Türchen 10 – nPM2100 Power Management IC

nPM2100

Power-Management-IC mit extrem effizientem Boost-Regler für Primärzellen-Batterien

The nPM2100 ist ein dedizierter Power-Management-IC (PMIC) von Nordic Semiconductor, entwickelt für Produkte, die mit Primärbatterien (nicht wiederaufladbar) betrieben werden. Der Fokus liegt dabei auf extrem niedrigem Stromverbrauch und langer Batterielebensdauer. Er ist optimiert für eine hocheffiziente Spannungsregelung bei stromsparenden MCUs und SoCs wie Nordics nRF52-, nRF53- und nRF54-Serien, kann jedoch auch mit Nicht-Nordic-Hosts eingesetzt werden.

Kernfunktionen des nPM2100

Ultra-effizienter Boost-Regler mit bis zu 150 mA, Ausgangsspannung 1,8–3,3 V bei Eingangsspannung 0,7–3,4 V. Unterstützt automatischen Durchschaltbetrieb („pass through“), wenn die Batteriespannung die Ausgangsspannung übersteigt – für höhere Effizienz bei höheren Eingangsspannungen.
LDO-/Lastschalter-Schiene, gespeist vom Boost-Ausgang, mit 0,8–3,0 V bis zu 50 mA für eine zusätzliche geregelte Versorgung.

Batterieunterstützung: Der nPM2100 unterstützt Batteriespannungen bis 3,4 V und kann mit Energiequellen wie einer oder zwei AA-/AAA-Zellen in Serie, einer einzelnen 3 V LiMnO₂-Zelle (z. B. CR2032) sowie weiteren Primärchemien innerhalb des Eingangsbereichs betrieben werden. Er startet bereits ab ca. 0,8 V und arbeitet bis hinunter zu 0,7 V, wodurch die Batteriekapazität besonders tief ausgenutzt werden kann.

Ultra-Niedrigstrom-Modi zur Lebensdauerverlängerung

Ship Mode mit nur 35 nA Ruhestrom, ermöglicht den Versand von Produkten mit eingelegten Batterien ohne nennenswerte Entladung; Aufwecken kann auf verschiedene Arten erfolgen, z. B. durch ein „Break-to-Wake“-Ereignis, wenn eine elektrische Verbindung getrennt wird.
Hibernate Mode mit Aufweck-Timer und typischem Stromverbrauch von ca. 175 nA, ideal für Designs, die die meiste Zeit im Tiefschlaf verbringen. Dies kann die Lebensdauer solcher Produkte um bis zu das Dreifache verlängern im Vergleich dazu, wenn das MCU im eigenen Tiefschlaf verbleibt

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal: Der nPM2100 bietet Fuel Gauging für Primärzellen. Er misst Temperatur und Batteriespannung und liefert – kombiniert mit einem Fuel-Gauge-Algorithmus, der auf dem Host über das nRF Connect SDK läuft – deutlich genauere Ladezustandsschätzungen als einfache spannungsbasierte Methoden. Dadurch werden vorzeitige Batterieaustausche und unerwartete Abschaltungen vermieden, da die tatsächliche Zellkapazität besser genutzt wird.

Der nPM2100 PMIC umfasst systemorientierte Funktionen wie

Zwei GPIO-Pins, die zeitkritische Funktionen (z. B. Stromschienen) steuern können, ohne serielle Transaktionen zu benötigen.
Systemüberwachungsfunktionen wie Watchdog-Timer, Boot-Monitor, Power-Good-Signalisierung sowie eine multifunktionale Ein-Tasten-Schnittstelle für Ein/Aus, Hard-Reset und Ship-Mode-Steuerung, die alle über eine I²C-kompatible Zwei-Draht-Schnittstelle (TWI) zugänglich sind.

Der nPM2100 ist in sehr kompakten Gehäusen erhältlich – einem 1,9 × 1,9 mm WLCSP und einem 4 × 4 mm QFN16 – und benötigt nur eine kleine Induktivität und wenige Kondensatoren, wodurch PCB-Lösungen ab etwa 4 × 4 mm möglich sind.

Typische Anwendungen umfassen Computer-Peripheriegeräte und HID-Geräte, Fernbedienungen, Smart-Home-Sensoren, Bluetooth-LE-Asset-Tracker, Fitnesszubehör sowie persönliche medizinische Geräte, bei denen eine lange Lebensdauer mit Primärzellen und präzises Fuel-Gauging entscheidend sind.