Energieversorgung von GPS-Empfängern, Mäusen  und PDA's aus Fahrzeug-Bordnetzen

Version vom 7. Dezember 2001   NEU : Polatitätsangaben für PS2-Buchse korrigiert



COMPAQ-iPAQ mit Cradle ( Sync-Adapter ) installiert in einem VW-Golf  ( Foto : Gerald Oppen )

Sollen GPS-Empfänger oder PDA's für längere Zeit in Fahrzeugen bertrieben werden, so ist es meistens sinnvoll , sie auch aus der Bordbatterie zu versorgen.  Da die genannten Geräte in der Regel aber nicht direkt mit einer Bordspannung von z.B. 12V betrieben werden können, ist eine zusätzliche Spannungswandlung erforderlich. Im einfachsten Fall könnte diese Aufgabe von handelsüblichen Festspannungsreglern erfüllt werden. Das würde in vielen Fällen auch funktionieren; unschön ist dabei allerdings, dass ein Grossteil der vernichteten Leistung hierbei nur nutzlos in Wärme umgesetzt wird. Das  erfordert eine ausreichende Kühlung des Spannungsreglers und führt zu einem extrem schlechten Wirkungsgrad der Gesamtanordnung. Viel geeigneter sind dagegen sogenannte Schaltregler. Sie erreichen Wirkungsgrade von bis zu 85% und bewirken nur eine minimale Wärmeentwicklung. In Folgenden werden somit nur noch Adapter betrachtet, die nach diesem Prinzip arbeiten.


Fremdversorgung von GPS-Empfängern

Moderne GPS-Empfänger ( wie z.B. Garmin-Geräte der Serien : eTrex und eMap ) arbeiten mit einer Betriebsspannung von 3V. Über ihre Adapterleiste können sie auch mit dieser Spannung  fremdversorgt werden. Vom Hersteller gibt es dazu Original-Versorgungsadapter ( es sind auch kombinierte Versorgungs-/Datenkabelversionen lieferbar ), die auf der Fahrzeugseite  den Anschluss  an ein  12V-Bordnetz  mithilfe eines Zigarettenanzündersteckers erlauben.

Wer die Anschaffung des relativ teuren Originaladapters scheut und auch weitere Informationen zur Anschlussnorm sucht, der findet auf der folgenden Seite interessante Hinweise für eigene Lösungen :
http://www.nomad.ee/micros/etrex.shtml
Hier  wird hauptsächlich beschrieben, wie sich die für wenige Mark in  z.B. Baumärkten erhältlichen Handy-Ladegeräte modifizieren lassen.
Weitere Hinweise zu GARMIN-spezifischen Anschlüssen findet man auch auf einer anderen Seite.

Geeignete Schaltregler gibt es z:B. bei Conrad-Elektronik :
 
VOLTCRAFT KFZ-Kleingeräteadapter SKKA 1220
Bei einer Eingangsspannung zwischen 10.5V und 14.4V liefert er stabililisierte Ausgangsspannungen von ( schaltbar )   1.5, 3.0, 4.5,  6.0, 7.5 und 9.0 Volt. Dabei kann der Ausgangsstrom bis zu 1.2A betragen und ist somit für einen GPS-Empfänger mehr als ausreichend. 
Art.-Nr. 51 00 12-22   ( Katalog 2002 , Seite 935 )   Preis : DM 24.95

Das kleinste angebotene Modell ist der MW206. Bei einem max. Ausgangsstrom von 1A entsprechen 
die Werte der Ausgangsspannungen denen des  SKKA1220
Art.-Nr. 51 00 51-22   ( Katalog 2002 , Seite 935 )   Preis : DM 19.95 

Weil diese Geräte nicht mit einem direkt zum GPS-Empfänger passenden Anschluss ausgerüstet sind, muss das Problem der Adaption von jedem Nutzer selbst gelöst werden.

Hier noch ein Hinweis :
Da sich die Schiebeschalter zum  Einstellen der Ausgangsspannung verhältnismässig leicht unbeabsichtigt verstellen können, sollte man sie zum Schutze angeschlossener Geräte  zusätzlich mechanisch fixieren.


Fremdversorgung von GPS-Mäusen

GPS-Mäuse sind  in der Regel mit einer  9 pol. Sub-D-Buchse (  zur Verbindung mit einem COM-Port ) und  einem 6 poligen Mini-DIN-Stecker ausgestattet.  Wird dieser mit der PS2-Buchse von z.B. Notebooks verbunden, so erfolgt hierüber die  5V-Versorgung des Navigationsempfängers ( Die Stromaufnahme moderner Geräte liegt bei etwa 200mA ).

  9 pin D-SUB

Pin 2 : TxD ( serial Data Output ) RS.232-Level
Pin 3 : RxD ( serial Data Input ) RS.232-Level
Pin 5 : Ground

  6 pol. Mini-DIN ( Blick auf Lötseite eines PS2-Steckers )

Pin-Nr. 3  : Ground
Pin-Nr. 4 :  +Vcc ( 5V +/- 10% )

Leider sind die Mini-DIN-Anschlüsse in der Regel nicht mit Ziffern bezeichnet. Ob Buchse oder Stecker, ob von der Front- oder Lötseite gesehen,  bei Selbstherstellung von Adaptern besteht die Gefahr der Falschbeschaltung oder Verpolung. Da dies im ungüstigsten Fall zur Zerstörung angeschlossener Geräte führen kann, sollten Belegung und Polarität im Zweifelsfall mit z.B. einem Vielfachmessgerät überprüft werden. Als Referenz kann dabei die Beschaltung der PS2-Buchse dienen, mit der fast alle PC's ausgestattet sind. Die 5V-Versorgungsspannung wird über die Pins 3 ( - ) und 4 ( + ) zur Verfügung gestellt.

Steht kein PS2-Versorgungsanschluss zur Verfügung,  so können fertig erhältliche preiswerte Adapter eingesetzt werden. Sie besitzen einen getakteten Wandler, der in einen  Zigarettenanzünderstecker eingebaut ist ( siehe Abb. ).  Über ihre ( 6 pol. )  Mini-DIN-Buchse kann eine Maus mit der benötigten Betriebsspannung von 5V versorgt werden. ( siehe Landolt-Homepage unter GPS-Zubehör ).

Alternativ dazu  kann man einen der unten erwähnten VOLTCRAFT Kleingeräte-Adapter auch mit einer  6 pol. Mini-DIN-Buchse ausstatten. Die Belegung muss dabei  wie oben angegeben erfolgen. Achtung ! : Eine falsche Spannung oder Polarität kann zur Zerstörung des angeschlossenen Gerätes führen.


Fremdversorgung von PDA's ( am Beispiel des Compaq "iPAQ" )

Aufgrund des relativ hohen Energieverbrauchs ist es bei Fahrzeugeinsätzen fast unabdingbar, den IPAQ-Pocket-PC aus der Autobatterie zu versorgen. Nur hierbei ist auch Dauerbetrieb mit deaktivierter Abschaltautomatik sinnvoll.
Von COMPAQ wird für viel Geld ( ca. DM 180.- ) ein entsprechender Autoadapter angeboten. Wer den tiefen Griff in die Geldtasche scheut, dem bleibt nur die Suche nach einer Alternativlösung.
Nach einiger Internet-Recherche stand fest, dass der IPAQ aus einer externen 5V-Quelle ( 4.5V reichen auch aus ) versorgt werden kann und dabei ein Strom von bis zu 600mA zur Verfügung gestellt werden muss. Damit waren die Ausgangsbedingungen bekannt. Der genannte Wert gilt allerdings nur bei Betrieb des iPAQ's ohne Zusatzadapter ( wie z.B. Jackets mit Speicherbausteinen, Mini-Festplatten, Modems, GPS-Empfänger usw. ). Welche höheren Werte für Stromaufnahme sich hierdurch ergeben, kann ich leider aus eigener praktischer Erfahrung nicht sagen. Um hier aber auf der sicheren Seite zu sein, sollte das leistungsfähigste Modell gewählt werden :
 
Conrad-Elektronik liefert den KFZ-Kleingeräteadapter CA2000
Der Schaltregler hat einen Eingangsspannungsbereich von 12-24V und liefert wählbare Ausgangsspannungen von 1.5V, 3V, 4.5V, 6V, 7.5V, 9V und 12V. Der Ausgangsstrom kann dabei bis zu 2A betragen. 
Unter den 8 mitgelieferten   Steckadaptern ist auch der zum  iPAQ passende ( 4.0/1.7mm ).

Art.-Nr. 51 01 91-22    ( Katalog 2002, Seite 935 )      Preis : DM 29.95

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WICHTIG !
Mit grosser Vorsicht ist allerdings darauf zu achten, dass der Steckadapter nicht versehentlich mit falscher Polung aufgesteckt wird ( Innenleiter muss Pluspol führen ). Sicherheitshalber sollte man ihn z.B. dauerhaft fixieren ( verkleben  ? ).

Das Innenleben von Standard-Schaltreglern

Die Abbildung zeigt die Basisschaltung eines Schaltreglers, wie er z.B. millonenfach für Handy-Ladegeräte verwendet wird.  Ohne zusätzliche Leistungs-Längstransistoren können dabei Ströme von bis zu etwa 1A geliefert werden. Typische Werte für Ausgangsspannungen liegen im Bereich von etwa 1.5-9 Volt. Der jeweilige Wert wird durch das Verhältnis der Widerstandswerte von R1 und R2 bestimmt.
Die folgende Tabelle vereinfacht die Bauteiledimensionierung. Die absoluten Werte der gewählten Widerstände sind unkritisch, sollten aber im Bereich von etwa 1-10 KOhm liegen.
Ausgangsspannung
Verhältnis  R1 : R2
3.0 V
1 : 1.4
4.5 V
1 : 2.6 
5.0 V
1 : 3.0
6.0 V
1 : 3.6
7.0 V
1 : 4.6
7.5 V
1 : 5.0
9.0 V
1 : 6.2
Der verwendete integrierte Schaltkreis ist ein Industrie-Standardprodukt. Er wird z.B. auch in dem obengenannten 5V-Adapter zur Maus-Versorgung und dem KFZ-Adapter "SKK1220" verwendet. Da er von verschiedenen Herstellern produziert wird, finden sich neben der Bezeichnung "MC34063A" auch solche, bei denen die Buchstabenkombination "MC" durch "KA", "SP" oder "AMC" ersetzt ist.
Hier gibt es ein Datenblatt  ( im PDF-Format ca. 200 KByte )


Hinweise zur Versorgung des iPAQ's über den auch separat erhältlichen 12 pol. Anschlusstecker erhält man hier.
HINWEIS :
Für eventuelle Schäden, die sich als Folge meiner Anregungen ergeben oder durch Verwendung
vorgeschlagener Geräte entstehen, kann ich  selbstverständlich keinerlei Haftung übernehmen.


Hauptinhalt dieser Seite war ursprünglich die Beschreibung eines 5V-Schaltreglers zum Selbstbau.
Nachdem preiswerte Alternativen fertig erhältlich sind, dürfte ein Nachbau kaum noch interessant sein.
Für technisch Interessierte soll dieser Teil der Seite dennoch erhalten bleiben.

Selbstbau eines Schaltreglers für 5V-Festspannung

Als geeignetes Bauteil wurde der Baustein "LM2575-T5.0" von National Semiconductors gefunden . Einschliesslich der zusätzlich erforderlichen Kleinbauteile ist damit ein Autoadapter für wenig Geld realisierbar. Bei der Schaltungsauslegung wurde trotzdem Wert darauf gelegt, dass  unser IPAQ auf der Versorgungsseite hochgradig geschützt ist.

Wie aus dem Schaltbild ersichtlich, ist am Eingang eine Verpolungsschutzdiode vorgesehen. Eine 36V-Zenerdiode dient der Unterdrückung eventueller Spannungsspitzen auf der Bordversorgungsleitung. Eine weitere Zenerdiode soll sicherstellen, dass die Ausgangsspannung des Adapters auf keinem Fall über 5.6Volt ansteigen kann. Sollte es dennoch passieren, würde die eingefügte Sicherung ansprechen.
Während auf der Eingangsseite eine Kabelpeitsche mit einem Normstecker für Zigarettenanzünder vorgesehen ist, wird zur Verbindung mit dem iPAQ ein konzentrischer Stecker ( Aussen-Durchmesser 4mm / Innendurchmesser 1.7mm ) benötigt.


Musteraufbau des 5V-Schaltreglers

Im Katalog der Firma Reichelt-Elektronik sind alle benötigten Bauteile zu finden. Dazu gehört an erster Stelle der Schaltregler "LM2575-T5.0". Die Schottky-Diode hat die Bezeichnung "SB130", während die Induktivität unter "77A 330u" zu finden ist. Der Stecker für den iPAQ hat bei Fa. Reichelt die Bezeichnung : "HS 17-10".

Dieser Steckertyp ist schwer erhältlich und leider wird er von dem genannten Lieferanten auch nur mit einer für den iPAQ zu dicken Kunststoff-Abdeckkappe geliefert ( siehe Stecker auf Abbildung rechts ).
Um ihn dennoch nutzen zu können, muss man sich die schmalere Kappe von einer anderen Version "klauen"
( siehe Stecker auf Abbildung links ) Ansonsten werden für den Schaltregler nur Standardbauteile verwendet.
  LM2575-T5.0

Das Datenblatt des "LM2575-T5.0" kann über folgende URL heruntergeladen werden :
http://www.national.com/pf/LM/LM2575.html


TIPP :
Bevor man den  Spannungsregler zur Versorgung des iPAQ's benutzt,  kann man ihn erst einmal versuchsweise durch Belastung mit einem Festwiderstand testen. Bei einem Wert von 8.2 Ohm  ( ca. 4-5W ) fliessen analog zum iPAQ etwa  600mA. Steht der Spannungsregler das längere Zeit ohne Schaden zu nehmen durch, so kann man seinem Ausgang mit hoher Sicherheit auch die PDA-Versorgung anvertrauen.
Wer noch zusätzlich etwas für die Sicherheit tun möchte, der schaltet den Organizer beim Starten des Fahrzeuges immer aus.

WARNUNG !
Wer im Aufbau derartiger Schaltungen nicht sicher ist und nicht mindestens auch ein Messgerät zur Kontrolle der Spannungsverhältnisse besitzt, der sollte zum Wohle seines iPAQ's lieber vom Selbstbau des Autoadapters Abstand nehmen.