ESP32 功耗詳解：電流消耗、睡眠模式與電池續航力

根據 Espressif 資料表，ESP32 的耗電電流從 Wi-Fi 傳輸時的約 240 mA，到深度睡眠時僅 10 µA 不等。不過，這些數值只適用於 ESP32 晶片本身。模組或開發板的實際功耗可能高得多。

即使 ESP32 晶片本身已進入深度睡眠，一般開發板上的輔助元件，例如穩壓器、電源 LED 和 USB 轉 UART 晶片，仍會持續消耗電流。因此，開發板的耗電電流可能比單獨的 ESP32 晶片高出數百倍。

本指南將介紹：

• ESP32 在各種電源模式下的耗電電流
• 如何選擇睡眠模式，以及 ESP32 深度睡眠時的電流
• 為何開發板在深度睡眠時仍消耗數毫安培，以及如何讓客製化 PCB 降至微安培等級
• 如何根據平均電流估算電池續航時間

圖： ESP32 各模式功耗的對數刻度圖

ESP32 各模式功耗比較

ESP32 晶片的耗電電流約介於 240 mA 至 1 µA，取決於哪些功能區塊仍在供電。以下為 Espressif 對原始 ESP32 晶片提供的典型數值，並非模組或開發板的數值。

ESP32 電源模式比較：各模式會保留哪些功能供電？

ESP32 支援五種電源模式：運作模式、數據機睡眠、淺度睡眠、深度睡眠及休眠模式。每種模式在功耗、保留的系統狀態及喚醒方式之間有不同的取捨。

ESP32 進入越深層的省電模式，就會關閉越多晶片功能，電流隨之下降，但喚醒後需要由韌體重新建立的狀態也會增加。

淺度睡眠或深度睡眠期間都不會維持 Wi-Fi 與藍牙連線。如果裝置必須以低功耗狀態保持與無線存取點連線，Espressif 的 ESP-IDF 軟體框架建議同時啟用 Wi-Fi 數據機睡眠與自動淺度睡眠。

應該使用哪一種 ESP32 睡眠模式？

選擇取決於一個問題：裝置需要多頻繁地運作？兩次運作之間是否必須維持連線？

ESP32 深度睡眠時消耗多少電流？

在晶片層級，ESP32 的深度睡眠電流介於 10 µA 至 150 µA，取決於哪些 RTC 功能區塊保持供電。只有 RTC 計時器與 RTC 記憶體仍在運作時，才適用 10 µA 這個數值。

圖： ESP32 深度睡眠功耗

ADC 是類比數位轉換器（analog-to-digital converter）的縮寫。ESP-IDF 預設會關閉所有未被已啟用喚醒來源使用的 RTC 電源域。

晶片在深度睡眠時電流仍高於 10 µA 的常見原因包括：

• ext0 喚醒來源： 啟用 ext0 單一腳位外部喚醒時，ESP-IDF 會讓 RTC 周邊裝置在深度睡眠期間保持供電。
• 觸控喚醒： 觸控感測器必須在深度睡眠期間持續量測才能喚醒晶片，因此會消耗電流。為降低睡眠電流，Espressif 在自家模組的量測中會關閉觸控喚醒。
• RTC GPIO 上的拉升／拉低電阻： ESP-IDF 建議在進入深度睡眠前，隔離連接外部上拉或下拉電阻的 RTC GPIO。

ESP32-S3、ESP32-C3 和 ESP32-C6 等其他 ESP32 型號各有不同的睡眠電流規格，因此請查閱所用晶片的資料表。若想深入比較兩款熱門型號，請參閱我們的ESP32-C3 與 S3 比較指南。

為什麼 ESP32 開發板在深度睡眠時仍消耗數毫安培？

因為開發板上的輔助電路仍持續供電，所以在深度睡眠時仍會消耗數毫安培的電流。因此，開發者應直接量測裸模組或客製化 PCB 的電流，而不是使用評估開發板進行量測。

圖： ESP32 開發板與客製化電路板的深度睡眠電流比較

許多低成本開發板的主要耗電來源是穩壓器、電源 LED 和 USB 轉 UART 橋接晶片。橋接晶片會將 USB 轉換成用於燒錄程式的通用非同步收發器（UART）介面。

這些元件常見於許多開發板，但並非每塊板都如此，因此請先檢查原理圖。我們的ESP32 開發板選擇指南比較了常見的開發板。若要量測微安培等級的電流，應使用裸模組或客製化電路板。

如何降低客製化 PCB 上的 ESP32 功耗

當穩壓器、電源及睡眠期間的負載都選用低耗電元件時，客製化 PCB 的深度睡眠功耗便能接近晶片本身的數值。

依靜態電流與輸出電流選擇穩壓器

靜態電流是穩壓器為維持自身運作所消耗的電流，在深度睡眠時，這部分會直接加到 ESP32 的最低耗電電流上。穩壓器還必須承受傳輸時的峰值電流；Espressif 建議使用額定輸出電流至少 500 mA 的 3.3 V 電源。

選擇原則： 選擇靜態電流最低、同時符合 500 mA 額定輸出電流要求，並能在電池最低工作電壓下維持穩壓的元件。

壓差（Dropout Voltage）決定穩壓器所需的最低輸入電壓。RT9080 在 600 mA 下的壓差為 0.31 V，表示滿載時若要輸出 3.3 V，輸入約需 3.6 V。AMS1117 在 800 mA 下的典型壓差為 1.1 V，因此需要約 4.4 V 輸入，已高於鋰離子電池完全充電時的 4.2 V。若輸入電壓較高，具備輕載模式的降壓轉換器（Buck Converter）可能比低壓差穩壓器（LDO）更有效率。

為傳輸峰值電流與低電池電壓配置電源

即使是低功耗電源，也必須能在短時間內提供數百毫安培的電流：

• 峰值電流： ESP32-WROOM-32E 資料表列出，在 +19.5 dBm 的 802.11b 傳輸期間，峰值電流為 379 mA。額定輸出 250 mA 的穩壓器可能在這段突發傳輸期間失去穩壓能力。
• 儲能電容： Espressif 硬體設計指南建議在主要電源輸入端配置至少 10 µF 的電容，並在數位電源接腳附近配置 0.1 µF 電容。
• 低電壓重置： Espressif 建議在電池供電設計中使用電源電壓監控晶片，當電壓低到不足以啟動晶片時，讓 CHIP_PU 保持低電位。

如何根據平均電流計算 ESP32 電池續航時間

電池續航取決於平均電流，而不只是深度睡眠的電流數值。先計算完整週期中的運作及睡眠平均電流，再以可用電池容量除以平均電流。

圖： ESP32 單次喚醒週期中的電流變化

• 平均電流 ＝（運作電流 × 運作時間 ＋ 睡眠電流 × 睡眠時間）÷ 週期時間
• 電池續航時間（小時） ＝可用容量（mAh）÷ 平均電流（mA）

以下為一個計算示例，假設條件如下：

• 喚醒週期： 每 10 分鐘讀取一次數據，每次喚醒 3 秒，假設運作期間平均電流為 120 mA，介於晶片無線通訊模式的 95 至 240 mA 範圍內。
• 睡眠電流： 客製化電路板為 15 µA，其中晶片為 10 µA，並假設穩壓器、監控晶片及漏電電流合計為 5 µA。
• 電池容量： 假設 2,000 mAh 電池按 80% 折減後，可用容量為 1,600 mAh。

客製化電路板在喚醒期間消耗 120 mA × 3 s ＝ 360 mA·s，在睡眠期間消耗 0.015 mA × 597 s ＝ 8.96 mA·s。平均電流為 368.96 mA·s ÷ 600 s ＝ 0.615 mA，因此 1,600 mAh ÷ 0.615 mA 約等於 2,600 小時。

在客製化電路板上，每個週期中短短 3 秒的喚醒時間，就佔了約 98% 的耗電量。因此，縮短喚醒時間或降低喚醒頻率，是下一步改善的方向。

如何量測 ESP32 的平均電流

只在深度睡眠時使用萬用電表讀取一次電流，並不能代表平均耗電電流。應改用以下方法：

圖： 使用電流表的量測配置

• 量測正確的硬體： 使用裸模組或客製化電路板，而非開發板。
• 涵蓋完整電流範圍： 使用電源分析儀或源測量單元，連續記錄從微安培到數百毫安培的電流變化。
• 留意負載電壓降： 萬用電表微安培量程中的分流電阻可能產生足夠的壓降，使晶片在傳輸期間因供電不足而重置。
• 對完整週期取平均值： 記錄數個完整喚醒週期，而不是只量測單一時間點。

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結論

ESP32 的功耗取決於運作模式及電路板設計：晶片在傳輸時消耗約 240 mA，深度睡眠時為 10 µA，但輔助電路可能使整塊開發板的睡眠電流提高至數毫安培。

當裝置需要睡眠數分鐘或更久時，應使用深度睡眠模式，並選用靜態電流僅為微安培等級、但仍能提供 500 mA 輸出電流的穩壓器。以平均電流而非單一睡眠電流數值進行設計，才能更貼近實際地估算電池續航時間。

設計完成後，可將檔案上傳至 JLCPCB，查看組裝服務選項並立即取得報價。

ESP32 功耗常見問題