e-トラッカーのリファレンスデザイン: リニアチャージャ付き車載用トラッカー

リファレンスデザイン

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1.1 詳細

さまざまな種類の車両の位置の追跡は、輸送トラックのコントロールや盗難防止安全策のような複数の目的において、より一般的になってきています。ただし、これは電子設計に2つの課題をもたらします。まず、システムは、車のバッテリがオフになっているときに車両の位置を追跡できる必要があります。第2に、受信ステーションとの通信を確立するGSMモジュールは、動作入力電圧範囲が厳しく制限されています。

この設計の最初の課題は、車のバッテリがオフのときに通信を維持することです。このリファレンスデザインで提示されているソリューションは、車のバッテリが オフになっているときにもGSMモジュールに必要な電力を供給する外部リチウムイオンバッテリパックと、このバッテリの充電を維持するためのバッテリチャージャを追加することで構成されています。たとえば、カーバッテリが12Vを供給する場合、バッテリチャージャとGSMモジュールはバッテリから電力を受け取り、外部バッテリは充電モードに入ります。車のバッテリを外すと、外部バッテリパックがGSMモジュールに電力を供給します。

2つ目の課題は、バッテリチャージャとGSMモジュールの入力電圧を、それらの仕様を考慮して調整することです。一般に、GSMモジュールの動作入力電圧範囲は3.4V~4.2Vで、バッテリチャージャの電圧範囲は4.05V~6.05Vです。つまり、入力電圧を12V (カーバッテリ) から4.2Vに下げるには降圧コンバータが必要です。一方で、GSMモジュールを負荷の過渡的変動から保護することも必要です。このため、降圧出力の電圧を4V未満に下げるためにダイオードが追加されます。

このリファレンスデザインは、エンジニアがさまざまな車両の位置を追跡できる一般的なe-トラッカー用のシンプルなパワーステージを設計するのに役立ちます。

1.2 特長

  • 4V~36Vの広い入力動作範囲
  • 3Aの連続出力電流
  • 350kHz~2.5MHzに設定可能なスイッチング周波数
  • 2次EMIフィルタ
  • 逆極性保護
  • 全自律チャージャ
  • 設定可能な30mA~1Aの充電電流

1.3 想定アプリケーション

  • 車の追跡
  • インターネット接続
  • 2G通信 (通話、SMS、MMS)
  • テレマティクスサービス

図1: MPS e-トラッカー リファレンスデザイン基板

リファレンスデザイン

2.1 ブロック図

図2: ブロック図

回路には5つのメインブロックが含まれています。まず、降圧コンバータが電源電圧を12V (カーバッテリから供給) から安定した4.2Vに下げます。この設計では、入力電圧が36Vに制限されています (選択した降圧コンバータの仕様のため)。ただし、PCB設計を大幅に変更することなく、より高い入力電圧に到達するように設計を変更できます。次に、リチウムイオンバッテリチャージャは、外部バッテリパックの充電を維持します。第3に、VIN検出回路がカーバッテリの状態を検出して、リチウムイオンバッテリパックの電源供給をアクティブにします。最後に、EMIフィルタと逆バッテリ保護機能が、最適でない動作から回路を保護します。

2.2 関連ソリューション

このリファレンスデザインは、次のMPSソリューションに基づいています。

MPS IC 説明
MPQ4433 広い入力電圧範囲と最大3Aの出力電流を備えた同期整流降圧コンバータ
MP26029 温度調整機能付きリチウムイオン / リチウムポリマーバッテリのチャージャIC

表1: システム仕様

2.3 システム仕様

パラメータ 仕様
入力電圧範囲 4.2V~36V
出力電圧範囲 3.3V~4.1V
公称荷重 4V/80mA
最大ピーク出力電流 (1) 3000mA
スイッチング周波数 450kHz (公称条件にて)
基板形状要素 100mm x 100mm x 2mm
コンバータ効率 (VIN = 12V) 94%
4V出力リップル 31.25mV
負荷過渡 (2A~80mA) 270mV
充電電流範囲 30mA~1A (110mAに設定)
バッテリ電圧 3.6V~4.2V (4.2Vに設定)
VIN 静止電流 (ILOAD = 0A) 700μA
リチウムイオンバッテリの静止電流 45μA
シャットダウン電流 (MPQ4433 オフ) 2μA

表2: システム仕様

試験結果

3.1 効率と規制

VOUT = 4.2V、 L = 8.2μH、 fSW = 454kHz、 TA = 25°C

3.1

図10: 効率 vs. 負荷電流 - 降圧コンバータ


11

図11: 効率 vs. 負荷電流 - バッテリなしのシステム

3.2 時間領域の波形

VIN = 12V、 VOUT = 4.2V、 L = 8.2μH、 fSW = 454kHz、 TA = 25°C

3.2 1

3.2 2

3.3 EMC測定

VIN = 13.5V、 VOUT = 4.2V、 L = 8.2μH、 COUT = 30μF、 fSW = 454kHz、 TA = 25°C

150kHz~108MHz

33

図33: CISPR25 クラス5の導電性エミッション

150kHz~30MHz

34

図34: CISPR25 クラス5の放射エミッション