NPM2100 针对一次性电池的PMIC评测

前言

众所周知我有一个Nordic原厂的朋友，今天他又给我寄了一个新的开发板让我玩玩看，话不多说直接上图

这是Nordic新出的一款专门针对一次性电池的电源管理IC(PMIC)的开发套装，里面两个板子是各类一次性干电池的座子，有7号干电池，有5号干电池，还有纽扣电池。

这块开发板上，可以看到有一个NRF5340应该是用于控制PMIC芯片用的，而核心的则是中间这个WLCSP封装的NPM2100

 

 

一、NPM2100相关参数预览

去看了一下NPM2100的规格书，可以看到NPM2100的一个整体架构是有一个BOOST可以提供一路1.8V-3.3V 150mA的负载输出，同时还有一路LDO/LoadSwitch可以提供0.8V-3.0V 50mA的负载输出。这个PMIC主打的功能就是电量计，以及可以让一次性干电池在电子设备上工作更长时间。

 

 

1、电量计 

NPM2100还有一个电量计，用于检测电池电量，除此之外还有一些GPIO和I2C，GPIO可以用作普通的输入\输出，控制BOOST和LDO\SW，以及中断。I2C则主要是用于读取电量计数据和写入NPM2100的一些参数，例如输出电压值，工作模式等。

2、船运模式

NPM2100还有低功耗模式：Ship mode，此模式主要适用于产品的仓储和运输期间，进入此模式后BOOST和LDO/SW等功能全部被关断，芯片以38nA的功耗工作，当外部按键按下时，PMIC被激活开始为负载供电。

3、负载模式 

根据负载的不同，BOOST也有四种模式，

 可以在规格书中看到这四种模式的负载能力，High Power mode和Pass through mode可以提供最高150mA的负载

 这四种模式是可以自动切换的，其切换逻辑如下：

 二、开发板测试

简单介绍了一下NPM2100的一些相关参数，现在直接上手测试NPM2100的开发板，正好我手上有一个鼠标刚换下来的电池，鼠标读出来电量是7%，这个电量已经差不多让我手中这个某米的双模鼠标无法工作了。

 

现在改造一下鼠标，在鼠标的电池弹簧上焊两根线，然后用NPM2100的EK来为鼠标供电，再把电池接到NPM2100EK上，相当于在电池和鼠标之间串联了一个NPM2100，看看能不能把这节南孚电池的电量用的更干净，这也是NPM2100主打的一个亮眼功能，即增加干电池的使用寿命。

先用NPM2100读一下这节南孚电池的电量，读出来大概是7.7%，和鼠标上报的电池电量差不多

 

 现在改造一下我手中这个鼠标，焊两根线然后接到NPM2100EK的BOOST输出上，并设置输出电压为1.8V，模式为Low Power Mode

 

 接上去之后再用鼠标的电量上报读一下目前的电量，可以看到鼠标电量回到了100%

 

 

最后就是看看这个电池能用多久了，以及看看最后电池的电量能不能被NPM2100榨干，接下来几天会持续更新测试结果。

 

三、2025年5月7日更新

 昨天忘记测试某米这款鼠标的功耗了，今天用PPK2测一下，目前我用的是私有2.4G的模式，全速工作下这个功耗还是比较高的，大概在8.3mA，待机功耗大概在78uA左右。

 

 

接下来测试一下蓝牙模式的功耗，蓝牙模式下功耗反而更高，平均功耗有10mA，而待机功耗为360uA

 

 这样看下来，某米的这款双模鼠标一定用的不是Nordic的方案，因为蓝牙模式比私有2.4G模式的功耗反而更高，这有点颠覆我的认知。

Anyway，这样我们可以大概算一下理论值，即这节还剩7.7%电量的5号干电池，把它的电量用光，还可以驱动这个鼠标多久。在网上找到南孚5号干电池的容量为1500mAh-2000mAh，这里我们就取一个中间值1750mAh，这节干电池还剩7.7%的电量，理论上这节干电池还有1750mAh×7.7%=134.75mAh的电量可用。

按照我目前用私有2.4G模式下8.3mA的工作功耗来计算，一节南孚的5号干电池93%的电量可以全速工作1750mAh×93%÷8.3mA=196小时，而剩余的电量在用上NPM2100之后，还可以使用134.75mAh÷8.3mA=16h，也就是说用NPM2100理论上增加了16h的全速工作时间，大概增加了8%的时长。

但这个值是理论值，因为鼠标并不是无时无刻都在全速工作的，按照大多数用户的使用习惯，一天8小时的工作时间，在摸鱼、带薪拉屎、低头刷手机、以及上班打字的时候，鼠标都是在待机状态的。我手中这个某米的鼠标大概是半年换一次电池，按照每天工作8小时，每月22个工作日来算，大概是1056小时，也就是说这个鼠标按照我的使用习惯，综合了全速工作和待机功耗下来的平均功耗大概是1750mAh×93%÷1056h=1.54mA。

按照这个平均功耗计算，这个电池剩余的电量还可以用134.75mAh÷1.54mA=87.5h，也就是差不多11天，即两周半左右，

接下来就看电量使用情况了。

 

 四、2025年5月8日更新

经过昨天和今天的高强度上班摸鱼使用，电池电量来到了6.8%

 但是我发现一个现象，当鼠标休眠之后，电池电量会增加，这可能是因为鼠标在工作的时候射频的峰值会拉低电池的电压，这是在我上班之前的时候读到的电池电量和电压，电池电压都在1.0V以上，所以电量甚至回到了10%

但是鼠标工作起来之后，因为射频的工作，导致电压被拉低，这在规格书里面可以看到VBAT、VOUT和L_LOAD的三者的关系，可以看出来当负载电流过大时，VBAT端的电压也会被拉低，但是NPM2100还是起到了一定的作用，用于抑制VBAT电压被拉低。

 这也是NPM2100能延长干电池寿命的原因，因为在高中物理中，我们学习过干电池的物理模型，即干电池实际上是由E和内阻R0组成的，而内阻主要是在外部负载接入电池时产生额外损耗或降低输出功率的电阻。干电池的内阻主要由正极、负极和电解液等因素决定。当外部负载接入时，内阻会导致一定的压降，从而降低了实际输出电压。随着使用时间的增加，干电池内部化学反应逐渐减弱，导致其内阻增大。这也是为什么在使用寿命接近尾声时，干电池输出功率明显下降的原因之一。

所以想要延长干电池的寿命，实际上减缓内阻变大的速度，而要减缓内阻变大的速度实际上就是让电池这端输出压降尽量小一点，而输出压降实际上又由负载的电流决定。

 这一点我们通过上面这个简单的等效电路就可以解释：E=VR+VR0=RI+R0I，所以当I增大时，VR0即压降变大。

 NPM2100延长干电池寿命的思路就是通过抑制电池输出的负载电流I，让其处于较小的值，然后由NPM2100来承担较大的负载，相当于在电池和负载之间串联了一个蓄水池。