Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ESP-01 mit LiPo betreiben


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von Julian (Gast)


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Hallo liebes Forum,

ich habe vor, ein kleines Projekt mit einem ESP-01-Board (ESP8266) zu 
bauen.
Das kleine ESP-01-Board soll über einen LiPo-Akku (1S -> 3.7V) betrieben 
werden.

Außerdem soll der ESP-01 unbeschadet im "ladendem Zustand" als auch im 
"nicht-ladendem Zustand" betrieben werden können.

Ein USB-Laderegler (siehe Zeichnung) ist vorgeschaltet, sodass man den 
Aufbau bequem über USB laden kann.

Um die Spannung im ladendem Zustand des LiPos (4.2V) für den ESP 
konstant auf 3.3V (ESP-Betriebsspannung) zu halten, habe ich vor, einen 
Linearspannungsregler vor den ESP zu schalten.

Ich hoffe, ihr könnt mir folgen.

Wäre die Skizze so korrekt, oder habt ihr noch andere Ideen, wie man es 
ermöglichen kann, den LiPo über USB zu laden und gleichzeitig den ESP zu 
betreiben bzw. den LiPo nicht zu laden und den ESP vom LiPo mit einer 
Betriebsspannung von 3.3V zu speisen?

Die Zeichnung befindet sich im Anhang.


Vielen Dank!

Grüße

Beitrag #6469742 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Julian (Gast)


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Richtig, ich bin kein E-Techniker, sonst hätte ich die Frage nicht 
gestellt.
Ich bin aber auch kein BWLer. :-P

von Franko P. (sgssn)


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Hi
Die Ent-ladeschlussspannung ist noch ein Thema. Wie verhinderst Du 
Tiefentladung?

Gruß

: Bearbeitet durch User
von Arno (Gast)


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Du bekommst den Akku so nicht leer, denn leer ist er erst bei typisch 3V 
und der Linearregler wird wohl mindestens 0,2V bis 0,3V über der 
Ausgangsspannung brauchen, um sie konstant zu halten - aber wenn das 
egal ist, passt das prinzipiell schon.

Ob der MCP1700 genug Strom liefern kann und wieviel höher als die 
Ausgangsspannung die Eingangsspannung dabei genau sein muss - das 
müsstest du im Datenblatt nochmal nachprüfen.

Zweite mögliche Falle: Startet der TP4056 die Ladung neu, wenn die 
Akkuspannung abfällt? Ich würde das erwarten (der MCP73831/2 tut es), 
weiß es aber vom TP4056 nicht - denkbar wäre ja auch, dass man den Akku 
abklemmen und neu anklemmen muss.

Tipp: Statt 3,3V kannst du den ESP (üblicherweise - schau ins Datenblatt 
vom dem, den du genau hast) auch mit 3,0V betreiben. Dann wirst du den 
Akku zwar immer noch nicht ganz leer bekommen, aber mit dem richtigen 
Low-Drop-Linearregler kommst du auf 3,2V bis 3,3V Akkuspannung runter, 
dann sind typischerweise eh nur noch weniger als 10% Restkapazität im 
Akku.

MfG, Arno

von Arno (Gast)


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Ergänzung, da ich mich missverständlich ausgedrückt habe: Natürlich 
bekommst du den Akku leer, musst dir also etwas gegen Tiefentladung 
einfallen lassen, aber unterhalb von 3,5-3,7V hast du keine konstanten 
3,3V mehr und daher keinen zuverlässigen Betrieb, kannst die Kapazität 
also nicht sinnvoll nutzen.

MfG, Arno

von Julian (Gast)


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Danke für die Infos!

>Wie verhinderst Du Tiefentladung?
Sorry, das verstehe ich nicht.

>Dann wirst du den Akku zwar immer noch nicht ganz leer bekommen
Inwiefern ist das wichtig?


Sorry, wie oben beschrieben, bin kein E-Techniker.

von Sascha W. (sascha-w)


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Julian schrieb:
> Danke für die Infos!
>
>>Wie verhinderst Du Tiefentladung?
> Sorry, das verstehe ich nicht.
wenn du den LiPO unter die Entladeschlussspannung entlädts ist das 
ziemlich schädlich also musst da das irgendwie verhindern. Und nein - 
die LiPO-Schutzschaltung ist kein sinnvoller Tiefentladeschutz

>>Dann wirst du den Akku zwar immer noch nicht ganz leer bekommen
> Inwiefern ist das wichtig?
Na ist doch schon interessant wie lange dein ESP mit dem Akku läuft. 
Oder baust du den nur ran damit beim Umstecken des Netzteils der ESP 
weiterläuft.

Sascha

von Manfred (Gast)


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BWLer schrieb im Beitrag #6469742:
> woah voll die schöne schrift brudi.

Bitte nicht lästern! Im Gegensatz zu diversen Kaspern hat Julian seine 
Frage ordentlich formuliert und seinen Aufbau verständlich skizziert, 
das fällt mir sofort positiv auf.

Arno schrieb:
> Du bekommst den Akku so nicht leer, denn leer ist er erst bei typisch 3V
> und der Linearregler wird wohl mindestens 0,2V bis 0,3V über der
> Ausgangsspannung brauchen, um sie konstant zu halten

Da hält sich das Datenblatt etwas bedeckt, wirbt im Kopf mit 178mV, 
lässt laut Tabelle aber bis 350mV dropout zu und zeigt nicht für alle 
Spannungswerte die Kurven.

Für Julian: Dropout ist der Spannungsverlust über den Längsregler. Wenn 
der z.B. 300mV beträgt, muß der Akku 3,6 Volt liefern, um am Ausgang 
gerade noch 3,3V zu liefern (-2%).

Abhängig von der Peripherie wird die Schaltung vielleicht auch noch bis 
knapp unter 3V laufen.

> Ob der MCP1700 genug Strom liefern kann

Hängt von Peripherie und der Stromaufnahme des ESP ab, beides kennen wir 
nicht.

> Zweite mögliche Falle: Startet der TP4056 die Ladung neu, wenn die
> Akkuspannung abfällt? Ich würde das erwarten,
> weiß es aber vom TP4056 nicht - denkbar wäre ja auch, dass man den Akku
> abklemmen und neu anklemmen muss.

Laut Datenblatt tut der 4056 das. Auf jeden Fall startet er bei 
angeschlossenem Akku, wenn man die Betriebsspannung anlegt. Die Dinger 
sind als Chinaplatinchen gut handhabbar, ich sehe nichts, was gegen ihn 
spricht. Abhängig von der Akkukapazität muß man evtl. den Ladestrom 
reduzieren - so man SMD löten kann.

Julian schrieb:
>>Wie verhinderst Du Tiefentladung?
> Sorry, das verstehe ich nicht.

Für die Lebensdauer ist es sehr förderlich, nicht bis zum Ende zu 
entladen und den Akku auch nicht ständig ganz voll zu haben.

>>Dann wirst du den Akku zwar immer noch nicht ganz leer bekommen
> Inwiefern ist das wichtig?

Die Betriebszeit ohne Netzversorgung ist Dir nicht wichtig?

von Stefan F. (Gast)


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Der MCP1700 liefert maximal 250mA.
Der ESP Chip benötigt beim Senden 430mA.

Meine Empfehlungen dazu habe ich dort aufgeschrieben: 
http://stefanfrings.de/esp8266/index.html#akkus

von Manfred (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Meine Empfehlungen dazu habe ich dort aufgeschrieben:
> http://stefanfrings.de/esp8266/index.html#akkus

Schon wieder Reklame für zum Teil zweifelhafte Tips.
"Für Batterien bis maximal 6 Volt empfehle ich den Spannungsregler 
HT7830 oder HT7833 mit 4 µA Ruhestrom."

HT7833 habe ich erst gestern einen gemessen, frische Chinalieferung, der 
wollte kaum unter 500mV dropout, das ist garnicht toll. Immerhin regelt 
der schön brav runter, wenn es ihm zu warm wird - was im SOT89 ziemlich 
schnell passiert.

von Timmo H. (masterfx)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Der MCP1700 liefert maximal 250mA.
> Der ESP Chip benötigt beim Senden 430mA.
Eben... Beim Senden und nicht dauerhaft. Das kann der MCP auch
1
6.5 Pulsed Load Applications
2
For some applications, there are pulsed load current
3
events that may exceed the specified 250 mA
4
maximum specification of the MCP1700. The internal
5
current limit of the MCP1700 will prevent high peak
6
load demands from causing non-recoverable damage.
7
The 250 mA rating is a maximum average continuous
8
rating. As long as the average current does not exceed
9
250 mA, pulsed higher load currents can be applied to
10
the MCP1700. The typical current limit for the
11
MCP1700 is 550 mA (TA + 25°C).
Ich schaffe so ca. 3 Monate mit Deep Sleep und alle 5 Minuten MQTT 
Nachricht absetzen ( 800mAh LiIon)

von Julian (Gast)


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Bei mir wäre es etwa folgendes Szenario:
Der ESP erwacht täglich höchstens etwa 5 mal für jeweils 30 Sekunden aus 
dem Deep Sleep und stellt dabei eine Website zur Verfügung (Webserver).
Danach verfällt er wieder in den Deep Sleep (~ 15 mA).
Die Peripherie begrenzt sich auf eine einzige LED, welche nur innerhalb 
der 30 Sekunden leuchtet (~20 mA).
Im aktiven Zustand (in den 30 Sekunden) sollte dann der Strom zum ESP 
etwa 250 mA und der der LED 20 mA betragen, sodass man von insgesamt ca. 
300 mA (LED + ESP + Verluste) im aktiven Zustand ausgehen kann, richtig?

Bei einem 1S-Lipo mit einer Kapazität von 500 mAh im Deep Sleep:
 => 500 mAh / 15 mA x 60 = 2000 Min. => ca. 33 Std.


>Ich schaffe so ca. 3 Monate mit Deep Sleep
Wie schaffst du bei 800 mAh im Deep Sleep ca. 3 Monate?


Gruß

von Stefan F. (Gast)


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Julian schrieb:
> Der ESP erwacht täglich höchstens etwa 5 mal für jeweils 30 Sekunden aus
> dem Deep Sleep

Das größte mögliche Intervall beträgt ca 71 Minuten.

> Danach verfällt er wieder in den Deep Sleep (~ 15 mA).

Du meinst wohl 15 µA. Wenn du zum Aufwachen den internen Timer 
verwendest (und davon gehe ich aus) sind es etwa 25 µA. Der Timer ist 
übrigens recht ungenau weil er von einem einfachen R/C Oszillator 
getaktet wird.

> Im aktiven Zustand (in den 30 Sekunden) sollte dann der Strom zum ESP
> etwa 250 mA und der der LED 20 mA betragen, sodass man von insgesamt
> ca. 300 mA (LED + ESP + Verluste) im aktiven Zustand ausgehen kann,
> richtig?

Eher weniger. Wenn du nicht gerade in großem Stil Daten überträgst nimmt 
der ESP eher so um die 80mA auf. Unter Vollast sind es 170mA 
(Mittelwert)).

Dennoch muss dein Spannungsregler dem ESP Chip kurzzeitig 430mA liefern 
können, den so viel braucht er als Peaks beim Senden.

von Julian (Gast)


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Ahh ok,

naja man sollte in Google nicht gleich den ersten Treffern vertrauen.
Sind natürlich Mikro- und nicht Milliampere.

von drm (Gast)


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wenn deine gewünschte Betriebsspannung (3,3V) innerhalb der 
Batteriespannung (2,8-4.2V) liegt brauchst du einen SEPIC Wandler. Der 
sollte einen sehr geringen Ruhestrom haben damit die Batterielaufzeit 
nicht versaut wird.

von Markus B. (dalotel)


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Meine Lösung seit Jahren:
LT 1763-3,3V LowDrop low Iq
TPL 5110 TI Nano Timer
LiPo 3,7V/1500mAh
TP 4056 Ladecontroller

Der LowDrop LT1763 braucht nur 0,5-1uA wenn
der TPL5110 ihn disabled hat, der NanoTimer ca. 0,5uA.
Ansonsten weckt der Timer über den enable Eingang des LT1763
den ESP alle 30 min. auf und versendet Messwerte.
Der Timer schaltet den LT1763 danach wieder ab.
Das wiederholt sich all 30 min.
Das ganze wird über einen TP4056 per Solarzelle nachgeladen.
Läuft seit Jahren störungsfrei.
Lediglich hatte ich übersehen dass der TP 4056 bei Solarspannungen > 18V
zerstört wird. Das passiert im Leerlauf wenn der Akku voll ist und das 
kleine Panel nicht belastet wird. Eine dickere Z15 Diode "verbrennt" nun 
die Überschüssige Energie.
Aber selbst ohne Nachladen läuft das ca. 3 Wochen.

von Werner (Gast)


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Einfach eine Diode in Reihe zum Akku!
Daran fallen ca. 0,7V ab. Also 4,2V - 0,7V = 3,5V am esp.
Das kann der esp8266 lt. Datenblatt ab.
Bei Akkuspannung 3,3V = 2,6V läuft der esp auch noch. Dann langsam ans 
Laden denken.
Betreibe es so schon seit Jahren.

von Stefan F. (Gast)


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Werner schrieb:
> Das kann der esp8266 lt. Datenblatt ab.

Allerdings läuft er nicht stabil wenn seine Versorgungsspannung um 0,3V 
oder mehr schwankt. Das wird knapp.

> Bei ... 2,6V läuft der esp auch noch.

Wenn du Glück hast, kommt auf den verbauten Flash Speicherchip an. Unter 
2,8V wird das spannend.

Ich empfehle den Spannungsregler HT7830 oder XC6220B301. Letzteren kann 
man über eine Steuerleitung aus schalten.

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