RaspberryPi用 24V入力UPS(無停電電源)HAT基板
¥4,000
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製品は、Raspberry Pi用の 24V入力対応 UPS（無停電電源装置）HAT 基板です。
【製品概要】
DC24V環境向けのRaspberry Pi専用電源バックアップ基板です。停電時の安全なシャットダウンから、オフライン中の時刻保持まで、ワンボードで対応します。
①電源供給と充電
ネジ端子台にDC24Vを接続するだけで下記が自動的に始まります。
・Raspberry PiへDC5V給電
・バッテリー（電気二重層コンデンサ）へ充電
②停電時：即時切り替えと安全シャットダウン
24Vが途絶えると、即座ににバッテリーからの給電へ自動切り替えします。この時間を使ってRaspberry Piのシャットダウン処理を安全に完了でき、SDカードやデータの破損を防ぎます。
※シャットダウンの自動実行機能はありません。お客様のプログラムで実行してください。
③ 再起動制御と瞬停保護
再起動制御：
24V復旧時、即座に給電を再開するのではなく、専用ICが約2.2秒間だけ5V出力を強制オフします。EDLCに電力が残っていても必ず一度ゼロリセットがかかり、起動失敗を防ぎます。
瞬停保護（GPIO26によるリセットマスク）：
雷サージ等による一時的な停電（瞬停）で、不意の再起動が起きるのを防ぎます。
GPIO26をHIGHにしている間は、瞬停しても上記の 再起動制御は起動せず、そのまま稼働継続します。
④RTCによる時刻保持
バッテリーにはEDLC（電気二重層コンデンサ）を採用。リチウムイオン電池のような経年劣化・発火リスクがなく、交換不要です。
給電が完全に終わった後も、バッテリーの残留電力のみでRTCの時刻を保持します。時刻精度は実測で1日あたり約1.79秒のズレ、保持時間は約14日間（実測データに基づく計算値）です。
※なお、この14日間はRaspberry Piが起動不能となるEDLC電圧2.4Vから、RTCの動作限界である1Vに至るまでの放電時間を、7日間の実測データをもとに算出した値です。
⑤バッテリー残存電圧の取得
ADCとI2C通信することで、バッテリの残存電圧を取得することができます。
残存電圧から、おおよそのバックアップ可能時間を推測することができます。
※回路の特性上、ADCの測定結果は実測より約0.1V高く算出されます。精度を要する場合はソフトウェア側でオフセット補正を行ってください。
【仕様】
・対応機種：Raspberry Pi 3 / 4 / 5 シリーズ
・入力電源：DC24V
・バックアップ時間：約18秒（Raspberry Pi OSデスクトップ表示時の実測値）
・EDLC最低バックアップ電圧（2.4V）までの充電時間：約150秒
・ADC（電圧測定）稼働開始電圧：約2.7V（電源投入から約180秒後）
・EDLC満充電（4.4V）までの充電時間：約690秒
・使用GPIO：
電源：5V（2, 4番ピン）、3.3V（1番ピン）、GND（6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 39番ピン）
信号：GPIO26（37番ピン）、GPIO27（13番ピン）、I2C通信 SDA（3番ピン）・SCL（5番ピン）
・降圧IC：Diodes Incorporated製 AP64501SP-13
・昇圧IC：Texas Instruments製 TPS61230A
・リセットIC：Texas Instruments製 SN74LVC1G123DCTR
・RTC：NXP Semiconductors製 PCF8563T/5,518
・ADC：Texas Instruments製 ADS1110A0IDBVR
【使用上のご注意】
・バッテリー固定のために、難燃性接着剤の「セメダイン SX720WH」を使用しています。
・電源投入直後など、バッテリーの充電電圧が約2.7Vに達するまでの間は、RTC（時刻）との通信は可能ですが、ADC（電圧取得）とは通信できません。プログラム側でADCの通信エラーをハンドリングするか、充電されるまで待機処理を入れてください。
・シャットダウン制御やI2C通信の利用には、別途プログラムの実装が必要です。Raspberry Pi本体側の特別なハードウェア設定は不要です。
・必ず定格内でご使用ください。定格外での使用はバッテリーの破裂など重大な事故につながる恐れがあります。
・設計の詳細およびサンプルコードは下記ブログをご参照ください。
https://qiita.com/RaspiKoubou/items/077cca5602e2f54044dc
定格
回路概要
回路図
注意点
本製品を安全かつ快適にご利用いただくため、以下の仕様および注意事項を必ずご確認ください。
1. 再起動制御とシャットダウン後の挙動について
本基板の性質上、24Vの入力電源を遮断しても、しばらくの間はバッテリーからRaspberry Piへ5Vの電力が供給され続けます。そのため、通常は入力電源を再投入してもRaspberry Piは再起動しません。
本基板にはこの問題を解決する「再起動制御」が搭載されています。バッテリーに電力が残っている状態でも、24Vの入力電源を再投入（OFF→ON）すると、約2.2秒間だけ5V出力を強制遮断し、Raspberry Piを確実かつ自動的に再起動させます。
・GPIO26による再起動制御防止機能
瞬断・復帰など意図しないタイミングでの再起動制御を防ぐ機能です。Raspberry PiのGPIO26をHIGHに出力しておくことで、再起動回路の動作を無効化できます。
・24V電源を入れたままOSシャットダウンした場合の注意
24V電源が供給され続けるため、自動では再起動しません。再起動するには以下の操作が必要です。
Raspberry Pi 5の場合：本体の電源ボタンを押す
Raspberry Pi 3 / 4の場合：24V入力電源を一度抜き差しする、またはバッテリー（スーパーキャパシタ）が完全放電するまで待つ
2. 消費電力と推奨電源について
消費電力の増加：回路設計上、電源正常時も昇圧ICが常時動作するため、本基板を使用しない場合と比べて消費電力が10〜20%程度増加します。
電源容量の確保：Raspberry Piの動作電力に加え、バッテリーの充電分も必要です。容量が不十分な場合、正常に起動しないことがありますので、余裕のある電源をご用意ください。
入力電圧低下時の誤検知：入力電圧が5V未満まで低下した場合、GPIO27が「停電」と誤検知することがあります。
3. OS起動時の警告について
本製品の仕様上、以下の警告が表示される場合がありますが、いずれも動作上の問題はありません。気になる場合は以下の手順で非表示にできます。
「この電源は5Aを供給できません」
USB-PD通信を行わない仕様のため表示されます。
→ターミナルで sudo rpi-eeprom-config -e を実行し、設定ファイルに PSU_MAX_CURRENT=5000 を追記して保存してください。
「低電力イベントによるリセット」（初回起動時のみ）
基板上のソフトスタート機能（突入電流防止）により発生します。再起動時には表示されません。vcgencmd get_throttled のエラーコードは 0x0 で正常です。
→ Raspberry Piのデスクトップのタスクバーを右クリックし、「プラグインの追加/削除」から「電源」の項目を削除してください。
4. 残留電圧に関する注意（安全な取り扱いと保管）
Raspberry Piの動作停止後・24V電源を抜いた後も、バッテリー（スーパーキャパシタ）には残留電圧がしばらく残ります。金属パーツや工具の接触による短絡（ショート）にご注意ください。
保管・取り外しの前には、基板上のスイッチを「放電モード」に切り替えてバッテリーを放電させることを強く推奨します。
5. 免責事項
本製品は主に実験・評価・プロトタイピング用途を想定して設計されています。仕様をご理解・ご了承の上でご購入ください。
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レビュー
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