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© Jörg Reisener letzte Aktualisierung: 01.03.2010 home Kontakt

Lipo-Blitzer

LipoBlitzer



Aufgabenstellung

Wer kennt das nicht: Der Lipo-Flugakku ist wieder mal plötzlich alle und eine Außenlandung unvermeidlich. Man hätte wohl doch den Timer starten und vorher heimfliegen sollen. Außerdem wollte man den teuren Akku ja nicht mehr durch Tiefentladung quälen. Gut wäre, wenn man im Flug immer über den Spannungspegel des Akkus informiert würde. Deshalb habe ich vor einigen Jahren diesen Lipo-Blitzer entwickelt. Nun habe ich es endlich geschafft, den Aufbau für euch zu dokumentieren. Inzwischen ist er in vielen Flugmodellen erfolgreich im Einsatz.

Gegenüber anderen Blitzern hat er den Vorteil, dass die Signalisierung weithin sichtbar und in mehreren Stufen erfolgt. Man hat quasi ein Voltmeter an Bord, das zum Entladeende hin die Unterschreitung verschiedener Spannungsstufen optisch anzeigt, und zwar über eine ansteigende Anzahl von kurzen Blitzen von 1W-Luxeon-LEDs. Entsprechend am Modell angebracht, sind diese LEDs auch bei Sonne oder größerer Entfernung noch gut zu sehen.

Außerdem ist bei diesem Blitzer die Warnschwelle leicht programmierbar und somit an Akku und Modell anpassbar.

Schaltungsbeschreibung

Durch den Einsatz eines Mikrocontrollers ist der Schaltungsaufbau sehr einfach. Ich habe den ATTiny13 von Atmel ausgewählt.

Schaltplan
LipoBlitzer Schaltplan

R3 und D1 dienen der Spannungsversorgung des Controllers. Über den Spannungsteiler R1, R2 wird die Akkuspannung an den Controller geführt und gemessen. Abhängig von der ermittelten Spannung wird die Blitzfolge über den Power-FET und R4 an die LEDs ausgegeben. Mit der angegebenen Dimensionierung des Spannungsteilers ist der Lipo-Blitzer für 3S- und 4S-Lipos geeignet. Die jeweilige Spannungsschwelle wird im Programmiermodus (Jumper J1) eingestellt. Bei 4S-Lipos sind drei LEDs in Reihe möglich, bei zwei LEDs und 4S-Lipo müssen R4 und R5 vergrößert werden. R5 (optional) bewirkt ein Dauerleuchten der LEDs, überlagert von hellen Blitzen. Dies kann die Lageerkennung des Modells verbessern und dient z.B. bei meinem Quadrokopter zur Markierung des vorderen Auslegers.

Die Dimensionierung der LED-Vorwiderstände R4 und R5 hängt von LED-Typ, -Farbe und -Anzahl ab und ist ein Kompromiß aus gewünschter Helligkeit und entstehender Verlustwärme an den Widerständen. Die angegebenen Widerstandswerte ergeben bei einem 3S-Lipo ca. 70mA LED-Dauerstrom und ca. 300mA Blitzstrom. Hier sind 0,5W-Typen erforderlich. Wenn man wegen der Baugröße 1/4W-Widerstände einsetzen will, kann man je zwei parallel schalten, z.B. 2x 200Ohm und 2x 30Ohm.

Mit dem Jumper J1 kann der Blitzer in den Programmiermodus (siehe unten) gebracht werden.

Software

Das Programm ist in Assembler geschrieben. Es vergleicht ständig die Akkuspannung mit 4 Schwellwerten. Bei vollem Akku blitzen die LEDs einmal alle 4 Sekunden (Funktionskontrolle, Anti Collision Light ...). Bei Unterschreitung der ersten Vorwarnschwelle blitzt es zweimal kurz hintereinander, dann 3s Pause. Dann dreimal und viermal mit kürzer werdenden Pausen, bei Unterschreiten der letzten Schwelle erfolgt Dauerblitzen (höchste Zeit zum Landen). Die Spannungshöhe dieser letzten Schwelle ist im Programmiermodus einstellbar (siehe unten). Der Abstand der Schwellen ist im Programm relativ zur letzten Schwelle festgelegt (siehe Beispiel unten).

Das Programm für den Controller kann hier heruntergeladen (Download hex-File) und z.B. mit ponyprog in den ATTiny13 geladen werden. Die Fuse-Bits bleiben wie im Lieferzustand.

Dort stehen inzwischen auch weitere Programmversionen mit geändertem Blitzschema (Doppelblitz) zur Verfügung. Näheres steht in der readme-Datei.

Aufbau des Lipo-Blitzers

Die Schaltung kann auf einem Stück Lochrasterplatine mit 12,5 x 32,5mm sehr klein aufgebaut werden (kleiner wird's mit SMD-Teilen auch nicht). Der Controller sollte vor dem Einlöten programmiert werden, z.B. auf einem Steckbrett, da hier kein Programmieranschluß vorgesehen ist. Der Power-FET in SMD-Bauform (SOT-23) wird auf die Leiterseite gelötet. Für R4 und R5 kann man jeweils zwei Widerstände parallel einlöten, da hier mehr Wärme entsteht. Hier mein Bestückungsvorschlag:

LipoBlitzer Platine


Und so sieht der fertige Lipo-Blitzer aus:

LipoBlitzer fertig bestückt


Hier die Leiterseite. Gut zu erkennen ist der Power-FET:

LipoBlitzer Leiterseite


Einstellung der Spannungsschwelle / Programmiermodus

Die Spannungsschwelle für Dauerblinken muß einmalig eingelernt werden (kann jederzeit neu eingestellt werden). Dazu wird der Lipo-Blitzer mit gestecktem Jumper an einer regelbaren Spannungsquelle in Betrieb genommen. Jetzt wird die gewünschte Spannung (z.B. 9,6V bei 3S-Lipo) eingestellt und der Jumper abgezogen. Die Schwelle ist nun dauerhaft gespeichert und der Blitzer ist einsatzbereit. Die Warnschwellen sind in unserem Beispiel nun folgendermaßen eingestellt:

> ca.10,7V    1x blinken    4s Pause    Anti Collision Light
< ca.10,7V    2x blinken    2s Pause    ca. 3/4 leer, je nach Akku
< ca.10,2V    3x blinken    1s Pause    Landung vorbereiten
< ca.  9,9V    4x blinken    1s Pause    landen
< ca.  9,6V    Dauerblinken                   unbedingt landen, sonst leidet der Akku

Achtung: Gute Akkus mit hoher Spannungslage brechen zum Ende sehr schnell ein! Hier ist es sinnvoll, eine höhere Schwelle einzustellen.

Hier zur Verdeutlichung des Programmiermodus und der Funktion noch ein kleines Video:

http://www.rcmovie.de/video/ddd1669176f3c766ff88/LipoBlitzer-Demo
(wenn eine Fehlermeldung von RCMovie kommt, einfach den Link kopieren und in neuem Browserfenster öffnen, dann geht's.)

Anwendungsvariante als Lipo-Tiefentladungs-Schutzschaltung

Es gibt Anwendungen, wo man schon mal vergißt, den Akku abzustecken, z.B. beim FPV-Videoempfänger. Das führt häufig zum vorzeitigen Lipo-Tod durch Tiefentladung.

Dem kann man mit dieser Schaltung und einer Softwareänderung ebenfalls vorbeugen. Statt LEDs und R4, R5 wird der Verbraucher angeschlossen. Der Tiny13 bekommt eine andere Firmware (näheres in der Download-readme.txt). Nun wird beim Akku-Anstecken der FET dauerhaft durchgeschaltet. Unterschreitet die Akkuspannung längere Zeit (0,5s) den Schwellwert, trennt der FET den Verbraucher vom Akku. Ein erneutes Einschalten ist erst nach Akkuwechsel möglich. So wird eine weitere unbemerkte Entladung des Akkus durch den Verbraucher verhindert. Es fließt nur noch der geringe Eigenstrom der Schutzschaltung.


Der eingesetzte IRLML2502 in SMD-Bauform verträgt einen Laststrom bis zu 1A ohne Kühlung, mit Kühlung bis zu 4A (Dauerstrom). Bei höheren Strömen kann ein anderer FET (mit Kühlung) eingesetzt oder ein Relais zwischengeschaltet werden.

Schlußwort

Der Nachbau sollte einfach möglich sein. Bei Fragen oder Problemen, oder wenn Ihr euch das Programmieren des Controllers nicht zutraut, könnt Ihr euch gerne an mich wenden. Ich freue mich über jede Rückmeldung.

Wer nicht selbst bauen möchte, kann den Lipoblitzer auch hier kaufen. Dort wird ein leicht modifizierter Nachbau komplett fertig konfektioniert mit LEDs und Kabelsatz angeboten.

Für alle Fans eines professionellen Platinenlayouts wurde im Mikrokopter-Forum eine SMD-Platine entwickelt, vielen Dank dafür an Oli82.

Viel Erfolg!