ESP32-Develboard "E32 LiPo"

Bilder

Von oben:

Von unten:

Vergleich zum D32 pro LiFePO4:

Einleitung

Mit dem D32 pro LiFePO4 habe ich kürzlich ein Develboard vorgestellt, welches ausschließlich für LiFePO4-Akkus gemacht ist. Davon habe ich nun ein Derivat entwickelt, das ausschließlich für LiPo-Akkus gedacht ist. Da so ziemlich alle ESP32-Develboards, die man käuflich erwerben kann, Akkuunterstützung für LiPo bieten, ist dies erstmal nichts Revolutionäres. Mir persönlich ging es primär darum, auch ein LiPo-Develboard mit USB-C zu haben. Als kleine Weiterentwicklung zum D32 pro FePo habe ich den Reset-Button nach unten verschoben, weswegen die Platine ein kleines bisschen kürzer geworden ist. Und einen Akku-seitigen Verpolschutz habe ich ebenfalls integriert.

Vergleich zum Lolin D32 pro

Pate für dieses Develboard stand der Wemos Lolin D32 pro. Das bedeutet, dass die funktionelle Anschlussbelegung der oberen beiden Pinreihen zu 100% identisch ist und auch ein ESP32-WROVER-E mit 16 MB Flashspeicher verbaut ist.

  • Länge: 69,9 mm (anstelle 65 mm beim D32 pro).
  • Verwendet als Akku-Laderegler den Chip TP5000 (anstelle TP4054 beim D32 pro). Vorteil: Höherer Ladestrom möglich.
  • Unterstützt ausschließlich LiPo-Akkus (wie auch der D32 pro).
  • Verwendet als 3.3V-Festspannungsregler den ME6211 (wie auch der D32 pro).
  • Max. Ladestrom (einstellbar über R5) des Akkus beträgt 1 A (anstelle 0,5 A beim D32 pro).
  • 16 poliger USB-C-Anschluss (anstelle micro-USB beim D32 pro).
  • Besitzt (realisiert mit einem Mosfet) einen Verpolschutz am Akkuanschluss (anstelle ohne beim D32 pro).
  • Auf der rechten Pinreihe gibt es einen Pin, der CHRG heißt. Hiermit lässt sich detektieren, ob der Akku gerade geladen wird (wird dann auf GND gezogen). Das klappt allerdings nur, wenn keine LED für die Ladekontrolle eingelötet ist. Beim D32 pro ist dieser Pin der Pinreihe unbelegt. ESPuino unterstützt das Auslesen von CHRG derzeit nicht. Kurz: Ist unklar, ob das jemals gebraucht wird, aber haben ist besser als brauchen :slight_smile:.
  • Auf der rechten Pinreihe gibt es weiterhin einen Pin, der „VIN“ heißt. VIN ist der „kombinierte Strompfad“ von USB/LiPo. Immer, wenn USB angeschlossen ist (egal ob mit oder ohne Akku), liegen hier 5 V an. Ist nur der Akku angeschlossen, dann liegt hier die Akkuspannung an. Das hat erstmal keine Auswirkungen, aber Bastler haben damit einen Pin zur Verfügung, den man ggf. für externe Beschaltung gebrauchen kann und beim D32 pro ohne Lötarbeit nicht erreicht. Beim D32 pro ist dieser Pin der Pinreihe unbelegt.
  • Die Konnektoren für SD, I2C und Display sind auf meinem Board nicht vorhanden. Einerseits ist dafür eh kein Platz und andererseits machen wir das ohnehin extern.
  • Spannungsteiler zum Messen der Akkuspannung ist 300k + 300k (anstelle 100k + 100k beim D32 pro) => spart Strom im Akkubetrieb. Wenn man möchte, dann kann man das hier eintragen. Es ist aber nicht notwendig, da es gar nicht um die absoluten Zahlen geht, sondern nur um das Verhältnis beider Zahlen zueinander. Und hier macht 100/100 zu 300/300 keinen Unterschied.

Schaltplan

Schematics E32 LiPo.pdf (191,1 KB)

Warum getrennte Boards für FePo und LiPo?

Wie auch beim D32 pro LiFePO4 besitzt dieses Board als LiPo-Laderegler den TP5000. Heißt: Man kann den TP5000 entsprechend konfigurieren. Theoretisch benötigt man nur eine kleine Verbindung mehr für LiPo (ggü. FePo), so dass man das Ganze recht einfach und universell mit einer Lötbrücke konfigurierbar halten könnte. Da ich das FePo-Board aus Effizienzgründen jedoch absichtlich so designed habe, dass die Versorgung per Akku am Festspannungsregler vorbeiläuft, wäre der Schaltungsaufwand hier höher und das Ganze kriege ich hier einfach nicht mehr unter auf dieser Größe. Aber ich denke das ist kein Beinbruch, da man eigentlich vorher weiß, ob man LiPo oder FePo möchte.

Hinweise

  • Auf keinen Fall darf ein FePo-Akku angeschlossen werden, da die Ladespannung bei LiPo bis zu 4,2 V beträgt und damit zu hoch wäre FePo wäre.
  • Die Polarität der Buchse des Akkuanschlusses (JST-PH) entspricht derer, die auch z.B. der D32 pro aufweist. Das ist insofern wichtig zu wissen, da das gegenüber dem D32 pro LiFePO4 gedreht ist. Das war kein Versehen sondern ich habe mich daran orientiert, wie Eremit seine LiPo-Akkus konfektioniert, da ich deren Akkus immer emfehle und selbst auch nutze. Wie auch immer: Prüft bei allem, was ihr anschließt, IMMER die Polarität!
  • Ein passender Akku mit integrierter Schutzschaltung wäre z.B.: LiPo-Akku mit 2500 mAh. Gibt auch andere Größen, die dort bestellt werden können. Achte darauf, einen Akku mit einem JST-PH-Anschluss zu bestellen! Es ist mit einem Strombedarf von 150 bis 180 mA zu rechnen. D.h. mit 2500 mAh sind auf jeden Fall weit über 10 h Akkubetrieb möglich.

Kompatibilität zu ESPuino

Wie schon erwähnt ist das Board funktional 100% pinkompatibel mit dem D32 pro von Wemos. Das bedeutet im Gegenzug natürlich auch, dass man es ohne Einschränkungen z.B. für ESPuino-miniD32(pro): Lolin D32/D32 pro mit SD_MMC und Port-Expander (SMD) verwenden kann. Und das bedeutet gleichwohl, dass als Profil in PlatformIO ebenfalls lolin_d32_pro_sdmmc_pe verwendet wird.

Ausblick

Für’s Erste werde ich fünf Exemplare löten, wovon ich vier Stück abgeben kann. Dann muss ich erstmal neue Teile bestellen. Wer schon immer mal ein D32 pro-kompatibles Develboard mit USB-C-Anschluss haben wollte, kann sich bei mir melden. First come - first serve. Sollte dauerhaft größere Nachfrage vorhanden sein, dann werde ich die eher löten lassen.

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