Nordic Semiconductor、一次電池駆動のBluetooth Low Energy製品のバッテリー寿命を延長する、nPM2100パワーマネジメントICを発表

nPM2100パワーマネジメントICは、超効率的な昇圧レギュレータと多くの省エネ機能を搭載し、充電不可のバッテリーアプリケーションでの動作時間を大幅に延長

低消費電力ワイヤレス接続ソリューションの世界的リーダーであるNordic Semiconductorは、パワーマネジメントIC（以下、PMIC）製品「nPMファミリー」の新製品「nPM2100 PMIC」を発表しました。nPM2100は、極めて効率的な昇圧レギュレータと多くの省エネ機能を活用してエネルギー資源を管理し、一次（充電不可）バッテリーアプリケーションのバッテリー使用時間を延長します。この製品の用途として、ワイヤレスマウスやキーボード、消費者向け資産追跡デバイス、リモートコントロール、体に装着する医療機器などが挙げられます。

欧州共同体研究開発情報サービス(CORDIS)によると、世界では毎年280億個の一次電池が廃棄されており[1]、一次電池を製造するには平均してその電池が蓄えるエネルギーの50倍のエネルギーが必要であり、非常に非効率的なエネルギー源となっています[2]。さらに悪いことに、効率の悪い電力管理により蓄えられたエネルギーの多くが無駄になり、多くのバッテリーが完全に使い切られる前に廃棄されています。nPM2100の昇圧レギュレータと、一次電池の燃料計測を含む独自の省エネ機能は、こうした電力管理の非効率性を解消し、バッテリーが廃棄される前に蓄えられたすべてのエネルギーが使用されることを保証します。

Nordic Semiconductorの戦略および製品管理担当EVPであるKjetil Holstadは、次のように述べています。「NordicのPMIC製品は、当社が顧客に提供する可能な限り低消費電力のIoTソリューションに向けた継続的な取り組みにおいて重要な役割を果たしています。今回、初の一次電池対応PMICを提供し、充電不可製品向けに独自の省電力機能を提供できることを非常に嬉しく思います。この製品は、当社のエンジニアリングチームの卓越したスキルの証でもあります」

Nordic SemiconductorのPMIC製品担当ディレクターであるGeir Kjosavikは、次のように述べています。「すべてのIoT製品が充電式バッテリーやエネルギーハーベスティングに依存して動作できるわけではありません。これは、一次電池がすぐになくなることはないことを意味しています。しかし、nPM2100を使用することで、設計者はこれらの一次電池に蓄えられたエネルギーをより多く活用できるようになり、バッテリー交換の間隔を延ばしたり、同じバッテリー寿命でより小型のバッテリーを使用したりすることが可能になります。その結果、製品はよりコンパクトで軽量、そして低コストになります」

SoCおよびMCU向けのパワーマネジメント

nPM2100は、NordicのnRF52、nRF53、およびnRF54シリーズの高度なワイヤレスマルチプロトコル製品など、低消費電力のシステムオンチップ（SoC）やマイクロコントローラー（MCU）の電源を管理します。このPMICは、最大効率とコンパクトなサイズに最適化されており、I2C互換のTwo Wire Interface（TWI）を介して設定可能です。このインターフェースにより、出荷モードや高精度なバッテリー燃料計測を含む幅広い高度な機能を簡単に設定できます。また、PMICには2つのGPIOが搭載されており、シリアル通信の代わりに、時間が重要な制御機能を直接制御するための制御ラインとして再利用することも可能です。

nPM2100は一次電池アプリケーションを対象としています。サポートされるバッテリーの例として、1本または2本のAA/AAA/LRxx電池（直列接続）、または1本の3 V LiMnO2セルがあります。また、単セルまたはデュアルセルの銀酸化物電池や空気亜鉛ボタン電池、さらにはnPM2100の入力電圧範囲内で動作するその他の一次電池にも対応しています。

nPM2100は、入力電圧範囲が0.7～3.4 Vで、出力範囲が1.8～3.3 Vの昇圧レギュレータを搭載しています。このレギュレータは最大150 mAの電流を供給できます。さらに、0.8～3.0 Vの出力範囲で最大50 mAを供給するロードスイッチ/LDOも備えています。レギュレータの静止電流（IQ）は150 nAであり、50 mAで最大95％、10 µAで90.5％の電力変換効率を実現しており、市場で最も効率的な昇圧レギュレータの1つとなっています。

低消費電力の出荷モードおよび休止モード

nPM2100 PMICは、バッテリーを挿入したまま製品を輸送できる低消費電流の出荷モードを備えています。この出荷モードでは、35 nAのスリープ電流を実現し、複数のウェイクアップオプションをサポートします。その中には、特許出願中の「break-to-wake」機能も含まれています。この機能により、電気接続が切断されると、ボタンのない製品でも出荷モードから復帰することが可能になります。

PMICには、出荷モードと同時に動作できる超低消費電力のウェイクアップタイマーも搭載されています。このタイマーにより、一定時間ごとに復帰することが可能で、SoCやMCUの電源オフよりも深いスリープ設定を実現できます。nPM2100の休止モードでの総電流消費は200 nA未満であり、このような低消費電力は、断続的にBluetooth® Low Energy (LE) 広告を行うアプリケーション（例えば、センサーネットワーク内のセンサー）のバッテリー寿命を最大3倍延長することができます。

Nordicの最も低消費電力なワイヤレスSoCであるnRF54L15が、Bluetoothアドバタイズを行うために定期的にウェイクアップしますが、nPM2100の休止モードを使用することで、SoCの最も低消費電力なタイマー待機モードと比較して以下のようなバッテリー寿命の改善が期待されます：

• 2.5分間隔でのウェイクアップ: バッテリー寿命が25％延長

• 4分間隔でのウェイクアップ: バッテリー寿命が50％延長

• 9分間隔でのウェイクアップ: バッテリー寿命が2倍

• 60分間隔でのウェイクアップ: バッテリー寿命が3倍

アルゴリズムベースの精密な燃料計測

nPM2100は、一次電池向けのPMICでは一般的でない、アルゴリズムベースの精密な燃料計測をサポートしています。一般的なエネルギー残量の推定方法は、バッテリー電圧を測定し、放電曲線に基づくルックアップテーブルを使用してエネルギー残量を推定するものですが、これは正確性に欠け、ユーザーがバッテリーを完全に使い切る前に交換したり、最悪の場合、バッテリー切れが突然発生することがあります。これに対し、nPM2100はホストマイクロプロセッサ上で動作する電圧および温度ベースの燃料計測機能をサポートしており、より正確なバッテリーレベルの測定を可能にします。これにより、ユーザーはバッテリー内のすべてのエネルギーを安心して活用できます。このソフトウェアベースの燃料計測は、バッテリーへの負荷を最小限に抑える設計になっています。

超小型パッケージと提供状況

nPM2100のサンプルは現在入手可能で、コンパクトな1.9×1.9 mmのWLCSPパッケージと、汎用性の高い4×4 mmのQFNパッケージで提供されます。nPM2100は2025年上半期中に量産開始が予定されています。詳しい情報については、Nordic国内販売代理店にお問い合わせください。

リファレンス

1. https://cordis.europa.eu/article/id/430457-up-to-78-million-batteries-will-be-discarded-daily-by-2025-researchers-warn

2. Hill, Marquita K. (2004). Understanding Environmental Pollution: A Primer. Cambridge University Press. pp. 274. ISBN 0521527260.

nPM2100 and nPM2100 EKについて

nordicsemi.com/Products/nPM2100

Nordic Semiconductor ASAについて

Nordic Semiconductor（以下: Nordic）は、モノのインターネット（IoT）のためのワイヤレス通信技術に特化したノルウェーのファブレス半導体企業です。1983年に設立し、世界中に1,400人を越える社員がいます。Nordicはアワード受賞歴のあるBluetooth Low Energyソリューションを提供する、超低消費電力無線テクノロジーのリーディング・プロバイダーです。Nordicのテクノロジーは、ANT+、Thread、Zigbee対応のみならず、2018年には、IoT分野のさらなる市場拡大に向け、LTE-M/NB-IoT向けの低電力でコンパクトなセルラーIoTソリューションも発表しました。 Nordicの製品ポートフォリオは、2021年にWi-Fi技術によりさらに拡充しています。

開発者をRFの複雑さから解き放つ画期的な開発ツールにより、最先端のワイヤレス技術を提供することで市場での地位を築き、優れたアイデアがあれば誰でもIoTプラットフォームに基づいてイノベーションを構築できるようにしました。 今日、Nordicのアワード受賞歴のある高性能且つ設計が容易なBluetooth Low Energyソリューションは、ワイヤレスPC周辺機器や、ゲーム、スポーツとフィットネス、携帯電話アクセサリ、コンシューマ向け家電製品、おもちゃ、ヘルスケア、オートメーションなどさまざまな用途で世界をリードする企業に採用されています。 Nordicは、ANT+ Alliance、Bluetooth SIG、Thread Group、Zigbee Alliance、Wi-Fi Alliance、およびGSMAのメンバーです。

詳細はこちらをご参照ください（https://www.nordicsemi.com/About-us、英語）。