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
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:
Und so sieht der fertige
Lipo-Blitzer aus:
Hier die Leiterseite.
Gut zu erkennen ist der Power-FET:
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:
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!
