Блок бесперебойного питания для устройств требующих 5-9-12 В 5..10Вт от USB-C.

• Передает по BLE все показания заряда и разряда АКБ, внешнего питания, питания нагрузки.
• Производит управление зарядом и подзарядом АКБ, а не вечно держит АКБ на зарядке для увеличения срока службы.

Применяются готовые модули с aliexpress c примерными параметрами:
• Выход модуля DC-DC c USB-C c PD/QC3.0 на 5/9/12B 10 Bт, ток нагрузки 420..650 мА 12В (5..8 Вт) и КПД от 92.5% от АКБ в 18..21В
• Потребление блока зарядяки от сети 220..240В до 16 Вт в режиме заряда АКБ и питания блока (КПД от 82%)
• Емкость АКБ 80 Вт (20В 4Aч).

Блок схема устройства:

Макет:

Корпус был напечатан из доработанного этого проекта.
https://makerworld.com/en/models/548389-makita-power-bank-box-creative-channel
В итоге такой:

В него вставляется клеммник https://aliexpress.ru/item/1005006097000119.html

Возможна переделка в такой корпус:

Использованные модули:

Модуль DC-DC c USB-С QC/PD 5-9-12V:

От АКБ 18950 из 5x3 банок и работе на среднюю нагрузку 5..8 Вт 12В КПД составляет 92.5%, имеет холостой ход около 2 мА (у него работает светодиод, это много, но на фоне нагрузки это ерунда).

Модуль DC-DC для питание BLE модуля TB-03F и INA3221 на 3.3В:

Выход обязательно шунтировать танталовым конденсатором от 22 мкФ! Иначе на выходе пульсации более 280 мВ p-p.
От АКБ в 20.5В потребляет менее 300 мкА вместе с подключенным модулем TB-03F имеющим среднее потребление менее 10 мкА по 3.3В и INA3221 со средним потреблением 480..600 мкА по 3.3В.

Модуль измерителя с INA3221:

Светодиоды желательно отключить путем отпайки резисторов.
На блок схеме данный модуль нарисован как раздельные элементы.
При покупке модуля не перепутайте вариант - это модуль с раздельными 3-мя цепями измерения, а не с объединенными для измерения с одного источника!

Модуль TB-03F:

Подключение:
GND и 3.3В в питание от модуля DC-DC на 3.3В.
I2C_SCL - PC0
I2C_SDA - PC1
Выход управления зарядом - PA1
К PA7(SWS) может быть включена кнопка. Будет на 80 секунд включать малый интервал маяка для соединения, если в TelinkMiFlasher установлен интервал основного маяка на большое значение.
К PD3 и PD4 могут быть подключены дополнительные кнопки с контактом к GND. Будут передавать события нажатия и отпускания, или счетчика импульсов. Включение этих кнопок конфигурируется в "app_config.h" при сборке FW.

АКБ и зарядное устройство из набора:

В наборе идет зарядка выдающая до 21В с ограничением по току примерно до 600 мА. КПД более 82%.
Все части возможно купить и по раздельности.
АКБ можно всегда выдернуть на ходу из данного UPS (ИБП) и использовать в инструменте.
Или, если другой используемый АКБ в инструменте сел, можно заменить севшим для зарядки, а заряженным продолжить работу с инструментом...

Использование с NanoPi-R5S с SSD/NWMe работающим c системой Home Assistant (с неё и показаны все замеры и графики - интеграция BTHome).

Систему с HA (NanoPi-R5S c SSD) и 3-мя USB-BT адаптерами и одним USB-Zigbee включенными через USB switch держит на АКБ с 4.2Ач более 14 часов.

Измерение во время работы системы и заряда АКБ:

Пороги включения заряда АКБ выставлены на включение при менее 20.5В, выключение при более 20.75 В.

При кратковременном отключении внешнего питания (менее 2-х секуд) в момент включения срабатывает подзарядка до пары секунд. Это связано с усреднением значений у INA3221 и включенной цепь R2 и R4, включающей Q1 при отключении внешнего питания для минимизации потерь - шунтирует встроенный диод в Q1.
Можно исправить программно, но такое поведение делает всё правильно - немного подзаряжает АКБ после короткого разряда.

Измерение во время работы системы, заряд АКБ давно закончен (25 дней назад):

Пример разряда и заряда АКБ:

Разряд с показаний в -72.131Вт до -14.835Вт (разница 57.296 Вт) за 10.83 часа (5.289 Вт в час)
Старт: 20.655В (263mA), стоп: 19.023В (285mA)
И заряд до -72.139Вт (разница 57.304 Вт) за 8.733 часа (6.879 Вт в час)
Старт: 19.247В (-339mA), стоп: 20.8В (-332mA)
Т.е. потери в разнице по энергии заряда-разряда у данного АКБ минимальны.

Длительность саморазряда до 20.50В с момента зарядки до 20.80В у испытуемого АКБ длится более 25 дней.

Сборка проекта:

В файле "app_config.h" изменить:
#define DEVICE_TYPE DEVICE_TB03F
В конфигурации для TB03F, после строки "#elif DEVICE_TYPE == DEVICE_TB03F" изменить:
#define USE_SENSOR_INA3221 1
Остальные "USE_SENSOR_xxx" установить в 0.