車輛跟蹤系統(tǒng)：隨時(shí)隨地

車輛跟蹤系統(tǒng)是監(jiān)控單輛汽車或整個(gè)車隊(duì)的理想選擇。跟蹤系統(tǒng)由用于數(shù)據(jù)收集（以及數(shù)據(jù)傳輸，如果需要）的自動(dòng)跟蹤硬件和軟件組成。2015年全球車隊(duì)管理市場(chǎng)規(guī)模為80億美元，到2022年超過(guò)220億美元，2016年至2023年的復(fù)合年增長(zhǎng)率超過(guò)20%。拉丁美洲、中東和非洲等地區(qū)對(duì)商用車的需求不斷增長(zhǎng)，這也代表著潛在的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。在歐洲和北美等較發(fā)達(dá)地區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)在車輛中的集成預(yù)計(jì)將提高車輛跟蹤系統(tǒng)的采用率，盡管高昂的集成成本減緩了這一進(jìn)展。此外，亞太地區(qū)的車輛跟蹤市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在預(yù)測(cè)期內(nèi)大幅增長(zhǎng)，日本、印度和中國(guó)是主要驅(qū)動(dòng)國(guó)家。這些新興市場(chǎng)具有巨大的潛力，主要是因?yàn)樗鼈冇性S多商用車。

主動(dòng)跟蹤器與被動(dòng)跟蹤器

主動(dòng)和被動(dòng)跟蹤器以相同的方式收集數(shù)據(jù)，并且同樣準(zhǔn)確。這兩種類型之間的主要區(qū)別在于時(shí)間。主動(dòng)跟蹤器也稱為實(shí)時(shí)跟蹤器，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)衛(wèi)星或蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，從而立即指示車輛的位置。這樣，計(jì)算機(jī)屏幕可以實(shí)時(shí)顯示這種運(yùn)動(dòng)。這使得主動(dòng)跟蹤成為有興趣提高交付效率和監(jiān)控員工在現(xiàn)場(chǎng)駕駛的企業(yè)的最佳選擇。主動(dòng)跟蹤器還具有地理圍欄功能（將此功能視為力場(chǎng)），在車輛進(jìn)入或離開預(yù)定位置時(shí)提供警報(bào)（來(lái)源：RMT Corporation）。這些類型的系統(tǒng)還可以幫助防止盜竊并幫助找回被盜車輛。當(dāng)然，主動(dòng)GPS跟蹤設(shè)備比被動(dòng)GPS跟蹤設(shè)備更昂貴，并且需要每月支付服務(wù)費(fèi)。

另一方面，被動(dòng)跟蹤器成本更低，更小，更容易隱藏。它們的缺點(diǎn)是它們的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有限。它們將信息存儲(chǔ)在設(shè)備上，而不是將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程位置。跟蹤器必須從車輛上取下并插入計(jì)算機(jī)才能查看其任何信息。這些系統(tǒng)適用于出于工作目的跟蹤里程的人，或有興趣減少車輛濫用的企業(yè)。此外，它們也經(jīng)常被選中來(lái)監(jiān)視人們的行為（想想偵探工作）。如果不需要即時(shí)反饋并且有計(jì)劃定期檢查設(shè)備數(shù)據(jù)，則被動(dòng)跟蹤器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

這兩種類型的跟蹤器本質(zhì)上都是便攜式的，并且外形相對(duì)較小。因此，需要電池供電，也需要備份功能，以便在斷電時(shí)保存數(shù)據(jù)。由于為電池（通常是單節(jié)鋰離子電池）充電所需的汽車系統(tǒng)電壓和電流更高，因此與線性電池充電IC相比，開關(guān)模式充電器具有更高的充電效率，因?yàn)楫a(chǎn)生的功耗形式的熱量更少。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式汽車應(yīng)用的輸入電壓高達(dá)30 V，有些甚至更高。在這些GPS跟蹤系統(tǒng)中，充電器具有典型的12 V至單節(jié)鋰離子電池（典型值為3.7 V），具有對(duì)更高輸入電壓的額外保護(hù)（在電池偏移引起的電壓瞬變的情況下），加上某種備份功能將是理想的。

電池充電IC的設(shè)計(jì)問題

傳統(tǒng)的線性拓?fù)潆姵爻潆娖魍ǔＲ蚱渚o湊的尺寸、簡(jiǎn)單性和適中的成本而受到重視。然而，傳統(tǒng)線性充電器的缺點(diǎn)包括輸入和電池電壓范圍有限、相對(duì)電流消耗較高、功耗（發(fā)熱）過(guò)多、充電終止算法有限以及相對(duì)效率較低。另一方面，開關(guān)模式電池充電器因其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、靈活性、多化學(xué)充電、高充電效率（可最大限度地減少熱量以實(shí)現(xiàn)快速充電時(shí)間）以及寬工作電壓范圍而成為熱門選擇。當(dāng)然，權(quán)衡總是存在的。開關(guān)充電器的一些缺點(diǎn)包括成本相對(duì)較高、基于電感器的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜、潛在的噪聲產(chǎn)生和更大的尺寸解決方案。現(xiàn)代鉛酸、無(wú)線電源、能量收集、太陽(yáng)能充電、遠(yuǎn)程傳感器和嵌入式汽車應(yīng)用主要由開關(guān)模式充電器供電，原因如前所述。

傳統(tǒng)上，跟蹤器的電池備用電源管理系統(tǒng)由多個(gè)IC、高壓降壓穩(wěn)壓器和電池充電器以及所有分立元件組成;不完全是一個(gè)緊湊的解決方案。因此，早期的跟蹤系統(tǒng)在外形上不是很緊湊。跟蹤系統(tǒng)的典型應(yīng)用使用汽車電池和 1 節(jié)鋰離子電池進(jìn)行存儲(chǔ)和備份。

那么，為什么跟蹤系統(tǒng)需要集成度更高的電源管理解決方案呢？首先，需要減小跟蹤器本身的尺寸;在這個(gè)市場(chǎng)上越小越好。此外，還需要為電池安全充電并保護(hù)IC免受電壓瞬變的影響，需要在系統(tǒng)電源斷電或發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)備份，以及為~4.45 V的通用分組無(wú)線電服務(wù)（GPRS）芯片組相對(duì)較低的電源軌電壓供電。

電源備份管理器

解決上述目標(biāo)的集成電源備份管理器和充電器解決方案需要以下屬性：

同步降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效率

寬輸入電壓范圍，以適應(yīng)各種輸入電源，并具有高壓瞬變保護(hù)

適當(dāng)?shù)碾姵爻潆婋妷阂灾С?GPRS 芯片組

簡(jiǎn)單自主的操作，具有板載充電終止功能（無(wú)需微控制器）

PowerPath 控制可在電源故障事件期間在輸入電源和備用電源之間無(wú)縫切換;如果發(fā)生短路輸入，它還需要提供反向阻塞

電池備份功能，可在輸入不存在或發(fā)生故障時(shí)為系統(tǒng)負(fù)載供電

由于空間限制，解決方案尺寸小且扁平

先進(jìn)的封裝，可提高熱性能和空間效率

為了滿足這些特定需求，ADI公司最近推出了LTC4091，這是一款完整的鋰離子電池備份管理系統(tǒng)，適用于3.45 V至4.45 V電源軌，在長(zhǎng)時(shí)間主電源故障期間必須保持活動(dòng)狀態(tài)。LTC4091采用具有自適應(yīng)輸出控制的36 V單芯片降壓轉(zhuǎn)換器，為系統(tǒng)負(fù)載供電，并從降壓輸出實(shí)現(xiàn)高效率電池充電。當(dāng)外部電源可用時(shí)，該器件可為單節(jié) 4.1 V 或 4.2 V 鋰離子電池提供高達(dá) 2.5 A 的總輸出電流和高達(dá) 1.5 A 的充電電流。如果主輸入源發(fā)生故障且無(wú)法再為負(fù)載供電，LTC4091通過(guò)內(nèi)部二極管從備用鋰離子電池向系統(tǒng)輸出負(fù)載提供高達(dá)4 A的電流，如果使用外部二極管晶體管，則提供相對(duì)無(wú)限的電流。為了保護(hù)敏感的下游負(fù)載，最大輸出負(fù)載電壓為4.45 V。該器件的 PowerPath 控制可在電源故障事件期間在輸入電源和備用電源之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，并在輸入短路時(shí)實(shí)現(xiàn)反向阻斷。LTC4091 的典型應(yīng)用包括車隊(duì)和資產(chǎn)跟蹤、汽車 GPS 數(shù)據(jù)記錄器和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、通信和工業(yè)備份系統(tǒng)。

LTC4091具有60 V絕對(duì)最大輸入過(guò)壓保護(hù)功能，使IC不受高輸入電壓瞬變的影響。LTC4091的電池充電器提供兩個(gè)引腳可選的充電電壓，針對(duì)鋰離子電池備份應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化：標(biāo)準(zhǔn)4.2 V和4.1 V選項(xiàng)，后者以電池運(yùn)行時(shí)間為代價(jià)，延長(zhǎng)充電/放電循環(huán)壽命。其他特性包括軟啟動(dòng)和頻率折返，以控制啟動(dòng)和過(guò)載期間的輸出電流，以及涓流充電、自動(dòng)再充電、低電池預(yù)充電、充電定時(shí)器終止、熱調(diào)節(jié)和用于溫度合格充電的熱敏電阻引腳。

LTC4091采用扁平（0.75 mm）22引腳3 mm×6 mm DFN封裝，背面金屬焊盤具有出色的熱性能。該器件的工作溫度范圍為 –40°C 至 +125°C。 圖1顯示了其典型應(yīng)用原理圖。

圖1.LTC4091典型應(yīng)用原理圖。

熱調(diào)節(jié)保護(hù)

為防止對(duì)IC或周圍元件造成熱損壞，如果管芯溫度上升至約105°C，內(nèi)部熱反饋環(huán)路會(huì)自動(dòng)降低編程充電電流。 熱調(diào)節(jié)可保護(hù) LTC4091 免受高功率操作或高環(huán)境溫度條件導(dǎo)致的過(guò)熱影響，并允許用戶利用給定的電路板設(shè)計(jì)突破功率處理能力的極限，而不會(huì)有損壞 LTC4091 或外部組件的風(fēng)險(xiǎn)。熱調(diào)節(jié)環(huán)路的好處是可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置充電電流，而不是最壞情況，并保證電池充電器在最壞情況下會(huì)自動(dòng)降低電流。

汽車?yán)鋯?dòng)穿越

汽車應(yīng)用會(huì)遇到電源電壓大幅下降，例如在冷啟動(dòng)事件期間，這可能導(dǎo)致高壓開關(guān)穩(wěn)壓器失去穩(wěn)壓，從而導(dǎo)致電壓過(guò)高C電壓以及因此在V時(shí)輸出過(guò)沖在恢復(fù)。為防止從冷啟動(dòng)事件中恢復(fù)時(shí)過(guò)沖，有必要通過(guò) RUN/SS 引腳復(fù)位 LTC4091 的軟起動(dòng)電路。下面的圖2顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的電路示例，該電路自動(dòng)檢測(cè)掉電條件并復(fù)位RUN/SS引腳，重新啟用軟啟動(dòng)功能并防止損壞輸出過(guò)沖。

圖2.冷啟動(dòng)穿越電路。

結(jié)論

汽車和車隊(duì)車輛跟蹤系統(tǒng)的采用率正在上升?，F(xiàn)代跟蹤器的外形尺寸已經(jīng)縮小，功能已經(jīng)發(fā)展到包括用于實(shí)時(shí)跟蹤的主動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸。此外，還需要備份功能和更低的電壓來(lái)為系統(tǒng)GPRS芯片組供電。ADI公司的LTC4091是一款高電壓、高電流降壓電池充電器和PowerPath備份管理器，具有熱調(diào)節(jié)和其他廣泛的保護(hù)功能，包括一個(gè)單芯片、緊湊、強(qiáng)大且靈活的解決方案，適用于車輛跟蹤應(yīng)用，從而使設(shè)計(jì)人員的任務(wù)更簡(jiǎn)單、更容易。

審核編輯：郭婷