El regulador lineal no mantiene el voltaje correcto cuando se conecta a ESP8266

Estoy tratando de usar un MCP1700-3302E LDO para regular el voltaje de la batería LiPo de una sola celda a mi ESP8266 (paquete Wemos D1). Tengo la intención de usar el LiPo hasta 3,5 V, y dado que ESP8266 requiere 3,3 V, eso deja un margen de 0,2 V. MCP1700 tiene un voltaje de caída justo por debajo de ese requisito (178mV @ 250mA).

Para las pruebas, lo conecté todo a una placa de prueba, encendiéndolo desde mi fuente de alimentación para monitorear el voltaje y la corriente. Este es el esquema exacto de cómo está todo conectado:

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Como puede ver, agregué dos capacitores cerámicos de 1uF (105) a la entrada y salida del regulador, tal como sugiere la hoja de datos. Además, uso dos condensadores de 470uF (porque no tengo uno más grande en este momento) para manejar el pico de corriente durante el arranque del ESP8266. ESP8266 puede aumentar hasta 435 mA, pero el MCP1700 tiene un limitador de corriente de 250 mA, por lo que sin estos condensadores ESP no arrancará. Después de que se inicia, ejecuta un simple boceto de parpadeo de LED incorporado.

Ahora, el problema es que después de arrancar, el voltaje en el pin ESP8266 3V3 cae a 3.1V. La fuente de alimentación proporciona 3.5 V, verifiqué dos veces, no hubo caída allí. Y ESP8266 consume alrededor de 70 mA con este boceto, que está muy por debajo del límite de 250 mA de MCP1700. De acuerdo con la hoja de datos, el voltaje de caída con un consumo de 70 mA debería ser de alrededor de 45 mV, pero en realidad es más como 400 mV (3,5 V antes de LDO, 3,1 V después de LDO).

Sé que ESP8266 puede funcionar con un voltaje ligeramente más bajo, pero necesito un suministro estable de 3,3 V porque haré algunas mediciones analógicas, y ESP necesita un voltaje de referencia estable para eso.

No puedo entender por qué sucede esto. Estoy usando cables de puente hechos a mano, no los baratos de China. Y estoy midiendo el voltaje directamente en las patas del MCP1700 (como se muestra en el esquema), por lo que la placa tampoco debería tener la culpa.

Intenté reemplazar todos los componentes, incluido el regulador y el ESP8266 (tengo muchos de ambos), pero todos muestran los mismos resultados. Si aumento el voltaje de suministro en mi fuente de alimentación a 3,7, obtengo los 3,3 V correctos después de LDO, pero el objetivo de esta configuración es usar un voltaje tan bajo como 3,5 V y, según la hoja de datos, este regulador debería poder proporcionar tan fácilmente con una corriente tan pequeña.

¿Que me estoy perdiendo aqui?

¿Qué paquete tiene el regulador? ¿Se han verificado dos veces los pines de entrada, salida y tierra para que estén correctamente conectados?
El regulador está en el paquete TO-92. Sí, todo está triplemente comprobado por ahora. Todo está conectado exactamente como en el esquema que dibujé.
¿Medes estos 70 mA?
Mi fuente de alimentación me dice que es de 70 mA, tiene una pantalla. Pero ahora que preguntaste, lo medí con mi probador; de hecho, es 70 mA.
¿Podría indicarme también dónde en la hoja de datos encontró "Según la hoja de datos, el voltaje de caída en el consumo de 70 mA debe ser de alrededor de 45 mV"?
Página 7 y 8, FIGURA 2-12 y FIGURA 2-13. El primero muestra una caída a 2,8 V, el segundo a 5 V. Interpolando entre estas dos tablas (ya que mi voltaje es de 3.5V), el voltaje de caída parece alrededor de 45mV.
Considere usar un voltaje más bajo en general. Cuando estaba construyendo pequeños drones en los que la celda individual se combaba mucho bajo carga, comencé con reguladores de 3,0 voltios y terminé con los de 2,8 voltios. Además, se obtienen mejores lecturas de ADC al no confiar en el voltaje de suministro, sino al leer tanto el voltaje de referencia desconocido como el conocido y hacer una compensación de relación.
Bueno, yo haría eso, Chris, pero ESP8266 funciona a 3,3 V, no puedo cambiar eso... Y necesito funcionalidad WiFi para este proyecto, por eso elegí este MC.
Con respecto a sus comentarios sobre los picos de corriente, la hoja de datos del MCP1700 dice específicamente que, a pesar de tener un limitador de corriente, el MCP1700 tolera pulsos de corriente transitorios superiores a 250 mA siempre que el promedio sea de 250 mA, y menciona 550 mA como ejemplo de corriente máxima. Consulte la sección "6.5 Aplicaciones de carga pulsada"

Respuestas (3)

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La hoja de datos establece que el Vin mínimo debe cumplir con 2 condiciones, siendo una de ellas:

V i norte > ( V r + 3 % ) + V D R O PAG O tu T

que para un regulador de 3.3V se convierte en V i norte > ( 3.3 V + 3 % ) + V D R O PAG O tu T = 3.4 V + V D R O PAG O tu T

Entonces, eso deja 100 mV para ser "usados" para la deserción.

No puede usar la FIGURA 2-12 y la FIGURA 2-13 de la hoja de datos para determinar el voltaje de caída porque para estos gráficos se aplica lo siguiente:

Nota: A menos que se indique lo contrario: VR = 1,8 V, COUT = 1 μF de cerámica (X7R), CIN = 1 μF de cerámica (X7R), IL = 100 μA, TA = +25 °C, VIN = VR + 1 V.

Y no aplica Vin = 3.3V+1.0V al regulador.

Además, los valores mostrados en los gráficos son valores típicos . Es posible que tenga un IC que se desvíe hacia el voltaje máximo de caída en el peor de los casos. (Para I L = 200mA, el valor peor/máximo difiere en un factor de 2,3 (!!) del valor típico.

No puedo encontrar (todavía) qué voltaje de caída se aplica a esta situación, pero creo que un voltaje de entrada de 3.5 V no satisface la condición mencionada primero en esta respuesta.

Maldición... Hablando de letra pequeña... Entonces, ¿qué puedo hacer para solucionar esto? ¿Necesito un regulador diferente? ¿Existe un regulador que realmente pueda proporcionar una caída tan pequeña con una corriente tan grande?
El AP2128 puede, consulte la Figura 28 en su hoja de datos. Pero supongo que tiene el paquete incorrecto (no lo comprobé). Encontré esto seleccionando el regulador de 3.3V en el sitio web de Diodes Inc y luego filtré el voltaje de caída. Entonces, parece que existen, pero dejaré la búsqueda para ti...
@JustinasRubinovas Tal vez pueda usar un PCB de ruptura para conectar el IC a la ubicación TO-92 original, como sparkfun.com/products/717 (seleccioné un paquete al azar)
+1 Triste, parece que en realidad están mintiendo sobre el voltaje de caída.
Gracias Señor. El paquete no es un problema, puedo dividirlo para probarlo y, de todos modos, haré una placa de circuito impreso para la etapa final del proyecto. El problema es que este LDO en particular y algunos otros que otras personas sugirieron no están disponibles para envío a mi país. Estoy limitado a Ebay y Aliexpress, así que solo cosas chinas baratas. Pero intentaré encontrar algo similar. A veces es difícil notar detalles tan pequeños (pero importantes) en la hoja de datos como el que usted señaló... Es casi como si la hoja de datos del MCP1700 mintiera sobre el voltaje de caída.
@JustinasRubinovas "Lea la letra pequeña" lamentablemente también aplica en EE...
Pero, ¿por qué ese requisito está escrito como 3% + deserción? ¿Por qué no simplemente declarar la deserción de este LDO con el 3% incluido? ¿No sería eso menos confuso?
@JustinasRubinovas Verifique la línea Regulación de voltaje de salida (en la página del DS que publiqué. De ahí sale el 3%.
@JustinasRubinovas Siempre puedes usar un convertidor de conmutación.
Sí, podría tener que hacer eso, Hearth... Esperaba poder salirme con la mía con los lineales, ya que son mucho más simples, pero supongo que las tolerancias de voltaje son demasiado estrictas para la combinación ESP y LiPo.
@JustinasRubinovas Si no le importa el consumo de energía, también podría usar una resistencia / diodo zener de 3V3
Me importa... El consumo de energía es MUY importante aquí, por lo que no uso el impulso tradicional a 5 V y luego lo suministro al regulador lineal ESP8266 integrado; eso sería muy ineficiente. El regulador lineal, si pudiera manejar una diferencia de voltaje tan pequeña, sería tan eficiente como un regulador de conmutación, si no más.
Ehm, está bien, no debería haber comenzado con "si no te importa el consumo de energía" porque creo que la solución de diodo zener es probablemente tan ineficaz como tu MCP1700-3302E original. Ambos disiparán aproximadamente la misma potencia para lograr 3.3V. Bueno, 3,1 V en este caso del MCP1700, por lo que se disipará aún más a 3,1 V... ¿Cuáles serán exactamente sus necesidades de energía? Continuamente alrededor de 70 mA @ 3V3? Si usa el zener solo para el ESP8266 y alimenta, por ejemplo, el LED parpadeante directamente desde la batería, creo que usar un diodo zener sería una solución adecuada.
Los requisitos de energía son tantos como consume ESP, normalmente 70 mA, pero puede haber algunos picos de hasta 400 mA. Buscaré el diodo zener, gracias. También encontré un regulador AP2112 en un paquete SOT25 por ahí. Lo arreglé (me tomó un tiempo trabajar con un paquete tan pequeño), y parece estar funcionando perfectamente, mantiene ese 3.3V constante hasta un consumo de alrededor de 400mA. También parece manejar el pico de arranque ESP sin necesidad de condensadores electrolíticos adicionales. Así que tenías razón. Simplemente elegí el regulador equivocado. AP2112 parece ser mucho mejor en todos los aspectos.

El ESP probablemente esté generando picos de corriente que el regulador tiene problemas para suministrar. La caída máxima es de 350 mV a 25 grados C, pero siempre que se mantenga dentro del límite de 250 mA, y empeora a una temperatura de unión alta.

Las mediciones realizadas por otros han observado un consumo máximo típico de casi 300 mA durante las operaciones de paquetes. El límite de 1000uF solo llega hasta cierto punto con ese tipo de sorteo. La corriente promedio puede ser de solo 70 mA, pero eso no ayuda aquí.

En pocas palabras, su regulador es inadecuado, reemplácelo con un tipo 1A o al menos 500mA.

Considere apagar la radio durante las operaciones de ADC (aunque el ADC incorporado en ese chip es muy dudoso en cuanto a precisión).

Editar: también asegúrese de que los condensadores de 1uF estén muy cerca del regulador. En muchos casos, no puede usar de manera confiable una placa de prueba sin soldadura para este tipo de circuito. La resistencia debe estar en el 1 Ω rango o menos y la inductancia debe ser minimizada.

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat . Cualquier conclusión a la que se llegue debe volver a editarse en la pregunta y/o cualquier respuesta.

Quitaría el ESP8266 de la ecuación y caracterizaría su LDO con una carga inquieta.

Intente reemplazar el ESP8266 con 3 resistencias de 100 ohmios en paralelo en la salida regulada del LDO y mida el voltaje de caída. Por supuesto, cualquier resistencia individual también funcionará, 100 ohmios se eligieron solo como un valor conveniente de caja de chatarra.

Lo intenté, señor. Mi fuente de alimentación muestra un consumo de corriente similar, pero la caída de voltaje sigue ahí.
Eso es desafortunado, bueno, entonces caracterizaría el voltaje de caída en IL = 100 uA, usando 3 resistencias de 100k. Considere la FIGURA 2-7, muestran el LDO manteniendo la regulación con Vi=Vo.
El regulador lineal no mantiene el voltaje correcto cuando se conecta a ESP8266
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