長期間駆動を実現する トラ技Wi-Fi ESP32 搭載IoT Express ボードの改造方法

トランジスタ技術2017年11月号に付属するIoT Express基板を使って、低消費電力で動作させてみました。
ESP32にはディープスリープ機能があり、乾電池などを使って長期間動作させることが可能です。
例えば、旧製品のESP-WROOM-02を使ったワイヤレスセンサでは、単3アルカリ電池3本で1年近くの動作を
長期間動作が可能であることが分かっています。
乾電池で連続340日間動作するESP8266搭載ワイヤレスセンサ
しかし、ESP32の場合、起動時の突入電流、動作時の消費電流がESP8266よりも大きいため、入手しやすい部品だけで長期間の動作を行うのが難しいという課題がありました。
今回、秋月電子通商で販売されている村田製LXDC55使用DCDCコンバーターキットAE-LXDC55-3.3Vを使って、手軽に長期間動作が可能な IoT Expressボードを作成してみました。

村田製LXDC55使用DCDCコンバーターキットAE-LXDC55-3.3V

DCDCコンバータは、動作時の消費電力を低減することが出来ますが、非動作時の待機電力についてはLDOタイプのレギュレータよりも大きい場合があります。
使用した村田製LXDC55の待機電力は150μAと、比較的、小さいので、手軽に使用することが出来ます(ただし、トラ技2016年9月号で紹介したTOREX製の電源レギュレータXC6202P332の待機電流10μAに比べると、かなり大きい)。
また、5V入力3.3V出力時に200mA以上の電流を流せるので、ESP32の起動時を除く消費電力を供給することが出来ることも選定理由の一つです(XC6202P332は150mAまでなので電流が不足する)。
下図に村田製LXDC55使用DCDCコンバーターキットAE-LXDC55-3.3Vを使ったIoT Expressボードの製作例を示します。
トランジスタ技術2017年11月号に付属するIoT Express基板へ村田製LXDC55使用DCDCコンバーターキットAE-LXDC55-3.3Vを実装したときの様子
DCDCコンバータの出力にOS-CON 1000μFを実装する
LXDC55は、5V入力3.3V出力の条件で、実測200mA程度の出力が可能です。しかし、ESP32の起動直後の突入電流や送信時には、より多くの電流を必要とするため、コンデンサからの放電による補助が必要です。
ここでは、C8の位置にPanasonic製OS-CONを実装しました。C4の位置に実装した方が、より安定化させることが出来ますが、圧電スピーカSP1の外形とコンデンサとの接触を避けました。圧電スピーカを使用しない場合は、C4の位置にOS-CONを実装してください。
USBシリアル変換アダプタは消費電力の邪魔になるので取り外し式にする
長期間動作の実行時はUSBシリアル変換アダプタの消費電力も邪魔になります。そこで、USBシリアル変換アダプタはピンソケットで接続し、ファームウェア書き込み後には取り外せるようにしました。
電源入力部には、USB信号端子の無いマイクロUSB端子を取り付けました。ポリスイッチ200mAを経由し、C9のプラス側へ入力しています。C9の位置から電源を供給するので、ショットキー・ダイオードD2は不要です。
関連情報
以下は、IoT Expressボードの関連記事です。
IoT Express で天気予報表示
IoT Express の起動を安定化
また、似たような回路構成での実験の様子をAmbientで公開中です。
ESP32 単4アルカリ電池4本での長時間動作実験
ボクにもわかる ESPモジュール
by ボクにもわかる電子工作
https://bokunimo.net/