Der Linearregler hält nicht die richtige Spannung, wenn er an ESP8266 angeschlossen ist

Ich versuche, einen MCP1700-3302E LDO zu verwenden, um die Spannung von einem einzelligen LiPo-Akku zu meinem ESP8266 (Wemos D1-Paket) zu regeln. Ich beabsichtige, den LiPo bis auf 3,5 V zu verwenden, und da ESP8266 3,3 V benötigt, bleiben 0,2 V Headroom. MCP1700 hat eine Dropout-Spannung direkt unter dieser Anforderung (178 mV bei 250 mA).

Zum Testen habe ich alles an ein Steckbrett angeschlossen und es von meinem Netzteil mit Strom versorgt , um Spannung und Strom zu überwachen. Dies ist das genaue Schema, wie alles angeschlossen ist:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie sehen können, habe ich dem Ein- und Ausgang des Reglers zwei 1uF (105) Keramikkondensatoren hinzugefügt, genau wie es das Datenblatt vorschlägt. Außerdem verwende ich zwei 470-uF-Kondensatoren (weil ich im Moment keinen größeren habe), um die Stromspitze während des Bootens von ESP8266 zu bewältigen. ESP8266 kann bis zu 435 mA ansteigen, aber der MCP1700 hat einen Strombegrenzer von 250 mA, sodass ESP ohne diese Kondensatoren nicht booten kann. Nach dem Booten wird eine einfache integrierte LED-Blinkskizze ausgeführt.

Das Problem ist nun, dass nach dem Booten die Spannung am ESP8266 3V3-Pin auf 3,1 V abfällt. Das Netzteil liefert 3,5 V, ich habe es noch einmal überprüft - dort kein Abfall. Und ESP8266 verbraucht mit dieser Skizze etwa 70 mA, was weit unter der 250-mA-Grenze von MCP1700 liegt. Laut Datenblatt sollte die Dropout-Spannung bei 70 mA Ziehung etwa 45 mV betragen, ist aber in Wirklichkeit eher 400 mV (3,5 V vor LDO, 3,1 V nach LDO).

Ich weiß, dass ESP8266 mit etwas niedrigerer Spannung funktionieren kann, aber ich brauche dafür eine stabile 3,3-V-Versorgung, weil ich einige analoge Messungen durchführen werde, und ESP braucht dafür eine stabile Referenzspannung.

Ich kann nicht herausfinden, warum dies geschieht. Ich verwende richtige, selbstgebaute Überbrückungskabel, nicht das billige Zeug aus China. Und ich messe die Spannung direkt an den Beinen des MCP1700 (wie im Schaltplan gezeigt), also sollte das Steckbrett auch nicht schuld sein.

Ich habe versucht, alle Komponenten auszutauschen, einschließlich des Reglers und des ESP8266 (ich habe viele von beidem), aber alle zeigen die gleichen Ergebnisse. Wenn ich die Versorgungsspannung an meinem Netzteil auf 3,7 erhöhe, erhalte ich nach LDO korrekte 3,3 V, aber der springende Punkt bei diesem Setup ist die Verwendung einer Spannung von nur 3,5 V, und laut Datenblatt sollte dieser Regler in der Lage sein, dies bereitzustellen das leicht mit so kleinem Strom.

Was fehlt mir hier?

Welches Paket hat der Regler? Wurden die Eingangs-, Ausgangs- und Erdungsstifte doppelt überprüft, um korrekt angeschlossen zu sein?
Der Regler befindet sich im TO-92-Paket. Ja, mittlerweile ist alles dreifach geprüft. Es ist alles genau so angeschlossen, wie in dem Schaltplan, den ich gezeichnet habe.
Messen Sie diese 70 mA?
Mein Netzteil sagt mir, es sind 70 mA, es hat eine Anzeige damit. Aber jetzt, wo Sie fragen, habe ich es mit meinem Tester gemessen - es sind tatsächlich 70 mA.
Könnten Sie mir bitte auch zeigen, ob Sie im Datenblatt gefunden haben: "Laut Datenblatt sollte die Dropout-Spannung bei 70 mA Ziehung etwa 45 mV betragen."
Seite 7 und 8, ABBILDUNG 2-12 und ABBILDUNG 2-13. Der erste zeigt einen Dropout bei 2,8 V, der zweite bei 5 V. Wenn ich zwischen diesen beiden Tabellen interpoliere (da meine Spannung 3,5 V beträgt), sieht die Dropout-Spannung ungefähr bei 45 mV aus.
Erwägen Sie die Verwendung einer insgesamt niedrigeren Spannung. Als ich winzige Drohnen baute, bei denen die einzelne Zelle unter Last stark durchhängt, begann ich mit 3,0-Volt-Reglern und landete bei 2,8-Volt-Reglern. Außerdem werden bessere ADC-Lesungen durchgeführt, indem man sich nicht auf die Versorgungsspannung verlässt, sondern stattdessen sowohl die unbekannte als auch eine bekannte Referenzspannung liest und eine Verhältniskompensation durchführt.
Nun, das würde ich tun, Chris, aber ESP8266 arbeitet mit 3,3 V, das kann ich nicht ändern ... Und ich brauche WiFi-Funktionalität für dieses Projekt, weshalb ich mich für diesen MC entschieden habe.
In Bezug auf Ihre Kommentare zu Stromspitzen sagt das MCP1700-Datenblatt ausdrücklich, dass der MCP1700 trotz eines Strombegrenzers transiente Stromimpulse über 250 mA toleriert, solange der Durchschnitt 250 mA beträgt, und nennt 550 mA als Beispiel für einen maximalen Strom. Siehe unter "6.5 Impulslastanwendungen"

Antworten (3)

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Das Datenblatt besagt, dass die Mindest-Vin zwei Bedingungen erfüllen muss, von denen eine folgende ist:

v ich N > ( v R + 3 % ) + v D R Ö P Ö U T

was für ein 3,3V Regler wird v ich N > ( 3.3 v + 3 % ) + v D R Ö P Ö U T = 3.4 v + v D R Ö P Ö U T

Es bleiben also 100 mV, die für den Ausfall "verwendet" werden müssen.

Sie können ABBILDUNG 2-12 und ABBILDUNG 2-13 aus dem Datenblatt nicht verwenden, um die Abfallspannung zu bestimmen, da für diese Diagramme Folgendes gilt:

Hinweis: Wenn nicht anders angegeben: VR = 1,8 V, COUT = 1 μF Keramik (X7R), CIN = 1 μF Keramik (X7R), IL = 100 μA, TA = +25 °C, VIN = VR + 1 V .

Und Sie legen Vin = 3,3 V + 1,0 V nicht an den Regler an.

Außerdem sind die in den Diagrammen gezeigten Werte typische Werte. Möglicherweise haben Sie einen IC, der in Richtung der maximalen Dropout-Spannung im schlimmsten Fall abweicht. (Für ICH L = 200mA, der schlechteste/maximale Wert weicht um den Faktor 2,3 (!!) vom typischen Wert ab.

Ich kann (noch) nicht finden, welche Dropout-Spannung für diese Situation gilt, denke aber, dass eine Eingangsspannung von 3,5 V die in dieser Antwort zuerst erwähnte Bedingung nicht erfüllt.

Verdammt... Reden wir über das Kleingedruckte... Was kann ich dann tun, um das zu lösen? Brauche ich einen anderen Regler? Gibt es einen Regler, der tatsächlich einen so kleinen Dropout bei einem so großen Strom liefern kann?
Der AP2128 kann das, siehe Abbildung 28 in seinem Datenblatt. Aber ich denke, es hat das falsche Paket (nicht überprüft). Ich fand dies, indem ich den 3,3-V-Regler auf der Website von Diodes Inc auswählte und als nächstes nach Dropout-Spannung gefiltert habe. Sie scheinen also zu existieren, aber die Suche überlasse ich Ihnen...
@JustinasRubinovas Vielleicht können Sie eine Breakout-Leiterplatte verwenden, um den IC mit der ursprünglichen TO-92-Position zu verbinden, wie sparkfun.com/products/717 (ich habe ein zufälliges Paket ausgewählt)
+1 Traurig, es scheint, dass sie tatsächlich über die Ausfallspannung lügen.
Danke mein Herr. Das Paket ist kein Problem, ich kann es zum Testen herausbrechen, und ich werde sowieso eine Leiterplatte für die Endphase des Projekts herstellen. Das Problem ist, dass dieses spezielle LDO und einige andere, die von anderen Personen vorgeschlagen wurden, nicht für den Versand in mein Land verfügbar sind. Ich beschränke mich auf Ebay und Aliexpress, also nur das billige chinesische Zeug. Aber ich werde versuchen, etwas Ähnliches zu finden. Es ist nur manchmal schwierig, so kleine (aber wichtige) Details im Datenblatt zu bemerken, wie Sie darauf hingewiesen haben ... Es ist fast so, als ob das MCP1700-Datenblatt über die Dropout-Spannung lügt.
@JustinasRubinovas "Lies das Kleingedruckte" gilt leider auch in EE...
Aber warum wird diese Anforderung wie 3 % + Dropout geschrieben? Warum geben Sie nicht einfach den Ausfall dieses LDO mit den darin enthaltenen 3 % an? Wäre das nicht weniger verwirrend?
@JustinasRubinovas Überprüfen Sie die Regelung der Ausgangsspannung (auf der Seite des DS, die ich gepostet habe. Von dort kommen die 3%.
@JustinasRubinovas Sie könnten immer einen Schaltwandler verwenden.
Ja, das muss ich vielleicht tun, Hearth ... Ich hoffte, ich könnte mit Linears davonkommen, da sie viel einfacher sind, aber ich denke, die Spannungstoleranzen sind einfach zu eng für ESP- und LiPo-Kombinationen.
@JustinasRubinovas Wenn Ihnen der Stromverbrauch egal ist, können Sie auch einen Widerstand / eine 3V3-Zenerdiode verwenden
Es ist mir egal ... Der Stromverbrauch ist hier SEHR wichtig, weshalb ich nicht den traditionellen Boost auf 5 V verwende und diesen dann dem integrierten ESP8266-Linearregler zuführe - das wäre sehr ineffizient. Ein Linearregler wäre, wenn er eine so kleine Spannungsdifferenz bewältigen könnte, genauso effizient wie ein Schaltregler, wenn nicht sogar noch effizienter.
Ähm, ok, ich hätte nicht mit "wenn Sie sich nicht um den Stromverbrauch kümmern" beginnen sollen, weil ich denke, dass die Zenerdiodenlösung wahrscheinlich genauso ineffizient ist wie Ihr ursprüngliches MCP1700-3302E! Beide verbrauchen ungefähr die gleiche Leistung, um 3,3 V zu erreichen. Nun, 3,1 V in diesem Fall des MCP1700, also wird es bei 3,1 V noch mehr verbrauchen ... Was genau wird Ihr Leistungsbedarf sein? Dauernd etwa 70 mA @ 3V3? Wenn Sie den Zener nur für den ESP8266 verwenden und zB die blinkende LED direkt aus der Batterie speisen, wäre die Verwendung einer Zenerdiode meiner Meinung nach eine angemessene Lösung.
Der Strombedarf ist so hoch wie das ESP verbraucht - normalerweise 70 mA, es können jedoch einige Spitzen bis zu 400 mA auftreten. Ich werde mir die Zenerdiode ansehen, danke. Ich habe auch einen AP2112-Regler in einem SOT25-Paket herumliegend gefunden. Ich habe es aufgerüstet (es dauerte eine Weile, um mit einem so kleinen Paket zu arbeiten), und es scheint perfekt zu funktionieren, hält diese 3,3 V konstant bis zu etwa 400 mA. Es scheint auch den ESP-Boot-Spike ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Elektrolytkondensatoren zu bewältigen. Du hattest also Recht. Ich habe einfach den falschen Regler gewählt. AP2112 scheint in jeder Hinsicht viel besser zu sein.

Das ESP zieht wahrscheinlich Spitzenstrom, den der Regler nicht liefern kann. Der maximale Abfall beträgt 350 mV bei 25 °C, vorausgesetzt, Sie bleiben innerhalb der 250-mA-Grenze, und es wird bei hoher Sperrschichttemperatur schlimmer.

Von anderen durchgeführte Messungen haben eine typische Spitzenaufnahme von fast 300 mA während des Paketbetriebs festgestellt . Die 1000uF-Obergrenze reicht bei dieser Art von Ziehung nur so weit. Der durchschnittliche Strom kann nur 70 mA betragen, aber das hilft hier nicht weiter.

Fazit, Ihr Regler ist unzureichend, ersetzen Sie ihn durch einen 1A-Typ oder mindestens 500mA.

Erwägen Sie, das Funkgerät während des ADC-Betriebs auszuschalten (obwohl der eingebaute ADC in diesem Chip in Bezug auf die Genauigkeit sehr zweifelhaft ist).

Bearbeiten: Stellen Sie außerdem sicher, dass sich die 1uF-Kondensatoren sehr nahe am Regler befinden. Ein lötfreies Steckbrett kann man für diese Schaltungsart in vielen Fällen nicht zuverlässig verwenden. Widerstand muss im 1 Ω Bereich oder weniger und die Induktivität sollten minimiert werden.

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Ich würde den ESP8266 aus der Gleichung nehmen und Ihren LDO mit einer unruhigen Last charakterisieren.

Versuchen Sie, den ESP8266 durch 3 100-Ohm-Widerstände parallel am geregelten Ausgang des LDO zu ersetzen, und messen Sie die Abfallspannung. Jeder einzelne Widerstand tut es natürlich auch, 100 Ohm wurden nur als bequemer Junkbox-Wert gewählt.

Das habe ich versucht, mein Herr. Mein Netzteil zeigt eine ähnliche Stromaufnahme, aber der Spannungsabfall ist immer noch da.
Das ist bedauerlich, nun, ich würde dann die Abfallspannung bei IL = 100 uA mit 3 100k-Widerständen charakterisieren. Betrachten Sie ABBILDUNG 2-7, sie zeigen die Aufrechterhaltung der LDO-Regulierung mit Vi=Vo.
Der Linearregler hält nicht die richtige Spannung, wenn er an ESP8266 angeschlossen ist
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