Nordic Semiconductor宣布,nPM電源管理積體電路(PMIC)系列再增加新成員。nPM2100 PMIC使用超高效的升壓穩壓器和多種節能功能來管理能源,延長了一次電池(不可充電電池)應用中每個電池的工作時間。nPM2100 PMIC的應用產品包括無線滑鼠和鍵盤、消費性資產追蹤、遙控器和配戴式醫療裝置。
根據CORDIS的統計,全球每年有280億個一次電池被丟棄,而製造一個一次電池所需的能量平均是其儲存能量的50倍,因此一次電池是效率極低的能源。更糟糕的是,低效的電源管理會浪費大量儲存的能量,導致許多電池在還有殘存電量時就被丟棄。nPM2100的升壓穩壓器和獨特的節能功能(包括一次電池電量測量)解決了電源管理效率低下的問題,同時還能確保在丟棄電池之前,都能完全用盡儲存的所有能量。
Nordic Semiconductor策略與產品管理執行副總裁Kjetil Holstad表示,Nordic持續致力於為客戶提供最低功耗物聯網解決方案,而PMIC產品在其中發揮重要作用。Nordic擴大PMIC的產品線陣容,推出首款一次電池PMIC產品,進而為不可充電電池產品提供獨特的省電功能。
Nordic Semiconductor公司產品總監Geir Kjosavik表示,並非所有物聯網產品都能依靠可充電電池或能量收集來運行。這表示一次電池不會在短時間內消失。然而,透過使用nPM2100,設計人員可在這些一次電池中獲得更多能量,延長產品的使用時間,或者可以使用更小的電池享有相同的電池壽命,進而使產品更精巧、更輕薄、更便宜。
nPM2100可管理低功耗系統單晶片(SoC)或微控制器(MCU)的電源,例如Nordic的nRF52、nRF53和nRF54系列先進無線多協定產品。這款PMIC產品經過最佳化,具有最高的效率和小尺寸,並可透過相容I2C的雙線介面(TWI)進行配置。這個介面讓配置一系列進階功能變得更簡便,包括運輸模式和精確的電池電量測量。PMIC還具有兩個GPIO,可用於將控制線路導向時間關鍵型控制功能,以替代串列命令。
nPM2100主要針對一次電池應用。支援的電池包括一個或兩個AA/AAA/LRxx電池(串聯),或一個3V錳酸鋰(LiMnO2)電池。此外,還支援單個或雙個的氧化銀電池和鋅空氣鈕扣型電池,以及任何其他可在nPM2100輸入電壓範圍內操作的一次電池。
nPM2100採用升壓穩壓器,輸出範圍為1.8~3.3V,由0.7~3.4V的輸入範圍供電。穩壓器可提供高達150mA的最大電流。該穩壓器還能夠為負載開關/低壓差電壓轉換器(LDO)供電,在0.8~3.0V的輸出範圍內提供高達50mA的電流。這款穩壓器的靜態電流(IQ)為150nA,在50mA時的功率轉換效率高達95%,在10µA時的效率高達90.5%,是目前市場上效率最高的升壓穩壓器之一。
nPM2100 PMIC具有低電流運輸模式,使產品能夠在插入電池的情況下進行運輸。運輸模式支援35 nA的休眠電流,並具有多種喚醒功能選項,包括正在申請專利的「中斷喚醒」功能,允許無按鈕產品在電氣連接斷開時,從運輸模式中喚醒。
PMIC還具有超低功耗喚醒定時器,該定時器可與運輸模式同時執行,實現定時喚醒。與SoC或MCU的斷電功能相比,這款定時器可用於更深的休眠設定。nPM2100在休眠模式下的總電流小於200nA。如此低的電流消耗可以將使用零星低功耗藍牙廣播的應用(例如感測器網路中的感測器)的電池壽命延長高達3倍。
以Nordic功耗最低的無線SoC(nRF54L15)為例,nPM2100的休眠模式與使用功耗最低的定時待機模式的SoC相比,會定期喚醒以進行藍牙廣播功能,下面列出了nPM2100的休眠模式與使用功耗最低的定時待機模式的SoC相比,在電池壽命方面的預期改進︰
- 2.5分鐘喚醒間隔︰電池壽命延長25%
- 4分鐘喚醒間隔︰電池壽命延長50%
- 9分鐘喚醒間隔︰電池壽命延長一倍
- 60分鐘喚醒間隔︰電池壽命延長到三倍
nPM2100支援建基於演算法的精確電量測量,這項功能在用於一次電池的PMIC中並不常見。估算剩餘電量的常用方法包括測量電池電壓,以及使用放電曲線得出的查詢表來估算剩餘電量,但這種方法並不準確,經常導致終端使用者在電池耗盡之前就更換電池,或更糟的是,電池意外耗盡。相比之下,nPM2100支援在主機微處理器上運行的基於電壓和溫度的電量計,進而實現更精確的電池電量測量,使用者能夠放心地使用電池中的所有電量。此外,以軟體為基礎的電量計對電池的額外負載極小。
nPM2100現已推出樣品。它採用小型1.9×1.9mm晶圓級晶片尺寸封裝(WLCSP)和通用型4×4mm方形扁平無引腳封裝(QFN)。nPM2100預計將於2025年上半年開始全面量產。