【導讀】物聯網 (IoT) 加速了無線傳感器的普及。無論是用於消費
、醫療
、工(gong)業(ye)還(hai)是(shi)農(nong)業(ye)，無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)都(dou)必(bi)須(xu)小(xiao)巧(qiao)輕(qing)便(bian)並(bing)具(ju)有(you)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。此(ci)外(wai)，這(zhe)類(lei)設(she)備(bei)在(zai)傳(chuan)輸(shu)和(he)接(jie)收(shou)模(mo)式(shi)期(qi)間(jian)，還(hai)會(hui)使(shi)電(dian)源(yuan)承(cheng)受(shou)間(jian)歇(xie)性(xing)高(gao)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)。例(li)如(ru)，突(tu)發(fa)傳(chuan)輸(shu)會(hui)消(xiao)耗(hao) 100 mA 電流，而接收工作可消耗 10 mA 電流
，其餘更長時間則是工作在低電流睡眠模式下
，電流消耗為 μA 級（圖 1）。

物聯網 (IoT) 加速了無線傳感器的普及。無論是用於消費、醫療、工(gong)業(ye)還(hai)是(shi)農(nong)業(ye)
，無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)都(dou)必(bi)須(xu)小(xiao)巧(qiao)輕(qing)便(bian)並(bing)具(ju)有(you)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。此(ci)外(wai)，這(zhe)類(lei)設(she)備(bei)在(zai)傳(chuan)輸(shu)和(he)接(jie)收(shou)模(mo)式(shi)期(qi)間(jian)，還(hai)會(hui)使(shi)電(dian)源(yuan)承(cheng)受(shou)間(jian)歇(xie)性(xing)高(gao)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)。例(li)如(ru)


，突(tu)發(fa)傳(chuan)輸(shu)會(hui)消(xiao)耗(hao) 100 mA 電流，而接收工作可消耗 10 mA 電流，其餘更長時間則是工作在低電流睡眠模式下，電流消耗為 μA 級（圖 1）。

圖 1：典型無線設備的負載曲線，顯示了傳輸和接收工作的短時高電流需求（傳輸：100 mA
，接收：10 mA），以及更長時間的低電流睡眠工作模式。（圖片來源：Nexperia，由作者修改）

chuanshuhuojieshougongzuozhouqitongchangchixushushihaomiao

，ershebeichuyushuimianmoshideshijiantongchangweishubaimiao。jinguanpingjundianliuyouyuzhankongbixiaoerjiaodi
，dangaofengzhidianliuhuidailaiwenti。

紐扣鋰電池體積小且能量密度高，但提供超過 10 mA 的電流會顯著縮短其使用壽命。這類電池還具有相對較高的內阻
，在提供上述較大電流時效率低下。例如，新型紐扣電池的內阻約為 10 Ω。提供 100 mA 的電流會導致電池內阻上產生 1 V deyajiang。zaizhezhongzhongfuzaixia，dianchidehuaxuefanyingsulvyehuidaozhishuchudianyaxiajiang。ciwai，suizhedianchilaohua
，neizuyehuizengjia。yizhongkenengdetidaifanganshishiyongjianxingdianchi。jianxingdianchijuyougenggaodeedingfengzhidianliu，danquedianshibiniukoudianchidadeduo。

電池增強器可延長紐扣電池的壽命

Nexperia 開發了一種巧妙的解決方案來支持紐扣電池。其紐扣電池壽命增強器集成電路 (IC) 係列將紐扣電池與 RF 電路的高電流需求隔離開來。這樣做可以延長無線傳感器應用中電池的使用壽命，從而實現更小、更輕的封裝
，同時具有出色的電池壽命。

這些增強器設計有兩個 DC-DC 轉zhuan換huan階jie段duan。第di一yi個ge轉zhuan換huan階jie段duan以yi低di電dian流liu從cong紐niu扣kou電dian池chi汲ji取qu能neng量liang
，為wei電dian容rong式shi儲chu能neng元yuan件jian充chong電dian，使shi其qi達da到dao比bi電dian池chi更geng高gao的de電dian壓ya。儲chu能neng電dian容rong器qi充chong電dian完wan畢bi後hou，第di二er個ge DC-DC 轉zhuan換huan器qi就jiu會hui按an需xu以yi調tiao節jie輸shu出chu電dian壓ya向xiang間jian歇xie性xing負fu載zai提ti供gong能neng量liang。紐niu扣kou電dian池chi永yong遠yuan不bu會hui受shou到dao外wai部bu負fu載zai所suo需xu的de高gao電dian流liu影ying響xiang，從cong而er延yan長chang了le電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming。

借助這種方法，在具有高間歇性負載電流的應用中，電池壽命可以延長 4 至 10 倍，同時峰值輸出電流可提高達 25 倍。這些器件分為兩個係列


，分別與二氧化錳鋰 (LiMnO2) 或亞硫酰氯鋰 (Li-SOCl2) 電池的特性相匹配（表 1）。

表 1：NBM5100/NBM7100 係列紐扣電池壽命增強器集成電路的特性。（表格來源：Art Pini）

這些電池增強器的內部結構相似（圖 2）。

圖 2：NBM5100A/B 和 NBM7100A/B 器件的框圖，顯示兩者在功能上相似。（圖片來源：Nexperia）

這些紐扣電池增強器的工作方式也相似（圖 3）。

圖 3：NBM5100/7100 在充電（右上圖）和有源負載（右下圖）周期的電壓和電流狀態曲線圖。（圖片來源：Nexperia）

電池增強器采用兩個高能效 DC-DC 轉zhuan換huan器qi來lai緩huan衝chong電dian池chi，使shi其qi免mian受shou短duan時shi高gao電dian流liu負fu載zai瞬shun變bian的de影ying響xiang。第di一yi個ge轉zhuan換huan階jie段duan，在zai充chong電dian周zhou期qi使shi用yong升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi。該gai周zhou期qi在zai重zhong負fu載zai電dian流liu周zhou期qi之zhi前qian啟qi動dong。充chong電dian時shi，能neng量liang從cong電dian池chi轉zhuan移yi到dao外wai部bu儲chu能neng電dian容rong器qi
，後hou者zhe的de電dian壓ya (VCAP) 高於電池電壓。充電周期從電池汲取低的恒定電流 (IVBT)。由於其內阻，低充電電流會導致電池輸出電壓 (VVBT) 下降。電容器充電後，降壓穩壓器 DC-DC 轉換器處理工作周期
，將能量從儲能電容器傳輸到輸出 (VVDH)，從而以高達 90% 的效率在穩壓下提供高負載電流 (IVDH)。

請注意，充電周期消耗的電池電流 (IVBT) baochijidi，ergongzuozhouqixiaohaodedianchidianliuzekeyihulvebuji。zhejianshaoledianchidezhongfuxingyali，bingkuodaledianchidekeyongrongliang。dangbuchuyuchongdianhuogongzuozhouqishi，shuchuhuijiangzhijingtaihuodaijizhuangtai
，xiaohaodianliudiyu 50 nA。

該電池增強器 IC 采用自適應學習算法，可監控負載脈衝特性，並智能優化電容器的能量傳輸和儲存。最多可保留 63 個負載配置文件以調整充電過程。

增強器工作模式

NBM5100/7100 器件以連續
、按需和自動模式（僅限 NBM5100A 和 NBM7100A 版本）運行。連續模式用於需要對瞬態負載做出即時響應的應用。儲能電容器充電，DC-DC zhuanhuanqikongxian。chunengdianrongqidedianyashoujiankongbinggenjuxuyaoshuaxin。shoudaogongzuominglinghou，chunengdianrongqilijitigongwenyashuchu。xiangfuzaitigongsuoxudenenglianghou

，chunengdianrongqizhongxinchongdian。chongmandianhou，shezhijiuxuxinhao。

按需模式用於需要最長電池壽命的應用。該模式在待機狀態下啟動。按需模式利用 I/O 接口設置適當的位來啟動。儲能電容器在需要時充電，按照就緒信號的指示提供儲存的能量。

自動模式使用啟動信號來啟動按需工作，而不使用 I/O 接口。就緒信號指示儲能電容器已充滿電且可用。

NBM5100/NBM7100 係列使用串行 I/O 接口進行控製。NBM5100ABQX 和 NBM7100ABQX 器件使用 I2C 接口，而 NBM5100BBQX 和 NBM7100BBQX IC 配備 SPI 接口。

這些電池壽命延長器可監控充電周期數
，並報告紐扣電池的剩餘電量。這些器件通過串行接口提供的電量計寄存器報告電池充電狀態。

NBM5100/NBM7100 係列紐扣電池壽命延長器采用 SOT763-1 (DHVQFN16) 16 引腳封裝，工作溫度範圍為 -40 至 +85°C。

Nexperia 分別為 NBM5100ABQX 和 NBM7100ABQX 提供了 NEVB-NBM5100A-01 和 NEVB-NBM7100A-01 評估板。使用這些評估板，可以快速方便地評估電池增強器。可以將它們連接至正在開發的電路板，並通過 USB 連接從 PC 使用圖形用戶界麵 (GUI) 進行控製。

結語

NBM5100/NBM7100 電池增強器可以在具有高瞬態負載的無線 IoT 應用中延長紐扣鋰電池的使用壽命
，若無此類增強器，這些應用可能需要使用大很多的 AA 或 AAA 電池。因此
，這些電池增強器是縮小設備尺寸並降低成本的絕佳方式。

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