BATTERY and Battery Interface of WeMos LOLIN32

WeMos LOLIN32 の バッテリー と チャージ回路。　　　　　　　　　　　　　　2017.05.08

WeMos LOLIN32 は バッテリーコネクターがあり リチウムポリマー電池 や
リチウムイオン電池 を接続する事が出来ます。

配線：
＿　WeMos LOLIN32 の端子に 秋月電子通商の低メスダブルピンソケットを装着。
＿　ダブルピンの上は 空きピンで OLED をピンに装着し裏側で配線しました。
＿　ピンの上に センサーや部品を搭載したユニバーサル基板を乗せる事により
＿　バッテリーも含め 携帯可能な物が作れます。
＿　ユニバーサル基板 Ｃタイプ(72×47ｍｍ) 又は 0.3mm Ｃタイプ(72×47ｍｍ)
＿　ロープロファイルピンヘッダ9.54mm(低オス) 40p
＿　バッテリーコネクターは 2.0mm (JST 2.0 PH 2-pin) を使用します。

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充電機能：
＿　USB接続で使用中でもバッテリー充電が可能です。
＿　最大500mA の能力があります。
＿　チャージ中は CHG と記載された LED が 赤く点灯します。
＿　充電が完了すると LED は 消灯します。

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USB 5V と バッテリーの動作：例として OLED 表示の場合。
1. USB 5V で 動作：消費電流 85mA。
2. BATTERY で 動作：消費電流 78mA。
3. USB 5V + BATTERY CHARGE 中 の 動作：Battery = 3.9V
＿　USB 5V は 172mA で その内 85mA で バッテリーに充電します。
4. USB 5V + BATTERY CHARGE 後 の 動作：Battery = 4.2V
＿　バッテリーは 4.2V 満充電になり USB 5V は 85mA。

バッテリー充電と消費電流：
＿　バッテリーの電圧が低くなると充電電流は500mAになります。
＿　USB電源の容量は 充電電流 + ESP32側の消費電力 です。

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追記：2017.05.19
WeMos Lolin32 v1.0.0 の回路図が公開されました：
＿　回路図が未公開の為に図面を記載し不明な点もありながらブログに公開しました。
＿　Dennis T氏からブログへ連絡があり正しい部品番号を教えて頂き 図面の修正をしました。
＿　その後 Dennis T氏から「Wemos Schematic now released here」の連絡があり
＿　5月19付けで 図面タイトル「LoLin32」がリリースされました。
＿　WEMOS Electronics：LOLIN32：Schematic V1.0.0 が追加されました。
＿　Dennis T氏に感謝！。thanks !!

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WeMos LOLIN32 電源回路と充電回路：ORIGINAL 。
＿　Power supply circuit and charging circuit of WeMos LOLIN32
＿　LOLIN32 は回路図が公開されていません。概略ですが 回路図を作成しました。
＿　Marking code 01B は Diodeと思われますが 異なる場合は図の変更が必要です。

回路図修正：rev 1。2017.05.14。Dennis T 氏のアドバイスにより修正しました。Thanks!
＿　修正：
＿　　Marking code 01B：Diode から P-ch MOSFET IRLML6402 に 修正しました。
＿　　同様の回路を参照しました：OLIMEXINO-32U4_rev_A3。
＿　　動作：USB 5V電源が利用可能な間、B5819WS ダイオード両端の電圧降下は
＿　　　MOSFETをオフにします。 USB 5V電源が無くなると、MOSFETはバッテリ
＿　　　の接続をオンにします。
補足：カレントミラー (Current mirror) の機能は まだ 理解できていません。
追記：2017.11.21
＿　　「カレントミラー回路」が Raspberry Pi B+ でも使用されています。
＿　　回路動作は オーストラリア・シドニー在住の エレクトロニクスエンジニア
＿　　Stephen Ong氏によりブログ( All Things Electronics )：
＿　　「Raspberry Pi B+ Power Protection Circuit」に記載されています。
＿　　氏の結論は「理想的なパワーダイオードとして機能します」と書かれています。

1. LDO Voltage Regulator：ME6211, MicrOne。
＿　Max 500mA。Drop Voltage 100mV。noise 50uVms
＿　Note : WeMos D1 mini Lite : ME6211
＿　Note : WeMos D1 mini Pro : RT9013-33GB, Richtek, 500mA,250mV, 30uvrms

2. Current mirror：BCM857BS

3. リチウムバッテリー充電回路：
＿　Linear Charge Management Controller：MCP73831。 MCP73831 日本文。
＿　高速充電電流 505mA ( PROG = 2.0 kΩ )。

4. バッテリーコネクター：
＿　接続用コネクター：JST 2.0 PH 2-Pin Connector Plug Male：2.0 mm
＿　ebay：20個268円 。オスメスの端子付き。1個13円。
＿　aitendo：端子付きケーブル(PHR-2) [CB-PHR2P] 1個 100円。
＿　aitendo：端子付きケーブル(PHR-2) [CB-PHRX2-200] 1個 100円。

5. Note：Marking code = A9t, 01B, 16, S2PL, SL ： WeMos Lolin32

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ワイヤレス給電：
＿　OLED 駆動の消費電流は 85mA 。QI 給電 1000mA で動作しています。
＿　給電中の QIシートの熱は 40℃ になりますので リチウムポリマー電池を
＿　平行して配置する事は避けた方が良いかと思います。

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参考：
HACKADY：HANDS-ON THE HOT NEW WEMOS ESP-32 BREAKOUT ( by: Elliot Williams )
＿　注目：ESP32 にはバグがある。追記：2017.05.09
＿　LOLIN32 の ESP32 は rev 0 が使用されています。
＿　ESP32の新しいバージョンは rev 1 です。
＿　これを確認するには 特定のビット(H3FF5A00C) をチェックします。
＿　Pin12 を 抵抗10kohmで 3V3 にPull UP し Basic Mode にします。
＿　print(peek(&H3FF5A00C)) を実行すると chip version が表示されます。
＿　調査結果：以下 全て version 0 でした。
＿　　nano32, ESP32 DevKit, Lolin32, WeMos LOLIN32, ESP32-DevKitC(秋月),
＿　　ESP-WROOM-32(秋月), ESP-WROOM-32(マイクロテクニカ),
＿　　ESP-WROOM-32(デジタルメーカー)

adafuruit：FEATHER Series
＿　FEATHERシリーズのボードは同じピン配置で使用できますが価格が高いです。

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感想：
1. WeMos LOLIN32 のサイズ：
＿　58 x 25 mm は長いですが この長さを利用し リチウムイオン電池 18650
＿　( 67 x 8 mm) の 長いバッテリーを有効に使用できます。

2. 電池：
＿　電源はAC100Vを使用しUSB 5Vで駆動すれば 電源の問題は発生しません。
＿　電源起動装置の工夫や手間、 DeepSleep 操作も不要になります。
＿　持ち運び用に 乾電池が多く使用されていますが  電池がいつ無くなるとか
＿　交換の手間が無くなり 負担を軽減できます。
＿　農業では AC100Vを配線する事により ファンや給水の自動化も可能になり
＿　費用対効果により経済的です。

3. 電池の実験例：
＿　単三乾電池3本=4.5V。2.37vで停止。96日=2304hr。という実例があります。
＿　アルカリ単三乾電池の電力量[kwh]は 1.5V×(2000～2700)mAh、3.0～4.04Wh
＿　から 平均 2300mAh とすると 使用量は「平均1mA」です。
＿　充電可能なリチウムバッテリーとソーラーバッテリーを組み合わせ、ソーラー
＿　の発電電流が 平均1mA以上 あれば バッテリーを交換する事無く使用できる
＿　計算になると思います。

4. 使用時間：
＿　今回の例では 消費電流は78mA ですから 18650 3000mAhバッテリーで
＿　38時間の連続駆動が可能です。Deep Sleep 機能を使用すると 遥かに長く
＿　使用できます。18650 を２個使用し ２倍にする手もあります。

5. ソーラーバッテリー充電：
＿　モバイル型の手の平サイズのソーラーバッテリーは電力が少なく充電できません。
＿　ある程度のワット数と日光が必要です。
＿　16V 24W ソーラーバッテリーの使用では 日光が陰ると充電できません。
＿　実例ではセンサーと本体を軒下に置き ソーラーは直射日光が当たる様に工夫する。
＿　現在、6V 5W のソーラーバッテリーを注文中で 入手後に実験する予定です。

6. バッテリーコネクターサイズ：
＿　海外の情報で 2.54mm と書かれています。 正しくは 2.0mm です。

7. WeMos LOLIN32 工場出荷設定：
＿　WiFi Scan のスケッチがインストールされており USB 5V は 139mA です。
＿　Scan時に CHG LED が点灯します。
＿　ESP-WROOM-32 の 金属表面 及び 基板裏側は 32℃です。

8. 追記：2017.05.19
＿　Dennis T氏からの「Wemos Schematic now released here」の連絡は 驚きました。
＿　WeMos Electronics の製品は 完成度やデザインが良く 電子工作の見本です。
＿　バッテリー付きで 持ち運べる機能は 大切なポイントです。
＿　その為に電源コントロール回路は重要で 回路図が公開され助かります。