Menos componentes, configuración sin código con circuitos integrados de administración de energía de Nordic

Los requisitos de diseño para las nuevas aplicaciones inalámbricas recargables son simples: hacer que los dispositivos funcionen por más tiempo e incluir más características. Lograr el equilibrio adecuado entre rendimiento y energía generalmente implica considerar múltiples compensaciones, comenzando con la selección de componentes y pasando por problemas de hardware y software.

Nordic Semiconductor tiene como objetivo simplificar ese desafío con circuitos integrados de administración de energía (PMIC) que incorporan características de administración de sistemas inteligentes para eliminar la necesidad de múltiples componentes discretos y configuración sin código.

La serie nPM1300 de Nordic incluye PMIC versátiles e integrados que admiten varios dispositivos host de Nordic (y diferentes de Nordic) para aplicaciones como dispositivos portátiles, unidades de entretenimiento portátiles, sensores de IoT o equipos médicos personales.

La cartera de PMIC incorpora un cargador con capacidad de hasta 800 mA y que entrega hasta 500 mA de voltaje regulado ajustable. Los circuitos integrados también incorporan cuatro rieles de alimentación controlables individualmente: dos reguladores BUCK configurables de modo dual y dos interruptores de carga de 50 mA LDO/100 mA de doble propósito (que pueden funcionar como interruptores o reguladores de voltaje lineales).

Los nPM1300 también incorporan un indicador de combustible que permite que un dispositivo host lea la temperatura, el voltaje y la corriente de la batería. Los diseñadores pueden aprovechar estimaciones del estado de carga comparables a los contadores de culombios con un consumo de energía significativamente menor.

Ocho en uno

Otras características integradas incluyen un mecanismo de vigilancia a nivel del sistema y un restablecimiento completo. Según Nordic, los diseñadores de productos que utilizan sus PMIC pueden consolidar en un único paquete compacto las funciones de ocho chips y de componentes adicionales que normalmente se implementan como componentes discretos en diseños integrados de Bluetooth de baja energía (BLE).

El cargador integrado puede recargar baterías de iones de litio, polímero de litio o LiFePO4. Las baterías conectadas al pin VBAT deben contener circuitos para protección contra sobrevoltaje, protección contra subvoltaje, protección contra descarga por sobrecorriente y un fusible térmico para proteger contra sobretemperatura a menos que haya un termistor NTC presente. La línea nPM1300 también admite USB-C para alimentación y comunicación de datos.

El nPM1300-CAAA-R (Figura 1) viene en un paquete WLCSP de 3.1 x 2.4 mm. Otros, como el nPM1300-QEAA-R7, vienen en embalaje QFN32 de 5 x 5 mm.

Figura 1: Representación de los circuitos integrados de administración de energía nPM1300 de Nordic Semiconductors. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Configurar un nPM1300

Los diseñadores pueden configurar todos los ajustes de un nPM1300 utilizando la GUI de la aplicación nPM PowerUp que Nordic pone a disposición en su software de escritorio nRF Connect. Una vez configuradas, los ajustes se pueden exportar como código para implementarse en la aplicación de una MCU.

La aplicación de configuración también se puede utilizar con la placa de evaluación nPM1300-EK de Nordic (Figura 2), que tiene como objetivo facilitar la evaluación e implementación de un nPM1300. Los cabezales de clavija macho de la placa de evaluación brindan acceso a todas las conexiones de PMIC de nPM1300 y equipos de prueba externos; se implementan tres LED y cuatro botones pulsadores para evaluar la funcionalidad del controlador LED y GPIO de un PMIC de nPM1300.

Figura 2: La placa nPM1300-EK para configurar e implementar más fácilmente los circuitos integrados de administración de energía nPM1300. (Fuente de la imagen: Nordic Semiconductor)

Nordic también ofrece la extensión de placa del indicador de combustible nPM-FG que funciona como un dispositivo de sumidero de corriente constante durante el perfilado de la batería. Los PMIC, el software de configuración, el kit de evaluación y la extensión de la placa del indicador de combustible se pueden utilizar para perfilar la fuente de energía y desarrollar un modelo que proporcione predicciones del estado de carga estables y precisas, con un error típico de menos de ±3 %.

El modelo de batería generado por PowerUP de nPM se puede exportar para utilizarlo en cualquier aplicación utilizando el algoritmo de indicador de combustible de Nordic. Ese algoritmo se puede ejecutar en la mayoría de los hosts de Nordic y es compatible con otros sistemas en chip (SoC) que no son de Nordic.

Conclusión

Para enfrentar los desafíos de crear nuevos dispositivos que funcionan con baterías, los diseñadores de productos deben incluir más funcionalidades y características en paquetes más pequeños. La línea nPM1300 de Nordic Semiconductor proporciona una administración de energía potente y versátil para diseñar sistemas con una larga vida útil, un factor de forma pequeño y un alto rendimiento. Los PMIC de Nordic incorporan múltiples características de administración de sistemas y energía, mientras que sus placas de evaluación y herramientas de software permiten a los diseñadores configurar y optimizar aplicaciones recargables.