車輛跟蹤系統是監控單輛汽車或整個車隊的理想選擇。跟蹤系統由用于數據收集（以及數據傳輸，如果需要）的自動跟蹤硬件和軟件組成。2015年全球車隊管理市場規模為80億美元，到2022年超過220億美元，2016年至2023年的復合年增長率超過20%。拉丁美洲、中東和非洲等地區對商用車的需求不斷增長，這也代表著潛在的增長機會。在歐洲和北美等較發達地區，物聯網（IoT）技術在車輛中的集成預計將提高車輛跟蹤系統的采用率，盡管高昂的集成成本減緩了這一進展。此外，亞太地區的車輛跟蹤市場規模預計將在預測期內大幅增長，日本、印度和中國是主要驅動國家。這些新興市場具有巨大的潛力，主要是因為它們有許多商用車。

主動跟蹤器與被動跟蹤器

主動和被動跟蹤器以相同的方式收集數據，并且同樣準確。這兩種類型之間的主要區別在于時間。主動跟蹤器也稱為實時跟蹤器，因為它們通過衛星或蜂窩網絡傳輸數據，從而立即指示車輛的位置。這樣，計算機屏幕可以實時顯示這種運動。這使得主動跟蹤成為有興趣提高交付效率和監控員工在現場駕駛的企業的最佳選擇。主動跟蹤器還具有地理圍欄功能（將此功能視為力場），在車輛進入或離開預定位置時提供警報（來源：RMT Corporation）。這些類型的系統還可以幫助防止盜竊并幫助找回被盜車輛。當然，主動GPS跟蹤設備比被動GPS跟蹤設備更昂貴，并且需要每月支付服務費。

另一方面，被動跟蹤器成本更低，更小，更容易隱藏。它們的缺點是它們的數據存儲有限。它們將信息存儲在設備上，而不是將數據傳輸到遠程位置。跟蹤器必須從車輛上取下并插入計算機才能查看其任何信息。這些系統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。此外，它們也經常被選中來監視人們的行為（想想偵探工作）。如果不需要即時反饋并且有計劃定期檢查設備數據，則被動跟蹤器是一個不錯的選擇。

這兩種類型的跟蹤器本質上都是便攜式的，并且外形相對較小。因此，需要電池供電，也需要備份功能，以便在斷電時保存數據。由于為電池（通常是單節鋰離子電池）充電所需的汽車系統電壓和電流更高，因此與線性電池充電IC相比，開關模式充電器具有更高的充電效率，因為產生的功耗形式的熱量更少。一般來說，嵌入式汽車應用的輸入電壓高達30 V，有些甚至更高。在這些GPS跟蹤系統中，充電器具有典型的12 V至單節鋰離子電池（典型值為3.7 V），具有對更高輸入電壓的額外保護（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的設計問題

傳統的線性拓撲電池充電器通常因其緊湊的尺寸、簡單性和適中的成本而受到重視。然而，傳統線性充電器的缺點包括輸入和電池電壓范圍有限、相對電流消耗較高、功耗（發熱）過多、充電終止算法有限以及相對效率較低。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（可最大限度地減少熱量以實現快速充電時間）以及寬工作電壓范圍而成為熱門選擇。當然，權衡總是存在的。開關充電器的一些缺點包括成本相對較高、基于電感器的設計更為復雜、潛在的噪聲產生和更大的尺寸解決方案。現代鉛酸、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由開關模式充電器供電，原因如前所述。

傳統上，跟蹤器的電池備用電源管理系統由多個IC、高壓降壓穩壓器和電池充電器以及所有分立元件組成;不完全是一個緊湊的解決方案。因此，早期的跟蹤系統在外形上不是很緊湊。跟蹤系統的典型應用使用汽車電池和 1 節鋰離子電池進行存儲和備份。

那么，為什么跟蹤系統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;在這個市場上越小越好。此外，還需要為電池安全充電并保護IC免受電壓瞬變的影響，需要在系統電源斷電或發生故障時進行系統備份，以及為~4.45 V的通用分組無線電服務（GPRS）芯片組相對較低的電源軌電壓供電。

電源備份管理器

解決上述目標的集成電源備份管理器和充電器解決方案需要以下屬性：

同步降壓拓撲結構，實現高效率

寬輸入電壓范圍，以適應各種輸入電源，并具有高壓瞬變保護

適當的電池充電電壓以支持 GPRS 芯片組

簡單自主的操作，具有板載充電終止功能（無需微控制器）

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縫切換;如果發生短路輸入，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生故障時為系統負載供電

由于空間限制，解決方案尺寸小且扁平

先進的封裝，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，適用于3.45 V至4.45 V電源軌，在長時間主電源故障期間必須保持活動狀態。LTC4091采用具有自適應輸出控制的36 V單芯片降壓轉換器，為系統負載供電，并從降壓輸出實現高效率電池充電。當外部電源可用時，該器件可為單節 4.1 V 或 4.2 V 鋰離子電池提供高達 2.5 A 的總輸出電流和高達 1.5 A 的充電電流。如果主輸入源發生故障且無法再為負載供電，LTC4091通過內部二極管從備用鋰離子電池向系統輸出負載提供高達4 A的電流，如果使用外部二極管晶體管，則提供相對無限的電流。為了保護敏感的下游負載，最大輸出負載電壓為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現無縫切換，并在輸入短路時實現反向阻斷。LTC4091 的典型應用包括車隊和資產跟蹤、汽車 GPS 數據記錄器和遠程信息處理系統、安全系統、通信和工業備份系統。

LTC4091具有60 V絕對最大輸入過壓保護功能，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引腳可選的充電電壓，針對鋰離子電池備份應用進行了優化：標準4.2 V和4.1 V選項，后者以電池運行時間為代價，延長充電/放電循環壽命。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，以及涓流充電、自動再充電、低電池預充電、充電定時器終止、熱調節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顯示了其典型應用原理圖。

圖1.LTC4091典型應用原理圖。

熱調節保護

為防止對IC或周圍元件造成熱損壞，如果管芯溫度上升至約105°C，內部熱反饋環路會自動降低編程充電電流。 熱調節可保護 LTC4091 免受高功率操作或高環境溫度條件導致的過熱影響，并允許用戶利用給定的電路板設計突破功率處理能力的極限，而不會有損壞 LTC4091 或外部組件的風險。熱調節環路的好處是可以根據實際情況設置充電電流，而不是最壞情況，并保證電池充電器在最壞情況下會自動降低電流。

汽車冷啟動穿越

汽車應用會遇到電源電壓大幅下降，例如在冷啟動事件期間，這可能導致高壓開關穩壓器失去穩壓，從而導致電壓過高C電壓以及因此在V時輸出過沖在恢復。為防止從冷啟動事件中恢復時過沖，有必要通過 RUN/SS 引腳復位 LTC4091 的軟起動電路。下面的圖2顯示了一個簡單的電路示例，該電路自動檢測掉電條件并復位RUN/SS引腳，重新啟用軟啟動功能并防止損壞輸出過沖。

圖2.冷啟動穿越電路。

結論

汽車和車隊車輛跟蹤系統的采用率正在上升。現代跟蹤器的外形尺寸已經縮小，功能已經發展到包括用于實時跟蹤的主動數據傳輸。此外，還需要備份功能和更低的電壓來為系統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，具有熱調節和其他廣泛的保護功能，包括一個單芯片、緊湊、強大且靈活的解決方案，適用于車輛跟蹤應用，從而使設計人員的任務更簡單、更容易。

審核編輯：郭婷