On trouve de nombreuses discussions en ligne sur la mise en veille profonde de plusieurs microcontrôleurs. D'ailleurs, le microcontrôleur ESP32 microWatt a été conçu selon ce principe, ce qui explique la présence d'un convertisseur abaisseur intégré au lieu d'un régulateur de tension linéaire. Le convertisseur abaisseur est non seulement plus efficace pour générer le bus 3,3 V, mais il présente également une tension de déchet bien plus faible. L'ESP32 microWatt étant conçu pour être alimenté par une batterie LiPo monocellulaire 3,7 V/4,2 V… Mais ceci n'est pas le sujet de cet article.
Cet article présente la réponse thermique des microcontrôleurs en mode veille profonde et en mode actif. Notre caméra thermique détecte avec précision le réveil du microcontrôleur, caractérisé par une augmentation rapide de sa température. Ensuite, en mode veille profonde, nous observons la dissipation de la chaleur dans le circuit imprimé et les composants environnants.
Pour nos tests, nous envisageons deux cartes de développement de microcontrôleurs populaires :
PTSolns Nano Flip et
PTSolns ESP32 microwatts
Ces deux cartes de développement embarquent des microcontrôleurs (l'ATmega328P pour la Nano Flip et l'ESP32 pour l' ESP32 microWatt), dont la température varie comme prévu. Cette expérience démontre pourquoi l'ESP32 microWatt est un choix évident pour toute application alimentée par batterie. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus !
Configuration du test :
Les deux cartes ont été configurées de manière similaire. Elles possèdent toutes deux un bouton externe permettant de basculer le microcontrôleur entre le mode veille profonde et le mode actif. En mode veille profonde, tous les composants pouvant être désactivés sont mis hors tension. En mode actif, nous avons exécuté des programmes qui chargent le microcontrôleur et font clignoter rapidement la LED intégrée.
Comme vous pouvez le constater dans la vidéo, nous devons améliorer le rebond des boutons, car les appuis ne sont pas toujours correctement enregistrés. Cependant, ce n'est pas un problème majeur pour notre application. Un simple correcteur de rebond logiciel suffirait.
Pour la Nano Flip, l'alimentation provient du câble USB-C connecté. Sur cette carte de développement, l'alimentation par le port USB-C ou la broche Vin est indifférente. Dans les deux cas, le circuit intégré CH340 est alimenté, consommant un faible courant et générant ainsi une signature thermique que nous pouvons capturer avec la caméra thermique.
Pour l'ESP32 microWatt, l'alimentation provient de la broche Vin externe. Ceci est important car, dans cette configuration, le circuit intégré CH340 reste désactivé, ce qui permet d'économiser de l'énergie. On peut facilement le constater sur la caméra thermique.
Pour résumer, la carte Nano Flip est placée dans le boîtier NTEA-LG et l'ESP32 microWatt dans le boîtier ESP BoB. Grâce aux deux cartes d'extension, cette configuration est extrêmement rapide et pratique. Aucune plaque d'essai n'est nécessaire.
Dernière précision concernant le montage. L'ESP32 étant enfermé dans un boîtier métallique (probablement pour des raisons de conformité aux normes FCC), nous l'avons arraché de force afin d'exposer le circuit intégré et d'obtenir une meilleure image thermique. En réalité, il est très facile de retirer le boîtier sans forcer ; une simple pince à bec fin suffit.
Résultats :
Pour des résultats complets, veuillez consulter la vidéo . Nous avons constaté que les microcontrôleurs chauffent très rapidement par rapport aux composants environnants dès leur activation par simple pression d'un bouton. Dès leur passage en mode veille profonde, la température maximale du microcontrôleur diminue et est dissipée dans le circuit imprimé et les composants voisins. Le microcontrôleur ATmega328 embarqué sur la Nano Flip et le microcontrôleur ESP32 embarqué sur l'ESP32 microWatt présentent le même comportement.
L'image ci-dessous présente l'image thermique 3D du circuit intégré ESP32 en fonctionnement. Le point chaud au centre se situe sur le circuit intégré lui-même. Notez que lorsque nous parlons de « chaud », la température réelle reste modérée et largement dans les conditions normales et sûres de fonctionnement.
Image de la réponse thermique des microcontrôleurs en mode veille profonde et en mode actif
Ce qui nous a paru intéressant lors de ces tests, c'est que le CH340 chauffe dans le Nano Flip alors qu'il reste froid dans l'ESP32 microWatt. Ceci est dû à la conception de la carte et indique clairement qu'elle fonctionne correctement. C'est également une autre raison pour laquelle l'ESP32 microWatt est un excellent choix pour les applications alimentées par batterie : le circuit intégré CH340 reste hors tension lorsqu'il n'est pas utilisé.
Enfin, nous observons un phénomène intéressant, évoqué dès le début de la vidéo : la réflexion de la lumière infrarouge (IR). Les composants métalliques brillants, comme le port USB-C, les boîtiers métalliques en verre (à l’intérieur de l’ESP32) ou même les fils des composants, peuvent paraître plus chauds qu’ils ne le sont réellement en réfléchissant la lumière IR et en trompant la caméra. Ce phénomène est clairement visible sur la Nano Flip au tout début de la vidéo. La carte est parfaitement à l’équilibre thermique et n’est alimentée d’aucune façon (elle est hors tension depuis plus de 10 heures). Pourtant, filmée avec la caméra thermique, certains composants métalliques brillants apparaissent plusieurs degrés plus chauds. Ce phénomène varie selon l’angle de vue ou la rotation de la carte. Cela peut être déroutant au premier abord – « Pourquoi cette partie chauffe-t-elle ? » – mais c’est facile à repérer une fois qu’on a compris le problème.
Auteur : Rolf Horn, DigiKey
