Nordic Semiconductor’s nPM2100 Power Management IC extends battery life of primary cell-powered Bluetooth Low Energy products

低功耗无线连接解决方案的全球领导者 Nordic Semiconductor 今天宣布，其 nPM 电源管理集成电路 (PMIC) 系列再添新成员。nPM2100 PMIC 通过使用超高效升压稳压器和各种节能功能管理能源资源，延长了一次性原（非充电）电池应用中每块电池的工作时间。nPM2100 的应用示例包括无线鼠标和键盘、消费资产跟踪、遥控器和随身医疗设备。

据 CORDIS 统计，全球每年有 280 亿个原电池被丢弃[1]，而制造一个原电池所需的能量平均是其存储能量的 50 倍，因此原电池是一种效率极低的能源[2]。更糟糕的是，低效的电源管理浪费了大量存储的能量，导致许多电池在完全耗尽之前就被丢弃。nPM2100 的升压稳压器和独特的节能功能（包括原电池电量测量）解决了电源管理效率低下的问题，同时还能确保在电池被丢弃之前使用电池存储的所有能量。

“Nordic 的 PMIC 产品在公司持续致力于为客户提供最低功耗物联网解决方案的过程中发挥着重要作用。” Nordic Semiconductor战略与产品管理执行副总裁 Kjetil Holstad 表示，“我们很高兴能扩大 PMIC 产品线，推出首款原电池 PMIC，从而为非充电式产品提供独特的省电功能。该产品证明了我们工程团队卓越的技术水平。”

通过使用 nPM2100，设计人员将能够获得这些原电池中存储的更多能量，从而延长产品续航时间

Nordic Semiconductor PMIC 产品总监 Geir Kjosavik

“并非所有物联网产品都能依靠充电电池或能量收集来运行。这意味着原电池不会很快消失。” Nordic Semiconductor PMIC 产品总监 Geir Kjosavik 说。“然而，通过使用 nPM2100，设计人员将能够获得这些原电池中存储的更多能量，从而延长产品续航时间，或在相同的电池寿命内使用更小的电池，从而使产品更紧凑、更轻便、更便宜。”

SoC 和 MCU 的电源管理

nPM2100 可管理低功耗系统级芯片 (SoC) 或微控制器 (MCU) 的电源，例如 Nordic 的 nRF52、nRF53 和 nRF54 系列高级无线多协议产品。PMIC 经过优化，具有最高的效率和紧凑的尺寸，可通过兼容 I2C 的双线接口 (TWI) 进行配置。通过该接口，可以方便地配置一系列高级功能，包括运输模式和精确的电池电量测量。PMIC 还具有两个 GPIO，可用于将控制线路导向时间关键型控制功能，以替代串行通信。

nPM2100 主要针对原电池应用。支持的电池包括一节或两节 AA/AAA/LRxx 电池（串联），或一节 3 V 锰酸锂电池。此外，还支持单节或双节氧化银电池和锌-空气纽扣电池，以及在 nPM2100 输入电压范围内工作的任何其他原电池。

nPM2100 采用升压稳压器，输出范围为 1.8 至 3.3 V，由 0.7 至 3.4 V 的输入范围供电。稳压器可提供高达 150 mA 的最大电流。稳压器还可为负载开关/LDO 供电，输出电压范围为 0.8 至 3.0 V，最大电流为 50 mA。该稳压器的静态电流 (IQ) 为 150 nA，50 mA 时的功率转换效率高达 95%，10 µA 时的效率高达 90.5%，是市场上效率最高的当代升压稳压器之一。

低电流运输模式和冬眠模式

nPM2100 PMIC 具有低电流运输模式，使产品能够在插入电池的情况下运输。运输模式支持 35 nA 的睡眠电流和多种唤醒选项，包括正在申请专利的 “断线唤醒 ”功能。该功能允许无按钮产品在电气连接断开时从运输模式中唤醒。

PMIC 还具有超低功耗唤醒定时器，可与运输模式同时运行，实现定时唤醒。与 SoC 或 MCU 的断电功能相比，该定时器可用于更深的休眠设置。nPM2100 在休眠模式下的总电流小于 200 nA。如此低的电流消耗可将使用零星蓝牙低功耗 (LE) 广播的应用（例如传感器网络中的传感器）的电池寿命延长达 3 倍。

就 Nordic 功耗最低的无线 SoC（nRF54L15）而言，nPM2100 的休眠模式与使用功耗最低的定时待机模式的 SoC 相比，会定期唤醒以进行蓝牙广播，下面列出了 nPM2100 的休眠模式与使用功耗最低的定时待机模式的 SoC 相比，在电池寿命方面的预期改进：
• 2.5 分钟唤醒间隔：电池寿命延长 25%
• 4 分钟唤醒间隔：电池寿命延长 50%
• 9 分钟唤醒间隔：电池寿命延长一倍
• 60 分钟唤醒间隔：电池寿命延长三倍

基于算法的精确电量测量

nPM2100 支持基于算法的精确电量测量，这在用于原电池的 PMIC 中并不多见。估算剩余电量的常用方法包括测量电池电压和使用放电曲线衍生的查找表来估算剩余电量，但这种方法并不准确，经常导致最终用户在电池耗尽之前就更换电池，或者更糟的是，电池意外耗尽。相比之下，nPM2100 支持在主机微处理器上运行的基于电压和温度的电量计，可实现更精确的电池电量测量，使用户能够放心地使用电池中的所有电量。基于软件的电量计对电池造成的额外负担极小。