0 卖盘信息
BOM询价
您现在的位置: 首页 > 技术方案 >汽车电子 > 如何为车辆资产跟踪设备供电和保护以确保可靠运行

如何为车辆资产跟踪设备供电和保护以确保可靠运行

来源: digikey
2022-09-19
类别:汽车电子
eye 1
文章创建人 杰夫谢泼德

原标题:如何为车辆资产跟踪设备供电和保护以确保可靠运行

  通过在商用车队中实施车辆资产跟踪以确保效率和有效性,可以帮助解决现代物流和供应链挑战。然而,车辆资产跟踪设备的设计人员需要针对坚固性、恶劣的电气环境、高水平的冲击和振动以及宽工作温度范围进行设计。同时,它们仍必须在更小的外形尺寸和更宽的输入电压范围(通常为 4.5 至 60 伏直流电 (dc))中满足不断提高的性能、效率和保护要求。

  考虑到运营条件和资产价值,保护的重要性怎么强调都不为过。它通常必须包括对过流、过压、欠压和反向电压条件的保护,以确保可靠运行并支持高水平的可用性。

  从头开始设计实现这些操作要求所需的电源转换和保护电路可能具有挑战性。虽然这样做可以实现完全优化的设计,但也可能导致上市时间延迟、成本超支和合规问题。相反,设计人员可以转向现成的 DC/DC 转换器电源模块和保护 IC。

  本文回顾了车辆资产跟踪设备的电源要求,并概述了这些设备的典型电源管理和保护架构。然后介绍了设计人员可以在这些应用中使用的Maxim Integrated Products的真实 DC/DC 转换器模块和保护 IC。还提供了相关的评估板和印刷电路板(PC 板)布局指南。

  车辆资产跟踪器电源要求

  车辆电池是跟踪设备的主要电源,在消费车辆中通常为 12 伏直流电,在商用卡车中通常为 24 伏直流电。资产跟踪器作为售后配件出售,预计将包括一个足够大的可充电备用电池,可以使用几天。此外,这些设备需要针对车辆电源总线上的瞬态和故障条件提供保护,它们通常包括降压 DC/DC 转换器和低压差稳压器 (LDO) 的组合来为系统元件供电(图 1) .

  

典型资产跟踪/车队管理设备中的电力系统图


  图 1:典型资产跟踪/车队管理设备中的电源系统包括两个或多个降压 DC/DC 转换器、一个 LDO 和一个保护 IC。(图片来源:美信集成)

  由于它们是作为售后项目安装的,因此资产跟踪设备必须尽可能小以适应可用空间。电源转换组件需要非常高效,以通过相对较小的电池实现更长的设备寿命和更长的备份。由于资产跟踪设备通常位于密封外壳中,因此尽量减少可能对使用寿命和可靠性产生负面影响的内部热量产生非常重要。因此,电力系统必须提供小型化和高效率的最佳组合。虽然 LDO 很紧凑,但它们并不是最有效的选择。

  相反,设计人员可以转向提供高转换效率的同步降压 DC/DC 转换器。例如,72% 的效率是 24V 到 3.3V 同步降压转换的典型值,而 84% 的效率是 24V 到 5V 转换的典型值。使用同步 DC/DC 转换器可降低热耗散,有助于提高可靠性并有机会使用更小的备用电池。挑战在于设计一个紧凑型解决方案,这些解决方案具有这些应用所需的 60 伏直流最大输入额定值。

  同步降压 IC 与集成模块

  为了实现小尺寸和效率的设计目标,设计人员可以选择基于同步 DC/DC 转换器 IC 或集成 DC/DC 转换器模块的解决方案。一个典型的 300 mA 同步降压 IC 解决方案需要一个 2 平方毫米 (mm 2 ) 的 IC、一个大约 4 mm 2的电感器以及几个其他无源元件,总共占用了 29.3 mm 2的 PC 板面积。或者, Maxim Integrated 的Himalaya μSLIC集成同步降压模块提供的解决方案体积缩小 28%,仅占用 21 mm 2的 PC 板面积(图 2)。

  

Maxim Himalaya μSLIC 功率模块解决方案与传统降压转换器实施的示意图


  图 2:与传统的降压转换器实施方案(左)相比,Himalaya μSLIC 电源模块解决方案(右)占用的电路板空间减少了 28%。(图片来源:美信集成)

  走向垂直

  Himalaya μSLIC 电源模块垂直集成电感器和降压转换器 IC,与典型的平面解决方案相比,可显着减少 PC 板空间。μSLIC 模块的额定工作电压高达 60 伏直流输入,工作温度范围为 -40 至 +125°C。即使采用垂直集成,它们在 10 引脚、2.6 x 3 x 1.5 高 mm 封装中仍然是薄型和紧凑型(图 3)。

  

Maxim Himalaya μSLIC 功率模块图片


  图 3:在 Himalaya μSLIC 电源模块中,电感器垂直集成在 IC 上以最小化电路板空间。(图片来源:美信集成)

  MAXM15062 / MAXM15063 / MAXM15064高效同步降压模块包括集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器。它们只需要几个外部组件即可实现完整的高效 DC/DC 解决方案(图 4)。这些模块可提供高达 300 mA 的电流,并在 4.5 至 60 V DC 的输入电压范围内运行。MAXM15064 的输出可调范围为 0.9 至 5 V DC,而 MAXM15062 和 MAXM15063 分别具有 3.3 和 5 V DC 的固定输出。

  

Maxim MAXM15064示意图只需要三个电容


  图 4:MAXM15064 只需三个电容器和两个电阻器即可构成完整的降压转换器解决方案。(图片来源:美信集成)

  这些模块具有峰值电流模式控制架构,具有逐周期限流、固有短路保护和良好瞬态响应等优点。它们具有固定的 4.1 毫秒 (ms) 软启动时间,以减少浪涌电流。设计人员可以借助这些高效的降压转换器模块来简化设计流程、降低制造风险并加快上市时间。

  评估套件展示经过验证的设计

  MAXM15064EVKIT #评估套件提供经过验证的设计来评估 MAXM15064 同步降压模块(图 5)。它被编程为为高达 300 mA 的负载提供 5 伏直流电。它具有可调节的输入欠压锁定、开漏 RESET 信号和可选的脉宽调制 (PWM) 或脉冲频率调制 (PFM) 模式。PFM 模式可用于提供更高的轻负载效率。它符合 CISPR22 (EN55022) B 类传导和辐射发射,在 48 伏直流输入和 200 毫安输出下提供 78.68% 的效率。

  

Maxim MAXM15064EVKIT# 5 伏直流输出评估套件的图片


  图 5:MAXM15064EVKIT# 是用于 MAXM15064 的 5 V DC 输出评估套件,可提供高达 300 mA 的电流。(图片来源:美信集成)

  保护IC

  设计人员可以使用 MAX176xx 可调节过压和过流保护 IC 以及 MAXM1506x 同步降压模块来构建完整的系统解决方案。这些 IC 采用 12 引脚 TDFN-EP 封装,旨在保护系统免受 -65 至 +60 伏的正负输入电压故障的影响。它们有一个内部场效应晶体管 (FET),其典型导通电阻 (R ON ) 仅为 260 毫欧 (mΩ)。输入过压保护范围可编程为 5.5 至 60 伏,而输入欠压保护范围可调节为 4.5 至 59 伏。外部电阻器用于设置输入过压锁定 (OVLO) 和欠压锁定 (UVLO) 阈值。

  电流限制保护可通过一个高达 1 安培 (A) 的电阻器进行编程,以帮助控制对大输出滤波电容器充电时的浪涌电流。限流可以三种模式实现;自动重试、闭锁或连续。SETI 引脚上的电压与瞬时电流成正比,可由模数转换器 (ADC) 读取。这些 IC 的工作温度范围为 -40 至 +125°C,并包括热关断功能以防止温度过高。可选的浪涌抑制器器件可用于预期高输入浪涌电流的应用(图 6)。该系列共有三款 IC:

  MAX17608提供过压、欠压和反向电压保护。

  MAX17609提供过压和欠压保护。

  MAX17610提供反向电压保护。

  

Maxim MAX17608和MAX17609保护IC示意图


  图 6:MAX17608 和 MAX17609 保护 IC 的典型集成,显示了用于高输入浪涌应用的可选浪涌抑制器(左)。(图片来源:美信集成)

  保护 IC 评估套件

  MAX17608EVKIT 、MAX17609EVKIT和MAX17610EVKIT使设计人员能够分别评估MAX17608、MAX17609和MAX17910的性能(图7) 。例如,MAX17608EVKIT 是一块完全组装并经过测试的电路板,用于评估 MAX17608。它的额定电压为 4.5 至 60 伏和 1 A,具有欠压、过压、反向电压保护和正向/反向电流限制。MAX17608EVKIT 可配置为演示可调欠压和过压保护、三种限流模式和各种限流阈值。

  

Maxim MAX17608EVKIT# MAX17608 评估板图片


  图 7:MAX17608EVKIT# 等评估板也可用于 MAX17609 和 MAX17610 保护 IC。(图片来源:美信集成)

  PC 板布局指南

  在布置 MAX1506x 和 MAX176xx 时,应遵循一些基本指南以确保设计成功。例如,对于 MAX1506x:

  输入电容应尽可能靠近 IN 和 GND 引脚。

  输出电容应尽可能靠近 OUT 和 GND 引脚。

  反馈 (FB) 电阻分压器应尽可能靠近 FB 引脚。

  使用较短的电源走线和负载连接。

  对于 MAX176xx:

  使所有走线尽可能短;这最大限度地减少了任何寄生电感并优化了输出短路的开关响应时间。

  输入输出电容距离器件不超过5mm;越近越好。

  IN 和 OUT 引脚必须通过短而宽的走线连接到电源总线。

  建议使用从裸露焊盘到接地层的热过孔来提高热性能,特别是对于连续电流限制模式。

  作为参考,图 8 显示了 MAXM17608 和 MAXM15062 以及它们各自在电源链中的位置。

  

典型资产跟踪设备框图示意图


  图 8:典型的资产跟踪设备框图,显示了 Maxim Integrated 的同步降压转换器和保护 IC 的适用位置。(图片来源:美信集成)

  结论

  如图所示,设计人员可以使用 MAX1506x 高效、同步降压模块和 MAX176xx 保护 IC,为车辆资产跟踪设备实现完整的电源和保护解决方案。在实施过程中遵循核心最佳实践,最终的解决方案可以高效、紧凑和坚固,同时最大限度地减少制造风险和合规问题。


责任编辑:David

【免责声明】

1、本文内容、数据、图表等来源于网络引用或其他公开资料,版权归属原作者、原发表出处。若版权所有方对本文的引用持有异议,请联系拍明(marketing@iczoom.com),本方将及时处理。

2、本文的引用仅供读者交流学习使用,不涉及商业目的。

3、本文内容仅代表作者观点,拍明不对内容的准确性、可靠性或完整性提供明示或暗示的保证。读者阅读本文后做出的决定或行为,是基于自主意愿和独立判断做出的,请读者明确相关结果。

4、如需转载本方拥有版权的文章,请联系拍明(marketing@iczoom.com)注明“转载原因”。未经允许私自转载拍明将保留追究其法律责任的权利。

拍明拥有对此声明的最终解释权。

下一篇: 已是最后一篇

相关资讯