电子跟踪器(E-Tracker)参考设计:带线性充电器的汽车跟踪器

参考设计

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1.1 描述

车辆位置跟踪是一种逐渐普及的汽车应用, 它可以实现不同类型的车辆位置跟踪,具有多种用途,如运输货车控制或防盗等。然而,这项功能的电子设计现在面临两个挑战。首先,系统必须在汽车电池关闭后仍能够跟踪车辆位置;其次,与接收站建立通信的GSM模块必须遵从严格的工作输入电压范围。

在汽车电池关闭时仍能保持通讯是第一个设计挑战。本参考设计中提供的解决方案包含一个外部锂离子电池组,它可以在汽车电池关闭时为GSM模块供电;另外还包含一个用于保持电池电量的电池充电器。当汽车电池提供12V电压时,电池充电器和GSM模块通过汽车电池供电,而外部电池进入充电模式;当汽车电池连接断开之后,则由外部电池组为GSM模块供电。

第二个挑战是在调节电池充电器和GSM模块输入电压的同时考虑其规格。通常,GSM模块的工作输入电压范围在3.4V至4.2V之间,而电池充电器的电压范围在4.05V至6.05V之间。这意味着需要通过降压变换器将输入电压从12V(汽车电池)降至4.2V。另一方面,还需要保护GSM模块免受负载瞬变的影响。因此,需要添加一个二极管以将降压输出的电压降至4V以下。

本参考设计可以帮助工程师设计一个简单的功率级,用于可跟踪不同车辆位置的通用电子跟踪器。

1.2 特性

  • 4.2V至36V宽工作输入电压范围
  • 3A连续输出电流
  • 350kHz至2.5MHz可调降压开关频率
  • 二阶EMI滤波器
  • 反极性保护
  • 全自动充电器
  • 30mA至1A可调充电电流

1.3 应用

  • 汽车跟踪
  • 互联网连接
  • 2G通信(电话、短信和彩信)
  • 远程信息处理服务

图1: MPS E-Tracker参考设计电路板

参考设计

2.1 功能框图

图2: 功能框图

该设计包含五个主要模块。首先,通过一个降压变换器将汽车电池提供的12V电源电压降至稳定的4.2V。输入电压最高为36V(基于所选的降压变换器规格),但通过修改可以实现更高的输入电压,而无需对PCB设计做重大改动。另外,设计还包含了一个锂离子电池充电器,用来维持外部电池组的电量。而VIN检测电路可以检测汽车电池的状态,并激活锂离子电池组供电。最后,通过EMI滤波器和电池反极性保护功能来保护电路来实现最优的工作。

2.2 相关解决方案

该参考设计基于以下MPS解决方案:

MPS IC 描述
MPQ4433 具有宽输入电压范围和最高3A输出电流的同步降压变换器
MP26029 具有热调节功能的锂离子/锂聚合物电池充电器IC

表 1: MPS解决方案

2.3 系统规格

参数 规格
输入电压范围 4.2V to 36V
输出电压范围 3.3V to 4.1V
额定负载 4V/80mA
最大峰值输出电流(1) 3000mA
开关频率 450kHz (在额定条件下)
板尺寸 100mmx100mmx2mm
变换器效率 (VIN = 12V) 94%
4V输出纹波 31.25mV
负载瞬态(2A至80mA) 270mV
充电电流范围 30mA至1A (设置为110mA)
电池电压 3.6V至4.2V (设置为4.2V)
VIN 静态电流 (ILOAD = 0A) 700µA
锂离子电池静态电流 45µA
关断电流(关断MPQ4433) 2µA

表2: 系统规格

测试结果

3.1 效率与调整率

VOUT = 4.2V, L = 8.2µH, fSW = 454kHz, TA = 25°C.

3.1

图10: 效率与负载电流关系图-降压变换器


11

图11: 效率与负载电流关系图-无电池系统

3.2 时域波形

VIN = 12V, VOUT = 4.2V, L = 8.2µH, fSW = 454kHz, TA = 25°C.

3.2 1

3.2 2

3.3 EMC 测量

VIN = 13.5V, VOUT = 4.2V, L = 8.2µH, COUT = 30µF, fSW = 454kHz, TA = 25°C.

150kHz 至 108MHz

33

图33: CISPR25 等级5传导发射

150kHz 至 30MHz

34

图34: CISPR25 等级5 辐射发射