В интернете много обсуждений о том, как перевести несколько микроконтроллеров в режим глубокого сна для достижения этой цели. На самом деле, ESP32 microWatt был разработан именно с учетом этой концепции, поэтому он имеет встроенный понижающий преобразователь вместо линейного стабилизатора напряжения. Понижающий преобразователь не только более эффективен в создании шины 3,3 В, но и имеет гораздо меньшее падение напряжения. Поскольку ESP32 microWatt был разработан для питания от одноэлементной литий-полимерной батареи 3,7 В/4,2 В... Но это не относится к теме этого поста.
В этом посте мы демонстрируем тепловую реакцию микроконтроллеров во время глубокого сна, а также в активных режимах. Наша тепловизионная камера позволяет точно определить момент пробуждения микроконтроллера, поскольку тепловая сигнатура быстро повышается. Затем, во время глубокого сна, мы видим, как тепло рассеивается на печатную плату и расположенные рядом компоненты.
Для наших тестов мы рассматриваем две популярные платы разработки микроконтроллеров:
PTSolns Nano Flip и
PTSolns ESP32 microwatts
На этих двух платах разработки установлены микроконтроллеры (ATmega328P для Nano Flip и ESP32 для ESP32 microWatt), которые, как и следовало ожидать, нагреваются и охлаждаются. Но этот эксперимент демонстрирует, почему ESP32 microWatt — очевидный выбор для любого приложения с питанием от батареи. Читайте дальше, чтобы узнать почему!
Настройка тестирования:
Обе платы были настроены аналогично. На обеих есть внешняя кнопка, которая переключает микроконтроллер между режимом глубокого сна и активным режимом. В режиме глубокого сна отключается все, что можно выключить. В активном режиме мы запускали несколько скетчей, которые загружали микроконтроллер, а также быстро мигали встроенным светодиодом.
Как видно на видео, нам следует улучшить дребезг кнопок, поскольку нажатия кнопок иногда регистрируются некорректно. Однако для нашей задачи это не является серьезной проблемой. Простая программная компенсация дребезга решит проблему.
Для Nano Flip питание поступает от подключенного кабеля USB-C. На этой отладочной плате практически не имеет значения, питается ли она от порта USB-C или от контакта Vin. В обоих случаях питается встроенный микросхема CH340, потребляющая небольшой ток и, следовательно, создающая тепловой след, который мы можем зафиксировать с помощью тепловизионной камеры.
Для ESP32 microWatt питание подается от внешнего вывода Vin. Это важно, поскольку при такой конфигурации встроенный микросхема CH340 остается выключенной, что позволяет экономить энергию. Это легко заметить на тепловизионной камере.
Наконец, чтобы всё это собрать воедино, Nano Flip находится внутри NTEA-LG, а ESP32 microWatt — внутри ESP BoB. Обе платы-адаптера делают эту сборку очень быстрой и удобной. Макетная плата не требуется.
И ещё одно замечание по поводу установки. Поскольку ESP32 заключен в металлический корпус (вероятно, для соответствия требованиям FCC), мы силой разорвали его, чтобы обнажить микросхему ESP32 внутри и получить более качественное тепловое изображение. На самом деле, снять металлический корпус довольно легко без применения силы; для этого достаточно плоскогубцев с тонкими губками.
Результаты:
Полные результаты представлены в видео . Мы обнаружили, что микроконтроллеры очень быстро нагреваются по сравнению с окружающими компонентами сразу после активации нажатием кнопки. Как только они переходят в режим глубокого сна, пиковая тепловая нагрузка микроконтроллера снижается и рассеивается на печатную плату и расположенные рядом компоненты. Аналогично ведут себя микроконтроллеры ATmega328 на плате Nano Flip и ESP32 на плате ESP32 microWatt.
На следующем изображении показано трехмерное тепловое изображение микросхемы ESP32 в активном режиме. Горячая точка посередине расположена на самой микросхеме. Обратите внимание, что когда мы говорим «горячая», на самом деле она не такая уж и высокая, и находится в пределах нормальных и безопасных условий эксплуатации.
Изображение тепловой реакции микроконтроллеров во время глубокого сна и активного режима работы
В ходе этих тестов нас заинтересовало, как сильно нагревается микросхема CH340 в Nano Flip, но остается холодной в ESP32 microWatt. Это связано с конструкцией платы и является убедительным свидетельством ее работоспособности. Это также еще одна причина, по которой ESP32 microWatt — отличный выбор для приложений с питанием от батареи: микросхема CH340 остается выключенной, когда не используется.
Наконец, мы также видим интересный артефакт, который обсуждали в самом начале видео: отражение инфракрасного (ИК) света. Блестящие металлические компоненты, такие как порт USB-C, металлические корпуса внутри ESP32 или даже провода компонентов, могут казаться теплее, чем они есть на самом деле, отражая ИК-свет и обманывая камеру. Мы отчетливо видим это на Nano Flip в самом начале видео. Плата находится в полном тепловом равноверии и никак не питается (она была выключена более 10 часов). Однако при съемке с помощью тепловизора некоторые блестящие металлические компоненты кажутся на несколько градусов теплее. Этот артефакт или явление меняется в зависимости от угла или поворота платы. Поначалу это может показаться сложным — «Почему именно ЭТА часть нагревается?» — но это легко заметить, как только вы поймете, в чем дело.
Автор: Рольф Хорн, DigiKey
