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Kommentar: Schalten mit dem BTS555 eingefügt
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= Elektronischer Hauptschalter = == Einleitung == Der MK lässt sich ohne weiteres nur durch Ziehen des Akkus stromlos schalten. Bedingt durch die hohen Ströme ist ein Unterbrechen des Stromkreises aber schwierig, da die Zuleitung unbedingt niederohmig bleiben muss. Die einfachste Art, den Stromkreis zu unterbrechen ist ein Ein-Aus-Schalter. Die meisten erhältlichen Schalter vertragen leider keine hohen Gleichströme, die aufgedruckten Nennströme beziehen sich zudem sehr oft auf Wechselströme. Ein Gleichstrom erzeugt jedoch einen viel länger andauernden Schaltfunken, der die Kontaktflächen des Schalters schnell verbrennen lässt. Der Widerstand des Schalters steigt dann an, was Leistung kostet und den Schalter heiss werden lässt. Es ist also, je nach geschaltetem Strom und verwendetem Schalter, ein Glücksspiel, ob man den Kopter denn auch an oder aus bekommt. == Mögliche Alternativen == Eine theoretisch mögliche Alternative wären Relais, welche jedoch in dieser Leistungsklasse eher für Kraftfahrzeuge gedacht sind, entsprechend hoch ist das Gewicht. In der Elektronik verwendet man zum Schalten von hohen Leistungen Halbleiterrelais. Im einfachsten Fall kann ein Strom durch einen N-Kanal MOSFET geschaltet werden. MOSFET steht für Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor == Funktionsweise des MOSFETs == Legt man an das Gate des MOSFETs eine Spannung an, die einige Volt höher als jene an der Source sind, wird der MOSFET leitend. Gravierender Nachteil ist hier, das gewöhnlicherweise nur ein Potential da ist, nämlich die +11V aus dem Akku. Eine noch höhere Spannung ist nicht verfügbar, deshalb muss der NMOS in der Masseleitung eingefügt werden. Ein Wegschalten der (Bezugs)masse ist prinzipiell machbar, ist jedoch risikoreich, wenn nicht das gesamte System getrennt wird, sondern nur ein Teil davon. Abgetrennte Teile der Schaltung würden dann losgelöst vom Rest des Systems "in der Luft hängen", worauf ihr neues Potential typischerweise die verbleibenden Signalleitungen sind. Diese Leitungen und die Schaltung am anderen Ende sind dann gefährdet. Am besten ist es, wenn man die Versorgung auf der "heißen" (hohen) Seite des Potentials trennt, also in der Plusleitung. Auch dort lässt sich ein NMOS einfügen, kann ihn jedoch ohne ein weitere, höhere Spannung für die Gateleitung nicht durchschalten. Nun gibt es einige Tricks, diese Spannung doch noch zu erzeugen. Ein Gate eines MOSFETs ist vergleichsweise hochohmig, lässt sich also stromlos Schalten. Eine sogenannte Ladungspumpe könnte also eine höhere Spannung erzeugen, die sich dann zum Durchschalten verwenden lässt. == Der BTS 555 == Man muss das Rad aber nicht nochmal neu erfinden. Es gibt bereits fertige Lösungen aus der Halbleiterindustrie, sog. "High Side MOSFET Driver". Eine Komplettlösung gibt es auch: Der BTS555. Sieht aus wie ein zu groß geratener Spannungsregler mit 5 Beinen. Zwei davon sind für die Last (Plus vom Kopter). Die metallene Rückseite und der mittlere Pin sind für die Quelle (Plus vom Akku), die Masse geht einfach vom Akku zum Kopter. Zum Einschalten wird Pin 2 mit einem gewöhnlichen Schalter auf Masse gezogen, durch den Schalter fließen dann nur wenige Milliampere, somit ist eigentlich jeder Schalter geeignet. [attachment:schalter.jpg] Der letzte, fünfte Pin ist ein Strommessausgang! Allerdings wirklich nur ein Schätzeisen. Schließt man dort einen Widerstand an, so fließt durch ihn derselbe Strom wie der zur Last, nur um Faktor 41000 dividiert. Durch den Stromfluß ergibt sich ein Spanungsabfall, der dann proportional zum fließenden Strom ist. Der Spannungsfall darf maximal Versorgungsspannung minus fünf Volt betragen. Am besten eignet sich ein Potentiometer, dann kann ggf. abgeglichen werden. Zum Abschalten der Last reicht das Auftrennen der Leitung durch den Schalter aus. Der Chip wird bei 40A Strom nicht einmal handwarm und der Steuerschalter kann sehr klein ausfallen. Zu beziehen ist der BTS555 über Reichelt oder Conrad. Das Datenblatt findet man hier: [http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/infineon/1-BTS555_20030925.pdf Datenblatt] <!> ToDo: Bilder und Schaltpläne folgen |
http://mikrocontroller.cco-ev.de/images/eng.gif Page in [:en/ElectronicConnections:english] |
Verkabelungs Übersicht
Auf diesem Übersichtsplan erkennt man die Adressen und Positionen der Motor-Regler. Die Position und Drehrichtung der entsprechenden Motoren/Propeller ist wie folgt:
Motor |
Position |
Drehrichtung |
#1 |
vorne |
rechtsdrehend |
#2 |
hinten |
rechtsdrehend |
#3 |
rechts |
linksdrehend |
#4 |
links |
linksdrehend |
Eselsbrücke: Regler #3 auf 3 UhrBR
(Klicken für hohe Auflösung)
Anschluss von Empfänger Reglern und LiPo
attachment:FlightCtrlKabel1k-txt2.jpg
Der Empfänger wird über ein dreiadriges Servokabel angeschlossen. +5V, GND und PPM. Ein Lipo-Akku über zwei Versorgungsleitungen und vier BLCtrl Regler über je zwei Versorgungsleitungen anschließen. Der I²C-Bus als Kommunikation zu den BL-Reglern - hier rot und gelb.
Anschlussleitung |
min. Querschnitt |
LiPo -> Spannungsverteilung |
1mm² |
Spannungsverteilung -> FlightCtrl |
0,75mm² |
Spannungsverteilung -> BL-Ctrl |
0,75mm² |
BL-Ctrl -> Motoren |
0,5mm² |
I2C Bus |
0,14mm² |
Spannungsverteilung -> LED Beleuchtung |
[:LedBeleuchtung:berechnen] |
http://mikrocontroller.cco-ev.de/images/kopter/I2C.jpg
Die I²C Anschlusspads liegen sehr dicht an einer Bohrung. Hier könnte später beim Einbau in den Rahmen ein Kontakt entstehen. Bitte entsprechende Vorkehrungen treffen. Ggf. Plastikabstandsbolzen oder eine Plastikunterlegscheibe isolieren!
Bei den aktuellen Platinen findet man nur zwei grosse Pads (C und D).
Jede "C"-Leitung (Clock) der vier BL-Regler muss an das "C"-Pad der FlightCtrl.
Jede "D"-Leitung (Data) der vier BL-Regler muss an das "D"-Pad der FlightCtrl.
![/!\](/moin_static199/mk-style3/img/alert.png "/!\"){kind=small}
Achtung: An allen Anschlüssen liegt immer das gleiche Signal an. Es handelt sich um den [http://de.wikipedia.org/wiki/I2C I²C Bus]
Anschluss der Versorgungsleitungen
http://mikrocontroller.cco-ev.de/images/kopter/Stromleitungen1.jpg
Auf der FlightCtrl sitzen jeweils 2 Pads für +12V und Minus. Im Bild ist Rot = Plus und Schwarz = Minus. Hier wird direkt der LiPo angeschlossen. Es besteht aber auch die Möglichkeit von hieraus direkt die Regler mitzuversorgen oder dazu eine eigene Spannungsversorgungs-Spinne/Platine/Verteilung aufzubauen.
Anschluss der Regler
attachment:BLCtrlKabel-txt.jpg
Die drei Leitungen schwarz/rot/blau gehen zu den Motoren. 2 Leitungen kommen von der Spannungsversorgung oder der FlightCtrl und rechts im Bild erkennt man den I²C Anschluss.
BL-Ctrl |
|
J6 |
XC1, XC2, XC3, XC4 |
J7 |
XD1, XD2, XD3, XD4 |
Hierbei ist es egal welcher Regler an welchem der 4 I²C Anschluss Pads hängt.
WICHTIG: Die Regler sind vor Feuchtigkeit zu schützen. Zerstörung der Mosfets.
Daher unbedingt einen Schrumpfschlauch oder Plastikspray verwenden um die Regler zu schützen! Regler aber nicht zu dick einpacken, da die Mosfets warm werden und die entstehende Wärme abgeführt werden muss. Kühlkörper?
Anschluss der Motoren
Motoren 1 (vorne) und 2 (hinten) rechtsdrehend, 3 (rechts) und 4 (links) linksdrehend.
Die Drehrichtung wird hier nicht über die Adressierung der BL-Controls erreicht sondern durch entsprechende 'falsche' Verkabelung: Rechtsdrehende Motoren rot-rot/blau-blau/schwarz-schwarz und bei linksdrehenden 2 Adern tauschen, also: rot-schwarz/blau-blau/schwarz-rot.
Anschluss von Zusatzkomponenten
Auf der FlightCtrl sind die Ausgänge J3 J4 J5 J7, dies sind die PPM-Ausgänge der Kanäle 5, 6, 7 bzw. 8 wobei J7 für den Kamera-Tilt vorgesehen ist.
http://server.sywatec.de/flightctrl01.jpg ||
Kanal |
Lötpad |
5 |
J3 |
6 |
J4 |
7 |
J5 |
8 |
J7 |
||
ToDo: Bitte klären ob J5 verwendbar ist.
Gesamte Elektronik
http://mikrocontroller.cco-ev.de/images/kopter/Elektonik1k.jpg
Elektronischer Hauptschalter
Einleitung
Der MK lässt sich ohne weiteres nur durch Ziehen des Akkus stromlos schalten. Bedingt durch die hohen Ströme ist ein Unterbrechen des Stromkreises aber schwierig, da die Zuleitung unbedingt niederohmig bleiben muss.
Die einfachste Art, den Stromkreis zu unterbrechen ist ein Ein-Aus-Schalter. Die meisten erhältlichen Schalter vertragen leider keine hohen Gleichströme, die aufgedruckten Nennströme beziehen sich zudem sehr oft auf Wechselströme. Ein Gleichstrom erzeugt jedoch einen viel länger andauernden Schaltfunken, der die Kontaktflächen des Schalters schnell verbrennen lässt. Der Widerstand des Schalters steigt dann an, was Leistung kostet und den Schalter heiss werden lässt. Es ist also, je nach geschaltetem Strom und verwendetem Schalter, ein Glücksspiel, ob man den Kopter denn auch an oder aus bekommt.
Mögliche Alternativen
Eine theoretisch mögliche Alternative wären Relais, welche jedoch in dieser Leistungsklasse eher für Kraftfahrzeuge gedacht sind, entsprechend hoch ist das Gewicht. In der Elektronik verwendet man zum Schalten von hohen Leistungen Halbleiterrelais. Im einfachsten Fall kann ein Strom durch einen N-Kanal MOSFET geschaltet werden.
MOSFET steht für Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor
Funktionsweise des MOSFETs
Legt man an das Gate des MOSFETs eine Spannung an, die einige Volt höher als jene an der Source sind, wird der MOSFET leitend. Gravierender Nachteil ist hier, das gewöhnlicherweise nur ein Potential da ist, nämlich die +11V aus dem Akku. Eine noch höhere Spannung ist nicht verfügbar, deshalb muss der NMOS in der Masseleitung eingefügt werden. Ein Wegschalten der (Bezugs)masse ist prinzipiell machbar, ist jedoch risikoreich, wenn nicht das gesamte System getrennt wird, sondern nur ein Teil davon. Abgetrennte Teile der Schaltung würden dann losgelöst vom Rest des Systems "in der Luft hängen", worauf ihr neues Potential typischerweise die verbleibenden Signalleitungen sind. Diese Leitungen und die Schaltung am anderen Ende sind dann gefährdet. Am besten ist es, wenn man die Versorgung auf der "heißen" (hohen) Seite des Potentials trennt, also in der Plusleitung. Auch dort lässt sich ein NMOS einfügen, kann ihn jedoch ohne ein weitere, höhere Spannung für die Gateleitung nicht durchschalten. Nun gibt es einige Tricks, diese Spannung doch noch zu erzeugen. Ein Gate eines MOSFETs ist vergleichsweise hochohmig, lässt sich also stromlos Schalten. Eine sogenannte Ladungspumpe könnte also eine höhere Spannung erzeugen, die sich dann zum Durchschalten verwenden lässt.
Der BTS 555
Man muss das Rad aber nicht nochmal neu erfinden. Es gibt bereits fertige Lösungen aus der Halbleiterindustrie, sog. "High Side MOSFET Driver".
Eine Komplettlösung gibt es auch: Der BTS555. Sieht aus wie ein zu groß geratener Spannungsregler mit 5 Beinen. Zwei davon sind für die Last (Plus vom Kopter). Die metallene Rückseite und der mittlere Pin sind für die Quelle (Plus vom Akku), die Masse geht einfach vom Akku zum Kopter. Zum Einschalten wird Pin 2 mit einem gewöhnlichen Schalter auf Masse gezogen, durch den Schalter fließen dann nur wenige Milliampere, somit ist eigentlich jeder Schalter geeignet.
[attachment:schalter.jpg]
Der letzte, fünfte Pin ist ein Strommessausgang! Allerdings wirklich nur ein Schätzeisen. Schließt man dort einen Widerstand an, so fließt durch ihn derselbe Strom wie der zur Last, nur um Faktor 41000 dividiert. Durch den Stromfluß ergibt sich ein Spanungsabfall, der dann proportional zum fließenden Strom ist. Der Spannungsfall darf maximal Versorgungsspannung minus fünf Volt betragen. Am besten eignet sich ein Potentiometer, dann kann ggf. abgeglichen werden. Zum Abschalten der Last reicht das Auftrennen der Leitung durch den Schalter aus. Der Chip wird bei 40A Strom nicht einmal handwarm und der Steuerschalter kann sehr klein ausfallen.
Zu beziehen ist der BTS555 über Reichelt oder Conrad. Das Datenblatt findet man hier:
[http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/infineon/1-BTS555_20030925.pdf Datenblatt]
ToDo: Bilder und Schaltpläne folgen