Хитрости питания ESP8266: две батарейки и тесты с пониженным напряжением

Я изучил, в каких диапазонах напряжения питания работает плата микроконтроллера на ESP8266 с TFT-экраном и обнаружил, что для её питания вполне можно использовать две обычные батарейки AAA без дополнительных схем.

Недавно я рассказывал о повышающем преобразователе напряжения, с помощью которого "Народный измеритель пульсации", а также другие самоделки можно питать от одной или двух батареек.

Директор компании R-Lab и мой читатель Николай Хозяинов предложил более простой вариант — питать схему от двух батареек AA или AAA напрямую.

Сам ESP8266 питается от 3.3 В. Платы на ESP8266 (NodeMCU, D1 mini, Witty Cloud) содержат стабилизаторы, обеспечивающие питание от USB (5 В), кроме того у NodeMCU есть отдельный вход VIN, позволяющий питать эту плату от напряжения 5-20 В.

Работа на пониженном напряжении

На примере NodeMCU я изучил, как плата работает при пониженном напряжении.

При напряжении на входе VIN от 4.8 до 10 вольт «народный измеритель пульсации» (NodeMCU, экран TFT 1.77", датчик света TEMT6000) всегда потребляет 64 мА (соответственно, чем больше напряжение, тем больше энергии теряется на линейном стабилизаторе).

При напряжении 4.7 В потребление падает до 63 мА. При 4.6 В ток снижается до 59 мА и уже заметно, что яркость подсветки экрана уменьшается. Сама плата работает и при 4.0 В, но на экране уже почти ничего не видно.

Всё то же самое при питании от входа VU или от разъёма USB: 4.8-10 вольт — потребление 64 мА, при более низких напряжениях снижается потребление и яркость подсветки экрана. А что, если подать питание на выход стабилизатора (соответственно, на вход питания самой ESP8266)?

Я попробовал подать питание на NodeMCU не так, как положено, а подключить источник питания 3.3 В прямо на один из выводов 3V. Всё работает! Ничего не сгорает, стабилизатор не греется, потребление всё то же — 64 мА. По даташиту питание ESP8266 может быть от 2.5 до 3.6 В.

Я проверил, как «народный измеритель» работает на пониженном напряжении, поданном на вход 3V:

• При 3.0 В всё работает отлично, потребление 41 мА;
• при 2.9 В яркость экрана немного снижается, потребление 35 мА;
• при 2.8 В яркость снижается уже ощутимо, потребление 29 мА;
• при 2.7 В экран темнеет, но всё хорошо видно, потребление 23 мА;
• при 2.6 В экран очень тёмный, изображение видно плохо, потребление 22 мА;
• при 2.5 В экран полностью гаснет, но сама NodeMCU продолжает работать, потребление 19 мА.

Это означает, что если питать схему от двух батареек без всякого стабилизатора, всё будет работать, пока напряжение на каждой батарейке будет выше 1.35 В.

Новая щелочная батарейка AA или AAA даёт под такой нагрузкой 1.55-1.57 В, соответственно две батарейки — 3.1-3.14 В. По мере разряда напряжение будет снижаться, но и потребляемый ток снизится.

Эксперимент

Щелочная батарейка AAA при токе нагрузки, снижающимся с 41 до 23 мА, будет сохранять напряжение выше 1.35 В приблизительно до трети своего разряда, а это значит, что устройство будет нормально работать более 10 часов (обычная щелочная батарейка AAA даёт около 900 мАч, соответственно треть — 300 мАч).

Я провёл эксперимент и проверил, как долго «народный измеритель пульсации» проработает от двух батареек AAA. Как и показывали расчёты, первые десять часов всё работало отлично и яркость экрана не снижалась. Через 15 часов прибор по-прежнему работал, яркость экрана заметно упала, но всё хорошо видно.

Через 20 часов после включения экран потемнел настолько, что изображение на нём стало еле различимо.

Через 26 часов экран потемнел почти полностью, что-либо различить на нём было уже не возможно. Я отключил батарейки и оставил их на ночь. С утра батарейки восстановились и экран снова заработал. Это означает, что при реальном использовании батареек хватит на гораздо большее время.

На первый взгляд, кажется, что питать платы на ESP8266 от двух батареек напрямую нерационально, ведь батарейки будут использоваться лишь на треть, но устройство проработает даже дольше, чем при питании от тех же батареек через преобразователь с подачей напряжения на вход VIN или VU, а после использования в устройстве на ESP8266 батарейки, разряженные на треть, вполне можно использовать в других приборах с небольшим энергопотреблением (пультах, термометрах, часах).

Всем мира!

© 2022, Алексей Надёжин