物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)的不斷進(jìn)步逐漸減小了相關(guān)器件的外形尺寸和功耗，使得許多新的電池供電應(yīng)用成為可能。例如，遠(yuǎn)程布置的“智能農(nóng)業(yè)”土壤濕度傳感器可以提供無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)，幫助農(nóng)民提高產(chǎn)量，使其農(nóng)場(chǎng)更加環(huán)保。在龐大的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施中，無(wú)線(xiàn)傳感器定期發(fā)送溫度測(cè)量值，幫助倉(cāng)庫(kù)操作員確保環(huán)境溫度與倉(cāng)儲(chǔ)貨物的需求相匹配。盡管這些創(chuàng)新很有價(jià)值，但它們的一個(gè)主要缺陷是電池電量。在偏遠(yuǎn)地區(qū)安裝傳感器時(shí)，通常沒(méi)有可用的固定電源，而固定電源的安裝成本又過(guò)高。這篇博客將探討物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行如何損害電池容量，并介紹Nexperia開(kāi)發(fā)的突破性IC，該產(chǎn)品可以延長(zhǎng)電池壽命，從而大大降低更換電池的頻率。

脈沖操作會(huì)拉低電池電壓

溫度、壓力和濕度等環(huán)境變量的變化通常非常緩慢，因此不需要頻繁測(cè)量，也許幾小時(shí)才測(cè)量一次。同樣，許多監(jiān)控?cái)z像機(jī)僅在檢測(cè)到監(jiān)控地點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)才需要捕捉和傳輸視頻信號(hào)。因此，這些設(shè)備在工作時(shí)大部分時(shí)間都處于待機(jī)或睡眠模式，只有在記錄和傳輸讀數(shù)或視頻流時(shí)才會(huì)定期喚醒。長(zhǎng)時(shí)間處于睡眠模式有助于節(jié)省電能（耗電量?jī)H為幾微安培），并且僅需使用鋰原鈕扣電池（如CR2032）或亞硫酰氯鋰電池（如LS14250）便能工作數(shù)年。非充電式鋰原電池的能量密度高，保質(zhì)期長(zhǎng)。

對(duì)于鋰原電池來(lái)說(shuō)，睡眠模式不是問(wèn)題。然而，當(dāng)設(shè)備的微控制器、傳感器和無(wú)線(xiàn)射頻（LoRa、Wi-Fi、Zigbee）都完全通電時(shí)，偶爾發(fā)生的周期性短脈沖活動(dòng)（脈沖模式）會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。這些脈沖僅持續(xù)幾毫秒，卻要消耗10到100毫安電流，大大增加了紐扣電池的負(fù)荷。紐扣電池制造商是根據(jù)相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)電流（＜1-3 mA）來(lái)計(jì)算產(chǎn)品壽命的。長(zhǎng)時(shí)間處于這種短暫的大電流脈沖模式會(huì)損害電池的整體容量（使用壽命），同時(shí)高負(fù)荷時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓顯著下降，有可能使其電壓過(guò)低，無(wú)法為應(yīng)用供電。

智能電池增強(qiáng)器IC可保持電壓水平恒定

Nexperia的NBM7100A/B和NBM5100A/B是開(kāi)創(chuàng)性的新型電池管理IC，可將典型鈕扣式鋰電池的壽命延長(zhǎng)10倍，同時(shí)將脈沖負(fù)載的峰值輸出電流提高25倍。這些IC包含兩個(gè)高效DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)和一個(gè)智能學(xué)習(xí)算法。第一個(gè)轉(zhuǎn)換階段以較低速率將電池的能量轉(zhuǎn)移到電容儲(chǔ)能組件。第二個(gè)階段利用之前存儲(chǔ)的能量實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的高脈沖（最高200 mA）電流輸出，可編程調(diào)節(jié)范圍為1.8 V到3.6 V。智能學(xué)習(xí)算法則負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)在重復(fù)負(fù)載脈沖周期中使用的能量，并不斷優(yōu)化第一階段的DC-DC轉(zhuǎn)換，盡可能減少儲(chǔ)能電容中的過(guò)多電荷。在未執(zhí)行能量轉(zhuǎn)換周期（即待機(jī)狀態(tài)）時(shí)，這些器件消耗的能量低至50 nA。如需NBM7100A/B和NBM5100A/B產(chǎn)品規(guī)格書(shū)、樣片測(cè)試、采購(gòu)、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。

當(dāng)電池接近壽命終點(diǎn)時(shí)，電壓會(huì)變低，電池化學(xué)恢復(fù)時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，此時(shí)欠壓保護(hù)功能會(huì)抑制儲(chǔ)能電容的充電循環(huán)。當(dāng)電池電量低至無(wú)法支持工作時(shí)，“低電量”指示器將會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出警告。上位機(jī)可通過(guò)串行接口進(jìn)行配置和控制：“A”版本為I2C，“B”版本為SPI。除了電流負(fù)載，極端溫度也會(huì)對(duì)電池性能和使用壽命產(chǎn)生不利影響。NBM器件的工作溫度范圍很寬（-40℃至85℃），因此同樣適用于環(huán)境條件難以預(yù)測(cè)的室內(nèi)應(yīng)用和惡劣的室外工業(yè)應(yīng)用。

增加環(huán)境效益

延長(zhǎng)工作壽命不僅有助于減少低功耗物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和其他便攜式應(yīng)用（如鑰匙扣）中的廢舊電池?cái)?shù)量，還使得過(guò)去只能由AA-類(lèi)或AAA-類(lèi)電池提供動(dòng)力的應(yīng)用有望改用紐扣電池。NBM5100A/B和NBM7100A/B采用新穎的兩階段能量管理方法、智能學(xué)習(xí)算法和低待機(jī)電流，有助于延長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的電池壽命，同時(shí)降低與電池更換相關(guān)的維護(hù)成本。

結(jié)論

Nexperia的NBM7100A/B和NBM5100A/B智能電池增強(qiáng)器IC為解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命問(wèn)題提供了創(chuàng)新的解決方案。通過(guò)優(yōu)化電池管理和脈沖負(fù)載處理，這些IC不僅延長(zhǎng)了電池壽命，還提高了設(shè)備的可靠性和環(huán)境友好性，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及和發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。