电子跟踪器（E-Tracker）参考设计：带线性充电器的汽车跟踪器
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/span>
- 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 至 36V |
| 输出电压范围 | 3.3V 至 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.
图10: 效率与负载电流关系图-降压变换器
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.
3.3 EMC 测量
VIN = 13.5V, VOUT = 4.2V, L = 8.2µH, COUT = 30µF, fSW = 454kHz, TA = 25°C.
150kHz 至 108MHz
图33: CISPR25 等级5传导发射
150kHz 至 30MHz
图34: CISPR25 等级5 辐射发射
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