隨著物聯網 (IoT) 技術減少外形尺寸和功耗，許多新的電池供電應用已成為可能。 例如，遠程“智能農業”土壤濕度傳感器的無線讀數正在幫助農民提高產量，并使他們的農場更加環保。 在龐大的存儲設施中，無線傳感器定期發送溫度測量值，幫助倉庫操作員保持適合所存儲貨物類型的操作條件。 雖然這些創新很有價值，但支持其運行的功能也是其最大的缺點——電池電量。 如果沒有它，就不可能在地理上偏遠的位置定位傳感器，因為通常沒有替代的固定電源可用，而且安裝一個電源的成本將高得令人望而卻步。我們將展示物聯網設備操作如何損害電池容量，然后介紹 Nexperia 開發的用于延長電池壽命的開創性 IC，從而減少更換電池的頻率。

脈沖操作會降低電池電壓

溫度、壓力和濕度等環境變量通常變化非常緩慢，因此不需要經常測量——也許只需每隔幾個小時測量一次。 類似地，許多安全攝像機僅在檢測到所監視位置的移動時才需要捕獲和傳輸視頻信號。 因此，這些設備的大部分工作時間都處于待機或睡眠模式，僅定期喚醒以記錄和傳輸讀數或視頻流。 此外，長時間處于睡眠模式有助于節省電量（僅消耗幾微安），并且它們可以使用鋰一次紐扣電池（如 CR2032）或鋰亞硫酰氯（如 LS14250）運行數年。 不可充電鋰原電池具有高能量密度和長保質期。

對于鋰原電池來說，睡眠模式不是問題。 然而，當設備的微控制器、傳感器和無線電（LoRa、Wi-Fi、Zigbee）全部通電時，偶爾出現的周期性短突發活動（脈沖模式）會出現問題。 這些突發僅持續幾毫秒，消耗數十至數百毫安的電流，對紐扣電池造成極大的壓力。 紐扣電池制造商以相對較低的標準電流消耗 (<1-3 mA) 評價這些產品的使用壽命。 在這種短暫的高電流脈沖模式下長時間使用會損害電池的整體容量（壽命），同時會導致重負載期間電壓顯著下降，可能導致電壓對于其供電的應用來說太低。

智能電池升壓IC保持恒定電壓水平

Nexperia 的 NBM7100A/B 和 NBM5100A/B 是革命性的新型電池管理 IC，可將典型鋰紐扣電池的使用壽命延長一個數量級 (10 倍)，同時將脈沖負載可用的峰值輸出電流提高多達 25 倍。 這些 IC 包含兩個高效 DC/DC 轉換級和一個智能學習算法。 第一轉換級以低速率將能量從電池傳輸到電容存儲元件。 第二級利用存儲的能量提供穩定的（可編程范圍為 1.8V 至 3.6V）高脈沖（高達 200mA）電流輸出。 智能學習算法監控重復負載脈沖周期期間使用的能量，并優化第一級 DC-DC 轉換，以最大限度地減少存儲電容器中的殘余電荷。 當不執行能量轉換周期（待機狀態）時，這些器件的功耗低于 50 nA。

當電池接近使用壽命時電壓較低并且電池的化學恢復時間較長時，欠壓保護會抑制存儲電容器的充電周期。 當電池達到其功能終點時，“低電量”指示器會向系統發出警報。 包含一個串行接口，用于由系統微控制器進行配置和控制：“A”版本中為 I2C，“B”版本中為 SPI。 除了電流負載外，極端溫度也會對電池性能和壽命產生不利影響。 NBM 器件可在較寬的工作溫度范圍（-40 °C 至 85 °C）下運行，使其同樣適用于環境條件不可預測的室內和惡劣的室外工業應用。 NBM5100A/B 和 NBM7100A/B 具有新穎的兩級能源管理方法、智能學習算法和低待機電流，有助于延長無線物聯網應用中的電池壽命，同時降低與電池更換相關的維護成本。