Nordic Semiconductor的nPM2100電源管理IC延長一次電池供電藍牙低功耗產品的電池壽命
前言：
nPM2100 PMIC整合了超高效升壓穩壓器和多種節能功能，可大幅延長不可充電電池應用的工作時間
2025年2月10日--低功耗無線連接領域的全球領導者 Nordic Semiconductor 宣佈，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[1]，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[2]。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。我們很高興能擴大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。這款產品證明了我們工程團隊擁有令人驚嘆的技術水準。」
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。
SoC和MCU的電源管理
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3 V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至3.3V，由0.7至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至3.0V的輸出範圍內提供高達50 mA的電流。這款穩壓器的靜態電流 (IQ) 為150nA，在50 mA時的功率轉換效率高達95%，在10 µA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。
低電流運輸模式和休眠模式
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200 nA。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
建基於演算法的精確電量測量
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。
超小型封裝與供貨情況
nPM2100現已推出樣品。它採用小型1.9 x 1.9 mm 晶圓級晶片尺寸封裝(WLCSP)和通用型4 x 4 mm 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。感興趣者可與當地的Nordic銷售代表聯絡以獲得更多資訊。
參考資料：
2. Hill, Marquita K. (2004)，了解環境汙染︰入門書，劍橋大學出版社。pp. 274. ISBN 0521527260.
關於nPM2100和nPM2100評測套件
關於Nordic Semiconductor公司
Nordic Semiconductor公司是一家挪威無晶圓廠半導體企業，專業提供助力物聯網 (IoT) 的無線通訊技術。Nordic成立於1983年，在全球擁有超過1300名員工。Nordic 是 ANT+聯盟、藍牙技術聯盟 (SIG) 、Thread Group、Zigbee聯盟、Wi-Fi聯盟和全球行動通訊系統協會 (GSMA) 的成員。
借助低功耗藍牙解決方案，Nordic開創了超低功耗的無線通訊技術，這使我們成為全球市場領導者。在技術範圍方面，補充了ANT+、Thread和Zigbee技術，並於 2018 年推出了緊湊型低功耗LTE-M/NB-IoT蜂巢式物聯網解決方案，以擴大物聯網的滲透率。2021年我們在產品組合中進一步補充了Wi-Fi技術。
我們向使用者提供開發工具支援的領先無線技術，這些技術讓設計人員免受RF技術複雜性的影響，可讓任何有想法的人能夠創建基於 IoT 平臺的創新產品。現今，我們屢獲殊榮、高性能且易於設計的低功耗藍牙解決方案被世界各大領先品牌用於各種產品中，包括無線PC週邊、遊戲、運動和健身、手機配件、消費電子、玩具、醫療保健和自動化產品。
要瞭解更多資訊，請造訪：www.nordicsemi.com/About-us。
