Nordic расширяет линейку PMIC для увеличения времени работы Bluetooth LE-устройств от батареи

Компания Nordic Semiconductor продолжает расширять свой ассортимент микросхем управления питанием (PMIC), выпуская nPM2100 — новый высокоэффективный контроллер, вошедший в серию nPM. Это устройство создано с прицелом на максимальное продление срока службы первичных (нерадуемых) батарей, что особенно актуально для различных автономных устройств. Чип оснащён сверхэффективным повышающим регулятором, который оптимизирует расход заряда, а также продвинутыми механизмами энергосбережения, что позволяет значительно снизить энергопотребление подключённых компонентов.

Благодаря своей универсальности nPM2100 становится отличным решением для таких устройств, как пульты дистанционного управления, беспроводные клавиатуры и мыши, носимые медицинские приборы и потребительские трекеры активов. В таких устройствах управление питанием играет ключевую роль, поскольку преждевременный разряд батарей зачастую ведёт к их ненужной замене и утилизации, что не только увеличивает эксплуатационные расходы, но и негативно влияет на экологию.

Этот PMIC решает проблему неэффективного использования заряда, помогая устройствам извлекать максимум энергии из батарей вплоть до их полного исчерпания. Дополнительно предусмотрена функция оценки оставшегося заряда, которая позволяет системе своевременно отслеживать уровень питания, предотвращая как преждевременную замену батарей, так и внезапные отключения из-за полного разряда.

Чип разработан для эффективного питания низкопотребляющих SoC и MCU, включая популярные серии Nordic nRF52, nRF53 и nRF54, что делает его особенно удобным для интеграции в устройства с радиомодулями. При этом nPM2100 отличается компактным форм-фактором, что критично для современных миниатюрных гаджетов.

Для гибкости в настройке он поддерживает конфигурирование через интерфейс I2C-совместимый Two Wire Interface (TWI), предоставляя пользователям возможность тонкой настройки параметров, таких как режим хранения (ship mode), точное измерение оставшегося заряда и другие функциональные аспекты. Дополнительно чип оборудован двумя портами GPIO, которые позволяют реализовать гибкое управление различными процессами, включая операции, чувствительные к задержке, за счёт использования прямого управления вместо традиционной последовательной связи.

Оптимизированный для работы с различными типами первичных батарей, nPM2100 поддерживает одну или две батареи AA, AAA или LRxx, одиночный 3V LiMnO2 элемент, а также серебряно-оксидные и цинково-воздушные монетные элементы. Это делает его универсальным решением для самых разных автономных систем, включая портативные датчики и носимые устройства.

Чип способен работать в диапазоне входных напряжений от 0,7 В до 3,4 В, выдавая стабильное регулируемое выходное напряжение от 1,8 В до 3,3 В с током до 150 мА, что достаточно для большинства маломощных устройств. Кроме того, предусмотрен дополнительный выход с переключаемым стабилизатором (Load Switch/LDO), обеспечивающий напряжение в диапазоне от 0,8 В до 3,0 В с током до 50 мА, что расширяет возможности интеграции в системы с разными требованиями по питанию.

Одним из ключевых преимуществ nPM2100 является его исключительно низкое энергопотребление. При токе покоя всего 150 нА он демонстрирует высочайший КПД среди подобных решений. При нагрузке 50 мА коэффициент полезного действия достигает 95%, а при 10 мкА — 90,5%, что делает его одним из самых эффективных повышающих регуляторов в своём классе. Такое сочетание высокой эффективности, гибкости конфигурации и универсальности делает nPM2100 идеальным выбором для разработчиков, стремящихся к максимальному увеличению автономности своих устройств при минимальном энергопотреблении.

Режимы энергосбережения для продления времени работы

nPM2100 оснащён режимом хранения с ультранизким энергопотреблением, что позволяет хранить и транспортировать устройства с уже установленной батареей. В этом режиме потребление снижается до 35 нА, при этом поддерживаются несколько методов выхода из сна, включая запатентованную функцию "break-to-wake", которая позволяет активировать устройство разрывом электрического соединения без использования кнопок. Встроенный таймер пробуждения также может работать в сочетании с режимом хранения, обеспечивая более глубокие состояния сна по сравнению с традиционным отключением питания.

Энергоэффективный PMIC nPM2100, работающий в режиме гибернации с потреблением менее 200 нА, значительно увеличивает срок службы устройств, использующих прерывистую передачу Bluetooth Low Energy (LE). Это особенно актуально для приложений с длительными интервалами пробуждения, где критически важно минимизировать энергопотребление.

При совместном использовании с SoC Nordic nRF54L15 в режиме периодической BLE-рекламы, nPM2100 демонстрирует существенное увеличение времени автономной работы по сравнению с самым экономичным режимом ожидания:

• На 25% при интервале пробуждения 2,5 минуты;
• На 50% при 4 минутах;
• В 2 раза при 9 минутах;
• В 3 раза при 60 минутах.

Одним из ключевых преимуществ nPM2100 является программно определяемый уровень заряда батареи, использующий данные о напряжении и температуре для точной оценки оставшегося заряда. В отличие от традиционных методов, основанных только на измерении напряжения, эта технология позволяет предотвратить преждевременную замену батареи и исключить внезапные отключения питания, обеспечивая максимально эффективное использование доступного заряда.

Образцы nPM2100 уже доступны в компактном корпусе WLCSP (1,9 мм × 1,9 мм), а версия в QFN-корпусе (4 мм × 4 мм) ожидается позже. Массовый выпуск запланирован на первую половину 2025 года, открывая новые возможности для энергоэффективных решений в сфере IoT, носимой электроники и беспроводных датчиков.