Möglichkeiten zur Stromversorgung des GPS-Empfängers

Für die Versorgungsspannung des GPS Empfängers hat man mehrere Möglichkeiten:


Ausschaltverzögerung FotoAusschaltverzögerung für den GPS-Empfänger

Eine kleine Elektronik versorgt den GPS Empfänger drei Tage nach dem Ausschalten des PCs noch mit Strom und schaltet dann ab. Das bietet einen guten Trade-Off zwischen dem Vorteil, dass der GPS Empfänger sofort einen Sat-Fix hat und der Gefahr, dass die Batterie durch den Empfänger komplett entladen wird. Die Ausschaltverzögerung ist zudem im Programm einstellbar. Pro Tag zieht der GPS Empfänger (verwendet: GNS 9833) ca. 2 Ah aus der Batterie.

Man könnte so eine Verzögerung sicher auch mit einfacherer Elektronik bauen. Ich habe hier ebenfalls einen Mikrocontroller eingesetzt, weil man die Funktionsweise dadurch leicht anpassen kann.

Vorsicht! Am Anfang sollte man genau kontrollieren, ob die Batterie nicht im Laufe der ersten zwei Wochen durch die Benutzung dieser Elektronik langsam entleert wird. Dies kontrolliert man am einfachsten durch Messen der Spannung mit einem Multimeter, das man an den Zigarettenanzünder-Ausgang anschließt. Paßt die gewählte Einschaltzeit und die Häufigkeit der Benutzung des Autos nicht zueinander, kann der Akku langsam entleert werden. Fährt man viele Kurzstrecken und ist die Einschaltzeit lang gewählt, ist der GPS Empfänger vielleicht permanent eingeschaltet und die Fahrtzeit des Autos reicht im Schnitt nicht zum Laden der Batterie. Gegenmaßnahme wäre die Überwachung der Batteriespannung und Ausschalten des GPS-Empfängers bei Unterspannung, wie es ja auch die CAR-PC-Netzteile machen. Dieses Feature ist hier aber nicht implementiert, auch wenn man es recht einfach durch Anschließen eines Spannungsteilers und Messen der Spannung mit dem Mikrocontroller erweitern könnte.


Spannungsregler 7805 gegen Schaltregler LM2574

Ein 7805 Spannungsregler wandelt alle Energie, die zur Reduktion auf die gewünschte Spannung führt, in Wärme um. Bei dem GPS Empfänger, der einen Strom von 100mA (bei 5V) benötigt, sind dies (12V - 5V) * 0,1A = 0,7W verschwendete Energie. Die benötigte Stromstärke ist ebenfalls 100mA (bei 12V).

Der verwendete Schaltregler LM2574 hat eine Effizienz von ca. 72% bei der entsprechenden Stromstärke und den Spannungen. D.h. beim verwendeten GPS Empfänger mit 100mA oder 0,5 Watt Leistung wird eine Leistung von 0,5 * 100/72 = 0,69 Watt benötigt. Da der Schaltregler mit 12V betrieben wird, entspricht das einem Strom von 0,69... / 12 = 58 mA.

Fazit: Bei Benutzung des Schaltreglers ist mit einem Betriebsstrom von ca. 60 mA zu rechnen, bei Verwendung des Spannungsreglers ca. 100mA. Anders ausgedrückt kann man sich bei Verwendung des Schaltreglers leisten, den GPS Empfänger 40% länger eingeschaltet zu lassen. Daher habe ich den Schaltregler vorgezogen.

Da ich den LM2574 erst später nachgerüstet habe, ist er im ursprünglichen Schaltplan nicht enthalten. Die zusätzliche Schaltung ist einfach vor die Ausschaltverzögerung zu bauen.

Als Diode ist eine Schottky Diode zu verwenden. Das ist eine Diode mit sehr schneller Schaltzeit, die wegen der hohen Schaltzeiten im Bereich von 50 kHz benötigt wird.


Gemessene Stromstärken

Ich empfehle - insbesondere nach Einbau dieser Schaltung - nachzumessen, welche Stromstärke bei Betrieb des Car-PC fließt. So ist man sicher, dass die Autobatterie nicht irgendwann einmal unerwartet leer gesaugt ist.

Ich habe folgende Ströme gemessen:

Vom minimalen Strom gehen 7,5 mA auf das Netzteil (das in ausgeschaltetem Zustand auch noch etwas verbraucht) und der Rest auf die Ausschaltverzögerung (ca. 8,5 mA).


Schaltplan

Ausschaltverzögerung Schaltplan

Verwendet habe ich hier einen ATMega8. Da nur 3 Port-Pins verwendet werden, hätte man auch einen ATiny mit wenigen Anschlüssen nehmen können.


Platinen-Layout

Ausschaltverzögerung Platinen-Layout

Download: Schaltplan und Platinenlayout für Eagle und Vorlage zum Ätzen der Platine

Zu beachten ist hier noch, dass bei Einsatz eines 7805 ein Kühlkörper benötigt wird. Daher ist dieses Bauteil nicht liegend wie in der Abbildung zu sehen einsetzbar.


Bestückungsliste

Part     Value          Device          Package     
C1       47            CPOL-EUE2.5-5   E2,5-5      
C2       22p            C-EU050-024X044 C050-024X044
C3       22p            C-EU050-024X044 C050-024X044
CON1                    CON10L          CON10L      
IC2      MEGA8-P        MEGA8-P         DIL28-3     
IC3      7805T          7805T           TO220H      
JP1                     PINHD-1X4       1X04        
LED1                    LED3MM          LED3MM      
Q1       4MHz           XTAL/S          QS          
Q2       BC557          BC557           TO92        
R1       10k            R-EU_0207/7     0207/7      
R2       330R           R-EU_0207/7     0207/7      
R3       390R           R-EU_0207/7     0207/7      
T1       BC547          BC547           TO92        

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