Питание ESP от 2xAA с помощью Step-Up конвертера

pazyzy

New member
Всем привет.
Помогите пожалуйста разобраться с проблемой. Уже несколько дней сижу, не получается завести схему.
Цель: сделать автономный датчик температуры/влажности на основе ESP-12 и BME-280.
Реализация: взять что-то с мизерным потреблением, что будет контролировать включение цепи, в которой находится ESP (а не надеяться на спящий режим ESP) только тогда, когда нужно сделать измерения. В качестве этого "чего-то" выступает Attiny13a, который включает цепь на 8 секунд раз в 20 минут. В качестве включателя - MOSFET IRL2203N.

Источник питания - 2xAA.
Питание от батареек повышается до 3.3в с помощью Step-up конвертера (брал тут: 2 шт. мини Dc dc 1 В 1.2 В 1.5 В 1.8 В 2.5 В 3 В к DC 3.3 В Step UP Повысьте Блока Питания Для Arduino UNO Макет ИЗ ЗА купить на AliExpress)

Схема в приложении.
MOSFET подключен ногой Source к GND, ногой Drain к Step-up конвертору.

ATTiny13 контролирует включение MOSFET, который включает step-up конвертер и всю схему.

Собственно проблема.
Из схемы исключим attiny13 (пока он не нужен) и будем напрямую управлять включением mosfet (руками подключая провод в нужное место). В это время меряем напряжение между Drain и Source ногах транзистора. Когда gate подтянут к земле, транзистор закрыт, напряжение 2.8 вольта. Подключаем gate к "+". Транзистор должен открыться, но напряжение на нем всегда 0.7-0.8 вольта. Полагаю, что он не до конца открывается.
Почему?

Какие эксперименты проводил:
1. Сопротивление всей схемы около 23 кОм. Взял транзистор, подключил к ноге source 20кОм резистор, вторую ногу резистора к питанию, использовал те же батарейки. Транзистор прекрасно открывается, падение напряжения на транзисторе отсутствует.
2. Если минус с батарейки подать сразу в точку "1" на схеме (минуя транзистор), то кусок схемы с ESP работает. Он заводится, читает температуру, подключается к WiFi, отправляет все данные, выключается. Проверял уже раз двадцать.
3. Отключил step-up конвертер в точке "1" (ground). Схему оставил без изменений. Транзистор опять прекрасно открывается полностью. Падение напряжения отсутствует.


Подскажите, пожалуйста, в чем может быть проблема?

Спасибо, что дочитали до конца :)
 

Вложения

Jury_78

New member
Схема вроде простая... если напряжения на затворе достаточно, то должно работать.
 

pvvx

Активный участник сообщества
Подскажите, пожалуйста, в чем может быть проблема?
:
В качестве включателя - MOSFET IRL2203N.
Маловато напряжение открытия на Gate. Питание под нагрузкой будет и ниже 1.2*2= 2.4 В. С выхода MCU ещё меньше. В итоге Rds у IRL2203N будет более 0.5 Ом. Ток при передаче на ESP8266 к 250 мА (реально пики больше). DC-DC имеет КПД до 80%...
DC-DC для ESP8266 при 2-х элементах не требуется. Рабочий диапазон напряжений, при котором он работает - 0т 1.70 до 3.6 В. На участке 1.7..2 В сказывается работа Flash. Если она дурная, то при записи на пониженном напряжении в ней создается малое напряжение "заряда" в ячейках и считывание при нормальном напряжении будет сбоить.
Если поставите дурной ключ на питание ESP8266, то получить работоспособность на 2 и менее В не выйдет. Лучше использовать deep-sleep на ESP8266 с контролем его внешним MCU (сбрасывать за RESET если не заснул). Ну и буферизировать батарейку достойным электролитом с малым ESR.

BME-280 : VDD main supply voltage range: 1.71 V to 3.6 V
 
Последнее редактирование:

sharikov

Active member
DC-DC для ESP8266 при 2-х элементах не требуется. Рабочий диапазон напряжений, при котором он работает - 0т 1.70 до 3.6 В.
Требуется. ESP может и работает от 1,7 а вот флэшке надо от 2,7 а лучше не менее 3,0V.
Если учесть просадку напряжения на батарейках получается без step-up преобразователя никак..
 

pvvx

Активный участник сообщества
Требуется. ESP может и работает от 1,7 а вот флэшке надо от 2,7 а лучше не менее 3,0V.
Если учесть просадку напряжения на батарейках получается без step-up преобразователя никак..
На тестируемых модулях при 1.71 В было всё успешно. Но там я ставил Winbond Flash, а есть Flash и на 1.8 В. С теми, что продают модули на али обычно вообще беда и рассматривать это не вижу смысла...
При понижении питания имеем только падение выходной мощности передатчика (до 2-х раз всего). На 1.70 В стабилизатор 1.1В для потрохов в ESP8266 дает провал и он виснет.
Тест с 1.71В производился на 4-х модулях, при этом буферный кондер был 33 000 мкФ с креплением болтами (импульсный электролит с объемом более 300 мл) :p (ну и кучка керамики у самого модуля к сотне мкФ - иначе сложно от лаб.БП с учетом просадки проводов выставить 1.71 В точно и чтоб не дергалась при импульсной нагрузке)
Просадка на батарейке в пиках рассчитывается, да про кондер не зря написал.
Пример http://www.ti.com/lit/wp/swra349/swra349.pdf (как-раз изучаю, чтобы сделать автономный датчик аварии на RTL871xBN и CR2032 ради "спортивного интереса" побить BLE -> http://webshop.atlantikelektronik.de/Mailings/EW12_paper_v3.pdf)
Если у вас всё сделано на соплях - проводках, то и при 2.7В модуль не работает. :)
 
Последнее редактирование:

=AK=

New member
Если учесть просадку напряжения на батарейках получается без step-up преобразователя никак..
Вместо повышающего преобразователя лучше использовать понижающий. Запитать от 3-х батареек, для питания управляющего микроконтроллера поставить микропотребляющий линейный регулятор, например, TPS78233. Для питания ESP можно для начала тоже поставить линейный регулятор, у которого есть вход выключения, например, XC6222-33 (у него выход на 700 мА). Конденсатор 470 мкФ на шину питания ESP поставить обязательно. В дальнейшем, если хочется, можно запитывать ESP от понижающего преобразователя, но я бы для себя этого делать не стал: выигрыша кот наплакал.
 

pvvx

Активный участник сообщества
Если используется Arduino на ESP, то смысла в батарейном питании вообще нет. Это надо ставить что-то типа LS33600 (A373/LR20/D), и то, с Arduino этого на много не хватит. :)

Если надо контролировать температуру, то её надо проверять хотя-бы раз в минуту. ESP8266 на Arduino при включении на соединение с роутером и передачу тратит от 5 секунд и ток от 70мA, с пиками к 250 (среднее за период просыпания и передачи пары байт в эти 5..7 секунд и выходит явно за 80 мА). Итого: Батарейка стоимостью в 10 раз дороже ESP8266 + ещё внешние элементы, с аналогичной ценой (в 10 раз дороже ESP) и пару месяцев Arduino попрыгает в deep-sleep под постоянным присмотром (иначе зависнет от пришедшего ей не понравившегося пакета WiFi и выест батарейку :)

Может ещё ESP-32S с пусковым током в 500 мА попытаетесь в BLE подключить :) :)


BSL802SN
Снимок1543.gif

Снимок1542.gif
 
Последнее редактирование:

nikolz

Well-known member
для справки .
использую вот такой
1 ШТ. DC 0.9 В 5 В USB Зарядное Устройство DC DC Повышающий Преобразователь Step Up Модуль Питания Мобильных Доска Бесплатно доставка купить на AliExpress
Работает без проблем.
На входе должно быть меньше чем на выходе.
--------------------
Если надо 3.0 то меняем резистор.
========================
С этим преобразователем не надо ставить доп полевой.
Управляющий сигнал от atyni подается на 4 pin чипа.
==========================
работает от одной батарейки AAA т е от 1.5 вольт.
============================
Если надо повысить ресурс батарейки или использовать CR2032
то ставим суперкондер на 1 F. диаметр 20 мм как CR2032
upload_2017-7-15_6-42-58.png
 
Последнее редактирование:

fandy

Member
Можно еще в качестве будильника вместо Attiny использовать собственно будильник. DS3231 например.
 

pazyzy

New member
Огромное спасибо всем откликнувшимся.

Маловато напряжение открытия на Gate
транзистор мощноват, он полностью открывается при 10В.
В спецификации Gate Threshold Voltage VGS(th) = 1V. Правда, там есть Conditions V ds = V gs, Id = 0.25mA. Вот что это - не знаю.
Я так понимаю, что он должен открываться при напряжении в 1V.
Проверил, не открывается. Либо подделка, либо что-то не то делаю. Одной батарейки не достаточно. По тестам минимальное напряжение, требуемое для открытия это около 2.4 вольта .

Маловато напряжение открытия на Gate. Питание под нагрузкой будет и ниже 1.2*2= 2.4 В. С выхода MCU ещё меньше. В итоге Rds у IRL2203N будет более 0.5 Ом.
Батарейки свежие. Напряжение без нагрузки 2.9 - 3V, под нагрузкой 2.8V. Должно быть достаточно. Напряжение с выхода MCU 2.7V.

Ну и буферизировать батарейку достойным электролитом с малым ESR.
Достойный - это сколько? На батарейку или после регулятора напряжения?

Если у вас всё сделано на соплях - проводках, то и при 2.7В модуль не работает.
Да, все на соплях. Попробую поставить сопли потолще на питание регулятора и ESP :)

Вместо повышающего преобразователя лучше использовать понижающий. Запитать от 3-х батареек, для питания управляющего микроконтроллера поставить микропотребляющий линейный регулятор
Спасибо, это мой следующий шаг. У меня есть 18650 аккумуляторы, но когда он заряжен, напряжение 4.2 V, что много для ESP.
Поэтому жду, когда приедет Step-Down and Step-Up Converter Мини 2 в 1 DC Шаг вниз и повышающий преобразователь 1.8 В 5 В к 3.3 В Мощность для Arduino Wi Fi Bluetooth ESP8266 HC 05 CE1101 светодиодный модуль купить на AliExpress
UPD: проморгал. Максимальная нагрузка 150mA. Не прокатит.


Если используется Arduino на ESP, то смысла в батарейном питании вообще нет. Это надо ставить что-то типа LS33600 (A373/LR20/D), и то, с Arduino этого на много не хватит. Если надо контролировать температуру, то её надо проверять хотя-бы раз в минуту.
Температуру нужно не контролировать, а собирать и передавать, только для информации. Это наружный датчик, от которого пока ничего не зависит (все внутренние датчики питаются от 220В и собирают раз в минуту, вот от них зависит вентиляция и обогрев). Быстро она не поменяется, даже если солнце начнет жарить, поэтому раз в 20 минут измерений достаточно. На сбор данных и отправку их в очередь у меня занимает 3-5 секунд. После чего ESP уходит в deep sleep (навсегда, т.к. я даже ноги не соединял, чтобы он просыпался). Но ATTiny держит схему включенной всего 8 секунд, и следующий раз включает через 20 минут. Потребление AtTiny во время сна 0.004mA. Теоретически должно хватить на 2-3 месяца.

Вместо повышающего преобразователя лучше использовать понижающий. Запитать от 3-х батареек, для питания управляющего микроконтроллера поставить микропотребляющий линейный регулятор, например, TPS78233. Для питания ESP можно для начала тоже поставить линейный регулятор, у которого есть вход выключения, например, XC6222-33 (у него выход на 700 мА). Конденсатор 470 мкФ на шину питания ESP поставить обязательно.
XC6222-33 я на Али не нашел, а вот TPS78233 есть.
Большое спасибо за наводку. Я вспомнил, что у меня, оказывается есть CAT6219-330TDGT3, которые я когда-то брал, но так и не воспользовался. Если не ошибаюсь, он должен давать выход 3.3В и до 500мА. Нужно только разобраться с ним.

А если не пойдет, поиграюсь с этим:
Я еще грешу на StepUp модуль. Он жутко греется под нагрузкой, что нельзя палец долго держать. Но ATTiny выключает, поэтому дыма не появляется :)

Мои следующие шаги.
1. Заменить сопли на потолще.
2. Поставить конденсатор на 470мкФ к ногам питания ESP.
3. Поставить конденсатор к баратейке (какой только?)
4. Попробовать заменить step-up модуль (где-то валяется второй)
5. Попробовать поставить аккумуляторы AA по-мощнее, чтобы уменьшить проседание напряжения и посмотреть, что будет.
Ради спортивного интереса хочется все-таки стартануть с батарейками :)

6. Разобраться с CAT6219-330TDGT3 и поставить аккумулятор 18650.

Да, и еще момент, почему я использую AtTiny13 для управления, а не использую deep sleep ESP.
Tiny может без изменения напряжения работать достаточно в широком диапазоне, и поэтому мне нравится возможность полностью обесточить схему, чтобы там в дальнейшем не было установлено. В текущей схеме можно и BME280 запитать от ESP и ESP будет выключать датчик перед deep sleep. Но если что-то по-мощнее, то так не получится. А если данную схему обкатать, то применений много будет. Плюс, AtTiny какую-то логику может обрабатывать сам. Например, проверять, открыто ли окно, и если да, то только при этом условии включать ESP. Иначе - раз в час, сказать, что модуль живой.

На перепайку памяти я пока морально не готов, да и это только на ESP-01, а на нем ног мало.
 

pazyzy

New member
Из своего списка я сделал следующее: поставил конденсатор на 470мкФ к питанию ESP.
Новые заряженные аккумуляторы AA
Все без изменений.

Заменил step-up конвертор на CAT6219-330TDGT3 и питание 2xAA на 18650 аккумулятор.
Все заработало. Провода менять не пришлось.

Итого: проблема со step-up конвертером либо с транзистором, который не открывается от 1В напряжения, как написано в спецификации.

Поставьте тот, что я написал.
Ничего не греется
Нет надобности городить огород на Attiny и полевом.
Я заказал, и следующую схему соберу на том, что вы написали. Ехать может долго.
А вам реально одной AAA батарейки с конденсатором (полагаю, он подключен параллельно к батарейке?) хватает для питания ESP? Что у вас за проект, если не секрет? На сколько питания хватает?
Резистор для 3.3В нужно заменить на больший перед выходом?

Правда решение такое очень простое (два конца два кольца а посередине плата за 20 руб)
Увы, для творчества нет простора, но работает без проблем.
Да это не большая проблема. Главное чтобы работало :)

У моего CAT6219 есть нога управления Enable, которую буду питать от attiny. Таким образом попробую избавиться от транзистора в этом примере. А если нужно что-то серьезнее, то с транзистором проверено, схема уже работает.
 

nikolz

Well-known member
Из своего списка я сделал следующее: поставил конденсатор на 470мкФ к питанию ESP.
Новые заряженные аккумуляторы AA
Все без изменений.

Заменил step-up конвертор на CAT6219-330TDGT3 и питание 2xAA на 18650 аккумулятор.
Все заработало. Провода менять не пришлось.

Итого: проблема со step-up конвертером либо с транзистором, который не открывается от 1В напряжения, как написано в спецификации.


Я заказал, и следующую схему соберу на том, что вы написали. Ехать может долго.
А вам реально одной AAA батарейки с конденсатором (полагаю, он подключен параллельно к батарейке?) хватает для питания ESP? Что у вас за проект, если не секрет? На сколько питания хватает?
Резистор для 3.3В нужно заменить на больший перед выходом?
Да это не большая проблема. Главное чтобы работало :)
У моего CAT6219 есть нога управления Enable, которую буду питать от attiny. Таким образом попробую избавиться от транзистора в этом примере. А если нужно что-то серьезнее, то с транзистором проверено, схема уже работает.
Один из последних проектов - мониторинг дифференциальной температуры тела человека.
кратко это так:
два датчика температуры,
подключены к ESP, который питается от двух AAA через указанный преобразователь.
На компе запущен сервер, который принимает данные с eSP и пишет их в файл для дальнейшего анализа.
обмен данными по UDP.
Сервер посылает подтверждение приема и параметры управления.
Время активности ESP от 0.35 сек. Время опроса (интервал deep-sleep) устанавливается сервером при подтверждении приема.
Если сервер выключен, то данные собираются в памяти RTC и при включении сервера передаются ему, При этом интервал сбора 1..10 минут.
В этом устройстве суперкондер не используется так как нет необходимости в максимальном ресурсе батареек.
 

pvvx

Активный участник сообщества
В спецификации Gate Threshold Voltage VGS(th) = 1V. Правда, там есть Conditions V ds = V gs, Id = 0.25mA. Вот что это - не знаю.
Максимальный ток при этом (да ещё с просадкой между D-S). А там желательно чтобы открывался до 0.1 Ом D-S при малом G-S ...
 

pazyzy

New member
для справки .
использую вот такой
1 ШТ. DC 0.9 В 5 В USB Зарядное Устройство DC DC Повышающий Преобразователь Step Up Модуль Питания Мобильных Доска Бесплатно доставка купить на AliExpress
Работает без проблем.
На входе должно быть меньше чем на выходе.
--------------------
Если надо 3.0 то меняем резистор.
========================
С этим преобразователем не надо ставить доп полевой.
Управляющий сигнал от atyni подается на 4 pin чипа.
Посмотреть вложение 4403
Какой резистор и на какой нужно поменять для получения 3.3В?

Результат, что у меня получилось: поставил конденсатор и все собрал на CAT6219.
Attiny13А включает схему на 8 секунд раз в 23 минуты (ошибся циферкой, хотел сделать 20). ESP со статическим IP подключается к WiFi, читает данные с BME280, напряжение на батарейках, подключается к Mosquitto очереди и отправляет сообщение с этими данными. Время работы около 3 секунд. После чего ESP уходит в sleep на оставшееся время.

Все это проработало уже 70 дней. Напряжение на батарейках упало с 2.92В до 2.79В. Посмотрим, что будет дальше. Как будет недостаточно, поставлю модуль (если сделаю его на 3В) или поэкспериментирую с аккумулятором. Контроль напряжения есть, поэтому нужно будет просто остановить эксперимент при напряжении в 3В.
 

nikolz

Well-known member
Какой резистор и на какой нужно поменять для получения 3.3В?

Результат, что у меня получилось: поставил конденсатор и все собрал на CAT6219.
Attiny13А включает схему на 8 секунд раз в 23 минуты (ошибся циферкой, хотел сделать 20). ESP со статическим IP подключается к WiFi, читает данные с BME280, напряжение на батарейках, подключается к Mosquitto очереди и отправляет сообщение с этими данными. Время работы около 3 секунд. После чего ESP уходит в sleep на оставшееся время.

Все это проработало уже 70 дней. Напряжение на батарейках упало с 2.92В до 2.79В. Посмотрим, что будет дальше. Как будет недостаточно, поставлю модуль (если сделаю его на 3В) или поэкспериментирую с аккумулятором. Контроль напряжения есть, поэтому нужно будет просто остановить эксперимент при напряжении в 3В.
В указанном преобразователи напряжение на выходе задается делителем R1=473(47к) -верхнее плечо,
R2=153(15к) -нижнее плечо. заменил R2 на 2402(24к) или 243(24k).
.получил на выходе 3.6 вольта.
-----------------
Если надо меньше, то поставьте R2 больше,например 2702 или 273
 

pazyzy

New member
Update:
Система проработала на 2 АА батарейках 4 месяца и несколько дней.
Всего было сделано 7421 измерений.
Напряжение плавно понижалось до 2.57V, после чего в течении нескольких измерений упало до 2.45V и вырубился.

Вполне неплохо для моей задачи.
 

nikolz

Well-known member
Update:
Система проработала на 2 АА батарейках 4 месяца и несколько дней.
Всего было сделано 7421 измерений.
Напряжение плавно понижалось до 2.57V, после чего в течении нескольких измерений упало до 2.45V и вырубился.
Вполне неплохо для моей задачи.
Можно улучшить результат двумя способами.
1) Использовать вместо Attiny таймер tPL5110 (то потребления менее 1 мка (по док. 0.03 мка)
2) Переключить Attiny или таймер в режим моно с внешним запуском. внешний запуск делать от ESP. В результате у Вас ESP будет активным не 8 секунд а лишь столько сколько надо для исполнения программы.
 
Сверху Снизу