世界依赖于由更小的原电池供电的小型电子设备。据研究估计，我们每天要处理 8000 万个不可充电电池。如何利用技术从电池中获取更多电能？Nordic Semiconductor nPM2100 或许能给出答案。
原电池成本低、使用方便，因此深受开发人员和消费者的青睐。现代超低功耗设计意味着设备可以运行数年才更换电池。虽然电池寿命长使人们对原电池抱有 “装上就忘 ”的态度，但如果设备靠原电池的储存电能运行，那么总有一天电能会耗尽。
大多数原电池供电的设备都不使用电源管理。相反，它们依赖于电池电压的稳定。当电压低于电路的最低工作电压时，就必须更换电池。
许多现代集成电路的设计工作电压相对较宽，例如在 1.8 V 至 3.4 V 之间。当电池电压低于电路的最低工作电压时，即使电池仍有能量，也可能会被更换。每天都有数以百万计的原电池被更换，我们应该更加努力地从每一个电池中获取所有可用的能量。
升压转换器可以利用这种潜能，某些原电池应用可能会根据需要配备升压转换器。电源管理集成电路（PMIC）通常包括一个升压转换器，以提供稳定的电源，但大多数 PMIC 都是具有多个电压域的复杂器件。它们可能体积庞大、价格昂贵，而且并非专为使用原电池的单轨应用而设计。
Nordic Semiconductor 的 nPM2100 与众不同。作为 Nordic 专为原电池应用设计的首款 PMIC，nPM2100 填补了市场空白。它也是 Nordic 迄今制造的最小器件，在芯片级封装选项中尺寸仅为 1.9 毫米乘 1.9 毫米。
Nordic nPM2100 的独特功能
这款全新 PMIC 设计用于延长原电池的使用寿命。虽然它主要用于支持 Nordic 的低功耗无线（蓝牙、Thread、Matter、Zigbee）设备，但也可用于任何电池供电设备（无论是否连接），以充分利用原电池。
nPM2100 的许多与电源相关的功能都有助于实现这一目标，并使其脱颖而出。我们要了解的功能包括：
1. 超高效升压转换器--效率高达 95%
2. 独特的运输模式从而可在出厂前安装电池
3. 带低功耗睡眠计时器的休眠模式，可延长电池寿命
4. 创新的电量计，可估算电池寿命
图 1：nPM2100 PMIC
nPM2100 PMIC 具有超高效升压转换器和多种省电功能。它使用通过 I2C 兼容双线接口访问的寄存器进行灵活配置。
如图 1 所示，主输出电压可设置在 1.8 至 3.3 V 之间。即使电池电压低至 0.7 V，升压转换器也能提供该输出电压。当电池电压降至 3.0 V 时，升压转换器开始工作，并一直工作到电池电压降至最低输入电压以下。这意味着，只要电池内阻不限制升压转换器的输入电流，在电池电压高于 0.7 V 的情况下，nPM2100 始终能以高达 150 mA 的电流输出 3.3 V 的电压。
主转换器不是降压/升压型的，因此 nPM2100 不能进行降压调节，但有一个集成的低压差 (LDO) 稳压器，由升压转换器的输出供电，能够提供高达 50 mA 的电流。LDO 也由软件通过双线端口控制。其输出可设置为 0.8 V 至 3.0 V，并以 50 mV 为单位进行调节。它还可用作负载开关。
安装新电池时，电源轨的电压可能高达 3.4 V，因此主电压轨上的任何元件都必须能够承受更高的电池电压。但由于许多使用原电池供电的小型设备通常不包含任何类型的稳压器或电源管理，因此这并不是一个限制因素。
在智能传感器等小型设备中，150 mA 的峰值电流是一个很大的数字。而 nRF54L15 多协议无线微控制器通常用于使用原电池的连接设备，在 8 dBm 发射功率下所需电流不到 10 mA，在 0 dBm 时仅需 4.8 mA。Nordic 设计该 PMIC 的目的就是支持这类设备，但它也可用于任何需要 1.8 至 3.0 V 电压、峰值电流小于 150 mA 的电池供电设计中。
许多设备所需的峰值电流远远小于 150 mA。升压转换器的效率设定了原电池 PMIC 的标准：电源电压在 2.7 至 3.3 V 之间时，70 mA 时的效率高达 95%，100 µA 时的效率高达 90.5%。
图 2：nPM2100 升压转换器效能
nPM2100 升压转换器能从原电池中获取更多能量，从而减少电量浪费，改善用户体验。
自带原电池时
工厂装配原电池有很多好处。消费者可以获得更好的开箱即用体验，可以减少包装，制造商也不必添加小标签来隔离电池端。这些添加物会增加塑料垃圾并影响产品设计。
按预期使用时，nPM2100 可完全控制电压轨。这包括隔离电池的低功耗模式；只有 PMIC 才有电源。该模式可在运输期间和产品未运行时使用。Nordic 将其命名为 “运输模式”，该模式仅消耗 35 nA 电流，小于常用碱性或二氧化锰锂原电池的自放电电流。
nPM2100 可以通过两种方式进入和退出出厂模式：编程或将 SHPHLD 引脚拉高或拉低。使用 SHPHLD 引脚的选项可通过寄存器设置，以检测 SHPHLD 的下降沿或上升沿。该引脚还可配置为断开唤醒方式，即断开 SHPHLD 与地之间的连接以唤醒 PMIC。
为了在正常运行时节省电能，Nordic 配备了休眠模式。该模式使用 PMIC 的定时器，虽然耗电量比启动模式大，但设备从休眠模式唤醒的速度更快。这意味着可以更频繁地使用休眠模式，在不影响用户体验的情况下节省电池电量。使用计时器的最长休眠时间为三天。
图 3：休眠模式
休眠模式可将功耗降至仅 175 nA，唤醒时间比启动模式更快。它可与内置定时器配合使用，定期唤醒主电路，休眠时间比许多微控制器都长。
软件电量计
要知道原电池中的能量有多少，比简单测量端子上的电压要复杂得多。温度起着重要作用。Nordic 开发了软件算法，利用电压和温度来测量电池中的剩余电量。该算法根据电池的化学性质进行调整。
nPM2100 包括一个温度传感器。客户可以将 Nordic 针对其电池类型的算法集成到应用代码中。这样就能更准确地估计可用电量以及何时需要更换原电池。
其他创新功能
除高效升压转换器外，nPM2100 还具有两个通用输入/输出 (GPIO) 引脚，可通过寄存器进行配置。片上模拟/数字转换器 (ADC) 用于测量电池电压、输出电压和读取片上温度传感器。ADC 可配置为执行单次或定时转换。其中一个选项是使用 GPIO 作为中断，在测量完成时提醒主机微控制器。
nPM2100 还包括两种常见的 PMIC 功能：启动监控器和看门狗定时器。如果主机处理器或片上系统无法正确启动，则启动监控器会使主机处理器或片上系统进入电源循环。看门狗定时器会触发系统复位，或者，如果主机未能在预先配置的时间段内复位看门狗，看门狗定时器会使系统进入电源循环。这两种功能都不受电源循环或系统复位的影响。
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来源：HOW TO GET MORE OUT OF YOUR PRIMARY CELL BATTERIES-Avnet