Publié le 7 avril 2018 - par

Alimentation sans coupure pour Raspberry-Pi

J’utilise un Raspberry-Pi 3B pour acquérir et publier automatiquement les données de ma station météo. Le Pi m’a semblé bien adapté à cet usage. Cependant, comme mentionné sur ce blog, la gestion de l’alimentation est un problème. L’absence d’une horloge secourue peut aussi s’avérer gênante.

Pourquoi une alimentation sans coupure pour le Raspberry Pi

Après avoir lu l’article publié ici (Lire l’article sur le Pi-Desktop), J’ai acheté un boitier PI-Desktop et j’y ai installé le Raspberry-Pi. Tout fonctionne conformément à ce qui est écrit dans l’article et à la notice, un anneau lumineux bleu du plus bel effet en prime. On résout ainsi une partie des problèmes mais il subsiste celui du redémarrage (ou plutôt du non redémarrage) après coupure de courant.

Pour tenter de supprimer cet inconvénient, j’ai d’abord testé un chargeur “power bank” pour smartphone que j’avais déjà par ailleurs mais une micro-coupure rédhibitoire au moment où on débranche l’alimentation secteur m’a fait abandonner cette solution. Finalement je me suis lancé dans la construction une petite alimentation sans coupure (ou UPS pour Uninterruptible Power Supply).

Réalisation

Cahier des charges

Pour un usage de gestion d’une station météo, le Raspberry-Pi est assez peu sollicité. Dans mon cas et pour un Raspberry-Pi 3B, la consommation est inférieure à 0,4 ampères. Dans certaines conditions cependant, celui-ci peut semble-t-il consommer un courant de plus de 1 ampère. J’ai choisi de dimensionner les éléments de l’alimentation de manière à ce qu’elle soit capable de fournir au moins 1.5 ampères.

Liste des éléments

  • Une alimentation micro-USB pour le Raspberry-Pi d’au moins 2,5 A (en général on l’a déjà si on a le Pi)
  • Un module de gestion de charge pour accu Li-Ion avec entrée sur micro-USB ou non (+/- 2€)
  • Un module convertisseur DC-DC de 3 V vers 5 V /2A avec sortie sur USB A (+/- 2€)
  • Une diode de type 1N 582x pour I > 1 A ou de type 1N 400x pour I <= 1 A
  • Un MOSFET canal P à très faible RDSon (NDP 6020P par exemple avec un RDSon de 50 à 75 mΩ)
  • Un accu Li-Ion (dans mon cas un accu Emmerich 3.7 V, 2.6 A.h), on peut aussi récupérer une batterie de smartphone
  • Un super-condensateur 5.5 V / 1 Farad (+/- 2.5€). En fait, un condensateur électrolytique de 1000 µF fait l’affaire
  • Une résistance 100 kΩ
  • Une plaquette pour disposer et connecter les éléments
  • Une petite boite plastique adaptée
  • Cordons USB et µUSB avec conducteurs AWG 24

Schéma général de l’alimentation sans coupure

 

Fonctionnement général

Comme on peut le voir ci-dessus, le schéma est assez simple. Le premier module à gauche  gère la charge de la batterie Li-Ion à partir du 5 V fourni par la micro USB et le module de droite redonne une tension de sortie régulée de 5V en sortie vers le Pi.

Le MOSFET canal P de type NDP6020 reste bloqué aussi longtemps que le la tension d’entrée est présente et le module convertisseur est alors alimenté par cette même tension d’entrée diminuée du ΔVf de la diode. La batterie peut être chargée ou en charge tout en restant isolée du convertisseur par le MOSFET.

Si par suite d’une coupure secteur, le 5V au niveau de l’entrée du module de charge disparaît, alors la gate descend à 0 et le MOSFET devient conducteur. Le module convertisseur est alors alimenté par la tension de batterie diminuée du ΔVDS, très faible du fait du très faible RDSon.

Le condensateur (ou la « super cap ») assure une réserve de charge pendant la commutation et évite toute coupure. L’alimentation du Pi est assurée pendant un temps qui dépend de sa consommation et de la capacité de la batterie (∼ 5 heures pour 2.6 A.h et 0.35 A).

Noter que j’ai abandonné la « super cap » au profit d’un simple condensateur électrolytique de 1000 µF qui est mieux adapté à un fort débit même si sa capacité est considérablement plus faible.

Le contrôleur de charge

L’entrée se fait soit par la micro USB soit directement par soudure. Deux LEDs indiquent les états (rouge en charge, bleu chargé). La charge est contrôlée par le TP 4056P. Le courant max de charge est défini par la résistance R3. Pour R3 = 1.2kΩ, comme sur ce module, le courant est de 1 ampère. Les deux autres circuits assurent la protection de la batterie contre la surcharge ou la sur-décharge, par coupure de la liaison B-<–>Out- au travers du FS8205A.

Le convertisseur DC-DC de 2.5 – 4.5 V vers 5V

Ce convertisseur est capable de fournir plus de 2 ampères. La fréquence de travail du G5177C est de l’ordre de 500 kHz. Le rendement de conversion est supérieur à 90% pour une tension d’entrée comprise entre 3.5 et 4.2 V et un courant de 2A. Une LED indique l’état de fonctionnement (bleu = OK, rouge = défaut). La sortie se fait via la prise USB-A.

Sur le schéma type, l’inductance est de 2.2 µH. Elle est en réalité de 4.7 µH pour ce module.

Ces modules se trouvent facilement sur Internet (en provenance de Chine bien entendu…) et pour la somme modique d’environ 2€ pièce.

Câblage et montage

Coté composants

J’ai soudé les deux modules tête-bêche sur la plaquette perforée via des pins issues de barrettes tulipe à wrapper. Ces pins sont elles même soudées sur les modules. L’avantage des pins tulipe est de pouvoir y connecter directement des petits fils de cuivre rigide (voir la photo ci-dessus). J’ai collé directement la batterie sur la plaquette avec de l’adhésif double faces.

Coté soudures

Vue coté soudures : le peu de composants permet de se dispenser de la réalisation d’un circuit imprimé même si c’est un peu moins propre… Sur la gauche de la photo ci-dessus, on peut voir les deux conducteurs d’alimentation soudés directement au module.

J’ai préféré souder directement les fils au circuit d’entrée pour éviter les problèmes dus à un trop fort courant qui pourrait entraîner une détérioration du connecteur micro USB. En effet, pour un courant de 1 A en sortie du convertisseur, le courant à travers la diode est d’environ 1.35 A. Si de plus la batterie est en charge, un courant de 2.35 A est nécessaire en entrée du montage. C’est à mon avis très (trop ?) limite pour une connexion via micro USB type B.

Ventilation du boitier

En cas de courant important et durant la recharge de la batterie, le boitier chauffait un peu. Pour y remédier, j’ai effectué des perçages dans le boitier et adjoint des plots adhésifs pour le surélever et permettre la circulation de l’air. Cela permet une convection naturelle suffisante.

Dimensionnement des câbles

Côté câbles, celui reliant l’alimentation du Raspberry-Pi à la boite est assez critique. Il me semble impératif d’utiliser un câble équipé de conducteurs d’alimentation de section suffisante. AWG 24 (= 0,2mm2) me paraît être un minimum pour limiter la chute de tension. De plus, si on choisit de souder directement les conducteurs au module de charge, on peut réduire la longueur du câble au strict minimum. Un câble AWG 24 de 60 cm a déjà une résistance de 0,1Ω (1,2 m / 0,2mm2), soit une perte de 0,1 V par ampère.

Conclusion

On peut, en utilisant des éléments et des composants bons marché et faciles à trouver, réaliser une alimentation sans coupure pour le Raspberry-Pi. Je n’ai testé la réalisation décrite dans cet article que jusqu’à un courant de sortie de 1 A. Cependant, j’ai dimensionné les composants pour atteindre  au moins 1,5 A et il devrait être possible d’atteindre ce courant pour peu que l’on utilise une source 5 Volts capable de débiter au moins 3 A.

Liens

https://www.banggood.com/fr/DC-DC-Boost-Step-Up-Module-2_5V-5_5V-Input-5V2A-Output-p-1102305.html?rmmds=search&cur_warehouse=CN

http://www.ebay.fr/itm/5V-1A-Micro-USB-18650-Lithium-Battery-Charging-Board-Charger-Module-/222379762409?hash=item33c6dde2e9

https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Components/General%20IC/NDP6020P.pdf

Amélioration de la stabilité

A la suite des différents échanges qui ont suivi la publication de cet article, j’ai décidé de modifier légèrement le montage. En effet, j’ai observé à l’oscilloscope, que  la commutation du transistor MOSFET n’était pas « franche » lors des coupures secteur et entraînait, certes rarement mais tout de même, une oscillation suffisante sur la sortie pour « planter » le Pi-Desktop et le Pi par la même occasion.

En regardant de plus près les courbes ID/VDS et ID/VGS du TP6020 (ci-dessus), on voit que pour qu’un courant d’au moins 2A traverse le transistor, il faut une tension VGS de -1.5V ou moins. Pour une batterie complètement chargée (4.2V), il faut donc une tension VG de 2.7V ou moins. Pendant un court instant la tension à l’entrée du convertisseur peut donc descendre jusqu’à environ 2.4V, ce qui provoque un court blocage et ce même avec un condensateur de 1000µF.

J’ai testé d’abord deux possibilités : augmenter la capacité ou remplacer le transistor par une simple diode Schottky.

En passant à une capacité à 2200µF, la fréquence des blocages diminue mais ceux ci ne disparaissent pas. Il faudrait encore augmenter la capacité, au prix d’un encombrement gênant.

En remplaçant le MOSFET par une diode Schottky, le montage simplifié fonctionne parfaitement. Le seul inconvénient est la chute de tension dans la diode (0.3 à 0.5V en fonction de la diode), ce qui obère quelque peu l’autonomie sur batterie.

Épilogue

Finalement, j’ai choisi une troisième possibilité, consistant à mettre une diode Schottky en parallèle sur le transistor (schéma ci-dessus). Cette solution, je trouve, combine tous les avantages. Dès que la tension à l’entrée du montage baisse en dessous de la tension de batterie (4.2V pour la batterie chargée), la diode assure en douceur et sans instabilités le passage de l’alimentation par secteur à l’alimentation sur batterie. Ensuite, lorsque la tension d’entrée (= VG) du MOSFET est suffisamment basse, ce dernier devient passant et prend le relais avec l’avantage d’une chute de tension négligeable à ses bornes. La diode en parallèle ne conduit que pendant quelques dizaines de ms.

Bien sûr, si on ne veut pas s’embêter avec un MOSFET, la solution à deux diodes est plus simple et tout à fait viable. Dans les deux cas, la commutation se fait en douceur sans risque de plantage du Pi. On peut de plus facilement augmenter l’autonomie en choisissant une batterie de plus forte capacité.

57 réflexions au sujet de « Alimentation sans coupure pour Raspberry-Pi »

    1. Pierre-Yves Beauvais Auteur de l’article

      Bonjour wouldsmina,

      Merci de votre commentaire.
      Pour l’instant je n’ai testé le montage que jusqu’à 1A en sortie et je l’utilise en réalité à ~ 0.4 A. Je ferai des essais à plus fort courant lorsque j’aurai trouvé une alimentation 3 A et je ferai un petit compte rendu.
      Bien cordialement,

      Pierre-Yves

      Répondre
      1. wouldsmina

        J’ai trouvé un module de charge 5V 2A au format d’une batterie 18650. Si je comprends bien tes explications :

        > Le courant max de charge est défini par la résistance R3. Pour R3 = 1.2kΩ, comme sur ce module, le courant est de 1 ampère.

        Les 2 ampères correspondent au courant de charge uniquement?
        Le courant en entrée peut il etre supérieur (a condition que le micro-usb le supporte)?

        Répondre
        1. Pierre-Yves Auteur de l’article

          Bonsoir wouldsmina,

          Je ne comprends pas ce qu’est ce module 5V/ 2A au format d’une batterie 18650. Pouvez-vous me donner un lien vers ce module ?

          Cordialement,

          Pierre-Yves

          Répondre
        2. Pierre-Yves Auteur de l’article

          Bonsoir Wouldsmina,

          J’ai regardé le module en question. C’est le genre de circuit qui équipe les « power banks « . Sur ceux que j’ai testés, il y a toujours une coupure de tension quand on débranche l’alimentation, ce qui plante le Pi…
          C’est vrai que ça paraît séduisant car ce module regroupe les deux fonctions (charge batterie et restitution du 5V) sur un seul module mais j’ai un doute sur sa capacité à faire le job.
          Ceci dit, vu le prix, ça peut valoir le coup de tester.

          Cordialement,

          Pierre-Yves

          Répondre
  1. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonjour Denis,

    Vous avez tout à fait raison. C’est juste que c’est ce que j’avais dans mes tiroirs au moment où j’ai voulu réaliser et tester le montage… Entre temps, j’ai trouvé sur une vieille carte une 1N 5821 que j’ai installée en lieu et place. La chute de tension passe de 0.9V à 0.35V. Pas négligeable en effet. L’inconvénient de la 1N582x est qu’elle est volumineuse et a des pattes de 1.32mm de diamètre.

    Du coup, je vais refaire un nouveau montage de test utilisant une Schottky 3A sélectionnée pour sa faible chute de tension (il y a des CMS à 0.35V pour 3A).

    Je me pose la question aussi de remplacer le MOSFET par une de ces diodes car j’ai remarqué à l’oscillo qu’il y a une instabilité au moment où je débranche l’alimentation de la prise secteur, qui se répercute jusqu’au 5V en sortie. Parfois (mais rarement tout de même), ça me plante le Pi-Desktop et en même temps le Pi lui même. C’est bête pour une alimentation sans coupure :(. Cette instabilité est due à la forme de la descente de la tension et en conséquence au passage pas « franc » du MOSFET de l’état bloqué à l’état saturé. Une Schottky règlerait ce problème au prix d’une chute de tension modérée (~ + 0.2V). Au moment de mon premier montage je n’avais que des 1N4004 et je n’avais guère d’autre choix que d’utiliser un MOSFET à cet endroit.

    Cordialement,

    Pierre-Yves

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonjour Denis,
      Merci de votre retour.
      C’est vrai que si le MOSFET est remplacé par une Schottky il n’y a plus de contrôle par la présence du 5V mais en fait, il n’y en a pas vraiment besoin.
      Tant que l’on a du 5V en entrée, on a sur la branche directe : 5V moins la chute de tension dans la diode (typ. 0.4V), c’est à dire ~ 4.6V. Sur la branche accu on a au maximum 4.1V à l’anode (accu chargé). La diode est donc bloquée et le convertisseur n’est alimenté qu’en direct par le 4.6V.
      Maintenant, si l’entrée tombe à 0, alors, la tension à l’entrée du convertisseur chute jusqu’à ce que la diode accu devienne passante. Le convertisseur est alimenté par l’accu et la diode directe est bloquée jusqu’au rétablissement du 5V.
      Je n’ai pas encore testé mais je pense que ça marche.
      Concernant l’instabilité, elle ne se produit que lorsque je débranche l’alimentation de la prise secteur et jamais si je débranche à sa sortie au niveau de l’USB. Je n’en connais pas exactement l’origine mais en tous cas, elle est suffisamment forte pour se répercuter sur le 5 V en sortie du convertisseur.
      Cordialement,
      Pierre-Yves

      Répondre
    1. CDBI30

      Bonjour,
      Super ce petit module
      Mais 1A est largement insuffisant pour un Pi
      Surtout pour le nouveau Pi3B+ avec des pointes à plus de 2A

      Répondre
    2. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonjour Seb@stien,
      En effet, comme dit CDBI30, super ce petit module. C’est un « tout en un »aisé à mettre en œuvre. Cependant, 1.2A c’est un peu court pour un Pi un peu « chargé ». Dans mon cas, avec une consommation mesurée de 0.35 A cela serait parfait mais j’ai voulu dimensionner pour pouvoir débiter de 1.5 à 2 A en sortie.
      Merci pour ce lien très intéressant.
      Cordialement,
      Pierre-Yves

      Répondre
  2. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonjour jpi066,
    Ce module est effectivement très intéressant. Juste une remarque, il n’est pas capable de débiter 2A en permanence sans décharger la batterie car le courant d’entrée est de 1A max, mais il peut le faire de manière intermittente pour absorber une pointe de courant du Pi.
    En considérant la batterie complètement chargée (4.2V) et un rendement du convertisseur de 90%, le courant max en continu tout en maintenant la batterie chargée ne dépassera pas : (1*4.2*0.9)/5=0.75A, ce qui peut être suffisant si on ne tire pas trop de courant des ports USB.
    Cordialement,
    Pierre-Yves

    Répondre
  3. Phil

    re-bonjour Pierre-Yves,

    Quelques questions par rapport à ma config: Pi Desktop avec ssd et 2 ports USB utilisés (Clé zwave et RFLink). L’intensité mesurée sur la ligne d’alimentation USB oscille entre 0,50 et 0,60 A. Mais je n’ai pas d’indication sur les pics intermittents, sans doute supérieurs.
    Mes questions sont :
    – Votre montage est-il suffisamment proportionné pour ma config?
    – La consommation de mon pidesktop permet-elle la recharge de la batterie?
    – Peut-on mettre votre montage dans le boitier du pidesktop? (Surchauffe?)
    – Y aurait-il un moyen de prévenir le pi du passage sur batterie (autrement dit de l’absence d’alimentation sur votre montage?
    Cordialement
    Phil

    Répondre
  4. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Re-bonjour Phil,

    Je pense que le montage est tout à fait capable d’alimenter votre config. Je l’ai testé à 1.5A en continu et passagèrement à 2A. Avec une consommation de 0.6A et des pics à 1A, 1.5A, ça passe largement.

    Pour ce qui est de la recharge batterie en parallèle avec l’alimentation du Pi, ça doit aller aussi. L’avantage du montage est que les fonctions de charge batterie et d’alimentation du Pi sont dissociées en présence de 5V en entrée.
    Le module de charge consomme 1A pour recharger la batterie et votre Pi 0.6A sous 5V, soit 0.85A rapporté à l’entrée. En arrondissant et en prenant une marge supplémentaire, il faut en entrée une alimentation 5V capable de fournir 2.5A pour être tranquille. Le point délicat est la capacité de la µUSB à débiter 2.5A. Je trouve que ça chauffe beaucoup. Il faudrait une type C. J’ai préféré souder directement les fils sur l’entrée du module de charge.

    Le montage intégré dans le Pidesktop, j’y ai pensé mais j’ai renoncé car je n’ai pas trouvé de solution satisfaisante pour raccorder la sortie du montage à la µUSB de la carte du desktop. Soit il faut souder juste à la sortie de la prise mais il y a très peu d’espace sur le circuit, soit il faut faire sortir du boitier un cordon équipé d’une µUSB et le connecter sur l’entrée alimentation. Je ne pense pas qu’on puisse connecter l’alimentation au 5V du bornier interne car dans ce cas on doit perdre les fonctionnalités de la carte du desktop.
    Malgré tout, je crois que l’intégration est possible et l’échauffement des circuits est plutôt modéré.

    Pour la dernière question, l’entrée 5V pourrait être connectée à une entrée numérique du Pi (là pour le coup avantage à l’intégration de l’alimentation dans le boitier) mais il faudrait écrire une petite appli qui scrute en permanence cette entrée de manière à déclencher l’action voulue en cas de coupure d’alimentation.

    Bien cordialement,

    Pierre-Yves

    Répondre
  5. Raphaël

    Bonjour Pierre-Yves,

    Merci pour votre article ! Je suis à la recherche d’une solution de ce genre pour permettre au pi d’avoir le temps de s’éteindre proprement. Avez-vous eu l’occasion de tester certains modules existants comme le UPS PIco ou les cartes juice4halt ?

    Bien cordialement,

    Raphaël

    Répondre
  6. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonjour Raphaël, bonjour François,
    Je n’ai pas testé non plus les matériels cités par Raphaël.
    Le PiDesktop permet effectivement d’arrêter proprement le Pi lorsque l’on appuie sur le bouton A/M. Par contre, sur une coupure brutale d’alimentation, je ne sais pas s’il assure le même service. François, avez-vous testé ?

    Bien cordialement,

    Pierre-Yves

    Répondre
  7. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonsoir,

    Pour information, j’ai ajouté 2 paragraphes à l’article ci dessus : « Alimentation sans coupure pour Raspberry-Pi »

    Bien cordialement,

    Pierre-Yves

    Répondre
  8. papikos

    Une simple batterie externe ROMOSS 10000mA.h 15 euros àfait le boulot depuis 2 ans chez moi
    plus de 10h d’autonomie
    pas de problème à la coupure

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonjour Papikos,
      Merci de votre commentaire.
      Comme je l’ai indiqué au début de l’article, ma première idée était bien d’utiliser comme vous un bloc « power bank » mais les deux modèles que j’ai essayés provoquaient un arrêt du Pi dû à une micro-coupure de l’alimentation au moment de la coupure secteur. C’est pourquoi je me suis rabattu sur cette solution faite maison.
      Cordialement,
      Pierre-Yves

      Répondre
    2. Michel

      J’ai acheté la Romoss 10 000mAh, pas cher effectivement (13€) mais le PI4B resette à la coupure de l’alimentation de la batterie Romoss…
      Dommage, je suppose qu’ils ont dû changer quelque chose si ca fonctionne chez papikos.
      En tous cas, c’est négatif ici; je vais encore mettre une sonde d’oscillo pour voir ce qui se passe à la coupure secteur, afin d’en savoir un peu plus.

      Répondre
  9. papikos

    C’est pour cela que je donne une référence qui marche
    Pas de problème à la coupure.
    Un onduleur pour raspberry pour pas chère !
    En plus deux sortie USB pour le RASP et pour les relais

    Répondre
    1. Phillou53

      Bonjour Paprikos,
      Tout comme Pierre-Yves, quelques déboires pour moi aussi avec une Power Bank Tecknet de 20’000mAh. Avec ce modèle, pas de micro-coupures au début de la panne secteur. Par contre, l’alimentation 5VDC est interrompue lorsque le courant secteur revient ! Et il faut relancer la tension de sortie en pressant sur un bouton… donc inutilisable comme UPS.
      Pouvez-vous être plus précis sur le modèle ROMOSS que vous avez utilisé ? Certains modèles de ce fournisseur ont un bouton poussoir et j’ai quelques craintes…. Une Power Bank qui ne sert (presque) à rien ça va, deux c’est trop 😉
      PS : Merci à Pierre-Yves pour cette autre excellente solution !

      Répondre
  10. AGUINI

    bonjour,
    je ne comprends pas : j’ai fait deux fois le circuit. mais j’ai le même problème : la tension d’entrée au niveau de la micro-usb passe de 5V à plus de 7V dès que je relie le module chargeur au module contrôleur de charge, ce qui provoque une surchauffe (quasi court-circuit).
    j’ai réalisé le deuxième circuit partiellement, c’est à dire uniquement module chargeur + batterie + module contrôleur de charge. (= sans le de mosfet – sans le condensateur).
    le résultat est le même : dès que je fait le contact module chargeur – module contrôleur, la tension d’entrée à la micro-usb passe de 5V à 7V avec surchauffe au niveau du module contrôleur.
    je ne connais en électronique mais tout se passe comme si le module contrôleur ajoutait une tension supplémentaire.

    Répondre
  11. Pierre-Yves

    Bonsoir,
    Difficile d’être sûr de ce qui se passe avec votre montage mais voici une piste.
    Sur le schéma de principe, le + est en haut et le – ou masse est en bas. C’est correct pour le contrôleur de charge mais incorrect pour le convertisseur DC-DC step-up 2.5-4.5 -> 5V. Concernant ce dernier, en réalité le + est en bas et la masse en haut. Il faut par rapport au schéma croiser les fils en sortie du condensateur de 1000µF pour respecter les polarités en entrée du module. Voir le marquage sérigraphié à l’envers de ce module.
    C’est une « bêtise » de ma part. J’aurais dû croiser les pistes ou figurer simplement un rectangle. La photo induit en erreur. Je viens de corriger les schémas de l’article.
    Si c’est bien cela votre souci, j’espère que ça n’a pas détruit vos modules.
    Tenez-moi au courant.
    Cordialement,
    Pierre-Yves

    Répondre
  12. AGUINI

    bonsoir,
    j’ai donc inversé les fils des polarités + et – ==> ça fonctionne bien
    (sauf que j’ai cramé les diodes du module de charge sur le deuxième montage – j’ai dû faire un court-circuit accidentel).
    alors, par précaution, j’ai shunté la micro-usb par une connexion filaire comme sur votre modèle.
    après essai positif de coupure de l’alimentation, il ne me semble pas nécessaire d’ajouter une seconde diode ?
    merci

    Répondre
  13. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonjour,
    Si vous parlez de la diode en parallèle sur le transistor, je dirais qu’il est préférable de la mettre. En effet, dans mon cas, c’est vraiment ce qui a résolu le problème de micro coupure (voir la fin de l’article : « amélioration de la stabilité »). A l’oscilloscope, on voit bien que c’est le retard à la saturation du MOSFET qui cause de temps en temps le blocage du convertisseur.
    Cordialement,
    Pierre-Yves

    Répondre
  14. Philippe DROUET

    Bonjour,
    quelqu’un aurait-il réalisé un petit PCB pour cette super alim ? 🙂
    Je demande car comme je suis une truffe en dessin …

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonjour Philippe,
      J’avais effectivement envisagé de réaliser un PCB sous Kicad mais, comme on le voit dans l’article, j’ai finalement monté l’ensemble des éléments sur une plaque à trous. Ce n’est pas très élégant mais c’est rapide et une fois dans la boite…
      Cordialement,
      PY

      Répondre
      1. Philippe DROUET

        Bonjour Pierre-Yves
        C’est pas faux, une fois dans la boite…
        Disons que ça permet aussi de ne pas se planter dans les liaisons entre composants 🙂
        J »ai bien vu des sites pour commander des PCB avec des logiciels pour faire le circuit mais je n’y comprend rien… j’arrive même pas à placer les composants c’est dire…
        Bref, merci pour cette alimentation, c’est super de pouvoir alimenter le pi pendant une coupure de courant sans passer par un gros onduleur 🙂

        Répondre
  15. Philippe DROUET

    Bonjour,
    après avoir tout monté tout fonctionne bien ou presque.
    Je m’explique.
    L’alimentation prend bien le relai et le Pi reste bien allumé sans aucune coupure.
    Le seul hic c’est que si la coupure de courant dure trop longtemps le Pi s’éteint (c’est logique, la batterie étant déchargée). Le souci c’est quand le courant revient, le Pi ne redémarre pas (alors qu’il redémarre sans souci si je ne passe pas par l’alimentation secourue).
    Pour qu’il redémarre au retour du courant j’ai soudé un petit condensateur de 10µF en parallèle des contacts du bouton servant à allumer le Pi (https://www.jeedom.com/forum/viewtopic.php?f=59&t=40371&hilit=pi+desktop).
    Si quelqu’un a une idée pour corriger ce souci ce serait vraiment parfait 🙂
    Bonne fin de journée.

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonsoir Philippe,
      En fait, je pense que vous avez trouvé la bonne solution avec l’ajout du 10µF.
      L’UPS évite toute interruption pour les coupures les plus fréquentes (< à 1h) et la capa de 10µF en // sur le bouton poussoir permet le redémarrage en cas de panne secteur plus longue (batterie déchargée). Je vais faire la modification sur mon montage. Le Pi Desktop, il me semble, n'est pas prévu pour démarrer le pi au branchement de l'alimentation. Je suis étonné que ça marche dans votre cas. Bonne soirée, PY

      Répondre
      1. Philippe DROUET

        Bonjour,
        malheureusement si je branche l’alimentation avec sa batterie le redémarrage ne s’effectue pas.
        Si je ne branche pas l’alimentation secourue alors le redémarrage se fait correctement grâce au condensateur.
        Ce que je ne comprend pas c’est pourquoi le condensateur ne joue plus son rôle quand je branche l’alimentation (sauf si bien sur le condensateur perd sa charge du fait du branchement de l’alimentation).
        Pour être plus schématique :
        Pi + alimentation normale = redémarrage
        Pi + Alimentation secourue = maintient de l’alimention du Pi durant quelques dizaines de minute mais pas de redémarrage à l’issue.
        NB : j’ai utilisé le dernier schéma avec les deux diodes + NDP6020P. La seule différence c’est que j’ai utilisé pour les diodes deux 1N5822 (plus pratiques pour moi à souder même si bien plus grosses) à la place des RB051L, est-ce que ça aurait une importance ?

        Bonne journée

        Répondre
        1. Pierre-Yves Auteur de l’article

          Bonjour,
          Merci pour les précisions. Je n’avais pas compris que dans le cas du redémarrage avec l’alimentation d’origine, la capacité de 10µF était déjà présente. Je comprends mieux le problème.
          Avez-vous fait le test suivant : au lieu de laisser l’UPS connectée au Pi et de rebrancher l’entrée de l’UPS au secteur (pour simuler un retour secteur après coupure), brancher d’abord l’UPS sur le secteur et ensuite seulement, brancher la sortie de l’UPS sur le Pi-Desktop ? Idéalement, il faudrait comparer à l’oscilloscope les fronts de montée de la tension.
          Si le Desktop redémarre dans ce cas, ça peut signer un problème de constante de temps de remontée de la tension. Alors peut-être que diminuer drastiquement la capacité présente à l’entrée du step-up (ou même la supprimer car il y a déjà celle du module lui-même), pourrait résoudre le problème.
          Bonne journée,
          PY

          Répondre
          1. Philippe DROUET

            Merci pour votre réponse très rapide 🙂
            Après extinction du Pi suite à un niveau de batterie faible sur l’UPS :
            – Rebrancher le 220 en entrée de l’UPS = Pas de redémarrage
            – Débrancher l’UPS du Pi, rebrancher le 220 sur l’UPS puis rebrancher l’UPS sur le Pi = redémarre normalement même sans attendre que la batterie soit un petit peu chargée.
            L’électronique n’étant pas mon fort quel composant dois-je déssouder sur le StepUp pour faire un essai ?
            Si ça peut vous aider c’est avec plaisir 🙂

            Répondre
            1. Pierre-Yves Auteur de l’article

              C’est bon signe, ça signifie probablement que dans le premier cas (celui qui en fait simule de façon réaliste un redémarrage après panne secteur et décharge complète de la batterie), la remontée de la tension n’est pas « franche ». Il faut voir que l’alimentation coté secteur doit dans ce cas, alimenter le module de charge de la batterie (1 A) et charger les capacités d’entrée du step-up jusqu’à atteindre sa tension seuil de démarrage.
              Si vous avez suivi le schéma de la fin de l’article, je propose de supprimer le condensateur de 1000µF qui est juste en // de l’entrée du step-up mais sans toucher à celui qui est sur le module (en CMS, c’est trop risqué et c’est de toutes façons une petite capacité, peut-être 10µF).
              Dites-moi ce que ça donne.
              PY

              Répondre
              1. Philippe DROUET

                Alors, après avoir déconnecté le 1000µF et attendu que la batterie soit épuisée j’ai reconnecté le 220 sur l’UPS. Malheureusement le Pi ne redémarre pas, pour le redémarrer je suis obligé d’appuyer sur le bouton du Pi-Desktop.
                Voila 🙂

                Répondre
                1. Pierre-Yves Auteur de l’article

                  Dommage…
                  Il faudra que j’installe la capacité de 10µF et que je fasse le test des différentes configurations en regardant à l’oscilloscope le comportement de la tension.
                  Bonne après-midi,
                  PY

                  Répondre
                  1. Philippe DROUET

                    Oui c’est dommage mais ce n’est pas dramatique 😉
                    Cette alimentation secourue reste une très bonne alimentation. Le faute est plutôt du coté des développeurs du Pi-Desktop qui n’ont pas prévu de redémarrage quand le courant revient 🙁
                    Bonne fin d’après midi et merci encore pour tout ce travail 🙂

                    Répondre
  16. vVDB

    Bonjour,
    Très bien, et ça m’a l’air d’être fiable, au vu des nombreuses intéractions…
    Il manque, pour moi, juste une alerte « fin de batterie » pour déclencher une fermeture ‘propre’ du système.
    J’ajoute que je n’ai aucune connaissance du raspberry…
    Je vais me lancer prochainement dans un système domotique et les coupures EDF m’inquiètent.

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonjour vVDB,
      Le montage final, avec les modifications expliquées en fin d’article, est en effet plutôt fiable. En tous cas, il répond au besoin dans le cas d’une utilisation avec le Pi Desktop. En effet, ce dernier gère proprement l’arrêt du Pi à la coupure.
      Le point faible est que ce même Pi desktop ne gère pas correctement le redémarrage du Pi après une décharge batterie ayant entraîné une coupure et je n’ai pas trouvé de solution simple pour y remédier. Cependant depuis que l’ensemble est en fonctionnement, j’ai eu de nombreuses coupures secteur mais jamais d’une durée telle que la batterie arrive à décharge complète.
      Bonne soirée,
      PY

      Répondre
  17. Jean-Christophe

    Bonjour,
    Merci pour ce schema que je viens de cabler.
    Lors d’une coupure du 220, la batterie prends bien le relais et lors du retour du 220, la batterie se recharge bien.
    Par contre lorsque la charge de la batterie est complète et se coupe par le TP4056, j’ai un courant qui continue à passer dans la batterie. Après quelques recherches et essais, celui ci passe par le MOSFET, car celui ci a une diode interne entre le drain et la source et qui devient passante en fin de charge.
    Le courant mesuré est d’environ de 25mA en permanence qui pour moi risque de réduire la durée de vie de l’accu.
    Qu’en pensez vous ?
    Merci d’avance
    JC

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonjour Jean-Christophe,
      Je ne pense pas pas qu’il y ait le moindre risque pour la batterie. Celle-ci est protégée en permanence par le DW01-P associé au FS8205A (dual N channel Mosfet). La liaison négative de la batterie est coupée dès que sa tension atteint 4.25 V +/- 50 mV. De plus, pratiquement toutes les batteries Li-ion intègrent déjà un circuit de protection. C’est le cas de la cellule Emmerich que j’utilise.
      J’ai le même dispositif pour charger une batterie 3.7V-3.8Ah récupérée sur un Rpi PowerPack. Cette dernière intègre aussi une protection contre le sur ou sous-voltage.
      Bien cordialement,
      Pierre-Yves

      Répondre
  18. Robert

    Bonjour
    Pouvez-vous me donner des précisions sur les diodes utilisées dans votre montage :
    – Dans votre liste de composants vous indiquez des diodes de type 1N 582x pour I > 1 A ou de type 1N 400x pour I <= 1 A.
    – Dans le schéma électronique du dessous on peut voir 1 diode Schottky RB051L (3A/40V).
    – Puis dans montage électronique physique 1 diode 1N4004
    – Et finalement dans votre épilogue sur le schéma électronique 2 diodes Schottky RB051L (3A/40V).

    J'ai tenté de trouver ces fameuses diode Schottky RB051L (3A/40V) mais impossible. Avez-vous un équivalent ?
    Merci pour votre article

    Répondre
    1. Pierre-Yves Auteur de l’article

      Bonsoir Robert,
      Effectivement, le montage a quelque peu évolué au fil des commentaires…
      En bref, je propose deux montages possibles :
      -Soit 2 diodes Shottky sans Mosfet, au prix d’une légère chute de tension (0.3 à 0.5 V) en sortie de batterie,
      – Soit avec Mosfet et 2 diodes dont une en parallèle sur le transistor comme sur le schéma.
      Dans les 2 cas, il faut des diodes capables de supporter le courant max que l’on souhaite. Pour 2A, il paraît sain de monter des diodes 3A.
      Les diodes Shottky que j’ai indiquées sont des composants de récupération et il est possible qu’elles soient difficiles à trouver.
      Voici deux références selon le modèle que vous préférez (CMS ou sorties axiales) :

      https://www.conrad.fr/p/panjit-diode-de-redressement-schottky-sb340ls-do-15-40-v-simple-1304996

      https://www.conrad.fr/p/panjit-diode-de-redressement-schottky-sk34-do-214ab-40-v-simple-1304936

      Bien cordialement,
      Pierre-Yves

      Répondre
  19. Madrange

    Bonjour Pierre-Yves,
    Merci pour cet article extrêmement intéressant !
    Je souhaiterai adapter votre idée pour un Raspberry pi 4 qui consomme plus, et deux, voir 2×2 batteries 16850, pour avoir une plus grande autonomie et 2×3,7v.
    Est-ce que cela vous semble une bonne idée et est-ce possible ?
    Merci beaucoup,
    Cordialement,
    Stéphane

    Répondre
  20. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonjour Stéphane,
    Je me suis quelque peu replongé dans les schémas et datasheets pour pouvoir vous faire une réponse qui j’espère vous sera utile…

    Je pense que la première chose à faire est de bien évaluer votre besoin réel en matière de courant max et d’autonomie nécessaire sur batterie.
    Il est vrai que le Pi4 consomme plus que le Pi3 mais dans la très grande majorité des usages, il est tout de même loin de consommer 3A. A titre d’exemple, j’en utilise un comme serveur pour l’automatisation de mon télescope. J’ai 6 équipements connectés dessus via un hub sans alimentation externe. Sa consommation est de 0.65 A seul et 1.4 A avec tous les équipements connectés.
    Bien sûr, si vous faites travailler intensément le processeur et que vous connectez des équipements gourmands aux ports USB, ça peut monter au dessus de 2 A.

    Tel qu’est le montage présenté avec ses dernières améliorations, il doit pouvoir fournir au moins 2.5A. Le step-up converter basé sur un G5177C a encore un rendement > à 90% à I = 3A et pour une tension d’entrée de 4.2 V.
    Avec 2.5 A en continu, l’autonomie avec un accu 16850 ne dépasserait cependant probablement pas 30 mn. Avec 4 en //, vous pourriez atteindre 2 heures. Mais dans ce cas, compte de tenu de la limitation du contrôleur de charge à 1 A, le temps de recharge passerait à plus de 10 heures.

    Vous parlez de 2 x 2 accus, voulez-vous dire un montage série/parallèle ? Dans ce cas, tout le montage serait à revoir.
    Pour la sortie, pas de problème, il faudrait remplacer le step-up par un step-down converter pour produire 5V à partir du 7.4 V. Mais coté entrée, je ne vois pas trop comment faire. Au vu du schéma du contrôleur de charge, il ne me paraît pas possible d’en connecter deux en parallèle à l’entrée alors que les accus sont en série. Il me semble me souvenir d’avoir vu de tels montages mais je ne parviens pas à les retrouver.

    Un dernier point, connecter des accus en // peut se faire mais je crois qu’il faut veiller à ce qu’ils soient identiques et dans le même état.

    Bien cordialement,

    Pierre-Yves

    Répondre
  21. Madrange

    Merci beaucoup Pierre-Yves pour toutes ces réponses.
    Vous avez raison, les 4 18650 ne sont peut-être pas nécessaires…
    J’ai poursuivi mes recherches et trouvé pas mal d’alimentations geekworm, et notamment les x728, x735 et x750. La plupart des réalisations utilisaient également une carte ssd pour faire un NAS.
    Du coup je me disais compte tenu de la faible consommation des raspberries, qu’un onduleur ne conviendrait pas, et qu’une solution de secours par Raspberry serait peut-être préférable.
    Moi c’est juste pour assurer l’alimentation de mon Pi4 sur lequel j’ai une distribution Yunohost et un site web sous WordPress, donc pas beaucoup de consommation sans doute. La question complémentaire est que j’ai finalement d’autres équipements :
    – une Freebox,
    – un NAS sous Freenas sur un pentium avec 4 disques de 4 To,
    – 4 Raspberry pi : un pour le site web, un qui ne sert que de vpn, un DAC pour streamer de la musique, un pour l’imprimante 3D.
    Pas obligé qu’ils soient tous sauvés, mais si c’est possible…
    Du coup un onduleur classique serait peut-être mieux ?
    J’ai repéré cela :
    Onduleur Eaton Ellipse ECO 650 USB FR – Off-line UPS – EL650USBFR – 650VA (4 prises FR) https://www.amazon.fr/dp/B0052QV9MK/ref=cm_sw_r_cp_api_i_CADAHFYW4C245HYKQDW4?psc=1

    Merci beaucoup pour tous vos conseils,
    Bien cordialement,
    Stéphane

    Répondre
  22. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Je suis d’accord avec vous.
    Compte tenu du nombre d’équipements dont vous souhaitez sauvegarder le fonctionnement, un onduleur est plus adapté et plus simple à mettre en œuvre (sauf si ces équipements sont très dispersés). De plus, le modèle 650W est vraiment d’un bon rapport qualité/prix.
    Le petit hic est que l’autonomie annoncée (9 mn) est assez faible. Mais je suppose que c’est donné pour la puissance nominale.
    J’ai regardé aussi les solutions type hat Geekworm, ça paraît être vraiment du bon matériel.
    Bonne soirée,
    Pierre-Yves

    Répondre
  23. Alexandre

    Bonjour,

    Je ne comprends pas comment le MOSFET peut être en saturation. Pour moi, il est soit bloqué, soit linéaire.

    Vth = Vgs(min) = -0.4V pour le NDP6020P.

    Sur secteur :
    Vgs = 5-4.2 = 0.8V > Vth, donc le transistor est bloqué.

    Sur batterie (chargée, Vbat = 4.2V) :
    Vgs = 0-4.2 = -4.2V Vdssat (car Rdson < 75mΩ), donc le transistor est linéaire.

    Pour moi, il ne peut être saturé que si Vds est plus petit que -3.8V, ce qui donnerait une tension de 4.2-3.8 = 0.4V max à l'entrée du convertisseur qui suit.

    Je dois peut-être me tromper quelque part, je suis ouvert à toutes explications 🙂

    Cordialement,
    Alexandre

    Répondre
  24. Pierre-Yves Auteur de l’article

    Bonjour Alexandre,

    Effectivement, le terme « saturation » est incorrect. On est bien en régime linéaire comme vous l’avez fait justement remarquer. Je corrigerai.
    Dans le cas du montage, l’état recherché est celui d’un Rdson minimum (par un |Vgs| maximum) de manière à perdre le moins possible de tension batterie et donc de maximiser l’autonomie. Et c’est bien ce qui se produit.

    Je viens de refaire des mesures avec mon prototype. Pour 0.43 A en sortie du step-up (0.5 A en sortie de batterie) et un Vgs de -3.9 V, j’ai 27 mV entre drain et source soit un Rdson de 54 milliohm. Les 27 mV sont à comparer à une tension d’environ 0.3 V au borne d’une Schottky.
    Bien vu 😉

    Cordialement,

    Pierre-Yves

    Répondre

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