“Plan B”，指原計(jì)劃擱置后的備用計(jì)劃，后來(lái)喻指凡事都留有退路。這句話套用在對(duì)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(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)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(dòng)駕駛汽車、共享汽車都是車輛跟蹤系統(tǒng)的忠實(shí)“粉絲”，獨(dú)特的汽車跟蹤系統(tǒng)其供電系統(tǒng)必須提供“Plan B”

獨(dú)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(duì)于單個(gè)車輛以及整個(gè)車隊(duì)的監(jiān)控都是非常合適的。據(jù)資料顯示2015年全球車隊(duì)管理市場(chǎng)規(guī)模為80億美元，預(yù)計(jì)到2022年將超過(guò)220億美元，從2016年至2023年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)20%。拉丁美洲、中東和非洲等地區(qū)對(duì)商用車的需求不斷增長(zhǎng)。在歐洲和北美等發(fā)達(dá)地區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在車輛中的集成預(yù)計(jì)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(diǎn)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(duì)電池進(jìn)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(duì)電流消耗較高、功耗(發(fā)熱)過(guò)大、以及充電終止算法有限和相對(duì)效率較低，開(kāi)關(guān)模式電池充電器因其拓?fù)浣Y(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(kāi)關(guān)充電器也有其弊端：成本相對(duì)較高，基于電感的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，可能會(huì)產(chǎn)生噪聲，解決方案尺寸較大。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式汽車應(yīng)用的輸入電壓高達(dá)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(hù)措施以承受更高輸入電壓(電池失控出現(xiàn)電壓瞬變時(shí))，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?yàn)楦櫰鞅旧淼某叽缧枰s小，這個(gè)市場(chǎng)奉行越小越好。此外還需要安全地給電池充電，保護(hù)IC免受電壓瞬變的影響，需要進(jìn)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(wú)線服務(wù)(GPRS)芯片組提供相對(duì)較低的電源電壓(約4.45 V)。

備用電池管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)范式

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，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?fù)浣Y(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(duì)高壓瞬變的保護(hù);適當(dāng)?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(jiǎn)單自主操作(無(wú)需微控制器);PowerPath 控制，發(fā)生電源故障事件時(shí)可以在輸入電源與備用電源之間無(wú)縫切換;如果發(fā)生輸入短路，它還需要提供反向阻斷;當(dāng)輸入不存在或發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)備用電池為系統(tǒng)負(fù)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(jìn)封裝以提高散熱性能和空間效率。

針對(duì)跟蹤器的尺寸以及傳統(tǒng)充電器弊端的問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間失效期間可讓3.45 V 至4.45 V供電軌保持活動(dòng)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(fù)載供電，并通過(guò)降壓器輸出實(shí)現(xiàn)高效率電池充電。當(dāng)外部電源可用時(shí)，該器件可提供高達(dá)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(dá)1.5 A的充電電流。如果主輸入電源發(fā)生故障，無(wú)法再為負(fù)載供電，LTC4091將通過(guò)內(nèi)部二極管從備用鋰離子電池為系統(tǒng)輸出負(fù)載提供高達(dá)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(hù)敏感的后端負(fù)載，最大輸出負(fù)載電壓為4.45 V。

從常規(guī)問(wèn)題著手，實(shí)現(xiàn)更全面的保護(hù)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(huì)在芯片溫度升至約105°C時(shí)自動(dòng)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(shí)際情況設(shè)置，電池充電器在最壞情況下保證會(huì)自動(dòng)降低電流。熱調(diào)節(jié)保護(hù)LTC4091免受高功率運(yùn)行或高環(huán)境溫度條件引起的過(guò)溫影響，并允許用戶提升給定電路板設(shè)計(jì)的功率處理能力極限，而不會(huì)損壞LTC4091或外部器件。

夜間啟動(dòng)車輛，在發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)瞬間，大家都能夠明顯感覺(jué)到車輛內(nèi)部燈暗一下，然后又變亮。這是因?yàn)樵诶鋯?dòng)過(guò)程中，汽車應(yīng)用的電源電壓會(huì)出現(xiàn)大幅下降。這導(dǎo)致高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器失去調(diào)節(jié)能力，使得VC電壓過(guò)高，進(jìn)而導(dǎo)致VIN恢復(fù)時(shí)輸出過(guò)沖非常大。為防止從冷啟動(dòng)事件恢復(fù)時(shí)發(fā)生過(guò)沖，必須通過(guò)RUN/SS引腳復(fù)位LTC4091的軟啟動(dòng)電路。上圖顯示了冷啟動(dòng)穿越電路示例，它會(huì)自動(dòng)檢測(cè)掉電情況并復(fù)位RUN/SS引腳，重新啟用軟啟動(dòng)特性以防止輸出過(guò)沖造成損壞。

結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的世界里，電子系統(tǒng)穩(wěn)定電源保障是越來(lái)越常見(jiàn)的需求，系統(tǒng)電源的任何故障，無(wú)論是瞬時(shí)、以秒計(jì)還是以分鐘計(jì)的故障都必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以考慮。例如當(dāng)今有許多應(yīng)急和備用系統(tǒng)用來(lái)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(yùn)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(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、通信及工業(yè)備份系統(tǒng)。