Gerät muss bei niedriger Akkuspannung mehrmals eingeschaltet werden

[tutmanichtun]

Hi zusammen,

unsere OBS (aktuell ca. 10 Geräte) zeigen ein spannendes Verhalten: solange der Akku voll ist (>3.8V) funktionieren sie ganz normal. Sobald die Spannung aber weiter absinkt, muss man den Kippschalter 2 bis 10x betätigen, bevor der OBS bootet.
Eine Untersuchung mit Labornetzteil und Stromzange am Oszilloskop ergab, dass im Fehlerfalle versucht wird, 4A aus dem Akku zu ziehen. Das kann der MT3608 nicht lange und schaltet ab. (So die Vermutung. Das Top-Marking (XT1208) lässt sich mangels Angabe im Datenblatt nicht kontrollieren.)
Die Frage ist: wer zieht der Strom? (Die Geräte sind im default nach dieser Anleitung umgebaut, aber auch ohne den Umbau bleibt das Verhalten identisch.)
Hier mal ein Bild vom Oszilloskop im Fehlerfall (Chg_Out ist der Eingangsstrom am Batterieverbinder, der in diesem Aufbau zum Labornetzteil geht (3.40V und Strombegrenzung auf 6.35A)):

Schuld scheint der ESP32 zu sein: ich habe hier mal gegen ein anderes DevBoard getauscht, das eine leicht andere Bestückung hat, damit tritt der Fehler nicht auf:
(Rechts unser nicht funktionierendes „Original“, links die funktionierende Alternative)

Frage: ist bekannt, das es Varianten vom ESP32 gibt, die nicht funktionieren (ich rede hier nicht von veränderten Pinouts. )?

Allerdings traue ich dem Schaltregler auch nicht so richtig. Kann mal bitte jemand das Top-Marking von seinem/ihrem MT3608 vergleichen? Unsere Module sehen so aus:
(Ja, die Ausgangspins sind vertauscht, das haben wir berücksichtigt. )

Leider sind die beiden Bestelllinks in der Stückliste tot.

[gluap]

Am Montag wollten wir im Community Meeting durch die Liste der fehlenden Bauteilelinks gehen und eine Testbestellung organisieren, hoffentlich können wir dann bald neue, funktionierende Links auf die Webseite packen.

Bei mir sehen ESP und Spannungswandler so aus, bei deinem rechten ESP fällt mir vor allem auf, dass das CE kennzeichen irgendwie gestaucht aussieht.

[tutmanichtun]

Huhu,
sorry für die lange Pause. Zu viele Projekte. -.-
Danke für die Fotos. Dein ESP ist derselbe wie unser Austauschtyp: zusätzlicher Kondensator am EN-Button und diverse Widerstände mit 10k statt 12k.
Ich habe gerade noch mal den Ausgangsstrom im Fehlerfall am Schaltregler gemessen: dort fließt der Strom nicht! Also scheint der Spannungsregler den wirklich intern zu verheizen. Am Kippschalter (vor dem Schaltregler) sehe ich den Strom. Allerdings: wenn ich den Laderegler ablöte (und „BAT+“ mit „OUT+“ verbinde, Minus ebenso) verschwindet der Fehler wieder.
Der Schaltregler tut also schlimme Dinge, lässt sich aber durch Änderungen am Ein- und Ausgang davon abbringen… Prellen vom Kippschalter ist es nicht: wenn ich den Kippschalter aktiv lasse und nur das Labornetzteil schalte, sehe ich zumindest kein Prellen am Oszilloskop und der Fehler tritt genauso auf.
Ich bin irgendwie ziemlich ratlos. Hat noch jemand eine Idee?

[tutmanichtun]

Wir haben was gefunden!
Nachdem wir uns den Switch-Pin vom Spannungsregler (https://www.olimex.com/Products/Breadboarding/BB-PWR-3608/resources/MT3608.pdf) mal angesehen haben, keimte ein Verdacht: im Fehlerfall geht der Regler auf einen Duty-Cycle von nahezu 100% hoch. Dann geht der Strom nur durch die Spule gegen Masse. Und vermutlich kann die 33µH-Spule den Sättigungsstrom nicht. Der Gegentest mit einem anderen Modell (https://www.we-online.com/katalog/datasheet/744770133.pdf) war erfolgreich.
Inzwischen haben wir auch festgestellt, dass der Wandler sowohl mit hoher Akkuspannung (4.2 -38 V) zurecht kommt, als auch mit geringer Spannung (3.4 -3.2 V). Nur im mittleren Spannungsbereich tritt mit der Standardspule der Fehler auf.
Ich bestelle jetzt mal ein paar der S09-Boards und schaue, wie die sich verhalten… Wenn ich sie denn diesmal bekomme, und nicht wieder S08 im Paket sind.
Der Laderegler ist aber auch noch nicht aus dem Schneider, da sein entfernen ja ebenfalls Besserung bedeutet. Und wir aktuell auch sehen, das der Laderegler nach entfernen des Akkus den Ausgang auf knapp 2 V steigen lässt, aber weder sauber trennt noch durchschaltet. Schön ist das nicht.

[tutmanichtun]

Schon wieder ich.
Heute haben wir Versuche mit dem Laderegler gemacht. Dieser besteht aus zwei Komponenten auf einem Board:

1. der eigentlich Laderegler, bestehend aus der USB-C-Buchse und dem TC5056 (TC4056A pdf, TC4056A Download, TC4056A Description, TC4056A Datasheet, TC4056A view ::: ALLDATASHEET :::)
2. Die Schutzschaltung des Akkus, bestehend aus DW01A (DW01A pdf, DW01A Description, DW01A Datasheet, DW01A view ::: ALLDATASHEET :::) und MOSFET.
   (Beide Schaltungsteile haben natürlich noch etwas Hühnerfutter drumherum.

Die im folgenden genannten Modifikation entfernen eine Schutzfunktion auf dem Gerät! Bei unseren Boards ist das redundant, da ich Li-Ion-Akkus mit integrierter Schutzschaltung gekauft habe. Vor der Anwendung musst du dein Gerät prüfen, ob dieser Umbau anwendbar ist!

Nun zur Sache: Wir haben ja gestern gestern gesehen, dass der Schaltregler (S08) einige Millisekunden lang 4A aus dem Li-Ion-Akku ziehen möchte. Wegen der unzureichenden Spule kommt der Regler dabei nicht wirklich auf die Füße. Die Tests heute haben allerdings gezeigt, das nicht der Regler selbst die Reißleine zieht, sondern offenbar die Schutzschaltung auf dem Laderegler. Diese lässt sich durch entfernen von R5 (100 Ohm) und brücken der Ausgangspins „B-“ und „OUT-“ abschalten. Mit dieser Modifikation startet der OBS zuverlässig:

Kanal 1 (gelb): Eingangsstrom vom Labornetzteil
Kanal 2 (grün): Eingangsspannung des Schaltreglers
Kanal 3 (blau): Ausgangsspannung des Schaltregler
Kanal 4 (rot): Switch-Port des Schaltreglers

Das auslöten von R5 ist dabei optional: bei ausgeschaltetem Gerät nimmt die Schutzschaltung knapp 9 µA aus dem Akku auf. Es lohnt sich nicht, für diese „Einsparung“ Aufwand zu betreiben.
Abhängig von der Akkuspannung (hier: 3.7 V, mit dieser Spannung lies sich der Fehler immer gut reproduzieren), bricht selbige zwar auf etwa 2.8 V ein, aber das überlebt der Akku.

(Kanalzuordnung wie oben, hier allerdings mit Akku statt Labornetzteil.)

Als Kurzfassung hier also eine Patchanleitung, wer das nachbauen möchte (und kann, siehe Warnhinweis oben!)!

1. Den 100 Ohm-Widerstand R5 (rechteckiger Rahmen) entfernen (optional)
2. Die Pins „B-“ und „Out-“ brücken (ovaler Rahmen)

Um diesem Umbau bei einem montierten Gerät vorzunehmen, muss ein Draht über die entsprechenden Pads der OBS-Platine gelötet werden (von der Oberseite, das ist einfacher: