Sistemas de seguimiento de vehículos: en cualquier momento, en cualquier lugar, de cualquier forma

Fondo

Un sistema de rastreo de vehículos es ideal para monitorear un solo automóvil o una flota completa de vehículos. Un sistema de seguimiento consta de hardware y software de seguimiento automático para la recopilación de datos (y la transmisión de datos, si es necesario). El tamaño del mercado global de gestión de flotas se valoró en USD $ 8 mil millones en 2015 y se prevé que supere los USD $ 22 mil millones para 2022, creciendo a una CAGR de más del 20% de 2016 a 2023 (Fuente: Global Market Insights). La creciente demanda de vehículos comerciales en regiones como América Latina, Medio Oriente y África también representa una oportunidad de crecimiento potencial. En regiones más desarrolladas, como Europa y América del Norte, se espera que la integración de la tecnología de Internet de las cosas (IoT) en los vehículos aumente la tasa de adopción de los sistemas de seguimiento de vehículos, aunque el alto costo de la integración ha frenado este progreso. Además, se prevé que el tamaño del mercado de seguimiento de vehículos de Asia Pacífico experimente un crecimiento significativo durante el período previsto, siendo Japón, India y China los principales países impulsores. Estos mercados emergentes tienen un gran potencial, principalmente debido a sus muchos vehículos comerciales.

Rastreadores activos frente a pasivos

Los rastreadores activos y pasivos recopilan datos de la misma manera y son igualmente precisos. La principal diferencia entre los dos tipos tiene que ver con el tiempo. Los rastreadores activos también se denominan tiempo real rastreadores, porque transmiten datos vía satélite o una red celular, lo que indica instantáneamente dónde se encuentra el vehículo. De esta manera, la pantalla de una computadora puede mostrar este movimiento en tiempo real. Esto hace que el seguimiento activo sea la mejor opción para las empresas interesadas en mejorar la eficiencia de sus entregas y monitorear a sus empleados que conducen en el campo. Un rastreador activo también tiene geo-cerca capacidades (piense en esta función como una campo de fuerza), brindando una alerta cuando el vehículo ingresa o sale de una ubicación predeterminada (Fuente: RMT Corporation). Estos tipos de sistemas también pueden ayudar a prevenir robos y ayudar a recuperar vehículos robados. Por supuesto, los dispositivos de rastreo GPS activos son más caros que los pasivos y requieren una tarifa de servicio mensual.

Los rastreadores pasivos, por otro lado, son menos costosos, más pequeños y más fáciles de ocultar. Su desventaja es que tienen un almacenamiento de datos limitado. Almacenan la información en el dispositivo en lugar de transmitir los datos a una ubicación remota. El rastreador debe retirarse del vehículo y conectarse a una computadora para ver su información. Estos sistemas son buenos para las personas que realizan un seguimiento de su millaje con fines laborales o para las empresas interesadas en reducir el uso indebido de sus vehículos. Además, a menudo también se eligen para monitorear las acciones de las personas (piense en el trabajo de detective). Los rastreadores pasivos son una buena opción si no se requiere una respuesta inmediata y existe un plan para verificar periódicamente los datos del dispositivo.

Ambos tipos de rastreadores son portátiles por naturaleza y tienen un factor de forma relativamente pequeño. Por lo tanto, se requiere energía de la batería, al igual que la capacidad de respaldo para preservar los datos en caso de pérdida de energía. Debido a los voltajes y corrientes más altos del sistema automotriz requeridos para cargar la batería (típicamente una celda de iones de litio de una sola celda), un cargador de modo de conmutación es deseable por su mayor eficiencia de carga en comparación con un IC de carga de batería lineal, ya que hay menos calor en el se genera una forma de disipación de energía. En general, las aplicaciones automotrices integradas tienen voltajes de entrada de hasta 30 V, con algunos incluso más altos. En estos sistemas de rastreo GPS, un cargador con la típica batería de iones de litio de 12 V a una celda (típica de 3,7 V) con protección adicional contra voltajes de entrada mucho más altos (en caso de transitorios de voltaje debido a excursiones de la batería), además de algún tipo de respaldo La capacidad sería ideal.

Problemas de diseño para los circuitos integrados de carga de batería

Los cargadores de batería de topología lineal tradicionales a menudo se valoran por su tamaño compacto, simplicidad y costo modesto. Sin embargo, los inconvenientes de los cargadores lineales tradicionales han incluido rangos de voltaje de batería y de entrada limitados, consumo de corriente relativo más alto, disipación de energía excesiva (generación de calor), algoritmos de terminación de carga limitados y eficiencia relativa más baja. Por otro lado, los cargadores de batería de modo conmutado son opciones populares debido a su topología, flexibilidad, carga multiquímica, sus altas eficiencias de carga que minimizan el calor para permitir tiempos de carga rápidos y sus amplios rangos de voltaje de operación. Por supuesto, las compensaciones siempre existen. Algunas desventajas de cambiar los cargadores incluyen un costo relativamente alto, diseños basados ​​en inductores más complicados, posible generación de ruido y soluciones de mayor tamaño. Las aplicaciones modernas de plomo-ácido, energía inalámbrica, recolección de energía, carga solar, sensor remoto y aplicaciones automotrices integradas son alimentadas predominantemente por cargadores de modo de conmutación por las razones positivas mencionadas anteriormente.

Tradicionalmente, el sistema de administración de energía de respaldo de un rastreador para baterías constaba de múltiples circuitos integrados, un regulador reductor de alto voltaje y un cargador de batería, además de todos los componentes discretos; no es exactamente una solución compacta. Por lo tanto, los primeros sistemas de seguimiento no tenían un factor de forma muy compacto. Una aplicación típica para un sistema de seguimiento utiliza una batería de automóvil y una batería de iones de litio de 1 celda para almacenamiento y respaldo.

¿Por qué entonces se necesita una solución de administración de energía más integrada para los sistemas de seguimiento? Principalmente, es necesario reducir el tamaño del propio rastreador; más pequeño es mejor en este mercado. Además, existen requisitos para cargar la batería de manera segura y proteger el IC contra transitorios de voltaje, una necesidad de respaldo del sistema en caso de que la energía del sistema se corte o falle, y para alimentar los voltajes de riel relativamente más bajos de los conjuntos de chips del servicio general de radio por paquetes (GPRS). a ~4,45 V.

Administrador de respaldo de energía

Una solución integrada de administrador y cargador de respaldo de energía, que resuelva los objetivos descritos, requiere los siguientes atributos:

• Topología reductora síncrona para alta eficiencia
• Amplio rango de voltaje de entrada para adaptarse a una variedad de fuentes de alimentación de entrada, además de protección contra transitorios de alto voltaje
• Voltaje de carga de batería adecuado para soportar el conjunto de chips GPRS
• Operación simple y autónoma con terminación de carga integrada (no se necesita microcontrolador)
• Control PowerPath para una conmutación sin inconvenientes entre la energía de entrada y la energía de respaldo durante un evento de falla de energía; también debe proporcionar bloqueo inverso si se produce una entrada en cortocircuito
• Capacidad de batería de respaldo para la energía de carga del sistema cuando la entrada no está presente o falla
• Huellas de solución pequeñas y de bajo perfil debido a limitaciones de espacio
• Embalaje avanzado para mejorar el rendimiento térmico y la eficiencia del espacio

Para abordar estas necesidades específicas, Analog Devices introdujo recientemente el LTC4091—un sistema completo de administración de respaldo de batería de iones de litio para rieles de suministro de 3,45 V a 4,45 V que debe mantenerse activo durante una falla de energía principal de larga duración. El LTC4091 emplea un convertidor reductor monolítico de 36 V con control de salida adaptativo para proporcionar energía a la carga del sistema y permitir una carga de batería de alta eficiencia desde la salida reductora. Cuando hay alimentación externa disponible, el dispositivo puede proporcionar hasta 2,5 A de corriente de salida total y hasta 1,5 A de corriente de carga para una batería de iones de litio de una sola celda de 4,1 V o 4,2 V. Si la fuente de entrada principal falla y ya no puede alimentar la carga, el LTC4091 proporciona hasta 4 A a la carga de salida del sistema desde la batería de iones de litio de respaldo a través de un diodo interno y una corriente relativamente ilimitada si se usa un transistor de diodo externo. Para proteger las cargas aguas abajo sensibles, el voltaje de carga de salida máximo es de 4,45 V. El control PowerPath del dispositivo proporciona un cambio continuo entre la alimentación de entrada y la alimentación de respaldo durante un evento de falla de energía y permite el bloqueo inverso con una entrada en cortocircuito. Las aplicaciones típicas para el LTC4091 incluyen seguimiento de activos y flotas, registradores de datos GPS automotrices y sistemas telemáticos, sistemas de seguridad, comunicaciones y sistemas de respaldo industrial.

El LTC4091 incluye protección contra sobrevoltaje de entrada máxima absoluta de 60 V, lo que hace que el IC sea inmune a transitorios de alto voltaje de entrada. El cargador de batería del LTC4091 proporciona voltajes de carga seleccionables de dos pines optimizados para aplicaciones de respaldo de batería de iones de litio: el estándar de 4,2 V y una opción de 4,1 V que compensa el tiempo de funcionamiento de la batería para aumentar la vida útil del ciclo de carga/descarga. Otras características incluyen arranque suave y reducción de frecuencia para controlar la corriente de salida durante el arranque y la sobrecarga, así como carga lenta, recarga automática, precarga de batería baja, terminación del temporizador de carga, regulación térmica y un pin de termistor para carga calificada por temperatura.

El LTC4091 está alojado en un paquete DFN de perfil bajo (0,75 mm) de 22 conductores y 3 mm × 6 mm con una almohadilla de metal en la parte posterior para un excelente rendimiento térmico. El dispositivo funciona de –40°C a +125°C. La Figura 1 muestra su esquema de aplicación típico.

Protección de Regulación Térmica

Para evitar daños térmicos al circuito integrado o a los componentes circundantes, un bucle de retroalimentación térmica interna reduce automáticamente la corriente de carga programada si la temperatura del troquel aumenta a aproximadamente 105 °C. La regulación térmica protege el LTC4091 de una temperatura excesiva debido a la operación de alta potencia o condiciones térmicas ambientales altas, y permite al usuario superar los límites de la capacidad de manejo de energía con un diseño de placa de circuito determinado sin riesgo de dañar el LTC4091 o los componentes externos. El beneficio del bucle de regulación térmica es que la corriente de carga se puede configurar de acuerdo con las condiciones reales, en lugar de las condiciones del peor de los casos, con la seguridad de que el cargador de batería reducirá automáticamente la corriente en las peores condiciones.

Automoción con manivela en frío

Las aplicaciones automotrices experimentan grandes caídas en el voltaje de suministro, como durante un evento de arranque en frío, lo que puede causar que el regulador de conmutación de alto voltaje pierda la regulación, lo que resulta en un V excesivo._C voltaje y, en consecuencia, sobreimpulso de salida excesivo cuando V_EN recupera Para evitar el sobreimpulso al recuperarse de un evento de arranque en frío, es necesario restablecer el circuito de arranque suave del LTC4091 a través del pin RUN/SS. La Figura 2 a continuación muestra un ejemplo de un circuito simple que detecta automáticamente una condición de caída de tensión y restablece el pin RUN/SS, volviendo a activar la función de arranque suave y evitando daños en el sobreimpulso de la salida.

Conclusión

Las tasas de adopción de los sistemas de rastreo de vehículos automotrices y de flotas están en aumento. Los factores de forma de los rastreadores modernos se han reducido y las características han crecido para incluir la transmisión activa de datos para el rastreo en tiempo real. Además, se necesita capacidad de respaldo y voltajes más bajos para alimentar el conjunto de chips GPRS del sistema. El LTC4091 de Analog Devices es un cargador de batería reductor de alto voltaje y alta corriente y un administrador de respaldo PowerPath con regulación térmica y otra protección amplia que comprende una solución de 1 chip, compacta, potente y flexible para aplicaciones de seguimiento de vehículos, lo que simplifica la tarea del diseñador. y más fácil