Configurazione senza codice e con un minor numero di componenti con i CI di gestione dell'alimentazione di Nordic

I requisiti di progettazione per le nuove applicazioni wireless ricaricabili sono semplici: prolungare l'autonomia dei dispositivi e "imbottirli" di funzioni. Per raggiungere il giusto equilibrio tra prestazioni e consumi in genere bisogna destreggiarsi tra numerosi compromessi, iniziando dalla selezione dei componenti e mediando tra problemi hardware e software.

Nordic Semiconductor ha intenzione di semplificare questa sfida con circuiti integrati di gestione dell'alimentazione (PMIC) che incorporano funzioni intelligenti di gestione del sistema per eliminare la necessità di numerosi componenti discreti e per una configurazione senza codice.

La serie nPM1300 di Nordic comprende PMIC versatili e integrati che supportano diversi dispositivi host sia di Nordic che di altri costruttori per applicazioni indossabili, unità di intrattenimento palmari, sensori IoT o apparecchiature medicali personali.

Il portafoglio di PMIC include un caricabatterie con capacità massima di 800°mA in grado di erogare fino a 500°mA di tensione regolata regolabile. I CI incorporano anche quattro rail di alimentazione controllabili individualmente: due regolatori buck dual-mode configurabili e due commutatori di carico a doppia funzione 50°mA LDO/100°mA (che possono fungere da commutatori o regolatori di tensione lineari).

Gli nPM1300 incorporano anche un indicatore di carica che consente a un dispositivo host di leggere la temperatura della batteria, la tensione e la corrente. I progettisti possono sfruttare stime dello stato di carica paragonabili a contatori di Coulomb con consumi energetici molto inferiori.

Otto in uno

Altre funzioni integrate sono un watchdog a livello di sistema e un reset forzato. Secondo Nordic, i progettisti di prodotti che utilizzano i suoi PMIC possono consolidare in un unico contenitore compatto le funzioni di otto chip e di componenti aggiuntivi che in genere vengono implementati come componenti discreti in progetti Bluetooth Low Energy (BLE) embedded.

Il caricabatterie su scheda può ricaricare batterie agli ioni di litio, al litio-polimero o LiFePO4. I gruppi batteria collegati al pin VBAT devono contenere una circuiteria per la protezione da sovratensione, sottotensione, scarica di sovracorrente e un fusibile termico per proteggere dalla sovratemperatura nel caso in cui non sia presente un termistore NTC. La linea nPM1300 supporta anche USB-C per l'alimentazione e la comunicazione dati.

nPM1300-CAAA-R (Figura 1) è inserito in un contenitore WLCSP di 3,1 x 2,4 mm. Altri, come nPM1300-QEAA-R7, sono alloggiati in un contenitore QFN32 di 5 x 5 mm.

Figura 1: Rappresentazione dei CI nPM1300 di gestione dell'alimentazione di Nordic Semiconductor. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Configurazione di un CI nPM1300

I progettisti possono configurare tutte le impostazioni di un CI nPM1300 utilizzando la GUI dell'app nPM PowerUp che Nordic mette a disposizione nel suo software per desktop nRF Connect. Dopo la configurazione, le impostazioni possono essere esportate come codice da implementare in un'applicazione di MCU.

L'app di configurazione può essere utilizzata anche con la scheda di valutazione nPM1300-EK di Nordic (Figura 2), studiata per semplificare la valutazione e l'implementazione di un CI nPM1300. Le basette a pin maschio della scheda di valutazione permettono di accedere a tutte le connessioni PMIC nPM1300 e all'apparecchiatura di test esterna. Per valutare il GPIO del PMIC di un CI nPM1300 e la funzionalità del driver LED sono presenti tre LED e quattro pulsanti.

Figura 2: Scheda nPM1300-EK per semplificare la configurazione e l'implementazione dei CI di gestione dell'alimentazione nPM1300. (Immagine per gentile concessione di Nordic Semiconductor)

Nordic offre anche un'estensione della scheda indicatore di carica nPM-FG che funge da dispositivo sink di corrente costante durante il profilamento della batteria. I PMIC, il software di configurazione, il kit di valutazione e l'estensione della scheda indicatore di carica possono essere usati per profilare la fonte di alimentazione e sviluppare un modello che offrirà previsioni precise sullo stato di carica, con un errore tipico inferiore a ±3%.

Il modello della batteria generato da nPM PowerUP può essere esportato per l'uso in qualsiasi applicazione che utilizzi l'algoritmo indicatore di carica di Nordic. Questo algoritmo può essere eseguito sulla maggior parte degli host di Nordic ed è compatibile con altri SoC non prodotti da Nordic.

Conclusione

Per far fronte alle sfide di creare dispositivi alimentati a batteria, i progettisti devono inserire sempre più funzionalità e caratteristiche in contenitori sempre più piccoli. La linea nPM1300 di Nordic Semiconductor offre una gestione potente e versatile dell'alimentazione per progettare sistemi con lunga autonomia, con un fattore di forma compatto e dalle alte prestazioni. I PMIC di Nordic incorporano molteplici funzioni di gestione dell'alimentazione e del sistema, mentre le sue schede di valutazione e gli strumenti software consentono ai progettisti di configurare e ottimizzare applicazioni ricaricabili.