¿Cómo modificar el paquete de baterías USB para que funcione como un UPS?

Compré esta batería USB con la esperanza de usarla como fuente de alimentación ininterrumpida para una Raspberry Pi 2.

Lo investigué y los usuarios dijeron que podía cargarse mientras alimentaba dispositivos... justo lo que debería hacer un UPS. Sin embargo, cuando lo probé, encontré un gran problema. Incluso cuando la batería está completamente cargada, cuando conecto o desconecto el cable de entrada a la batería, hay una breve caída de voltaje en los enchufes de salida que hace que la Raspberry Pi se reinicie.

¿Hay una manera fácil de arreglar esto? He quitado la carcasa y son tres de estas celdas conectadas en paralelo a un tablero de control bastante grande y de aspecto complicado.

¿Funcionaría soldar un condensador grande en los pines VCC/Gnd de los enchufes de salida de la batería? ¿O debería conectar un capacitor a los pines de entrada de energía del RPi? ¿O estaría perdiendo el tiempo?

¿Cómo mediría la longitud de la caída de voltaje/corriente, para saber qué tamaño de capacitor usar? Intenté medir la señal de CC con mi DSO (DS202), pero pude descubrir cómo detectar la longitud de la caída.

Editar: al usar un Arduino para medir Vcc con un pin ADC, descubrí que desconectarlo provoca un apagón de 1 a 3 segundos, mientras que enchufarlo provoca un apagón de 1 a 3 milisegundos. Pude arreglar el apagón de conexión colocando un capacitor de 4700uF a través de los pines Vcc/Gnd del conector USB de salida. Sin embargo, el tiempo de desconexión y caída de tensión es demasiado grande para arreglarlo incluso con un supercondensador. ¿Qué otras opciones tengo?

También creo que encontré una falla en el circuito de control. Cuando el paquete está desenchufado y funcionando únicamente con las celdas de la batería, el voltaje de salida es de 5V. Sin embargo, cuando está enchufado, incluso cuando está completamente cargado, el voltaje de salida es de 4,7 V.

Editar: parece que el plug-in-brownout se debió en parte a una fuente de alimentación USB externa y un cable defectuosos. Estaba usando uno de esos pequeños adaptadores de pared de cubo pequeños con conectores USB, con un cable USB largo. Dice que está clasificado para 5V@2.4A, pero el voltaje medía entre 4.5-4.7V. Cuando lo reemplacé con un wallwart de una sola pieza USB, el voltaje midió 5V.

Así que ahora el único problema que queda es el apagón de 1 a 3 segundos cuando se quita la alimentación externa, probablemente causado por el controlador que cambia lentamente los circuitos a la batería interna. ¿Cómo puedo arreglar esto?

Para la pregunta de DSO: configure el gatillo ligeramente (digamos 0,5 V) por debajo del voltaje de CC normal y configure el osciloscopio en modo oneshot (opuesto a "ejecutar"). Eso debería darle el borde de ataque del pulso de caída. Ajuste la base de tiempo y vuelva a intentar hasta que todo el pulso esté en la pantalla. Luego, mídalo a mano o use la función de "medición" DSO.
Ha pasado un tiempo desde que se publicó la última publicación y simplemente estaba aquí por curiosidad. "La solución más fácil" me llamó la atención. Desde el OP tuve la impresión de que cuando Vin se elimina de la red principal, Vout del banco de energía tarda un poco (1 ~ 3) segundos antes de comenzar a jugar. Si lo hice bien, ¿cómo resolvería esa "solución más fácil" el período de apagón, ya que ni D1 ni D2 están trayendo jugo a C1 durante ese período de tiempo? Por favor ilumine.

Respuestas (2)

La mayoría de los paquetes de baterías ahora usan un diseño de "línea interactiva" o "fuera de línea", por lo que hay una interrupción cuando cambia la alimentación de entrada. Puede darse una vuelta e intentar encontrar uno con un diseño "en línea" (es decir, el paquete de baterías tiene las celdas, la salida del cargador y la entrada del convertidor elevador, todo en paralelo sin elementos de conmutación en el medio)

Desafortunadamente, no puedo encontrar uno solo que anuncie esta característica. Ya fue bastante difícil encontrar los que anunciaran la capacidad de cargar tanto la batería como la carga simultáneamente.
@Cerin Entonces tal vez tengas que rodar el tuyo.

"La solución más fácil":

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Un MBRA340 le "costará" alrededor de 0,36 V a un voltaje directo de 1 A. Eso debería estar bien para los módulos Arduino que se ejecutan en 5VDC. Cuando el Vin de 5 V cae por debajo de la salida de 5 V del paquete, los diodos se asegurarán de que el flujo de corriente cambie instantáneamente.

El condensador opcional es para un poco de suavizado para compensar todo el cableado adicional que agregará, pero realmente no hará una gran diferencia en el funcionamiento de los diodos (en esta escala de operación). Si lo agrega, diría que mantenga su valor entre 10 uF y 220 uF, las mayúsculas súper grandes pueden presentar una carga de encendido en algunos casos y, de todos modos, no serían inmensamente útiles.

Una opción para una caída de voltaje cercana a la ausencia sería jugar con los MOSFET para reemplazar los diodos, pero eso es un par de pasos más en teoría, por lo que para evitar confusiones no agregaré nada de eso aquí. Especialmente porque los diodos Schottky con una caída de 0,2 V a 0,4 V a 1 A están fácilmente disponibles y deberían funcionar bien.

Sobre el DSO, pjc50 respondió perfectamente en el comentario, para ofrecer una respuesta completa, citaré textualmente;

Para la pregunta de DSO: configure el gatillo ligeramente (digamos 0,5 V) por debajo del voltaje de CC normal y configure el osciloscopio en modo oneshot (opuesto a "ejecutar"). Eso debería darle el borde de ataque del pulso de caída. Ajuste la base de tiempo y vuelva a intentar hasta que todo el pulso esté en la pantalla. Luego, mídalo a mano o use la función de "medición" DSO. – pjc50

Con la pequeña nota, que para disparar en un evento de cambio con los diodos en su lugar, puede conectar el alcance en la línea "Main 5V" y eso debería caer a (casi) 0V, por lo que debería ofrecer mucho disparo.

Veo que esto funcionaría, pero en este momento, solo hay un cable USB que va desde mi paquete de baterías a mi RPi. Para aplicar su circuito a mi RPi, sería necesario crear un arnés USB complicado para colocarlo entre la alimentación USB entrante, el paquete de baterías y el RPi. Opté por un paquete de baterías USB en lugar de una batería Lipo simple para evitar esa pesadilla de cableado. ¿Por qué no funcionaría un condensador entre Vout y Gnd?
Creo que el problema se debe a la carga interna y al circuito de conmutación de la batería. Esto en realidad no haría nada diferente. Excepto tal vez por el condensador.
@ Cuotas de la Feria del Pasajero. Resulta que no estaba realmente prestando atención. Ahogado en la tierra de las matemáticas 4D hoy >.<. Tendré que modificar mi respuesta cuando regrese a casa.
@Asmyldof, Alternativamente, ¿podría usar un diodo para acortar la entrada de 5V a la salida de 5V dentro de la batería? Eso sería similar a su circuito, pero eliminaría C1 y reemplazaría D2 con un cable.
@Cerin Si desea una solución sencilla, debe comprar un producto dedicado a sus necesidades. Intentar convertir un producto (un banco de energía) en otra cosa (UPS) es la definición de "lío".
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