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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.

Zum Vergleich die Leistungen beim "falschen" Schalten

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und beim richtigen Schalten mit einer höheren Spannung

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Man achte auf die Skalierung der Achsen. Wichtig zu Erwähnen ist an dieser Stelle, daß dieser Aufbau auch einen Schalter besitzt, der den MK stromlos macht. Jedoch schaltet hier nicht der Schalter den hohen Strom, sondern der MOSFET intern. Dieses Schaltprinzip, nämlich Schalten hoher Ströme mit Hilfe geringer Ströme, ist seit vielen Jahrzehnten gängige Praxis. Somit ist dieses Verfahren durchaus als "Not-Aus" geeignet.

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.

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Der letzte, fünfte Pin (IS) 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 BR

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