Nordic電源管理ICによる部品点数の削減およびコード不要の設定

新しい充電式ワイヤレスアプリケーションの設計要件は単純で、デバイスをより長く動作させ、より多くの機能を詰め込むことです。性能と消費電力の適切なバランスを達成するには、通常、部品の選択から始まり、ハードウェアとソフトウェアの問題を調整しながら、複数のトレードオフを乗り越える必要があります。

Nordic Semiconductorは、インテリジェントなシステム管理機能を組み込んだ電源管理IC(PMIC)により、この課題を簡素化し、複数のディスクリート部品を無くし、コード不要の設定を実現します。

NordicのnPM1300シリーズは、ウェアラブル、携帯用エンターテイメントユニット、IoTセンサ、個人用医療機器などのアプリケーション向けに、Nordic製およびNordic製以外のさまざまなホストデバイスをサポートする、汎用性の高い統合型PMICです。

PMIC製品ラインアップには、最大800mAの充電が可能で、最大500mAの調整可能な安定化電圧を供給する充電器が組み込まれています。このICはまた、4つの個別に制御可能な電源レールを内蔵しています。その内容は、2つの構成可能なデュアルモード降圧レギュレータと、2つのデュアルパーパス50mA LDO/100mAロードスイッチ（スイッチまたはリニア電圧レギュレータとして機能可能）です。

nPM1300はまた、ホストデバイスがバッテリの温度、電圧、電流を読み取ることを可能にする残量計を内蔵しています。設計者は、大幅に低い消費電力でクーロンカウンタに匹敵する充電状態の推定を利用することができます。

8つの部品を1つのパッケージに統合

その他の統合機能には、システムレベルのウォッチドッグとハードリセットがあります。Nordicの説明によれば、同社のPMICを使用する製品設計者は、Bluetooth Low Energy（BLE）組み込み設計において通常ディスクリート部品として実装される8つのチップと追加部品の機能を1つのコンパクトなパッケージに統合することができます。

オンボード充電器は、リチウムイオン、リチウムポリマー、またはLiFePO4バッテリを充電できます。VBAT ピンに接続される電池パックには、過電圧保護、不足電圧保護、過電流放電保護、そしてNTCサーミスタが無い場合に過熱から保護するための温度ヒューズ用回路が組み込まれていなけばなりません。nPM1300シリーズは、電源とデータ通信用にUSB-Cもサポートしています。

nPM1300-CAAA-R（図1）は、3.1 x 2.4mm WLCSPパッケージで提供されます。nPM1300-QEAA-R7のように、5 x 5mm QFN32パッケージのものもあります。

図1：Nordic Semiconductors nPM1300電源管理ICの外観。（画像提供：Nordic Semiconductor）

nPM1300の設定

設計者は、NordicがnRF Connectデスクトップソフトウェアで提供しているnPM PowerUpアプリのGUIを使用して、nPM1300のすべての設定を行うことができます。一度設定すれば、MCUのアプリケーションに実装するコードとして設定をエクスポートできます。

この設定アプリは、nPM1300の評価と実装を容易にすることを目的としたNordicのnPM1300-EK評価ボード（図2）でも使用できます。評価ボードのオスピンヘッダは、すべてのnPM1300 PMIC接続と外部テスト機器へのアクセスを提供します。nPM1300 PMICのGPIOとLEDドライバ機能を評価するために、3つのLEDと4つの押ボタンが実装されています。

図2：nPM1300電源管理ICをより簡単に設定および実装するためのnPM1300-EKボード。（画像提供：Nordic Semiconductor）

Nordicは、バッテリのプロファイリング時に定電流シンクデバイスとして機能するnPM-FG残量計拡張ボードも提供しています。PMIC、コンフィギュレーションソフトウェア、評価キット、および残量計拡張ボードを使用して、電源のプロファイリングを行い、標準誤差±3%未満で安定した正確な充電状態予測を提供するモデルを開発することができます。

nPM PowerUPが生成したバッテリモデルは、Nordicの残量計アルゴリズムを使用するあらゆるアプリケーションで使用できるようにエクスポートできます。このアルゴリズムは、ほとんどのNordic製ホストで実行でき、Nordic製以外のSoCとも互換性があります。

まとめ

新しいバッテリ駆動機器を生み出すという課題に対応するため、製品設計者はより多くの機能と特徴をより小さなパッケージに詰め込まなければなりません。Nordic SemiconductorのnPM1300ラインは、長寿命、小型フォームファクタ、高性能を備えたシステムの設計に、強力で汎用性の高い電源管理を提供します。NordicのPMICは、複数の電源およびシステム管理機能を搭載しており、評価ボードとソフトウェアツールにより、設計者は充電式アプリケーションの設定と最適化を行うことができます。