Ein Sensor benötigt in der Regel nur wenige Watt für den Betrieb bei niedriger Spannung, die mithilfe eines DC/DC-Wandlers von der Hauptsystemschiene herunterkonvertiert wird. Die Nennspannung des Systems beträgt häufig 110VDC, kann aber auch nur 24V betragen. Der Leistungsbedarf kann jedoch höher sein, bis zu etwa 40W, wenn mehrkanalige Sensoranordnungen vorliegen oder Aktuatoren angetrieben werden müssen.
Normalerweise werden für jeden Sensor einzelne isolierte DC/DC-Wandler verwendet, um Ausgangsspannungsabfälle gering zu halten und Erdschleifen zu vermeiden, die EMV-Probleme wie Querstörungen am Sender verursachen könnten. Die Versorgungsschiene des Systems ist jedoch nicht „sauber“. Die Norm EN50155:2017 erlaubt Spannungsabweichungen von +25%/-30% im Normalbetrieb, mit Einbrüchen bis 60% und Spannungsspitzen bis 140% des Nennwerts für 100ms ohne Funktionsabweichung sowie 125% bis 140% des Nennwerts für 1s mit möglichem Leistungsabfall. Um diese Abweichungen abzudecken, müssen DC/DC-Wandler für 110V Systeme typischerweise im Bereich von 43 bis 160VDC arbeiten.
Schnelle transiente Überspannungen treten ebenfalls auf der Systemschiene auf, wie in der Normenreihe EN61000-4-x definiert. Diese können jedoch durch Überspannungsschutzkomponenten und einfache LC-Filter gedämpft werden. Es kann auch zu einem vollständigen Versorgungsausfall kommen; EN50155 unterscheidet hierbei zwei Klassen, S1 und S2, wobei die schwerwiegendste einen Versorgungsverlust von 10ms am Nenneingang ohne Leistungsabfall beschreibt. Bei einigen Geräten kann die Unterbrechung beim Umschalten der Versorgung bis zu 30ms betragen (Klasse C2). Um dies auszugleichen, wird üblicherweise eine außerhalb des Wandlers platzierte Überbrückungskapazität hinter einer Serien-Trenndiode eingesetzt, die zusätzlich als Verpolungsschutz dient – eine weitere Anforderung der Norm.
Eine Beispielanwendung ist in Abbildung 1 dargestellt, in der ein Lüfter durch einen Wagentemperatursensor aktiviert wird. Temperatur und Status werden dabei über eine WLAN-Verbindung übertragen. Die Abbildung zeigt einen RECOM-DC/DC-Wandler mit 8W Leistung und einem Eingangsspannungsbereich von 43 bis 160V, der eine geregelte, isolierte 5V-Stromschiene für die Sensorschaltung bereitstellt. Mit Abmessungen von 32×20×10mm ist der DC/DC-Wandler äußerst kompakt. Zudem verfügt er über erweiterten Hold-up- und Verpolungsschutz sowie einen optionalen EMI-Filter für hohe Immunität gegenüber transienten Spannungen und geringe leitungsgebundene Emissionen, obwohl der RECOM-Wandler bereits einen hohen Konformitätsgrad mit der Eisenbahn-EMV-Norm EN50121-3-2 erfüllt.
