Una fuente de alimentación para sensores automotrices parece simple de diseñar, pero plantea varios desafíos de peso. La tensión de salida regulada tiene que ser de 5 V o 3,3 V, según el voltaje del bus lógico de la CPU. Un regulador lineal de baja caída (LDO) sencillo puede disipar bastante potencia incluso con unas pocas decenas de mA de carga total de sensores.
Así lo plantea el ingeniero Vishwas Vaidya en una Design Idea publicada en EDN el 20 de octubre de 2026.
El enfoque tradicional usa un convertidor DC-DC que entrega un bus pre-regulado de unos 6,5 V. La salida además tiene que quedar protegida contra cortocircuitos tanto a tierra como al bus de batería. Por eso la solución convencional usa una fuente basada en un regulador integrado de tres terminales, precedida por un pre-regulador conmutado.
El circuito de esta propuesta (Figura 1) elimina el convertidor DC-DC e incorpora un corte por cortocircuito de bajo costo, basado en un regulador lineal hecho con transistores.
Componentes del circuito
La Figura 1 del artículo original identifica los componentes y sus valores.
- Q1, Q2 y Q3 = NPN MPSA 42
- Q4 = PNP MPSA 92
- R1, R2 = 1 kΩ
- R6 = 100 kΩ
- D3, D4 = 1N 914
- D2 = Zener de 6,2 V, 500 mW
- D1 = diodo Schottky RB521 CS 30 L
- C1 = 100 KF, 50 V
Un solo pin de la CPU con doble función
Un único pin de la CPU se conecta con la salida de la fuente de sensores y cumple dos papeles.
- Mide la salida de la fuente a través del divisor de tensión R1, R3. Eso hace falta para escalar las lecturas de los sensores y asegurar la precisión de la medición. Para esto el pin se configura como entrada analógica.
- Desactiva la salida apagando el transistor de paso en serie Q1. Para esto el pin se configura como salida. Un nivel lógico bajo en ese pin apaga Q3. El diodo D4 asegura que Q3 siga apagado aunque, en el peor caso, la salida baja de la CPU quede en unos 0,7 V.
El transistor de paso se puede apagar para ahorrar la potencia que disipa cuando no hace falta leer las entradas analógicas. Esa contramedida de diseño de sistema es la que permite omitir el pre-regulador conmutado, que estaba ahí para contener la disipación continua en el transistor de paso.
¿Por qué se puede apagar la fuente casi siempre?
Un análisis cuidadoso de la adquisición de señales muestra que, por lo general, el sensor solo se lee durante unos microsegundos cada, por ejemplo, 100 milisegundos. Algunas señales que varían lento, como la temperatura, se pueden leer apenas una vez por segundo. O sea, durante más del 99% del tiempo no hace falta adquirir la señal, y la fuente de sensores se puede desactivar con seguridad apagando su transistor de paso.
El LDO de paso en serie es el que disipa potencia si se alimenta directo desde la batería del vehículo, porque cae una tensión grande sobre él. Si se lo mantiene apagado la mayor parte del tiempo, deja de hacer falta el pre-regulador DC-DC para ahorrar energía.
Corrientes, valores y papel de cada componente
- Q1. El MPSA42 es un transistor NPN de 500 mA con ganancia de corriente mínima de 40. Para aplicaciones de más corriente se puede usar un transistor de mayor capacidad.
- Q2. Este transistor limitador, con la resistencia R4 = 10 Ω, fija el límite de corriente en unos 700 mV/10 = 70 mA, apenas sobre la corriente nominal de salida de 50 mA.
- D2 es un Zener de 6,2 V y 500 mW (1N4735) en serie con D3 (1N914). Juntos generan una referencia de unos 7 V. Las caídas de las junturas base-emisor de Q1 y Q2, sumadas a la del diodo Schottky RB521CS30L, dejan una tensión regulada nominal de alrededor de 5 V.
- La cadena R1 y R2, de 1 kΩ cada una, entrega unos 2,5 V a la CPU que vigila la tensión analógica. La CPU puede escalar las tensiones de los sensores que lee en sus entradas analógicas para lograr la precisión buscada.
- Q4 es un PNP MPSA92 con 500 mA de corriente de colector y ganancia mínima de 25. Actúa como interruptor que aísla la corriente que alimenta la base del transistor de paso Q1.
- R7 y R8 juntas (1,1 kΩ) entregan unos 4,4 mA a la base del transistor de paso junto con la referencia Zener D2. Si la base de Q1 pide 1,2 mA o menos, la combinación de Zener y diodo recibe más de 3 mA, lo que la polariza con firmeza en su región de ruptura.
- R5 y Q3 encienden o apagan la corriente de base de Q4, para restituir o aislar el accionamiento de base del transistor de paso Q1. D4 mantiene Q3 apagado cuando la CPU pone un nivel bajo (≤0,7 V) en su pin de interfaz.
- La corriente de colector de Q3 encendido será de unos 1,2 mA, considerando la caída del diodo D3.
- Para apagar la fuente de sensores, la CPU pone un nivel lógico bajo en el punto de unión de R1 y R2. Eso apaga Q3 y con él Q4.
- Con Q4 apagado se corta la corriente de base y la del Zener que alimentan al transistor de paso Q1. En la práctica, eso apaga la fuente de sensores.
- La interfaz con la CPU se tiene que ajustar según el nivel lógico bajo de su salida. Según el voltaje máximo de ese nivel bajo, puede hacer falta intercalar una resistencia en serie o un divisor de valor alto.
- El diodo Schottky D1 protege la fuente contra un cortocircuito a la batería, como exigen las normas automotrices.
Adaptarlo a buses de 24 V o 48 V
El autor aclara que el circuito ilustra la filosofía de arquitectura y que los valores de los componentes hay que ajustarlos a las restricciones de cada aplicación.
En buses de batería de alto voltaje, como 24 V o 48 V, hay que cambiar los valores de las resistencias y la elección de transistores para cumplir con los requisitos de potencia y tensión. Como el transistor de paso se enciende alrededor de un milisegundo cada 0,1 segundos o más, puede hacer falta un transistor de potencia con buena "capacidad térmica" para un desempeño térmico óptimo con buses de mayor voltaje.
Según la aplicación, el diseñador también puede usar otro pin de salida de la CPU con un transistor NPN dedicado sobre R2 para conmutar Q3.
Vishwas Vaidya se graduó del Instituto Indio de Tecnología de Delhi y trabaja como consultor independiente en sistemas embebidos para clientes automotrices globales e instituciones académicas.
