Zasilanie i zabezpieczanie urządzeń do śledzenia pojazdów
W niniejszym artykule omówiono wymagania dotyczące zasilania urządzeń śledzenia pojazdów i przedstawiono typową architekturę zarządzania zasilaniem i ochrony tych urządzeń.
Współczesne problemy związane z logistyką i łańcuchem dostaw można złagodzić poprzez systemy śledzenia pojazdów użytkowych w całej flocie w celu zapewnienia wydajności i skuteczności. Projektanci urządzeń śledzenia pojazdów muszą jednak mieć na uwadze potrzebę zapewnienia wytrzymałej konstrukcji, możliwość występowania trudnych warunków elektrycznych, wysokiego poziomu wstrząsów i drgań oraz uwzględniać szeroki zakres temperatur roboczych. Jednocześnie muszą oni spełniać rosnące wymagania w dziedzinie parametrów działania, sprawności i ochrony w mniejszych obudowach o szerszym zakresie napięć wejściowych - zwykle od 4,5 do 60V prądu stałego (=).
Ze względu na warunki robocze i wartość aktywów, nie można lekceważyć wysokiego znaczenia zabezpieczeń. W celu zapewnienia niezawodnego działania i wysokiego poziomu dostępności, w urządzeniu trzeba przewidzieć ochronę przed nadmiernym prądem, nadmiernym napięciem, zbyt niskim napięciem i napięciem wstecznym.
Projektowanie od podstaw obwodów konwersji mocy i obwodów ochronnych niezbędnych do spełnienia tych wymagań roboczych może być trudne. Pozwala to uzyskać w pełni zoptymalizowany projekt, ale może również prowadzić do wydłużenia czasu wprowadzania produktu na rynek, przekroczenia kosztów i problemów ze zgodnością z przepisami. Zamiast tego projektanci mogą sięgnąć po gotowe moduły przetwornic prądu stałego i zabezpieczające układy scalone.
W niniejszym artykule omówiono wymagania dotyczące zasilania urządzeń śledzenia pojazdów i przedstawiono typową architekturę zarządzania zasilaniem i ochrony tych urządzeń. Następnie przedstawiono rzeczywiste moduły przetwornic prądu stałego i zabezpieczające układy scalone firmy Maxim Integrated Products, które projektanci mogą wykorzystać w opisywanych zastosowaniach. Przedstawiono także powiązane płytki ewaluacyjne oraz wskazówki dotyczące układów płytek drukowanych.
Wymagania dotyczące zasilania układu śledzenia pojazdu
Podstawowym źródłem zasilania urządzeń śledzących jest zwykle akumulator pojazdu, który ma zazwyczaj napięcie 12V w pojazdach użytkowych i 24V w samochodach ciężarowych. Urządzenia do śledzenia aktywów są sprzedawane jako akcesoria dodatkowe i zwykle posiadają baterię zapasową wielokrotnego ładowania o pojemności wystarczającej do pracy przez kilka dni. Ponadto urządzenia te wymagają ochrony przed stanami nieustalonymi i usterkami w magistrali zasilającej pojazdu. Zazwyczaj na potrzeby zasilania komponentów są one wyposażone w kombinację obniżających przetwornic prądu stałego i regulatorów napięcia o niskim spadku (LDO) (ilustracja 1).
Ilustracja 1: Układ zasilania w typowym urządzeniu do śledzenia aktywów lub zarządzania flotą pojazdów obejmuje co najmniej dwie obniżające przetwornice prądu stałego, regulator napięcia o niskim spadku (LDO) i zabezpieczający układ scalony. (Źródło ilustracji: Maxim Integrated)
Ponieważ urządzenia do śledzenia aktywów są instalowane jako komponenty motoryzacyjne doposażeniowe, muszą być możliwie najmniejsze, aby zmieściły się w dostępnych przestrzeniach. Komponenty do konwersji mocy muszą być wysokosprawne, aby zapewnić dłuższy czas eksploatacji urządzenia i dłuższy czas pracy przy zasilaniu z relatywnie małej baterii. Ponieważ urządzenia do śledzenia aktywów znajdują się zazwyczaj w zamkniętych obudowach, ważne jest, aby zminimalizować ilość generowanego ciepła wewnętrznego, które mogłoby mieć negatywny wpływ na żywotność i niezawodność urządzenia. W rezultacie układ zasilania musi zapewniać optymalną kombinację miniaturyzacji i wysokiej sprawności. Pomimo kompaktowości, regulatory LDO nie są najbardziej wydajną opcją.
Zamiast tego projektanci mogą sięgnąć po synchroniczne obniżające przetwornice prądu stałego, które zapewniają wysokie sprawności konwersji. Na przykład sprawność 72% to typowa wartość dla synchronicznych przetwornic obniżających napięcie z 24V na 3,3V, a 84% dla konwersji z 24V na 5V. Zastosowanie synchronicznych przetwornic prądu stałego zmniejsza ilość rozpraszanego ciepła, co przyczynia się do większej niezawodności i możliwości użycia mniejszej baterii zapasowej. Wyzwanie polega na zaprojektowaniu kompaktowego rozwiązania o maksymalnym napięciu znamionowym 60V= wymaganym w omawianych zastosowaniach.