Inhaltsverzeichnis
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.
Alternative gegen Schalterzerstörung durch den Lipo-Blitz: Pilotstecker
Funktionsweise des MOSFETs
MOSFET steht für Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor
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
und beim richtigen Schalten mit einer höheren Spannung
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 (Pin 1 und 5) sind für die Last (Plus zum Kopter etc.). Die metallene Rückseite und der mittlere Pin 3 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.
Der letzte Pin (IS, Pin 4) 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 Spannungsabfall, der dann proportional zum fließenden Strom ist. Der Spannungsabfall 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, Conrad oder im Shop. Das Datenblatt findet man hier:
Bauanleitung
Da mir an nur einem Tag gleich zwei Schalter (an zwei verschiedenen Koptern) festgebacken sind, habe ich mir einen elektronischen Ersatz gebastelt. Die BTS555 hatte ich zum Glück schon in der Bastelkiste liegen.
Der Einfachheit halber habe ich den BTS555 auf eine Lochrasterplatine verbaut und zwar so, dass man sie direkt an die Lötpads des Schalters auf der FC löten kann. Ich wollte einfach keinen "fliegenden" Aufbau.
Wie der BTS555 auf die Lochrasterplatine gelötet wird, kann man auf den Fotos recht gut erkennen. Die Verbindungsdrähte zur FC sind einfach abgeschnittene Beinchen einer 1N4001, jeweils zwei parallel. Man kann natürlich auch etwas anderes nehmen. Es sollte nur ein etwas dickerer Draht sein, damit es sich nicht abwackelt. Die Beinchen der 1N4001 hatte ich halt gerade herumliegen.
Die beiden Beinchen zum Gehäuse des BTS555 sind die, die den Strom führen. Das Beinchen zum Platinenrand ist der Schalt-Eingang des BTS555. Den hätte man eigentlich nicht zur FC verdrahten müssen. Ich habe mir halt gedacht, drei Beinchen wackeln nicht so schnell ab wie zwei.
Die Bilder der Befestigung der Lochrasterplatine an der FC sind nicht so toll geworden, da ich sie im eingebauten Zustand geschossen habe. Ich habe es einfach versäumt, kurz nach dem Umrüsten der FC Bilder zu machen.
Das Schaltbeinchen es BTS555 wird dann einfach mit einem beliebigen Schalter nach Masse geschaltet, um den Kopter einzuschalten.
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ToDo: Bilder und Schaltpläne folgen