Moins de composants, configuration sans code avec les circuits intégrés de gestion de l'alimentation de Nordic

Les exigences de conception pour les nouvelles applications sans fil rechargeables sont simples : faire en sorte que les dispositifs fonctionnent plus longtemps et offrent davantage de fonctionnalités. Trouver le bon équilibre entre performances et puissance nécessite généralement de faire différents compromis, à commencer par la sélection des composants et la hiérarchisation des problèmes matériels et logiciels.

Nordic Semiconductor vise à simplifier ce défi grâce à des circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC) qui intègrent des fonctionnalités intelligentes de gestion du système afin d'éliminer la nécessité d'utiliser de nombreux composants discrets, ainsi qu'une configuration sans code.

La série nPM1300 de Nordic propose des circuits PMIC intégrés et polyvalents qui prennent en charge différents dispositifs hôtes de Nordic et d'autres marques pour les applications comme les dispositifs corporels, les unités de divertissement portatives, les capteurs IoT ou les équipements médicaux personnels.

Le portefeuille PMIC inclut un chargeur prenant en charge jusqu'à 800 mA et fournissant jusqu'à 500 mA de tension régulée ajustable. Les circuits intégrés incluent également quatre rails d'alimentation contrôlables de manière individuelle : deux régulateurs abaisseurs configurables à double mode, ainsi que deux commutateurs de charge de 100 mA/régulateurs à faible chute de tension (LDO) de 50 mA à double usage (qui peuvent fonctionner en tant que commutateurs ou en tant que régulateurs de tension linéaires).

Les dispositifs de la série nPM1300 intègrent aussi un indicateur de niveau de batterie qui permet à un dispositif hôte de relever la température, la tension et le courant de la batterie. Les concepteurs peuvent tirer parti d'estimations de l'état de charge comparables à des compteurs de Coulomb, avec une consommation d'énergie nettement inférieure.

Huit en un

D'autres fonctionnalités intégrées incluent une horloge de surveillance au niveau du système et une réinitialisation matérielle. D'après Nordic, les concepteurs de produits qui utilisent ses PMIC peuvent consolider dans un seul boîtier compact les fonctions de huit puces et de composants supplémentaires typiquement implémentés comme composants discrets dans les conceptions embarquées Bluetooth Low Energy (BLE).

Le chargeur embarqué permet de recharger les batteries Li-ion, Lithium-polymère ou LiFePO4. Les blocs-batteries reliés à la broche VBAT doivent contenir des circuits de protection contre les surtensions, les sous-tensions, les décharges en cas de surintensité, ainsi qu'un fusible thermique pour garantir une protection contre la surchauffe, à moins qu'une thermistance CTN ne soit présente. La gamme nPM1300 prend également en charge les connecteurs USB-C pour l'alimentation et la communication de données.

Le modèle nPM1300-CAAA-R (Figure 1) est proposé dans un boîtier WLCSP de 3,1 mm x 2,4 mm. D'autres modèles, comme le nPM1300-QEAA-R7, sont conditionnés dans un boîtier QFN32 de 5 mm x 5 mm.

Figure 1 : Représentation des circuits intégrés de gestion de l'alimentation de la série nPM1300 de Nordic Semiconductor. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Configurer un circuit intégré nPM1300

Les concepteurs peuvent configurer tous les paramètres d'un circuit nPM1300 grâce à l'interface utilisateur graphique de l'application nPM PowerUp mise à disposition par Nordic dans son logiciel bureautique nRF Connect. Une fois configurés, les paramètres peuvent être exportés sous forme de code pour être mis en œuvre dans une application de microcontrôleur.

L'application de configuration peut également être utilisée avec la carte d'évaluation nPM1300-EK de Nordic (Figure 2), qui vise à simplifier l'évaluation et l'implémentation d'un circuit nPM1300. Les embases mâles de la carte d'évaluation permettent d'accéder à toutes les connexions au PMIC nPM1300 et aux équipements de test externes. Trois LED et quatre boutons-poussoirs sont implémentés pour évaluer les fonctionnalités des E/S à usage général et du circuit d'attaque LED d'un PMIC nPM1300.

Figure 2 : La carte nPM1300-EK permet de configurer et d'implémenter plus facilement les circuits intégrés de gestion de l'alimentation nPM1300. (Source de l'image : Nordic Semiconductor)

Nordic propose également l'extension de carte avec indicateur du niveau de batterie nPM-FG, qui fonctionne comme un dispositif récepteur de courant constant lors du profilage de la batterie. Les PMIC, le logiciel de configuration, le kit d'évaluation et l'extension de carte avec indicateur du niveau de batterie peuvent être utilisés pour profiler la source d'alimentation et développer un modèle capable de fournir des prévisions stables et précises de l'état de charge, avec une erreur typique inférieure à ±3 %.

Le modèle de batterie généré par nPM PowerUP peut être exporté pour être utilisé dans n'importe quelle application avec l'algorithme d'indication du niveau de batterie de Nordic. L'algorithme peut être exécuté sur la plupart des hôtes de Nordic et est compatible avec d'autres systèmes sur puces de marques autres que Nordic.

Conclusion

Pour relever les défis liés à la création de nouveaux dispositifs alimentés par batterie, les concepteurs de produits doivent intégrer davantage de fonctionnalités dans de plus petits boîtiers. La gamme nPM1300 de Nordic Semiconductor offre une gestion de l'alimentation puissante et polyvalente pour la conception de systèmes garantissant une grande autonomie, un format compact et de hautes performances. Les PMIC de Nordic intègrent de nombreuses fonctionnalités de gestion de l'alimentation et du système, tandis que ses cartes d'évaluation et ses outils logiciels permettent aux concepteurs de configurer et d'optimiser des applications rechargeables.