車輛跟蹤系統(tǒng)非常適合監(jiān)視一輛汽車或整個(gè)車隊(duì)。跟蹤系統(tǒng)由自動(dòng)跟蹤硬件和用于收集數(shù)據(jù) (如果需要的話，還有數(shù)據(jù)傳輸) 的軟件組成。2015 年，全球車隊(duì)管理市場(chǎng)的規(guī)模為 80 億美元，預(yù)計(jì)到 2022 年將超過(guò) 220 億美元，從 2016 年到 2023 年，年復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò) 20% (數(shù)據(jù)來(lái)源：Global Market Insights)。拉美、中東和非洲對(duì)商用車輛的需求在上升，這對(duì)車輛跟蹤系統(tǒng)而言也是一種潛在的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。在歐洲、北美等發(fā)達(dá)地區(qū)，預(yù)計(jì)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)與車輛的集成會(huì)促使車輛跟蹤系統(tǒng)采用率的提高，盡管集成的高成本減緩了這一過(guò)程。此外，預(yù)計(jì)同一時(shí)期亞洲車輛跟蹤市場(chǎng)的規(guī)模將顯著增長(zhǎng)，日本、印度和中國(guó)是起主要驅(qū)動(dòng)作用的國(guó)家。這些新興市場(chǎng)之所以潛力巨大，主要是因?yàn)樯逃密囕v眾多。同一時(shí)期，在拉美、中東和非洲，由于不同國(guó)家車輛采用率的上升，車輛跟蹤市場(chǎng)預(yù)計(jì)也會(huì)有適度增長(zhǎng) (數(shù)據(jù)來(lái)源：Global Market Insights)。

　　主動(dòng)跟蹤器與被動(dòng)跟蹤器

　　主動(dòng)跟蹤器和被動(dòng)跟蹤器收集數(shù)據(jù)的方式相同，也同樣準(zhǔn)確。這兩種類型跟蹤器的主要區(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)發(fā)送數(shù)據(jù)，即時(shí)指示車輛位置。電腦屏幕可以實(shí)時(shí)顯示車輛的移動(dòng)。因此，如果企業(yè)希望提高運(yùn)送效率并了解員工現(xiàn)場(chǎng)駕駛情況，那么主動(dòng)跟蹤是最佳選擇。主動(dòng)式跟蹤器還具備一種 “地理圍欄” 能力 (把這種功能想象為類似 “力場(chǎng)”)，其可在汽車進(jìn)入或離開(kāi)某個(gè)預(yù)定位置時(shí)提供警示信號(hào) (信息來(lái)源：RMT 公司)。另外，此類系統(tǒng)還能幫助防止車輛失竊或追回被盜車輛。當(dāng)然，主動(dòng)GPS跟蹤設(shè)備比被動(dòng)跟蹤設(shè)備貴，而且需要按月支付服務(wù)費(fèi)。

　　另一方面，被動(dòng)跟蹤器價(jià)格較低，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量受限，不過(guò)它們更小，更易于隱藏。被動(dòng)跟蹤器在設(shè)備上存儲(chǔ)信息，而不是向一個(gè)遠(yuǎn)程地點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。這種跟蹤器必須從車輛上拿下來(lái)，連到電腦上，才能查看其中存儲(chǔ)的信息。這類系統(tǒng)適合出于工作目的跟蹤里程的人，也適合希望減少車輛濫用的企業(yè)。另外，被動(dòng)跟蹤器也常常用來(lái)監(jiān)察人員的行動(dòng) (可以想象成偵探工作)。如果不需要即刻反饋，而是定期檢查設(shè)備數(shù)據(jù)，那么被動(dòng)跟蹤器是個(gè)很好的選擇。

　　無(wú)論哪一種類型的跟蹤器，本質(zhì)上都是便攜式的，外形尺寸相對(duì)較小。因此需要電池電源，也需要備份功能以在萬(wàn)一斷電時(shí)保存數(shù)據(jù)。由于給電池 (通常是單節(jié)鋰離子電池) 充電需要較高的汽車系統(tǒng)電壓和較大的電流，所以開(kāi)關(guān)模式充電器是可取的，因?yàn)榕c線性電池充電 IC 相比，開(kāi)關(guān)模式充電器充電效率較高，以功耗形式產(chǎn)生的熱量較少。大體上，嵌入式汽車應(yīng)用的輸入電壓可能高達(dá) 30V，有些甚至更高。在這些 GPS 跟蹤定位系統(tǒng)中，一個(gè)充電器和常見(jiàn)的 12V 至單節(jié)鋰離子電池 (典型值為 3.7V)、針對(duì)高得多的輸入電壓 (在發(fā)生源于電池漂移之電壓瞬變的場(chǎng)合) 的附加保護(hù)、以及某種類型的備份能力將是理想的配置。

　　電池充電 IC 的設(shè)計(jì)問(wèn)題

　　傳統(tǒng)的線性拓?fù)潆姵爻潆娖魍蚱渚o湊的占板面積、簡(jiǎn)單性和適中的成本而受到重視。不過(guò)，傳統(tǒng)線性充電器有一些缺點(diǎn)，包括輸入和電池電壓范圍受限、電流消耗相對(duì)較大、功耗過(guò)大 (產(chǎn)生熱量)、充電終止算法受限以及效率相對(duì)較低。另一方面，開(kāi)關(guān)模式電池充電器是很受歡迎的選擇，因?yàn)檫@類充電器具備拓?fù)潇`活性，可對(duì)多種化學(xué)組成的電池充電，充電效率高，因此最大限度減少了熱量，可實(shí)現(xiàn)快速充電，另外還有很寬的工作電壓范圍。當(dāng)然，權(quán)衡總是存在的。開(kāi)關(guān)充電器的缺點(diǎn)包括：成本相對(duì)較高、基于電感器的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜、可能產(chǎn)生噪聲以及解決方案占板面積較大。由于以上提及的開(kāi)關(guān)充電器的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)代鉛酸電池、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)用大多用開(kāi)關(guān)模式充電器供電。

　　傳統(tǒng)上，跟蹤器中面向電池的備份電源管理系統(tǒng)由多個(gè) IC 組成，包括一個(gè)高壓降壓型穩(wěn)壓器和一個(gè)電池充電器，還有所有分立式組件，這決不是一種緊湊的解決方案。因此，早期跟蹤系統(tǒng)的外形尺寸不是很緊湊。典型的跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用使用汽車電池和單節(jié)鋰離子電池支持存儲(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，必需減小跟蹤器自身的尺寸;在這個(gè)市場(chǎng)里，尺寸是越小越好。此外，還要求對(duì)電池進(jìn)行安全的充電和為 IC 提供針對(duì)電壓瞬變的保護(hù)、需要擁有系統(tǒng)備份能力以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)電源消失或發(fā)生故障的情況、以及為通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) (GPRS) 芯片組相對(duì)較低的電源軌電壓(~4.45V) 供電。

　　電源備份管理器

　　一個(gè)滿足前述要求、集成了電源備份管理器和充電器的解決方案需要具備以下特點(diǎn)：

　　? 同步降壓型拓?fù)湟詫?shí)現(xiàn)高效率

　　? 很寬的輸入電壓范圍，以適合各種輸入電源，還要針對(duì)高壓瞬態(tài)提供保護(hù)

　　? 適當(dāng)?shù)碾姵爻潆婋妷阂灾С?GPRS 芯片組

　　? 通過(guò)內(nèi)置充電終止 (無(wú)需微處理器) 簡(jiǎn)便和自主地運(yùn)行

　　? PowerPath? 控制 —— 發(fā)生電源故障時(shí)，在輸入電源和備份電源之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。如果發(fā)生輸入短路，這項(xiàng)控制功能還需要提供反向隔離

　　? 提供備份電池，當(dāng)輸入消失或出故障時(shí)為系統(tǒng)負(fù)載供電

　　? 由于空間限制，需要提供占板面積很小的扁平解決方案

　　? 先進(jìn)的封裝以改善熱性能和空間利用率

　　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)，適合在主電源長(zhǎng)時(shí)間故障時(shí)必須保持運(yùn)行的 3.45V 至 4.45V 電源軌。LTC4091 采用一個(gè) 36V 單片降壓型轉(zhuǎn)換器，具自適應(yīng)輸出控制，以從降壓型轉(zhuǎn)換器輸出給系統(tǒng)負(fù)載供電，并支持高效率電池充電。當(dāng)外部電源可用時(shí)，該器件可提供高達(dá) 2.5A 的總輸出電流，并可為單節(jié) 4.1V 或 4.2V 鋰離子電池提供高達(dá) 1.5A 的充電電流。如果主輸入源出故障，不能再給負(fù)載供電，LTC4091 就通過(guò)一個(gè)內(nèi)部理想二極管，從備份鋰離子電池向系統(tǒng)輸出負(fù)載提供高達(dá) 4A 的電流，如果使用一個(gè)外部理想二極管晶體管，就可提供相對(duì)不受限制的電流。為了保護(hù)敏感的下游負(fù)載，最大輸出負(fù)載電壓限制為 4.45V。在電源出故障時(shí)，該器件的 PowerPath? 控制在輸入電源和備份電源之間提供無(wú)縫切換，通過(guò)短路輸入支持反向隔離。LTC4091 的典型應(yīng)用包括車隊(duì)和財(cái)產(chǎn)跟蹤、汽車 GPS 數(shù)據(jù)記錄儀和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、以及通信和工業(yè)備份系統(tǒng)。

　　LTC4091 提供 60V 絕對(duì)最大輸入過(guò)壓保護(hù)，因此該 IC 可以抵御很高的輸入電壓瞬態(tài)。LTC4091 的電池充電器提供兩個(gè)為鋰離子電池備份應(yīng)用而優(yōu)化的、引腳可選的充電電壓：標(biāo)準(zhǔn) 4.2V 電壓，以及可權(quán)衡電池運(yùn)行時(shí)間和充電 / 放電周期壽命的 4.1V 可選電壓。其他特點(diǎn)包括在啟動(dòng)和過(guò)載時(shí)控制輸出電流的軟啟動(dòng)和頻率折返以及涓流充電、自動(dòng)充電、低電池電量預(yù)充電、充電定時(shí)器終止、熱量調(diào)節(jié)和一個(gè)用于溫度合格充電的熱敏電阻器引腳。

　　LTC4091 采用扁平 (0.75mm) 22 引腳 3mm x 6mm DFN 封裝，提供背面金屬焊盤以實(shí)現(xiàn)卓越的熱性能。該器件在 –40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。圖 1 顯示了該器件的典型應(yīng)用原理圖。

　　圖 1：LTC4091 的典型應(yīng)用原理圖

　　熱量調(diào)節(jié)保護(hù)

　　為了防止熱量過(guò)高損壞該 IC 或周圍組件，如果芯片溫度上升至約 105°C，內(nèi)部熱量反饋環(huán)路就自動(dòng)降低設(shè)定的充電電流。熱量調(diào)節(jié)防止由于大功率運(yùn)行或環(huán)境溫度太高導(dǎo)致 LTC4091 過(guò)熱，使用戶能夠突破給定電路板設(shè)計(jì)的功率處理能力之極限，而不會(huì)面臨損壞 LTC4091 或外部組件的風(fēng)險(xiǎn)。熱量調(diào)節(jié)環(huán)路的好處是，充電電流可以按照實(shí)際條件而不是最差條件設(shè)定，同時(shí)確保電池充電器會(huì)在最差條件下自動(dòng)降低電流。

　　穿越汽車?yán)滠嚢l(fā)動(dòng)情況

　　汽車應(yīng)用會(huì)經(jīng)歷電源電壓的大幅下降，例如在冷車發(fā)動(dòng)情況下，電源電壓大幅下降可能導(dǎo)致高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器失去調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致過(guò)大的 VC 電壓，并因此在 VIN 恢復(fù)時(shí)導(dǎo)致過(guò)大的輸出過(guò)沖。為了防止從冷車發(fā)動(dòng)情況恢復(fù)時(shí)出現(xiàn)過(guò)沖，有必要通過(guò) RUN/SS 引腳使 LTC4091 的軟啟動(dòng)電路復(fù)位。以下圖 2 示出了一款簡(jiǎn)單電路的實(shí)例，該電路可自動(dòng)檢測(cè)欠壓狀況并使 RUN/SS 引腳復(fù)位，重新接入軟啟動(dòng)功能電路以及防止發(fā)生具有破壞性的輸出過(guò)沖。

　　圖 2：冷車發(fā)動(dòng)穿越電路

　　結(jié)論

　　汽車和車隊(duì)跟蹤系統(tǒng)的采用率正在上升。現(xiàn)代跟蹤器的外形尺寸在減小，功能在增加，包括主動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸功能，以支持實(shí)時(shí)跟蹤。此外，還需要備份功能以及用來(lái)給系統(tǒng)中 GPRS 芯片組供電的較低電壓。ADI 的 Power by Linear? 產(chǎn)品 LTC4091是一款高壓、大電流降壓型電池充電器和 PowerPath 備份管理器，提供熱量調(diào)節(jié)和廣泛的保護(hù)，為車輛跟蹤應(yīng)用提供了一款緊湊、強(qiáng)大和靈活的單芯片解決方案，使設(shè)計(jì)師的任務(wù)更簡(jiǎn)單、更容易了。