trochu jsem zápasil s bateriovým provozem jednoho ESP32. Tedy já jsem zápasil s celým napájecím řetězcem pro snímač, kterej pomocí ESP32 odesílá data. Celé kouzlo je v tom, že snímač je trochu dál od baráku a tak si žije na soláru, jak je dnes moderní říkat "v ostrovním režimu". V zásadě s podobnou problematikou se setkáváme v TOMTO vláknu, takže se to někomu může hodit. Sepíši sem své osobní poznatky, neberte to nikterak závazně. Nepovažuji své znalosti za dostatečné pro psaní opravdického článku. Dám sem i odkazy na použité moduly, zase to nechápejte jako dogma, jen seznam toho, co mi v době stavby vyhovovalo.
Upozorním na jednu drobnost - použité ESP i senzor pracují na napětí 3V3 a nemají u sebe žádný další regulátor. To je celkem podstatné. Pokud by někdo použil něco podobného například s modulem Arduino UNO, který na sobě má nějaký LDO regulátor, je to špatně a je potřeba se regulátoru zbavit.
Nejprve tedy zdroj energie. Já jsem použil TENTO solární článek (uups, koukám na aktuální cenu, já je koupil za 120,-). Na článku je podstatné si všimnout nominálního napětí. Tady je to 6V.
Abychom efektivně využili proud ze soláru, máme v zásadě tři možnosti.
- První je použít jej přímo pro nabíjení článku. To by znamenalo připojit článek přímo na vstup nějaké běžné nabíječky typu TP4056. To je celkem jednoduché, ale nepraktické. Nepraktické proto, že při nízkém osvětlení bude solár přetížen, takže z něj nic nedostaneme (jeho napětí bude pod hranicí, kdy je TP4056 schopen pracovat).
- Druhá možnost se jmenuje PWM. To je případ, kdy solár pracuje do kondenzátoru a při dosažení určitého pevného napětí se kondenzátor vybije do nabíjeného článku (šířka nabíjecího/vybíjecího pulzu odpovídá proudu, který je schopen solár dodat, proto PWM). To je o něco efektivnější varianta. Realizovat se dá například obvodem CN3791. Při této metodě se využije solární zdroj už od velmi malého osvětlení. Při kupování modulů je potřeba sledovat, aby modul byl nastaven pro nominální napětí soláru. Já použil TENTO modul, varianta 6V.
- Třetí možnost se jmenuje MPPT. To je podobný případ jako předchozí PWM, jen si obvod navíc hlídá, při jakém napětí je nejúčinnější kondenzátor vybíjet. Mluvíme o sledování bodu maximálního výkonu (Maximum Power Point Tracking). Tato metoda by byla v našich podmínkách ještě efektivnější, ale nenašel jsem žádné kompaktní obvody pro jeden článek. Bylo by možné si takový regulátor udělat na nějakém běžném procesoru, ale ten by pravděpodobně spotřeboval všechnu energii, kterou bychom získali. Ještě poznámka, U obvodu CN3791 je často uvedené slovo MPPT, ale to slovo znamená něco jiného. U "pravého" MPPT se nenastavuje napětí soláru, obvod si jej změří.
Na modulu CN3791 jsou dvoje vstupní a dvoje výstupní svorky. Jsou jednoduše zapojené paralelně a asi tam jsou proto, že to hezky vypadá. Respektive u výstupních svorek jsem do jedněch připojil Lithiový článek a do druhých spotřebič.
Tím máme vyřešený zdroj energie. Máme tedy Lithiový článek, který se nějak nabíjí a je možné z něj odebírat energii. Článek pracuje efektivně, pokud se jeho pracovní napětí pohybuje v rozmezí 3,0V až 4,2V. To je sice hezké, ale naše ESP (a ostatní senzory) potřebují 3,3V. Napětí kolem 3,0V je pro ESP teoreticky přijatelné, ale napětí 4,2V rozhodně ne. Potřebujeme tedy vyřešit, jak nějak vhodně napětí upravit. Zde máme v zásadě dvě možnosti.
- První je hodně jednoduchá - prostě za baterii přidáme nějaký LDO regulátor (například AMS1117-3.3) s tím, že z baterie nevyužijeme spodní část napětí, respektive možná ano, pokud náš obvod dokáže pracovat s napětím 3,0 - 1,1 = 1,9V (minimální napětí článku, mínus "dropout" regulátoru). Tato varianta je velmi vhodná, pokud náš obvod má velmi malou spotřebu. Dejme tomu procesory PIC16F152xx pracují v rozsahu 1,8V - 5,5V s proudem pod 1mA (600nA ve sleep); případně PIC16LF153xx pracují v rozsahu 1,8V - 3,6V při proudu 600nA (50nA ve sleep). V takovém případě je výhodné, že LDO nemá významnou vlastní spotřebu proudu. Pochopitelně za cenu toho, že napájecí napětí není příliš stabilní (což může některým dalším obvodům vadit).
- Druhá možnost je použití nějakého automatického step up/down měniče. Pro malé aplikace se dají najít například tyto nedokumentované moduly: DD0603SA_3V3 nebo Your Cee. První pracuje již od 0,9V, takže naši Lithiovku vyždíme dokonale a je potřeba jej včas zastavit. Druhý pracuje od 3V, což je stále dostačující. Jejich nevýhoda je, že mají nějakou vlastní spotřebu. Tuto spotřebu mají ať už dodávají, nebo nedodávají energii. Tato spotřeba se označuje jako quiescent current (Iq). První modul jí neuvádí, ale bude kolem 1mA, druhý modul se chválí, že je menší než 0,2mA. Použití těchto modulů je tedy vhodné, pokud je naše elektronika citlivá na napájecí napětí a navíc její spotřeba je větší než pár mA. Pak z Lithiovky dostaneme víc energie v celém jejím rozsahu.
Budu rád za názory a korekce.