PiPower 5 HAT
接口概览
USB Type-C 电源输入
外部电源输入，用于为 Raspberry Pi 供电并同时给电池充电。
支持 USB Power Delivery（PD）协议，输入范围 5V–15V。
电源输入选择器（DIP 开关）
允许选择不同的输入电源配置文件以实现灵活配置。
默认 ON 跳线
定义系统在设备关机状态且连接外部电源时是否应自动开机。
ON = 自动开机启用，OFF = 需要手动启动。
SDSIG（关机信号）
为 Raspberry Pi 提供关机检测。
当桥接到 PI3V3 时，与 Raspberry Pi 4 和 Pi 5 配合使用。
当短接到 Pin 26 时，支持 Pi 3 和 Pi Zero。
正确配置后，PiPower5 将在 Raspberry Pi 关机后自动切断电源。
PWR LED（输出状态指示灯）
系统输出激活时亮起。
BAT LED（电池状态指示灯）
系统由电池供电时亮起。
在没有外部电源运行时提醒监控电池消耗。
电源按钮
按一次：激活输出电源。
长按（2 秒）：通过 I²C 发送安全关机请求。
长按（5 秒）：强制立即断电（硬关机）。
可自定义：单击和双击操作可通过软件重新配置。
外部电源按钮端子（ZH1.5 2P）
允许连接外部物理电源按钮。
外部电源按钮排针（2.54mm）
用于外部电源按钮连接的替代可焊接排针选项。
电池指示灯 LED
显示剩余电池容量和充电状态。
注意：即使系统关闭，充电期间 LED 保持活动状态，直到电池充满。
I²C 接口（SH1.0 4P）
兼容 Qwiic 和 STEMMA QT 生态系统。
用于与板载微控制器和外部外设通信。
I²C 接口（1x4P 2.54mm 排针）
替代 I²C 分支，带 3V3 电源输出，可配置为常开或受控。
I²C 电源选择跳线
PERM：连接外部电源时 3V3 电源始终开启。
SHUT（默认）：系统关机时 3V3 电源自动切断。
USB Type-A 输出端口
提供**稳压 5V 输出**，适用于为外设或其他设备供电。
为 Raspberry Pi 供电时，可能会遇到非 PD 电源警告，可以安全忽略。
2x4P 2.54mm 电源输出排针
为外部模块或 SBC 提供额外的 5V 输出。
Raspberry Pi GPIO 排针（母座连接器）
Raspberry Pi 的直接接口，传输电源、I²C 和其他信号。
完全兼容 Raspberry Pi 引脚排列。
Raspberry Pi GPIO 排针（公针引出）
引出 Raspberry Pi GPIO 引脚，用于堆叠 HAT 或外部扩展。
注意：I²C 线路和 Pin 26 已被 PiPower5 功能占用。
您也可以连接 GPIO 延长线（从侧板底部）在面包板上进行实验。
电池连接器（XH2.54 3P）
电池连接接口。
引脚顺序（从左到右）：负极、中点（两节电池之间）、正极。
专为7.4V（2 节）锂离子/锂聚合物电池设计。
电池反接警告 LED
如果电池以反向极性连接，两个红色 LED 亮起，警告安装不正确。
电池和输入电源螺丝端子
外部电池和电源的替代连接方法。
支持5V–15V 外部输入（建议：>9V）。
电池支持：仅 2 x 3.7V 锂离子/锂聚合物电池（不兼容 LiFePO₄ 电池）。
规格表
参数 |
最小值 |
典型值 |
最大值 |
单位 |
|---|---|---|---|---|
电池关断电流 |
- |
60 |
- |
µA |
电池静态电流 |
- |
25 |
- |
mA |
DC-DC 输出电压 |
5.1957 |
5.2855 |
5.3766 |
V |
DC-DC 过温保护 |
- |
150 |
- |
℃ |
电池充电功率 |
- |
- |
20 |
W |
充电过温保护 |
- |
125 |
- |
℃ |
均衡电阻 |
- |
60 |
- |
Ω |
均衡激活电压 |
- |
4.2 |
- |
V |
电源输入
使用 Raspberry Pi 5 时，建议使用 USB PD 电源或最低输出 32W 的 DC 电源。否则，在高功耗期间，由于电源不足，电池可能无法正常充电，甚至耗尽电量。
您可以通过监控 BAT LED 指示灯来检查电池状态。当外部电源充足时，BAT LED 应保持熄灭，表示电池处于待机模式且未放电。如果 BAT LED 亮起，表示电池正在为设备供电，可能是因为外部电源不足或断开。BAT LED 长时间亮起可能导致电池过度放电，使其无法在停电期间充当不间断电源（UPS）。确保使用符合要求规格的电源以避免此类情况。
电源路径
PiPower 5 集成了电源路径管理，可以自动切换电源以减少电池损耗并确保不间断供电。主要功能包括：
当外部电源连接时，5V 输出通过降压电路从外部电源供电。输出可以通过开关关闭。如果条件允许，外部电源也可以同时为电池充电（详情请参见”充电电流”部分）。
当外部电源断开时，系统立即通过降压电路切换到电池供电。这种无缝过渡确保系统在电源中断期间继续正常工作。
您可以通过检查 BAT LED 指示灯来确认电池当前是否正在为系统供电。
充电电流
充电电流受两种限制的影响：
备注
充电电流由”螺丝端子电源充电限制”和”充电功率选择限制”共同决定，并受两者中较小值的约束。
螺丝端子电源充电限制
通过螺丝端子电源输入供电时，充电电流会根据输入电压自动调整，如下所示：
输入电压（VBUS）
最大充电电流
4.5 < VBUS ≤ 6.5V
3A
6.5 < VBUS ≤ 9.5V
2A
9.5 < VBUS ≤ 13.5V
1.5A
13.5 < VBUS ≤ 16.5V
2A
充电功率选择限制
板上的 2 位 DIP 开关允许选择不同的充电功率级别。每种设置对应的充电功率和输出功率分配如下：
充电选择 1
充电选择 2
充电功率
0
0
5W
1
0
10W
0
1
15W
1
1
20W
如何选择充电功率
公式为：
电源容量 = Raspberry Pi 所需功率 + 充电功率
我们建议将 Raspberry Pi 的功率需求估计为 20W 至 25W。
如果使用 30W 电源，将充电功率设置为 10W 或 5W。
如果使用 45W 电源，可以安全地将充电功率设置为 20W。
如果您熟悉 Raspberry Pi 的功率需求，只要为偶尔的功率峰值预留足够的余量，可以设置更高的充电功率。
⚠️ 请谨慎：功率不足可能导致 Raspberry Pi 意外关机。
充电过程
当电池电压
VBAT <= 2.5V时，系统以低电流（约 50 mA）进行涓流充电。当
2.5V < VBAT <= VTRKL时，继续涓流充电，电池充电电流增加到约 200 mA。当
VTRKL < VBAT < VCV时，系统切换到恒流充电，向电池提供预设的恒定电流。一旦
VBAT = VCV，且电池电压接近充满电水平时，充电电流逐渐减小，过渡到恒压充电。在恒压充电期间，当充电电流降至
ISTOP以下且电池电压接近恒压阈值时，充电停止，电池进入充满电状态。在充满电状态下，系统持续监控电池电压。如果电压降至
VRCH以下，充电自动恢复。
保护功能
PiPower 5 提供全面的保护功能，包括输入欠压和过压保护，以及充电芯片和 DC-DC 转换器的过热保护。这些功能确保系统稳定可靠运行。
充电均衡
板载充电均衡芯片在检测到单节电池电压超过 4.2V 时，激活 60Ω 电阻以低电流对电池放电。此功能有助于保持电池之间的电压平衡。
温度保护
当充电芯片内部温度超过 125°C 时，充电过程自动停止。同样，当 DC-DC 芯片内部温度超过 150°C 时，输出被禁用。
电源按钮
用于控制板子电源的板载电源按钮：
按一次：激活输出。
按住 2 秒直到中间两个电池 LED 亮起，然后松开：通过 I2C 发送关机请求。
按住超过 5 秒：直接关闭输出。
电池指示灯
四个板载 LED 指示电池电量和充电状态。
备注
如果设备在关机期间正在充电，指示灯将继续显示充电状态直到充电完成。
4 个 LED 亮：电池 >80%
3 个 LED 亮：60%< 电池 <80%
2 个 LED 亮：40%< 电池 <60%
1 个 LED 亮：20%< 电池 <40%
第一个 LED 闪烁：电池 <20%
LED 循环顺序亮起：正在充电
中间两个 LED 闪烁：等待关机信号
所有 LED 灭：未通电或处于休眠模式
电池连接器
VH3.96 2P 电池连接器和螺丝端子电池连接器。
外部电源按钮端子和排针
此端子或排针设计用于连接外部电源按钮。将瞬时开关（如轻触开关或复古风格金属按钮）连接到跳线引脚。按钮的两根导线可以以任意方向连接到跳线引脚，因为不需要极性。连接后，您可以像使用板载电源按钮一样使用外部按钮。
SDSIG 跳线
为 Raspberry Pi 提供关机检测。
当桥接到 PI3V3 时，与 Raspberry Pi 4 和 Pi 5 配合使用。
当短接到 Pin 26 时，支持 Pi 3 和 Pi Zero。
正确配置后，PiPower5 将在 Raspberry Pi 关机后自动切断电源。
默认 ON/OFF 跳线
此跳线用于选择关机后 USB 电源输出是否默认启用。使用跳线帽连接标记为 ON 或 OFF 的引脚进行选择。
如果跳线帽位于左侧并连接到 OFF，关机后插入 USB 电源不会激活输出。
如果跳线帽位于右侧并连接到 ON，关机后插入 USB 电源将激活输出。
此功能通常用于需要自动启动的设备，如个人服务器。例如，如果发生停电，PiPower 5 将接管 Raspberry Pi 的电源，确保安全关机。一旦电源恢复，PiPower 5 自动为 Raspberry Pi 通电，无需手动干预。
RPi 排针
排针设计用于直接连接到 Raspberry Pi，包括 I2C 通信和电源供应。
排针支持堆叠额外的 HAT。但是，请注意 I2C 引脚和引脚 26 已连接，可能需要小心管理以避免冲突。
Raspberry Pi |
板载 MCU |
|---|---|
SDA |
SDA |
SCL |
SCL |
GPIO26 |
SHUTDOWN |
ID_SD |
ID_EEPROM SDA |
ID_SC |
ID_EEPROM SCL |
I2C 通信
I2C 地址：0x5C
板载微控制器收集板上的各种信号并将其存储在寄存器中。这些信号可以通过 I2C 使用以下寄存器表访问。
| 名称 | 地址 | 数据长度 | 数据类型 | 单位 | 描述 |
|---|---|---|---|---|---|
| 输入电压 | 0 | 2 | u16 | mV | - |
| 输入电流 | 2 | 2 | u16 | mA | - |
| 输出电压 | 4 | 2 | u16 | mV | - |
| 输出电流 | 6 | 2 | u16 | mA | - |
| 电池电压 | 8 | 2 | u16 | mV | - |
| 电池电流 | 10 | 2 | i16 | mA | - |
| 电池百分比 | 12 | 1 | u8 | % | - |
| 电池容量 | 13 | 2 | u16 | mAh | - |
| 电源 | 15 | 1 | u8 | - | 0：电池未供电。 1：电池供电。 |
| USB 连接状态 | 16 | 1 | u8 | - | 0：USB 未插入。 1：USB 已插入。 |
| 保留 | 17 | 1 | - | - | - |
| 充电状态 | 18 | 1 | u8 | - | 0：未充电。 1：充电中。 |
| 风扇功率 | 19 | 1 | u8 | - | 风扇功率级别（0–100）。 |
| 关机请求 | 20 | 1 | u8 | - | 1：低电量触发。 2：按下电源按钮触发。 |
| 固件版本（主） | 128 | 1 | u8 | - | - |
| 固件版本（次） | 129 | 1 | u8 | - | - |
| 固件版本（补丁） | 130 | 1 | u8 | - | - |
| 复位代码 | 131 | 1 | u8 | - | MCU 复位原因代码。 |
| RTC 年 | 132 | 1 | u8 | - | - |
| RTC 月 | 133 | 1 | u8 | - | - |
| RTC 日 | 134 | 1 | u8 | - | - |
| RTC 时 | 135 | 1 | u8 | - | - |
| RTC 分 | 136 | 1 | u8 | - | - |
| RTC 秒 | 137 | 1 | u8 | - | - |
| RTC 亚秒 | 138 | 1 | u8 | 1/128 s | RTC 亚秒（1/128 秒）。 |
| 常开功能 | 139 | 1 | u8 | - | 0：启用。 1：禁用。 |
| 板 ID | 140 | 1 | u8 | - | 板识别： 0：Pironman U1。 1：Pironman 4。 2：PiPower 3。 4：PiPower 5。 |
| 保留 | 141 | 1 | - | - | - |
| 保留 | 142 | 1 | - | - | - |
| 关机百分比 | 143 | 1 | u8 | - | 当前低电量关机百分比阈值。 |
| 保留 | 144 | 1 | - | - | - |
| 名称 | 地址 | 数据长度 | 数据类型 | 单位 | 描述 |
|---|---|---|---|---|---|
| 风扇功率 | 0 | 1 | u8 | - | 设置风扇速度（0–100）。 |
| RTC 年 | 1 | 1 | u8 | - | 设置 RTC 年。 |
| RTC 月 | 2 | 1 | u8 | - | 设置 RTC 月。 |
| RTC 日 | 3 | 1 | u8 | - | 设置 RTC 日。 |
| RTC 时 | 4 | 1 | u8 | - | 设置 RTC 时。 |
| RTC 分 | 5 | 1 | u8 | - | 设置 RTC 分。 |
| RTC 秒 | 6 | 1 | u8 | - | 设置 RTC 秒。 |
| RTC 亚秒 | 7 | 1 | u8 | 1/128 s | 设置 RTC 亚秒。 |
| RTC 设置 | 8 | 1 | u8 | - | 启用 RTC 设置： 1：启用。 |
| 关机百分比 | 9 | 1 | u8 | - | 设置低电量关机百分比阈值（0–100）。 |
| 断电百分比 | 10 | 1 | u8 | - | 设置低电量断电百分比阈值（0–100）。 |