Une deuxième alimentation sur l’ESP32 T-Display
Comment connecter une deuxième alimentation à l’ESP32 T-Display.
Un article de Jean-Luc Levant - F4GSC (Merci à lui)
L’architecture ESP32 comporte de nombreuses variantes qui ont des caractéristiques et performances qui peuvent être différentes. Une d’entre elles existe en ce qui concerne les possibilités pour alimenter ce circuit. L’ESP32 T-Display possède les options suivantes:
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+5 V fournie par le connecteur USB;
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Alimentation +3 V par le régulateur embarqué et alimenté par le +5 V;
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Depuis la broche +3 V à condition de ne pas connecter le +5 V;
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Depuis une batterie +3,7 V;
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Depuis un +5 V externe à connecter sur la broche +5 V.
Avec ce module il n’est pas possible dé relier le +5 V provenant de l’USB directement à une alimentation +5 V externe. Il est nécessaire de prendre quelques précautions.
Pourquoi ne pas connecter deux sources de tensions en parallèle
Il n’est pas recommandé de connecter deux alimentations de même valeur (ex: +5 V) en parallèle. En effet, elles ne sont jamais physiquement identiques: le +5 V et la résistance interne ne sont jamais égaux. Dans ces conditions la source la plus grande devient génératrice et elle alimente en directe l’autre source qui devient une charge avec une très faible résistance.
Dans l’exemple ci-dessous, la source S1 possède un générateur de tension de +5,1 V et une résistance interne de 0.055 Ω. S2 est équivalent à un générateur de +5 V avec une résistance de 0.050 Ω
Figure . Deux sources de tension ne sont jamais physiquement identiques.
Le courant est seulement limité par les deux résistances internes de quelques dizaines de milliohms. Ce courant peut être déterminé par l’équation ci-dessus:
La puissance dissipée par source devient alors:
Les sources vont rapidement monter en température, se dégrader et voir se détruire.
Comment connecter une deuxième alimentation à la broche +5 V
Stratégie d’alimentation attendue
Deux modes de fonctionnement courant sont assurés lors du développement et de la mise en oeuvre d'une application avec un ESP32:
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Télécharger le programme depuis l’environnement de développement Arduino (IDE);
Cela se fait par liaison USB qui alimente l’ESP32 par son +5 V;
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Une fois programmé, dans certaines applications il est nécessaire de fournir une autre tension telle que le +12 V. Un régulateur de tension fournit donc un alimentation externe de +5 V. Dans ce cas là le +5 V de l’USB peut ou pas resté connecté à l'ESP32.
Pour assurer ces deux modes de fonctionnement il est donc nécessaire de connecter une deuxième source de +5 V à la broche + 5V de l’ESP32.
Le montage interdit
La figure ci-dessous montre ce qu’il ne faut pas faire pour raccorder une sconde source de tension +5 V. Les raisons ont été évoquées ci-dessus.
Figure 1. Ce qu’il ne faut pas faire pour raccorder une deuxième alimentation +5 V.
Le montage a employé
Si les deux sources alimentent en même temps l’ESP32, la diode D isole la deuxième source. La tension provenant du connecteur USB alimente l’ESP32. Si la connexion USB est enlevée c’est la deuxième source qui alimente l’ESP32.
Figure 2. La diode assure le bon fonctionnement des deux alimentations.
Analyse des contraintes électriques
Il est nécessaire d’analyser les contraintes électriques de ces différents composants pour vérifier que l'ensemble fonctionne:
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La tension fournie par l’USB d’après les spécifications est supérieure à +4,75 V;
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Le régulateur de tension qui fournit le +3,3 V doit avoir à son entrée tension supérieure à +4,3 V pour un courant de consommation inférieur à 120 mA.
La tension minimale à assurer est donc +4,75 V.
Figure 3. VUSB > +4,75 V et la tension d’entrée du régulateur > +4,3 V.
La diode D provoque une chute de tension à ses bornes de l’ordre de +0,7 V.
Figure 4. La diode assure le fonctionnement des deux sources d’alimentation.
Pour atteindre les +4,75 V la seconde source VEXT devrait donc être réglée à:
Cependant pour éviter que VEXT ne débite pas dans l’alimentation USB de manière intempestive (bruit d’alimentation), VEXT est réglé 200 mV en dessous garantissant une marge de fonctionnement soit:
Lorsque VEXT alimente seule l’ESP32, la tension est de +4,55 V ce qui est bien supérieure aux +4,3 V imposés par le régulateur +3,3 V.
Conclusion
Cette simple diode, dont la référence n’est pas critique si elle tient le courant demandé par l’application, permet d’ajouter simplement un deuxième +5 V externe.