汽車和車隊采用車輛跟蹤系統(tǒng)的比例正在上升。現(xiàn)代跟蹤器的外形尺寸已經縮小，功能已經增強，支持主動傳輸數(shù)據(jù)以進行實時跟蹤。此外還需要備份能力和較低電壓來為系統(tǒng)GPRS芯片組供電。

背景知識

車輛跟蹤系統(tǒng)非常適合監(jiān)控單輛車或整個車隊。跟蹤系統(tǒng)由自動跟蹤硬件和數(shù)據(jù)采集軟件（如果需要的話，還有數(shù)據(jù)傳輸）組成。2015年全球車隊管理市場規(guī)模為80億美元，預計到2022年將超過220億美元，從2016年至2023年的年均復合增長率超過20%（資料來源：Global Market Insights）。拉丁美洲、中東和非洲等地區(qū)對商用車的需求不斷增長，這也是一個潛在的增長機會。在歐洲和北美等發(fā)達地區(qū)，物聯(lián)網(IoT)技術在車輛中的集成預計將提升車輛跟蹤系統(tǒng)的采用率，盡管集成的高成本減緩了這一進程。此外，亞太地區(qū)車輛跟蹤市場規(guī)模在預測期內預計會大幅增長，日本、印度和中國是主要推動國家。這些新興市場潛力巨大，主要是因為它們有大量商用車。

主動與被動跟蹤器

主動和被動跟蹤器收集數(shù)據(jù)的方式相同，而且同樣精確。這兩種類型的主要區(qū)別與時間相關。主動式跟蹤器也被稱為實時跟蹤器，因為它們通過衛(wèi)星或蜂窩網絡傳輸數(shù)據(jù)，可即時指示車輛所在位置。這樣，電腦屏幕就可以實時顯示其運動。這使得主動跟蹤成為有意提高送貨效率并監(jiān)控員工駕駛情況的企業(yè)的最佳選擇。主動式跟蹤器還有地理圍欄功能（可以把此特性想像為強制領域），當車輛進入或離開預定位置時提供警報 。此類系統(tǒng)還有助于防止偷竊，幫助找回被盜車輛。當然，主動式GPS跟蹤設備比被動式更昂貴，并且需要支付每月服務費。

另一方面，被動式跟蹤器成本更低，體積更小，更容易隱藏。缺點是數(shù)據(jù)存儲有限。信息存儲在設備上，而不是將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程位置。要查看其中的任何信息，必須從車輛上取下跟蹤器并插入計算機中。此類系統(tǒng)適用于為工作目的而記錄里程的人員，或有意減少車輛濫用的企業(yè)。此外，它們也經常被選用來監(jiān)視人的行為（想想偵探工作）。如果不需要立即反饋，并且有定期檢查設備數(shù)據(jù)的規(guī)劃，那么被動跟蹤器是一個不錯的選擇。

這兩類跟蹤器本質上都很便攜，并且具有相對較小的外形尺寸。因此，它們需要電池供電，而且要求具有備份能力，以便在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。由于較高的汽車系統(tǒng)電壓和電流需要用于對電池進行充電（通常是單節(jié)鋰離子電池），相比于線性電池充電IC，開關模式充電器的充電效率更高，而功率損耗產生的熱量更少，因此是更好的選擇。一般來說，嵌入式汽車應用的輸入電壓高達30 V，有的甚至更高。在這些GPS跟蹤系統(tǒng)中，理想的充電器是12 V至單節(jié)鋰離子電池（典型值為3.7 V），具有附加保護措施以承受更高輸入電壓（電池失控出現(xiàn)電壓瞬變時），并有某種備份能力。

電池充電IC的設計問題

傳統(tǒng)線性拓撲電池充電器常常因其緊湊的尺寸、簡單性和不高的成本而受到重視。然而，傳統(tǒng)線性充電器有如下缺點：輸入和電池電壓范圍有限，相對電流消耗較高，功耗（發(fā)熱）過大，充電終止算法有限，相對效率較低。另一方面，開關模式電池充電器因其拓撲結構、靈活性，多化學充電、高充電效率（產生的熱量極低，支持快速充電）、寬工作電壓范圍而受歡迎。當然，弊端總是存在的。開關充電器的一些缺點包括：成本相對較高，基于電感的設計更為復雜，可能會產生噪聲，解決方案尺寸較大。由于上述優(yōu)點，現(xiàn)代鉛酸、無線電源、能量收集、太陽能充電、遠程傳感器和嵌入式汽車應用主要使用開關模式充電器。

傳統(tǒng)上，跟蹤器的備用電源管理系統(tǒng)由多個IC、高壓降壓調節(jié)器、電池充電器及分立元件組成，并非真正緊湊的解決方案。因此，早期跟蹤系統(tǒng)在外形上并不是非常緊湊。跟蹤系統(tǒng)的典型應用是使用汽車電池和單節(jié)鋰離子電池進行存儲和電源備份。

那么，跟蹤系統(tǒng)為什么需要更高集成度的電源管理解決方案？主要原因是跟蹤器本身的尺寸需要縮小，這個市場奉行越小越好。此外還需要安全地給電池充電，保護IC免受電壓瞬變的影響，需要進行電源系統(tǒng)備份以防系統(tǒng)電源消失或失效，并且需要為通用分組無線服務(GPRS)芯片組提供相對較低的電源電壓（約4.45 V）。 備用電源管理器

為實現(xiàn)上述目標，集成備用電源管理器和充電器解決方案需要具備以下特性：

● 高效率的同步降壓拓撲結構

●寬輸入電壓范圍以適應各種輸入電源，并具有針對高壓瞬變的保護

●適當?shù)碾姵爻潆婋妷阂灾С諫PRS 芯片組

●帶有板載充電終止功能的簡單自主操作（無需微控制器）

●PowerPath 控制，發(fā)生電源故障事件時可以在輸入電源與備用電源之間無縫切換；如果發(fā)生輸入短路，它還需要提供反向阻斷

●當輸入不存在或發(fā)生故障時，通過備用電池為系統(tǒng)負載供電

● 由于空間限制，解決方案的尺寸和厚度應很小

●采用先進封裝以提高散熱性能和空間效率

為了滿足這些具體需求，ADI公司最近推出了一款完整的備用鋰離子電池管理系統(tǒng)LTC4091，它在主電源長時間失效期間可讓3.45 V 至4.45 V供電軌保持活動狀態(tài)。LTC4091采用具有自適應輸出控制能力的36 V單片式降壓轉換器為系統(tǒng)負載供電，并通過降壓器輸出實現(xiàn)高效率電池充電。當外部電源可用時，該器件可提供高達2.5 A的總輸出電流，以及為單節(jié)4.1 V或4.2 V鋰離子電池提供高達1.5 A的充電電流。如果主輸入電源發(fā)生故障，無法再為負載供電，LTC4091將通過內部二極管從備用鋰離子電池為系統(tǒng)輸出負載提供高達4 A的電流；如果使用外部二極管晶體管，LTC4091可提供不受限（相對而言）的電流。為保護敏感的后端負載，最大輸出負載電壓為4.45 V。在電源發(fā)生故障期間，器件的PowerPath控制可在輸入電源與備用電源之間無縫切換，并在輸入短路時實現(xiàn)反向阻斷。LTC4091的典型應用包括車隊和資產跟蹤、汽車GPS數(shù)據(jù)記錄器和遠程信息處理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、通信及工業(yè)備份系統(tǒng)。

LTC4091內置60 V絕對最大輸入過壓保護，可令IC不受高輸入電壓瞬變影響。LTC4091的電池充電器提供兩個引腳可選的針對備用鋰離子電池應用進行優(yōu)化的充電電壓：標準4.2 V電壓和可選4.1 V電壓，后者通過縮短電池運行時間來增加充電/放電循環(huán)次數(shù)。其他特性包括：軟啟動和頻率折返以控制啟動和過載期間的輸出電流，涓流充電，自動再充電，低電量預充電，充電定時終止，熱調節(jié)，以及針對有溫度要求的充電的熱敏電阻引腳。

LTC4091采用薄型(0.75 mm) 22引腳3 mm×6 mm DFN封裝，襯底有金屬焊盤，散熱性能出色。該器件的工作溫度范圍為-40°C至+125°C。圖1顯示了其典型應用原理圖。

圖1. LTC4091典型應用原理圖。

熱調節(jié)保護

為防止IC或周邊器件受到熱損傷，內部熱反饋環(huán)路會在芯片溫度升至約105°C時自動降低編程設置的充電電流。熱調節(jié)保護LTC4091免受高功率運行或高環(huán)境溫度條件引起的過溫影響，并允許用戶提升給定電路板設計的功率處理能力極限，而不會損壞LTC4091或外部器件。熱調節(jié)環(huán)路的好處是充電電流可根據(jù)實際情況設置，而不是根據(jù)最壞情況設置，電池充電器在最壞情況下保證會自動降低電流。

汽車冷啟動運行過程

汽車應用中電源電壓會出現(xiàn)大幅下降，例如在冷啟動過程中，這會導致高壓開關穩(wěn)壓器失去調節(jié)能力，使得VC電壓過高，進而導致VIN恢復時輸出過沖非常大。為防止從冷啟動事件恢復時發(fā)生過沖，必須通過RUN/SS引腳復位LTC4091的軟啟動電路。下面的圖2顯示了一個簡單的電路示例，它會自動檢測掉電情況并復位RUN/SS引腳，重新啟用軟啟動特性以防止輸出過沖造成損壞。

圖2. 冷啟動穿越電路。

結論

汽車和車隊采用車輛跟蹤系統(tǒng)的比例正在上升?，F(xiàn)代跟蹤器的外形尺寸已經縮小，功能已經增強，支持主動傳輸數(shù)據(jù)以進行實時跟蹤。此外還需要備份能力和較低電壓來為系統(tǒng)GPRS芯片組供電。ADI公司的LTC4091是一款高電壓、大電流降壓電池充電器和PowerPath備用電源管理器，具有熱調節(jié)和其他全面的保護功能，為車輛跟蹤應用提供單芯片、緊湊、強大且靈活的解決方案，從而使設計人員的任務更簡單、更輕松。