Модуль живлення для IoT пристроїв на ESP8266 або Arduino. Чудове рішення.

  • Категорія запису:Tips

Ідея цієї статті виникла в результаті розробки батарейного блока живлення рентгенометра (детектор GGreg20 плюс контроллер ESP12.OLED_V1 ).

Розробники, вимогливі якості рішень при розробці електронних пристроїв, згодяться з твердженням, що якісний модуль живлення для IoT пристроїв може коштувати більше, ніж решта блоків пристрою.

Наш принцип – не копіювати чужі рішення, підкинув нам роботи в процесі розробки універсального і оптимального модуля живлення. Більш того – нам прийшлось піти на порушення цього принципу, бо datasheet виробників заслуговує найвищої довіри. Бажання зробити якомога простіший і мініатюрний пристрій підказувало: “поставте Li-Ion акумулятор і лінійний стабілізатор для конвертації напруги акумулятора в напругу 3V3 і все!” Не вийшло, бо напруга акумулятора занадто низька для ефективної стабілізації протягом часу розряду акумулятора.

З іншого боку, існує достатньо великий пул пристроїв, для живлення яких потрібно мати 5 Вольт.

Навколо цієї проблеми з незручним рівнем напруги літієвих акумуляторів і батарей розвинувся цілий сегмент мікросхем – DC/DC конвертерів, завдання яких підвищити або понизити напругу з рівне 2,8 – 4,1 Вольт таким чином, щоб отримати стабілізовану напругу стандартних рівнів.

Ми вибрали і успішно провели випробування мікросхеми MT3608. Немає сенсу в цій публікації наводити схему конвертера. Читач знайде її в dataheet ( prom-electric.ru/media/MT3608.pdf ). В цьому документі наводиться схема конвертера з вихідною напругою 5 Вольт. Зручно, що мікросхема має pin зворотнього зв’язку для петлі стабілізації вихідної напруги. Вся схема конвертера складається з мікросхеми, двох резисторів, дросселя і конденсатора.

Для спрощеного створення прототипу блока живлення придбали ще два модулі, які об’єднали, як це показано на Рис. 1, в результаті чого отримали макет блока живлення з наступними характеристиками:

  1. Управління зарядкою Li-Ion акумуляторів на популярній мікросхемі TP4056, струм заряду до 1 А;
  2. Завдяки використанню модуля підвищення напруги від 2 до 5 Вольт конвертуємо в стабільну вихідну напругу 5 Вольт. Струм навантаження 1 А;
  3. Використовуємо тільки один елемент АА. Увага! Згідно характеристик MT3608 мінімальний рівень вхідної напруги = 2 V, але тест показав непоганий результат і при напрузі 1,5 V. Ми не рекомендуємо повторювати цю схему (дивись висновки і рекомендації);
  4. На виході модуля стабілізатора напруги отримуємо 3,3 Вольт, струм навантаження (без радіатора) 500 ма.
модуль живлення для IoT пристроїв
Рис.1 Батарейний варіант блока живлення контроллера ESP12.OLED_V1

Тестування модуля живлення для IoT пристроїв.

Варіант А: Блок живлення від одного гальванічного елемента. Для тестування встановили найдешевшу соляну батарейку АА (1,5 Вольт) без модуля зарядки.

До виходу батареї підключений DCDC Booster, який конвертує 1,5 Вольт в 5 Вольт. До виходу 5 Вольт підключаємо стабілізатор 3,3 Вольт. Випробування проведені в умовах живлення контролера ESP12.OLED_V1, який споживає 60 мА. Блок живлення підключений до контролера через вхід 5 Вольт. Для контролювання процесу розряджання батареї плюс батарейки підключили до ADC (АЦП) контролера, а результати вимірів фіксували в Log.

  • Тривалість безперервної роботи 5 годин 20 хвилин;
  • Початкова напруга на батарейці 1,53 Вольт;
  • Кінцева напруга на батарейці 0,92 Вольта;
  • Напруга на виході 5 Вольт протягом усього часу тримається на рівні 5 ± 0,1 Вольт.

Варіант Б. В якості електрохімічного джерела встановлюємо Li-Ion акумулятор АА ємності 800 мА/год (3,7 Вольт).

модуль живлення для IoT пристроїв
Рис. 2 Акумуляторний варіант блока живлення контроллера ESP12.OLED_V1

Випробування проводимо в тих самих умовах за виключенням: для повноти тестування блок живлення підключений до контроллера ESP12.OLED_V1 через вхід 3V3.

  • Тривалість безперервної роботи 10 годин 30 хвилин.
  • Початкова напруга акумулятора 4,1 Вольт.
  • Кінцева напруга 2,8 Вольта.
  • Напруга на виході 5 Вольт протягом усього часу тримається на рівні 5 ± 0,1 Вольт.
  • Напруга на виході 3,3 Вольт протягом усього часу розряду акумулятора трималася на рівні 3,28 – 3,29 Вольт.

Задоволені результатами тестування, ми почувалися дуже розумними, але і “розумні плачуть”.

Після проведення тестування мали плани виробництва власного модуля живлення для IoT пристроїв, навіть накреслили 3D модель:

Але, на всякий випадок, зробили пошук аналогів. Знайшли прекрасний і досить недорогий аналог.

Ви можете замовити ці модулі у нас:

Висновки і рекомендації:

  1. Підвищувальні конвертери значно покращують технічні характеристики блоків живлення компактних пристроїв. В батарейному варіанті з двома гальванічними елементами або літієвими елементами CR2032, CR2477 (3 Вольти) ми отримали ще кращі результати. Але вибір батарейки потрібно робити ретельно, враховуючи вимоги проекту.
  2. Раніше, ніж тратити час на розробку пристрою, ретельно перевіряйте, чи це має сенс. З сучасним Китаєм важко конкурувати.
  3. Будемо раді, якщо наша стаття допоможе Вам скласти з придбаних модулів дійсно універсальний, дешевий і зручний блок живлення контролерів. Якщо хочете придбати готовий, то це також буде гарним вибором.