Světlo, vibrace i vlny. S PMIC Nexperia to bude jasné

Integrované obvody PMIC, sloužící v systémech sběru energie z okolního prostředí k nedílnému řízení napájení, mívají řadu funkcí, a to včetně ochrany baterie, lineárního stabilizátoru, volitelného nabíjení přes USB či rozhraní I²C.

Přesto jim ale může stále něco chybět. Ne, tohle opravdu není nedostatek. Bez externích indukčností se totiž rádi obejdeme.

Větší QFN, jiná výbava

Firma Nexperia vstoupila do letošního roku se dvěma novinkami [1] – ucelenými prvky řady NEH71x0, zde konkrétně s označením NEH7100BU a také NEH7110BU. Oproti dříve dostupnému řešení v podobě vůbec prvních struktur PMIC NEH2000BY svého druhu (v roce 2023 jsme na stránkách časopisu představili v [2]) nám v pouzdrech typu QFN vzrostl sice počet vývodů z původních šestnácti nově až na dvacet osm, takže si na každé straně musíte nyní připočítat i další milimetr, což ale výměnou za pokročilejší přístup i nové možnosti čipu rádi „zkousneme“. Rozhodně ale nechceme tolerovat jinak nehospodárné zacházení s místem na desce. Daly by se problematické indukčnosti opět vypustit a nahradit kondenzátory?

Výrobce rád souhlasí a ve výsledku tak dává, alespoň dle svého vyjádření, vzniknout „novému standardu dlouhodobě udržitelného řešení pro nízkopříkonové aplikace“. Rodina obvodů se proto může oproti jiným alespoň rychle vymezit. Kompaktní novinky ve vyhotovení 4 x 4 mm pak coby QFN28 skvěle zapadnou do dálkových ovladačů – nejen pro televizory, nositelných zařízení, průmyslových čidel, systémů pro monitorování okolního prostředí nebo i sledování pohybu zboží, spotřební elektroniky, klávesnic, myší, sluchátek, visaček, majáků (beacon), bezdrátových zařízení internetu věcí a neztratí se ani při sledování tlaku v pneumatikách. Možností je spousta, konkrétní řešení dvě.

Na změnu je půl vteřiny

Smysl nových obvodů PMIC od firmy Nexperia spočívá ve vytvoření uceleného řešení pro sběr energie a následné napájení. Vývojáři tak mohou s výhodou dále prodlužovat výdrž baterie, dobíjet je, vsadit rovněž na superkondenzátory nebo se v určitých případech baterií zbavit úplně. Stačí jen uvážit vlastnosti na začátku celého procesu, tzv. „cold start“, pokud jde o minimální vstupní napětí 270 mV (typ.) a stejně tak i vstupní výkony přinejmenším 12 mikrowattů, platné znovu pro V_IN = 270 mV. Součástky zde přitom počítají s výkonovým rozsahem svého vstupu až do 100 mW, takže u rodiny NEH71x0 připadají v úvahu rozmanité zdroje energie, čerpané z okolního prostředí – tradičně tedy světlo s různými fotovoltaickými články pro vnitřní nebo i venkovní nasazení, pohyb či vibrace, teplotní rozdíly (gradient) nebo i vysokofrekvenční vlny z pozice elektromagnetických prostředků. Vyžadovány však mohou být podpůrné vnější součástky. K samotné konverzi pak dochází s účinností až 95 %.

Výrobce slibuje přímo v rámci čipu adaptivní algoritmus MPPT (maximum power point tracking) sloužící ke sledování bodu maximálního výkonu, kdy optimalizujeme vytěženou energii a počítáme přitom se zpracováním dvakrát za vteřinu, takže lze garantovat i mimořádnou citlivost vůči měnícím se, a často i nestabilním, podmínkám. Samozřejmostí jsou rovněž přítomné ochrany baterie či prvků pro ukládání energie – přepěťová ochrana, detekce nízkého napětí nebo též ošetření nadproudů. Zjednodušit celý návrh, a zkrátit u toho i rozpisku součástek, dále pomůže lineární stabilizátor LDO s konfigurovatelným výstupem, společně s USB nabíjením (až 200 mA). A pokud by vám nestačilo definovat vlastnosti, pokud jde o různé úrovně napětí či proudu, cestou logických úrovní na pětici vývodů HC0 až HC4, tzv, „hard-code“, můžete se v případě verze NEH7100BU spolehnout i na přítomné rozhraní I²C.

Odkazy:

[1]

https://www.nexperia.com/about/news-events/press-releases/Nexperia-enhances-Energy-Harvesting-portfolio-with-innovative-PMIC-reducing-BOM-cost

[2]

https://www.dps-az.cz/clanky/id:95240/energie-se-sbira-i-o-rozsiruji-a-dokumentace-stava-dynamickou