Питание бортового автомобильного GPS-трекера

Я сделал автомобильный трекер (модуль GPS/LTE, подключенный к Arduino, который взаимодействует с моим веб-сервером) для регистрации данных GPS-позиционирования. Я планирую использовать это, чтобы отслеживать мою новую машину на случай, если ее украдут.

Моя первоначальная мысль заключалась в том, чтобы подключить трекер к 12-вольтовой батарее автомобиля, а затем к преобразователю постоянного тока в 5 В.

Для резерва я планировал также запитать трекер от аккумулятора 18650 на случай, если вор отключит автомобильный аккумулятор.

Моя проблема в том, что я хотел бы использовать аккумулятор автомобиля в качестве основного источника питания, а затем встроенный аккумулятор 18650. Наконец, аккумулятор автомобиля будет использоваться для зарядки 18650 при необходимости.

Трекер будет потреблять мало энергии (например, отправка местоположения каждые 10 минут, в противном случае в спящем режиме).

Как лучше всего питать такую ​​систему, не разряжая автомобильный аккумулятор несколькими преобразователями постоянного тока?

Как вы думаете соединить их вместе? То, что вы описываете, кажется странным... Я бы использовал преобразователь постоянного тока в постоянный для питания устройства от автомобильного аккумулятора.
Можете ли вы запустить модуль GPS/LTE при чистом напряжении литий-ионной батареи (3,8–4,2 В), а Arduino (AVR) — при напряжении 3,3 В? Это облегчило бы работу с этой конструкцией...
Кажется так. Модуль GPS/LTE, который я использую, основан на чипе SIM7000 (диапазон напряжения питания: 3,0–4,3 В, тип: 3,8 В). Антенне GPS может потребоваться немного больше, чтобы обеспечить правильный прием спутников?
@Fredovsky - что говорят характеристики антенны?
@ThreePhaseEel Я только что проверил, и антенна принимает 2,7–5 В, так что я действительно не ограничен 5 В. Спасибо, я уже на правильном пути.
@Fredovsky - есть ли у вас какие-либо ограничения на то, какие пакеты микросхем вы можете использовать, если на то пошло?
Кроме того, вы планируете использовать голый 18650 или ячейку, которая имеет схему защиты как часть пакета?
Что касается GPS/4G, я купил для этой цели SIM7000 и получил работающий прототип, но если будут предложены лучшие чипы/модули, я буду рад изменить их, если это необходимо. Arduino также используется, потому что у меня был один под рукой, но я могу поменять его. Я все еще занимаюсь прототипированием и начал решать вопросы управления питанием, прежде чем двигаться дальше, поэтому я довольно гибкий.
Я буду использовать аккумуляторную батарею с защитной схемой, так как не хочу, чтобы моя машина сгорела, если я сделаю что-то не так.
@ThreePhaseEel Я неправильно прочитал ваш вопрос. Сквозные и SMD-компоненты хороши, если их можно без особых проблем припаять вручную.
@Fredovsky - и последнее - вы знакомы с использованием сброса пониженного напряжения на AVR, а также с функцией отключения при пониженном напряжении на SIM7000?
@ThreePhaseEel Мне никогда не приходилось их использовать, но я рад научиться.

Ответы (2)

Здесь нужно решить две проблемы: зарядку аккумулятора и блокировку при пониженном напряжении.

Хорошей новостью является то, что диапазон напряжения ваших компонентов (микроконтроллер AVR Arduino и модуль SIM7000) достаточно широк, поэтому, как только мы понизим напряжение для вашего 18650, нам не нужно будет возиться с ним дальше — они будут работать. так же хорошо на 4,2 В от полностью заряженной батареи, как и на 3 с чем-то вольт от пустой. Тем не менее, нам по-прежнему потребуется устройство защиты от пониженного напряжения/отключения напряжения, чтобы схема защиты элемента не срабатывала на регулярной основе, и нам также понадобится подходящий контроллер заряда, который может принимать автомобильное «12 В» и заряжать аккумулятор.

Несмотря на то, что литий-ионные зарядные устройства распространены, большинство из них работает от 5 В, а не напрямую от переменного напряжения питания «12 В» в автомобиле, и поэтому это относится к зарядному устройству модуля SIM7000, что делает его бесполезным для нашего приложения. В результате нам нужно искать микросхему для зарядного устройства, и Linear Technology (теперь часть Analog Devices) представила LTC4002-4.2 .

При цене менее 4 долларов за единицу он не особенно дорог, а с добавлением P-канального MOSFET, двух диодов Шоттки и нескольких пассивных элементов он обеспечивает полное решение для зарядки аккумуляторов с понижающим переключением. Он также поставляется в удобном для пайки корпусе SO-8 и хорошо документирован, с подробными процедурами проектирования и моделями моделирования (конечно, с использованием LTspice). В сочетании с PMOS с низкими потерями в SO-8 или IPAK, парой диодов Шоттки 20 В / 3 А и подходящей катушкой индуктивности с пропускной способностью не менее 2 А, он сможет как заряжать аккумулятор, так и потреблять ток. шипы модуля SIM7000.

Это оставляет защиту от пониженного напряжения, и это легко — можно использовать почти любую микросхему супервизора сброса с порогом в диапазоне 3,3-3,6 В, так как удерживание AVR и SIM7000 в режиме сброса приведет к тому, что они перейдут в состояние пониженного энергопотребления. состояние рисования. При желании супервизор также может обеспечить ручной сброс и/или функцию сторожевого таймера, поскольку сторожевому таймеру может потребоваться сбросить и AVR, и SIM7000, чтобы устранить состояние зависания.

Я очень ценю ваш вклад. Можете ли вы подтвердить, что PMOS будет подключен к контакту GATE чипа зарядки аккумулятора, и его функция заключается в выборе питания от автомобильного аккумулятора (зажато до 8 В ниже согласно техническому описанию (= 4 В)), или, если автомобильный батарея недоступна, чтобы обеспечить питание от литий-ионной батареи?
@Fredovsky, у вас есть правильное представление о том, как подключен PMOS, но на самом деле он делает что-то более сложное, чем вы думаете. LTC4002 фактически понижает напряжение с 12 В до 4,2 В, используя топологию понижающего преобразователя , включая и выключая PMOS, чтобы регулировать напряжение заряда, поступающее на литий-ионный элемент (и, следовательно, на остальную часть схемы).
Понятно, поэтому, когда литий-ионный элемент полностью заряжен после цикла зарядки, остальная часть схемы будет потреблять энергию от литий-ионного аккумулятора до тех пор, пока его заряд не упадет ниже предела, после чего LTC4002 снова сработает и достигнет… до литий-иона? Меня беспокоит то, что мы будем постоянно разряжать / заряжать литий-ионный аккумулятор (что может привести к преждевременному износу), тогда как вместо этого мы могли бы использовать автомобильный аккумулятор на 12 В (если он есть), экономя циклы зарядки литий-ионного аккумулятора.
@Fredovsky - литий-ионный аккумулятор будет работать при плавающем напряжении 4,2 В, потребляя энергию, чтобы предотвратить саморазряд , в то время как остальная часть схемы работает. Немного неприлично делать это с литий-ионным аккумулятором (поплавковая зарядка больше похожа на свинцово-кислотную), но не так плохо, как можно подумать, AIUI

После того, как @ThreePhaseEel направил меня на правильный путь, я нашел в значительной степени микросхему, предназначенную именно для моего приложения (за исключением того, что она не входит в удобную для пайки вручную упаковку, но не невозможна): аналог LTC4091 .

LTC®4091 — это зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов на 36 В и устройство резервного питания. Встроенный понижающий импульсный стабилизатор заряжает аккумулятор от основного источника питания, одновременно обеспечивая питание нагрузки. В случае потери основного питания нагрузка плавно переключается на резервную литий-ионную/полимерную батарею.

Приложения :

  • Отслеживание флота и активов
  • Автомобильные GPS-логгеры данных
  • Автомобильные Телематические Системы
  • Системы резервного питания от батарей

Для тех, кто ищет подобное приложение, есть специальные IC, которые занимаются зарядкой аккумулятора, называемые Battery Manager IC.

Функция переключения с основного источника питания на питание от батареи при отключении питания (т. е. использование батареи в качестве резервного источника питания) обычно называется Power Path Management.

Выглядит многообещающе. Как это работает? У меня есть два запроса на случай, когда машина долго простаивает. 1. предположим, что если мы подключим его напрямую к автомобильному аккумулятору, и автомобиль будет простаивать в течение длительного периода (скажем, месяц), то GPS будет работать на липо, а липо будет продолжать высасывать заряд из аккумулятора. Это может разрядить автомобильный аккумулятор. 2. Если мы подключим его к зажиганию, то липосакция может не разрядить автомобильный аккумулятор, но сама липосакция будет полностью разряжена, если машина простаивает. Не будет ли хорошо питать устройство только от липосакции и выключать LTC4091, когда липосакция заряжена на 100%, и включать LTC4091, когда липосакция заряжена на 15%?
Я планирую отслеживать свой велосипед и хочу, чтобы мое устройство всегда было включено. ваш чехол может разрядить аккумулятор моего велосипеда, если велосипед долго не используется. Я хочу, чтобы устройство питалось от велосипедного аккумулятора / генератора переменного тока, когда велосипед движется, и хочу питаться от липо, когда велосипед не движется. Но если байк долго простаивает и липосакция разряжается, я хочу автоматически включить LTC4091 для зарядки липосакции от аккумулятора велосипеда. Итак, в основном, я хотел бы контролировать LTC4091 на основе моей емкости липо-заряда.
Питание бортового автомобильного GPS-трекера
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v