Eine neue Schaltungsvariante für die Versorgung von Fahrzeugsensoren kommt ohne vorgeschalteten DC-DCdirect current to direct currentEin DC-DC-Wandler setzt eine Gleichspannung auf ein anderes Spannungsniveau um.-Wandler aus. Statt einer pre-regulierten Zwischenversorgung von rund 6,5 V setzt das Konzept auf einen linearen Reglerpfad, der nur bei Bedarf aktiv ist und dadurch die sonst erhebliche Verlustleistung deutlich reduzieren soll.
Im klassischen Aufbau wird die Sensorspannung zunächst per Schaltregler vorab gesenkt und anschließend über einen dreipoligen Regler auf 5 V oder 3,3 V stabilisiert, abhängig von der Logikbusspannung der CPUcentral processing unitZentrale Recheneinheit, die Programmbefehle verarbeitet und Datenoperationen ausführt.. Das neue Design kombiniert diesen Regelpfad mit einer eingebauten Kurzschlussabschaltung und trennt die Versorgung bei Inaktivität über den Serien-Transistor Q1 ab. Dadurch soll sich die kontinuierliche Verlustleistung vermeiden lassen, die bei direkter Versorgung aus der Fahrzeugbatterie im LDOlow-dropout regulatorEin LDO ist ein linearer Spannungsregler mit geringer Dropout-Spannung. entsteht.
Die Steuerung erfolgt über einen einzelnen CPUcentral processing unitZentrale Recheneinheit, die Programmbefehle verarbeitet und Datenoperationen ausführt.-Pin mit Doppelfunktion. Über den Spannungsteiler R1/R2 misst die CPUcentral processing unitZentrale Recheneinheit, die Programmbefehle verarbeitet und Datenoperationen ausführt. die Sensorspannung analog; zugleich kann derselbe Anschluss die Versorgung abschalten, indem er Q3 und damit Q4 sperrt. Eine Diode hält Q3 auch dann sicher gesperrt, wenn der Low-Pegel des CPUcentral processing unitZentrale Recheneinheit, die Programmbefehle verarbeitet und Datenoperationen ausführt.-Ausgangs ungünstig bei etwa 0,7 V liegt. Für die Messung werden am CPUcentral processing unitZentrale Recheneinheit, die Programmbefehle verarbeitet und Datenoperationen ausführt.-Eingang rund 2,5 V bereitgestellt.
Die Bauteilauslegung ist konkret beschrieben: Q1 ist ein NPN1. negative-positive-negativeNPN bezeichnet die Struktur eines Bipolartransistors mit n-p-n-Schichtung.2. n-type, p-type, n-type bipolar transistorN-Typ, P-Typ, N-Typ-Bipolartransistor MPSA42 mit bis zu 500 mA Kollektorstrom und mindestens 40-facher Stromverstärkung, Q4 ein PNPp-type, n-type, p-type bipolar transistorP-Typ, N-Typ, P-Typ-Bipolartransistor MPSA92 mit 500 mA und Mindestverstärkung 25. Q2 begrenzt mit R4 = 10 Ω den Strom auf etwa 70 mA, also knapp oberhalb des genannten Ausgangsnennstroms von 50 mA. D2 ist eine 6,2-V-Zenerdiode mit 500 mW, zusammen mit D3 ergibt sich eine Referenz von etwa 7 V. Über die Basis-Emitter-Abfälle von Q1 und Q2 sowie die Schottky-Diode D1 entsteht eine nominelle Ausgangsspannung von rund 5 V.
R7 und R8 liefern zusammen mit der Zenerreferenz den Basisstrom für Q1; genannt werden etwa 4,4 mA, wobei für den Basisstrom von Q1 bis zu 1,2 mA angenommen werden. Q3 schaltet den Basisstrom von Q4 zu oder ab und trennt damit die Ansteuerung von Q1. C1 ist mit 100 kF und 50 V angegeben, D1 ist die Schottky-Diode RB521CS30L; D3 und D4 sind 1N914.
Die Versorgung muss nicht dauerhaft aktiv sein, weil Sensorsignale typischerweise nur für wenige Mikrosekunden alle 100 ms oder bei langsamen Größen wie Temperatur sogar nur einmal pro Sekunde erfasst werden. Damit entfällt der Energiebedarf für mehr als 99 % der Zeit, in der keine Abtastung nötig ist. Die Schaltung ist deshalb so ausgelegt, dass die Versorgung im Ruhezustand abgeschaltet bleibt.
Für 24-V- oder 48-V-Bordnetze müssen Widerstandswerte und Transistoren angepasst werden. Bei höheren Spannungen kann zudem ein robusteres thermisches Verhalten des Leistungstransistors erforderlich sein, da die Einschaltphasen nur etwa eine Millisekunde pro 0,1 Sekunde oder seltener dauern sollen. D1 schützt die Versorgung zusätzlich gegen Kurzschluss gegen die Batterieschiene, wie es für den Fahrzeugeinsatz gefordert ist.