Nexperia​(安世)电池管理IC使物联网供电更加精简、更加环保

随着物联网 (IoT) 技术减少外形尺寸和功耗，许多新的电池供电应用已成为可能。 例如，远程“智能农业”土壤湿度传感器的无线读数正在帮助农民提高产量，并使他们的农场更加环保。 在庞大的存储设施中，无线传感器定期发送温度测量值，帮助仓库操作员保持适合所存储货物类型的操作条件。 虽然这些创新很有价值，但支持其运行的功能也是其最大的缺点——电池电量。 如果没有它，就不可能在地理上偏远的位置定位传感器，因为通常没有替代的固定电源可用，而且安装一个电源的成本将高得令人望而却步。我们将展示物联网设备操作如何损害电池容量，然后介绍 Nexperia 开发的用于延长电池寿命的开创性 IC，从而减少更换电池的频率。

脉冲操作会降低电池电压

温度、压力和湿度等环境变量通常变化非常缓慢，因此不需要经常测量——也许只需每隔几个小时测量一次。 类似地，许多安全摄像机仅在检测到所监视位置的移动时才需要捕获和传输视频信号。 因此，这些设备的大部分工作时间都处于待机或睡眠模式，仅定期唤醒以记录和传输读数或视频流。 此外，长时间处于睡眠模式有助于节省电量（仅消耗几微安），并且它们可以使用锂一次纽扣电池（如 CR2032）或锂亚硫酰氯（如 LS14250）运行数年。 不可充电锂原电池具有高能量密度和长保质期。

对于锂原电池来说，睡眠模式不是问题。 然而，当设备的微控制器、传感器和无线电（LoRa、Wi-Fi、Zigbee）全部通电时，偶尔出现的周期性短突发活动（脉冲模式）会出现问题。 这些突发仅持续几毫秒，消耗数十至数百毫安的电流，对纽扣电池造成极大的压力。 纽扣电池制造商以相对较低的标准电流消耗 (<1-3 mA) 评价这些产品的使用寿命。 在这种短暂的高电流脉冲模式下长时间使用会损害电池的整体容量（寿命），同时会导致重负载期间电压显着下降，可能导致电压对于其供电的应用来说太低。

智能电池升压IC保持恒定电压水平

Nexperia 的 NBM7100A/B 和 NBM5100A/B 是革命性的新型电池管理 IC，可将典型锂纽扣电池的使用寿命延长一个数量级 (10 倍)，同时将脉冲负载可用的峰值输出电流提高多达 25 倍。 这些 IC 包含两个高效 DC/DC 转换级和一个智能学习算法。 第一转换级以低速率将能量从电池传输到电容存储元件。 第二级利用存储的能量提供稳定的（可编程范围为 1.8V 至 3.6V）高脉冲（高达 200mA）电流输出。 智能学习算法监控重复负载脉冲周期期间使用的能量，并优化第一级 DC-DC 转换，以最大限度地减少存储电容器中的残余电荷。 当不执行能量转换周期（待机状态）时，这些器件的功耗低于 50 nA。

当电池接近使用寿命时电压较低并且电池的化学恢复时间较长时，欠压保护会抑制存储电容器的充电周期。 当电池达到其功能终点时，“低电量”指示器会向系统发出警报。 包含一个串行接口，用于由系统微控制器进行配置和控制：“A”版本中为 I2C，“B”版本中为 SPI。 除了电流负载外，极端温度也会对电池性能和寿命产生不利影响。 NBM 器件可在较宽的工作温度范围（-40 °C 至 85 °C）下运行，使其同样适用于环境条件不可预测的室内和恶劣的室外工业应用。 NBM5100A/B 和 NBM7100A/B 具有新颖的两级能源管理方法、智能学习算法和低待机电流，有助于延长无线物联网应用中的电池寿命，同时降低与电池更换相关的维护成本。