電池2,3本で動作するESP32-C3ボードが、電池2,3本で動作するようになりました。

基板に部品を実装した前回の記事はこちら

リブートしてしまう問題の対応

ブラウンアウトリセット

以前の試作の時は問題なかったのですが、この基板にしたところ電源電圧が3V程度でも、WiFiを使用すると電源電圧が低下して、マイコンがリブートしてしまう問題が発生してしまいました。

上の波形は、黄色がESP32の電源電圧、水色がHighの期間は、WiFi.beginを実行しアクセスポイントへの接続を試行しています。WiFiをアクティブにすると、ESP32が大量の電流を消費することで電源電圧が下がり、低電圧検出によるリセット(ブラウンアウトリセット)が発生し、リブートているようです。

コンデンサを交換

DCDCコンバータの出力に接続されている1000uFのコンデンサを、1500uFと大きい物に交換してみます。

1500uFに交換すると、2.7V程度まで電源電圧を下げても動作するようになりました。しかし、当初の試作で動作した2.4Vまでは動作しません。

試しに2200uFに交換してみましたが、2.6V程度まで耐えられるようになるものの、安心して使えるのは2.7V程度まででした。

電解コンデンサの容量を大きくしても、問題はあまり改善しません。

固体コンデンサを試してみる

電解コンデンサを固体コンデンサに交換してみます。

固体コンデンサは内部抵抗が低く、瞬間的な大放電が得意なコンデンサです。1500uFの電解コンデンサを固体コンデンサに交換してみました。

すると、電源電圧が2.4Vまで動作するようになりました。

ただ注意があって、電源の配線が細いと配線抵抗により2.4Vでは動作しなくなってしまいます。なるべく太い配線(直径0.6mm以上のはんだメッキ線)を使う必要があります。

どこまで低い電圧で動作するか試したところ、2.35Vで動作しなくなりました。このため、2.4Vはギリギリで動作はしますが、安全を見て2.6V程度までとした方が良さそうです。

消費電流は？

電池で動作させるためには、ESP32でDeepSleepを多用すると思います。DeepSleepした時に回路がどのくらい電気を消費してしまうのか測定してみました。

電流は変動するので10秒間の平均電流を算出しました。結果は下の表になります。

電源電圧	2.4V	3.0V	5.0V
消費電流	250uA	110uA	80uA

最低電圧の2.4Vの時で250uAという結果でした。WiFiに接続する頻度にもよりますが、単三アルカリ電池2本で半年くらいは持つのではないでしょうか。単三アルカリ電池3本では1年くらいは持つかもしれません。

電池2,3本で動作するESP32-C3ボード完成!!

電池2,3本で動作するESP32-C3ボードが完成しました。これで、電池駆動や太陽電池+充電電池の組み合わせで、ESP32-C3が手軽に利用できるようになりました。

写真では充電電池のエネループを使っていますが、満充電時には2.6Vありマイコンが動作しますが、充電電池の定格である2.4Vをちょっとでも下回るとマイコンが動作しなくなるので、充電電池2本はお勧めしません。3本か余裕を持って4本がいいでしょう。

追加

ジャンパ線を0.6mmのはんだメッキ線にして電源をつないだところ、電源電圧1.9VまでWiFi動作しました。電源の配線の太さがとても重要なようです。

また、WiFiを利用しなければ、電源電圧1.8Vまでマイコンが動作します。1.8V以下はDCDCコンバータICが動作しないので、昇圧できずマイコンは動作できません。

追加終わり

「電池2,3本で動作するESP32-C3ボード」は、kohacraftのshopで販売しています。

このボードの回路の設計、基板の発注の記事はこちら