3,3 В на макетке: AMS1117 и питание модулей

ESP8266-01 и OLED 0,96 дюйма переехали на макетку одним вечером: экран зажёгся, а Wi-Fi-модуль вечно перезагружался при подключении к роутеру — бесконечный поиск сети. Скетч был ни при чём: модуль в момент передачи просит 300-500 миллиампер, а пин 3.3V платы держит около 50. Перезагрузка была честной реакцией на голодание, и никакая перепрошивка её не лечила.

Пин 3.3V на Uno — не розетка: за ним сидит маленький стабилизатор с крошечным потолком, и это лишь половина истории. Вторая половина: даже отдельный AMS1117 не волшебник. У него свои лимиты по входу, теплу и конденсаторам, и «повесил модуль на 3,3» без арифметики заканчивается той же перезагрузкой, только в другом месте схемы.

Как ставить стабилизатор, размечать зоны и резать уровни сигналов — я разобрал в первом уроке про AMS1117, там же история с задушенным nRF24. Здесь продолжение: сколько он реально выдаёт с радиатором и без, какие конденсаторы обязаны стоять рядом и кого можно кормить от 3,3-вольтовой шины, не наступая на грабли.

Конденсаторы в обвязке — продолжение темы фильтрующих ёмкостей, а счёт миллиампер — то же бюджетирование тока, только на другой шине. Если коротко про выбор плат: почему ESP вообще живёт на 3,3 вольта — сравнение ESP32 и ESP8266.

Дропаут — минимальная разница между входом и выходом, при которой стабилизатор ещё держит паспортные 3,3 вольта. У AMS1117 это 1,1 вольта: входу нужно хотя бы 4,4. USB и любой блок на 5 В — штатно; четыре NiMH-банки на 4,8 — впритык, на середине разряда выход уже проседает; литий на 3,7 не выходит вообще. Для батарей берите DC-DC: LM2596 превращает напряжение, а не сжигает разницу в тепло.

Конденсаторов вокруг AMS1117 ровно два, и даташит называет номиналы: 10 мкФ на входе и 22 мкФ на выходе. Готовые модули несут их на плате, и это не украшение: без выходной ёмкости линейный стабилизатор склонен к самовозбуждению — на шине появляется переменка в сотни милливольт, и датчики врут все разом. Ставлю тантал или керамику как можно ближе к ножкам корпуса.

Третья ёмкость живёт уже у потребителя: керамика 100 нФ прямо у ножек модуля, который дёргает ток рывками. Передача ESP на метре проводов просаживает шину локально — стабилизатор честно держит 3,3 у себя, а у модуля в этот момент 3,0. Сотые доли микрофарады у разъёма съедают такой рывок: правила те же, что и для остальной периферии в уроке по ссылке выше.

Про полярность ёмкостей: тантал ставится плюсом к выходу, и переполюсовка кончается хлопком — танталы этого не прощают. Керамика полярности не имеет и сейчас стоит копейки, так что 22 мкФ керамики на выходе — мой дефолт. Электролиты тоже работают, но на макетке они крупные, а по возрасту хуже держат ёмкость: для стенда годится, для долгого проекта берите тантал или керамику.

У цифр этого раздела есть условия, без которых они врут. Дропаут 1,1 В — паспорт при токе под ампера: на сотне миллиампер стабилизатор удерживает выход и при меньшей разнице, но проектировать под это нельзя, потому что дропаут растёт вместе с током — ровно когда нагрузка просит больше всего. Пара конденсаторов тоже не симметрична: выходные 22 мкФ стоят всегда, а входные 10 мкФ критичны в первую очередь при длинных проводах до источника — чем дальше его фильтр, тем настойчивее даташит требует ёмкость у входа.

Паспорт AMS1117 — один ампер, но тепло пересчитывает обещание сразу: P = (5 − 3,3) × I. Восемьсот миллиампер — 1,36 ватта в корпусе SOT-223: без радиатора он перегревается и уходит в тепловую защиту, выход пульсирует, модули глючат без видимой причины. С радиатором или медным пятаком под корпусом 800 мА живут годами; без — реальный потолок 400-500 миллиампер в свободном воздухе, и в закрытом корпусе меньше.

Тепловую защиту я ловил на собственном логгере: на столе всё работало, в закрытой коробке на солнце — массовые глюки карты и отваливающийся экран. Палец на корпус даёт ответ за минуту: тёплый — норма, рука отдёргивается — считайте ватты заново или снижайте ток. Просадка входа тоже прибавляет тепла: при 4,5 вольта на входе рассеивается уже 1,2 вольта разницы, а не 1,7 — мелочь, которая спасает корпус.

Отдельная правда про радиатор на макетке: SOT-223 греет в основном плату через свои широкие ножки, а лепестки макетки тепло в пластик почти не отводят. Радиатор-пластина сверху помогает слабо, и «800 мА с радиатором» — это про плату с медным полигоном под ножками, а не про беспаечную доску. Макетке я оставляю честные 500 миллиампер и не жадничаю: перегретый стабилизатор дороже лишнего провода до DC-DC.

Дальше бюджет шины: складываем пики потребителей. OLED 20-30 мА — экран, о котором я писал в уроке про первый OLED; датчики по единицам; nRF24 130-150 в передаче; ESP8266 300-500 в пике Wi-Fi. Сумма под 400 — впритык к голому потолку, и это ещё без запаса. Мой предел для AMS1117 без радиатора — полампера суммарно; выше — радиатор или DC-DC.

OLED 0,96 дюйма на SSD1306 — самый благодарный клиент: по I2C он берёт 20-30 миллиампер при полностью залитом экране и меньше при обычной текстовой строчке. Пин 3.3V платы ведёт его без вопросов, от AMS1117 — тем более. Яркость, кстати, регулируется командой: приглушённый вдвое экран ест вдвое меньше, и в батарейных проектах это первая экономия, а не размер шрифта.

nRF24L01+ — клиент капризный: в передаче он просит 130-150 миллиампер, что выше потолка пина платы втрое, и просадка на нём оборачивается потерей пакетов — историю я рассказывал в первом уроке по ссылке выше. От AMS1117 модуль живёт при одном условии: тантал или керамика на 10 мкФ прямо у разъёма, потому что провод в полметра уже не даёт модулю взять рывок из стабилизатора мгновенно.

ESP8266 — клиент на грани даже для отдельного стабилизатора: пик передачи 300-500 миллиампер, и на голом AMS1117 он идёт впритык к потолку. NodeMcu, кстати, несёт свой AMS1117 на плате и питается от пяти вольт на VIN или USB — попытка накормить его от 3,3-вольтовой шины заканчивается там же, где начиналась: модуль не поднимается. Голый ESP8266-01, наоборот, ждёт прямые 3,3 вольта без посредников.

Отсюда порядок, по которому я собираю шину. Пара датчиков и OLED — пин 3.3V платы справляется: их суммарные 25-35 миллиампер даже не дотягивают до половины его скромного потолка. Добавился nRF24L01+ — нужен отдельный AMS1117, и ёмкость у разъёма уже не обсуждается, иначе модуль теряет пакеты на ровном месте. Добавился ESP8266 — про пин забыли: один его пик 300-500 мА выбирает весь запас, который я оставляю стабилизатору без радиатора. Каждый новый потребитель — пересчёт бюджета с нуля: на глазок такие суммы не прикидывают.

Счётчик считает пиками, а не средними: OLED живёт на своих 20-30 постоянно, ESP — единицы миллиампер в покое и 450 в передаче, и сумма обязана сходиться по худшему случаю. Включайте флаги цифрами в мониторе и смотрите, как вердикт меняется от «вытерпит» до «берите DC-DC»: одна строка объясняет, почему модуль, работавший на столе, умирал в коробке.

На живой макетке ту же работу делает вольтметр: A0 в шину 3,3, ESP в передаче — и показания падают раньше, чем модуль отваливается. Держите обе проверки в привычке: счётчик до сборки, вольтметр после — тогда стабилизатор не превращается в подозреваемого номер один при каждом глюке.

Мой рабочий набор на макетке выглядит так: AMS1117-модуль у левого края, его выход — во вторую плюсовую рейку правой половины, 100 нФ у каждого радио-модуля и Wi-Fi-платы. После сборки две проверки: вольтметр на шине в покое — ровно 3,3, и в момент передачи ESP — просадка до 3,1-3,2 ещё терпима, ниже — шину расширяем. Так питание перестаёт быть подозреваемым номер один в каждом глюке.