“Plan B”，指原計劃擱置后的備用計劃，后來喻指凡事都留有退路。這句話套用在對維系電子系統(tǒng)生命的電源系統(tǒng)上依然可行。在終結(jié)者系列電影中，T800更是屢屢靠著備用電源力挽狂瀾，戰(zhàn)勝最終BOSS。
在如今，隨著萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時代來臨，大大小小的設(shè)備設(shè)施都需要供電系統(tǒng)。比如車輛跟蹤系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，呼聲日益增高的自動駕駛汽車、共享汽車都是車輛跟蹤系統(tǒng)的忠實“粉絲”，獨特的汽車跟蹤系統(tǒng)其供電系統(tǒng)必須提供“Plan B”
獨特的車輛跟蹤系統(tǒng)，不一樣的供電要求
車輛跟蹤系統(tǒng)對于單個車輛以及整個車隊的監(jiān)控都是非常合適的。據(jù)資料顯示2015年全球車隊管理市場規(guī)模為80億美元，預(yù)計到2022年將超過220億美元，從2016年至2023年的年均復(fù)合增長率超過20%。拉丁美洲、中東和非洲等地區(qū)對商用車的需求不斷增長。在歐洲和北美等發(fā)達地區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在車輛中的集成預(yù)計將提升車輛跟蹤系統(tǒng)的采用率。追蹤器都需要有其產(chǎn)品特點就是便攜，小巧。因此它們就只能采用電池供能，并且還必須擁有電源“Plan B”，以便在斷電情況下能保存數(shù)據(jù)。由于較高的汽車系統(tǒng)電壓和電流需要對電池進行充電(通常是單節(jié)鋰離子電池)，傳統(tǒng)線性充電器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、以及充電終止算法有限和相對效率較低，開關(guān)模式電池充電器因其拓撲結(jié)構(gòu)、靈活性，多化學(xué)充電、高充電效率(產(chǎn)生的熱量極低，支持快速充電)、寬工作電壓范圍而受歡迎。
但是開關(guān)充電器也有其弊端：成本相對較高，基于電感的設(shè)計更為復(fù)雜，可能會產(chǎn)生噪聲，解決方案尺寸較大。一般來說，嵌入式汽車應(yīng)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。
跟蹤系統(tǒng)為需要更高集成度的電源管理解決方案，因為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(wù)(GPRS)芯片組提供相對較低的電源電壓(約4.45 V)。
備用電池管理系統(tǒng)的標準范式
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(jié)構(gòu);寬輸入電壓范圍以適應(yīng)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(yīng)很小;采用先進封裝以提高散熱性能和空間效率。
針對跟蹤器的尺寸以及傳統(tǒng)充電器弊端的問題，ADI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(yīng)輸出控制能力的36 V單片式降壓轉(zhuǎn)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(nèi)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。
從常規(guī)問題著手，實現(xiàn)更全面的保護功能
在汽車應(yīng)用中，電源管理IC的熱性能是非常重要的。ADI這款電源管理系統(tǒng)內(nèi)部安裝有熱反饋環(huán)路，會在芯片溫度升至約105°C時自動降低編程設(shè)置的充電電流。熱調(diào)節(jié)環(huán)路的好處是充電電流可根據(jù)實際情況設(shè)置，電池充電器在最壞情況下保證會自動降低電流。熱調(diào)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(shè)計的功率處理能力極限，而不會損壞LTC4091或外部器件。
夜間啟動車輛，在發(fā)動機的啟動瞬間，大家都能夠明顯感覺到車輛內(nèi)部燈暗一下，然后又變亮。這是因為在冷啟動過程中，汽車應(yīng)用的電源電壓會出現(xiàn)大幅下降。這導(dǎo)致高壓開關(guān)穩(wěn)壓器失去調(diào)節(jié)能力，使得VC電壓過高，進而導(dǎo)致VIN恢復(fù)時輸出過沖非常大。為防止從冷啟動事件恢復(fù)時發(fā)生過沖，必須通過RUN/SS引腳復(fù)位LTC4091的軟啟動電路。上圖顯示了冷啟動穿越電路示例，它會自動檢測掉電情況并復(fù)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。
結(jié)語
在當今持續(xù)運轉(zhuǎn)的世界里，電子系統(tǒng)穩(wěn)定電源保障是越來越常見的需求，系統(tǒng)電源的任何故障，無論是瞬時、以秒計還是以分鐘計的故障都必須在設(shè)計過程中加以考慮。例如當今有許多應(yīng)急和備用系統(tǒng)用來為樓宇系統(tǒng)提供備用電源，以保證安保系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備能夠在斷電期間保持運行。本文提及的追蹤器只是LTC4091這種電源Plan B應(yīng)用的冰山一角，其還包括資產(chǎn)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)。
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