной базы установленной на плате модуля, в частности выходным повышающим преобразователем собранным на микросхеме XR2981. У данного преобразователя выходное напряжение до 24 В, но его КПД с увеличением выходного напряжения уменьшается, например:
при 5 В КПД преобразования: 90…92%
при 9 В КПД преобразования: 87…90%
при 12 В КПД преобразования: 85…87%
при 20 В КПД преобразования: 75%
Ниже приведена схема из документации и там эти резисторы имеют номера R1 и R2
Формула для расчета нового выходного значения значения
Точные значения резисторов следует уточнить в технической документации на микросхему XR2981.
6. Особенности работы
Параллельное подключение аккумуляторов:
Обеспечивает увеличенный запас емкости и стабильное питание при использовании элементов 18650.Три стандартных режима:
Модуль может поставляться в трех вариантах с фиксированными напряжениями: 5 В, 9 В или 12 В.Поддержка нестандартного напряжения:
Возможность настройки до 24 В делает модуль универсальным для различных применений.
7. Преимущества и недостатки
Плюсы:
Компактность и низкая стоимость.
Простота настройки и подключения.
Возможность работы с широким диапазоном выходных напряжений.
Подходит для питания устройств с током потребления до 3 А.
Безопасная зарядка и защита аккумуляторов.
Автоматическое переключение источников питания.
Возможность дополнительного использования внешних аккумуляторов
Минусы:
Ограничение по выходной мощности — подходит для устройств с потреблением до 3 А.
При подключении внешних аккумуляторов существенно возрастает время зарядки
Требуется подбор качественных аккумуляторов для надежной работы.
8. Варианты использования
Резервное питание для роутеров, модемов и других сетевых устройств.
Источник питания для Arduino, ESP и других микроконтроллерных систем.
Резервное питание для камер видеонаблюдения.
Резервное питание для портативных аудиоустройств и колонок.
9. Заключение
Модуль LX-2BUPS — отличное решение для создания компактного источника бесперебойного питания. Его возможности по изменению выходного напряжения и стабильная работа делают его универсальным выбором для множества проектов, где требуется питание 5–24 В.
