电源

[English]

为了降低电源功耗、提高电源效率并支持电池供电,ESP32-S2-HMI-DevKit-1 的电源花分成了 5 V 电源域和 3.3 V 电源域,其中部分电源可以通过软件控制,另一部分在硬件设计时被配置为始终开启。

开发板出厂时烧录的固件已经关闭所有可控电源域的电源,并将所有 IC 配置为低功耗模式,以降低电流消耗。

3.3 V 电源域

该电源域负责为绝大部分的 IC 和模组供电,但其分为两部分:不可控 3.3 V 电源域和可控 3.3 V 电源域。

不可控 3.3 V 电源域无法通过软件关闭,该电源由 Buck 电路得到。在 USB 有电源输入的情况下,将从 USB 线缆输入的 5 V 电源取电;在 USB 断开的情况下,则由锂电池提供 3.6 ~ 4.2 V 的电源。该电源域负责为 ESP32-S2-WROVER 模组以及其他可通过软件控制进入低功耗模式的器件供电。

可控 3.3 V 电源域来自于不可控 3.3 V 电源域,通过 PMOS 控制开关,该 PMOS 栅极连接至 IO 扩展器的 P4 脚,低电平开启该电源。该电源负责为一些具有较大静态功耗且无法进入低功耗模式的 IC 进行供电。

ESP32-S2-HMI-DevKit-1 IO 扩展器原理图

ESP32-S2-HMI-DevKit-1 IO 扩展器原理图

5 V 电源域

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开发板的 5 V 电源域负责为音频功放和 TWAI® 收发器供电。其来源有以下几种方式:

  • USB 接口

  • 外部输入至连接器的 5 V 电源口

  • 锂电池经过 Booster 电路后的电源

通过 USB 和外部 5 V 输入的电源会为所有需要 5 V 供电的器件(除 CP2102N)进行供电,且无法通过软件断开。通过电池供电时,则可以通过 IO 扩展器的 P5 引脚来控制 Booster IC 的 EN 脚电平,通过高电平开启 5 V 电源。

通过开发板底部 USB 接口输入的电源将分为两路,一路负责为 CP2102N 供电,另一路在经过二极管后成为 USB_5V。由于 CP2102N 只在连接 PC 时才需进入工作状态,因此只有在该 USB 口连接后,CP2102N 才会上电。任何 5 V 的电源输入都会关闭 Booster IC,并经由充电 IC 为板载锂离子电池进行充电。

电源依赖情况

以下功能依赖 5 V 电源域:

  • TWAI®(从 USB 5 V 或 Booster 5 V 自动选择可用电源)

  • 音频功放(从 USB 5 V 获取,若失败,尝试从电池获取)

  • 5 V 电源输出连接器(同 TWAI®)

以下功能依赖可控 3.3 V 电源域:

  • Micro-SD 卡

  • 麦克风及其偏置电路、运算放大器

  • 显示屏与触摸功能

  • WS2812 RGB LED 与 IR LED

  • IR LED

电源工作状态

当通过 USB 线缆连接开发板时,5 V 电源域自动开启,充电 IC 输出电压为电池充电,可控 3.3 V 电源域由 IO 扩展器的 P4 脚进行控制。

当使用电池为开发板进行供电时,可控 3.3 V 电源域由 IO 扩展器的 P4 脚进行控制,5 V 电源域由 IO 扩展器的 P5 脚控制,充电 IC 不会工作。