Питание ESP от 2xAA с помощью Step-Up конвертера

[pazyzy]

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

 

[Jury_78]

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

 

[pvvx]

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

 

[sharikov]

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]

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) (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.

 

[=AK=]

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.

 

[Юрий Ботов]

Посмотрите на характеристики MOSFET http://www.soloelectronica.net/PDF/24 a 12/irl2203n.pdf при 3 вольтах на стоке и управлении он дает ток не более 20 ма... видимо его надо ставить уже после повышения напряжения.

 

[Jury_78]

он дает ток не более 20 ма

Там все шкалы в Амперах...

 

[pvvx]

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

 

[nikolz]

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

 

[i2c_and]

В качестве включателя - MOSFET IRL2203N.

транзистор мощноват, он полностью открывается при 10В.

 

[fandy]

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

 

[pazyzy]

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:

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

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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.