车辆跟踪系统：随时随地

车辆跟踪系统是监控单辆汽车或整个车队的理想选择。跟踪系统由用于数据收集（以及数据传输，如果需要）的自动跟踪硬件和软件组成。2015年全球车队管理市场规模为80亿美元，到2022年超过220亿美元，2016年至2023年的复合年增长率超过20%。拉丁美洲、中东和非洲等地区对商用车的需求不断增长，这也代表着潜在的增长机会。在欧洲和北美等较发达地区，物联网（IoT）技术在车辆中的集成预计将提高车辆跟踪系统的采用率，尽管高昂的集成成本减缓了这一进展。此外，亚太地区的车辆跟踪市场规模预计将在预测期内大幅增长，日本、印度和中国是主要驱动国家。这些新兴市场具有巨大的潜力，主要是因为它们有许多商用车。

主动跟踪器与被动跟踪器

主动和被动跟踪器以相同的方式收集数据，并且同样准确。这两种类型之间的主要区别在于时间。主动跟踪器也称为实时跟踪器，因为它们通过卫星或蜂窝网络传输数据，从而立即指示车辆的位置。这样，计算机屏幕可以实时显示这种运动。这使得主动跟踪成为有兴趣提高交付效率和监控员工在现场驾驶的企业的最佳选择。主动跟踪器还具有地理围栏功能（将此功能视为力场），在车辆进入或离开预定位置时提供警报（来源：RMT Corporation）。这些类型的系统还可以帮助防止盗窃并帮助找回被盗车辆。当然，主动GPS跟踪设备比被动GPS跟踪设备更昂贵，并且需要每月支付服务费。

另一方面，被动跟踪器成本更低，更小，更容易隐藏。它们的缺点是它们的数据存储有限。它们将信息存储在设备上，而不是将数据传输到远程位置。跟踪器必须从车辆上取下并插入计算机才能查看其任何信息。这些系统适用于出于工作目的跟踪里程的人，或有兴趣减少车辆滥用的企业。此外，它们也经常被选中来监视人们的行为（想想侦探工作）。如果不需要即时反馈并且有计划定期检查设备数据，则被动跟踪器是一个不错的选择。

这两种类型的跟踪器本质上都是便携式的，并且外形相对较小。因此，需要电池供电，也需要备份功能，以便在断电时保存数据。由于为电池（通常是单节锂离子电池）充电所需的汽车系统电压和电流更高，因此与线性电池充电IC相比，开关模式充电器具有更高的充电效率，因为产生的功耗形式的热量更少。一般来说，嵌入式汽车应用的输入电压高达30 V，有些甚至更高。在这些GPS跟踪系统中，充电器具有典型的12 V至单节锂离子电池（典型值为3.7 V），具有对更高输入电压的额外保护（在电池偏移引起的电压瞬变的情况下），加上某种备份功能将是理想的。

电池充电IC的设计问题

传统的线性拓扑电池充电器通常因其紧凑的尺寸、简单性和适中的成本而受到重视。然而，传统线性充电器的缺点包括输入和电池电压范围有限、相对电流消耗较高、功耗（发热）过多、充电终止算法有限以及相对效率较低。另一方面，开关模式电池充电器因其拓扑结构、灵活性、多化学充电、高充电效率（可最大限度地减少热量以实现快速充电时间）以及宽工作电压范围而成为热门选择。当然，权衡总是存在的。开关充电器的一些缺点包括成本相对较高、基于电感器的设计更为复杂、潜在的噪声产生和更大的尺寸解决方案。现代铅酸、无线电源、能量收集、太阳能充电、远程传感器和嵌入式汽车应用主要由开关模式充电器供电，原因如前所述。

传统上，跟踪器的电池备用电源管理系统由多个IC、高压降压稳压器和电池充电器以及所有分立元件组成;不完全是一个紧凑的解决方案。因此，早期的跟踪系统在外形上不是很紧凑。跟踪系统的典型应用使用汽车电池和 1 节锂离子电池进行存储和备份。

那么，为什么跟踪系统需要集成度更高的电源管理解决方案呢？首先，需要减小跟踪器本身的尺寸;在这个市场上越小越好。此外，还需要为电池安全充电并保护IC免受电压瞬变的影响，需要在系统电源断电或发生故障时进行系统备份，以及为~4.45 V的通用分组无线电服务（GPRS）芯片组相对较低的电源轨电压供电。

电源备份管理器

解决上述目标的集成电源备份管理器和充电器解决方案需要以下属性：

同步降压拓扑结构，实现高效率

宽输入电压范围，以适应各种输入电源，并具有高压瞬变保护

适当的电池充电电压以支持 GPRS 芯片组

简单自主的操作，具有板载充电终止功能（无需微控制器）

PowerPath 控制可在电源故障事件期间在输入电源和备用电源之间无缝切换;如果发生短路输入，它还需要提供反向阻塞

电池备份功能，可在输入不存在或发生故障时为系统负载供电

由于空间限制，解决方案尺寸小且扁平

先进的封装，可提高热性能和空间效率

为了满足这些特定需求，ADI公司最近推出了LTC4091，这是一款完整的锂离子电池备份管理系统，适用于3.45 V至4.45 V电源轨，在长时间主电源故障期间必须保持活动状态。LTC4091采用具有自适应输出控制的36 V单芯片降压转换器，为系统负载供电，并从降压输出实现高效率电池充电。当外部电源可用时，该器件可为单节 4.1 V 或 4.2 V 锂离子电池提供高达 2.5 A 的总输出电流和高达 1.5 A 的充电电流。如果主输入源发生故障且无法再为负载供电，LTC4091通过内部二极管从备用锂离子电池向系统输出负载提供高达4 A的电流，如果使用外部二极管晶体管，则提供相对无限的电流。为了保护敏感的下游负载，最大输出负载电压为4.45 V。该器件的 PowerPath 控制可在电源故障事件期间在输入电源和备用电源之间实现无缝切换，并在输入短路时实现反向阻断。LTC4091 的典型应用包括车队和资产跟踪、汽车 GPS 数据记录器和远程信息处理系统、安全系统、通信和工业备份系统。

LTC4091具有60 V绝对最大输入过压保护功能，使IC不受高输入电压瞬变的影响。LTC4091的电池充电器提供两个引脚可选的充电电压，针对锂离子电池备份应用进行了优化：标准4.2 V和4.1 V选项，后者以电池运行时间为代价，延长充电/放电循环寿命。其他特性包括软启动和频率折返，以控制启动和过载期间的输出电流，以及涓流充电、自动再充电、低电池预充电、充电定时器终止、热调节和用于温度合格充电的热敏电阻引脚。

LTC4091采用扁平（0.75 mm）22引脚3 mm×6 mm DFN封装，背面金属焊盘具有出色的热性能。该器件的工作温度范围为 –40°C 至 +125°C。 图1显示了其典型应用原理图。

图1.LTC4091典型应用原理图。

热调节保护

为防止对IC或周围元件造成热损坏，如果管芯温度上升至约105°C，内部热反馈环路会自动降低编程充电电流。 热调节可保护 LTC4091 免受高功率操作或高环境温度条件导致的过热影响，并允许用户利用给定的电路板设计突破功率处理能力的极限，而不会有损坏 LTC4091 或外部组件的风险。热调节环路的好处是可以根据实际情况设置充电电流，而不是最坏情况，并保证电池充电器在最坏情况下会自动降低电流。

汽车冷启动穿越

汽车应用会遇到电源电压大幅下降，例如在冷启动事件期间，这可能导致高压开关稳压器失去稳压，从而导致电压过高C电压以及因此在V时输出过冲在恢复。为防止从冷启动事件中恢复时过冲，有必要通过 RUN/SS 引脚复位 LTC4091 的软起动电路。下面的图2显示了一个简单的电路示例，该电路自动检测掉电条件并复位RUN/SS引脚，重新启用软启动功能并防止损坏输出过冲。

图2.冷启动穿越电路。

结论

汽车和车队车辆跟踪系统的采用率正在上升。现代跟踪器的外形尺寸已经缩小，功能已经发展到包括用于实时跟踪的主动数据传输。此外，还需要备份功能和更低的电压来为系统GPRS芯片组供电。ADI公司的LTC4091是一款高电压、高电流降压电池充电器和PowerPath备份管理器，具有热调节和其他广泛的保护功能，包括一个单芯片、紧凑、强大且灵活的解决方案，适用于车辆跟踪应用，从而使设计人员的任务更简单、更容易。

审核编辑：郭婷