Kaip išsirinkti tinkamą ESC plokštę savo kvadrokopteriui | Eksperto vadovas
Turinys
- Įvadas
- Pagrindinė funkcija: ką veikia ESC PCB?
- ESC PCB dekonstravimas: pagrindiniai komponentai ir jų poveikis
- Partnerystė su tinkamu PCBA gamintoju
- Praktinis jūsų atrankos proceso kontrolinis sąrašas
- Skrydžio pagrindas
Individualių kvadrokopterių konstravimo pasaulyje jaudulys slypi tame, kaip išspausti iš savo aparato kiekvieną našumo lašelį. Nors rėmai, varikliai ir sraigtai gauna didžiąją dalį šlovės, patyrę pilotai žino, kad tikrasis nepastebėtas herojus – ir dažna gedimų priežastis – yra elektroninio greičio reguliatoriaus (ESC) spausdintinė plokštė (PCB).
Išsirinkti standartinį ESC yra viena, o suprojektuoti ar pasirinkti nestandartinę ESC PCBA (spausdintinės plokštės mazgą) – visai kas kita. Tai labai svarbus sprendimas, nuo kurio priklauso jūsų keturračio patikimumas, reagavimas ir maksimali galia. Šiame vadove bus išsamiai aptartos ESC spausdintinių plokščių techninės subtilybės, suteikiant jums galimybę priimti pagrįstus sprendimus dėl kito didelio našumo modelio.
Pagrindinė funkcija: ką veikia ESC PCB?
Prieš pradedant nagrinėti atrankos kriterijus, labai svarbu suprasti ESC vaidmenį. Jis veikia kaip tarpininkas tarp skrydžio valdiklio (smegenų) ir bešepetėlių variklių (raumenų). Pagrindinės jo funkcijos:
- Maitinimo perjungimas: Jis greitai perjungia dideles sroves iš akumuliatoriaus į tris variklio fazes (A, B, C), kad sukurtų sukamąjį magnetinį lauką.
- Bendravimas: Jis interpretuoja skrydžio valdiklio signalus (paprastai PWM, DShot arba Proshot protokolus), kad nustatytų reikiamą variklio greitį.
- Telemetrija: Pažangūs ESC teikia grįžtamąjį ryšį (apsukų skaičių, srovės sąnaudas, temperatūrą) skrydžio valdikliui, kad šis galėtų juos reguliuoti ir stebėti.
PCB yra pagrindas, kuriame yra visi šias funkcijas užtikrinantys komponentai. Jo konstrukcija tiesiogiai veikia visos sistemos efektyvumą, šilumos išsklaidymą ir elektrinį triukšmą.
ESC PCB dekonstravimas: pagrindiniai komponentai ir jų poveikis
Didelio našumo ESC PCB yra daugiau nei tik plokštė su komponentais; tai kruopščiai suprojektuota sistema.
A. MOSFETai (maitinimo jungikliai)
Kas jie yra: Metalo-oksido-puslaidininkiniai lauko tranzistoriai yra darbiniai arkliai, kurie susidoroja su didelėmis srovės apkrovomis.
Atrankos kriterijai:
- RDS (įjungtas): Tai yra varža, kai lauko tranzistorius įjungtas. Žemiau yra geriau. Mažesnis RDS(ON) reiškia, kad mažiau energijos iššvaistoma šilumos pavidalu, todėl padidėja efektyvumas ir variklių galia.
- Įtampos įvertinimas: Turi patogiai viršyti jūsų akumuliatoriaus įtampą (pvz., 30–40 V lauko tranzistoriai 6S LiPo akumuliatoriams – ~25,2 V). Didesnė įtampa suteikia saugos ribą nuo įtampos šuolių.
- Srovės valdymas: Nuolatinės ir impulsinės srovės vardinės vertės turi atitikti jūsų variklių poreikius esant itin didelėms apkrovoms.
- Perjungimo greitis: Greitesnis perjungimas leidžia pasiekti aukštesnius PWM dažnius, todėl variklis veikia sklandžiau. Tačiau tai reikia valdyti, kad būtų išvengta elektromagnetinių trukdžių (EMI).
B. Mikrovaldiklio blokas (MCU – smegenys)
Kas tai yra: Procesorius, kuriame veikia ESC programinė įranga (pvz., BLHeli_32, AM32, KISS).
Atrankos kriterijai:
- Apdorojimo galia: Šiuolaikiniai 32 bitų mikroprocesoriai (pvz., ARM Cortex-M0) iš esmės pakeitė senesnius 8 bitų lustus. Jie suteikia pažangių funkcijų: didesnį atnaujinimo dažnį („DShot1200“), sudėtingus algoritmus (RPM filtravimą) ir telemetriją, o visa tai prisideda prie sklandaus skrydžio ir tikslaus valdymo.
- Suderinamumas su programine įranga: Jūsų pasirinktas mikrokontroleris nulems, kokią programinę-aparatinę įrangą galite naudoti. Įsitikinkite, kad jūsų gamintojas gali tiekti mikrokontrolerius, kuriuos palaiko jūsų pageidaujama programinė įranga.
C. Išdėstymas ir galios plokštumos projektavimas
Čia PCB dizainas tampa meno forma.
- Dabartiniai keliai: Didelės srovės trajektorijos (iš akumuliatoriaus įėjimo į lauko tranzistorius ir variklio išėjimus) turi būti trumpas, platus ir storasDaugelyje aukštos klasės ESC naudojami 2oz arba net 3oz vario sluoksniai siekiant sumažinti pasipriešinimą ir pagerinti šilumos išsklaidymą.
- Atjungimo kondensatoriai: Kondensatorių vieta ir vertė yra nederybų objektas. Didelis tūrinis kondensatorius įėjime išlygina akumuliatoriaus įtampą, o mažesnė keraminiai kondensatoriai Labai arti lauko tranzistorių esantys kondensatoriai slopina aukšto dažnio triukšmą. Netinkamas kondensatorių pasirinkimas arba išdėstymas yra pagrindinė desinchronizavimo ir destruktyvių įtampos šuolių priežastis.
- Šilumos valdymas: Pati PCB yra radiatorius. Atviri variniai paminkštinimai po MOSFET tranzistoriais, prijungtais prie įžeminimo plokštumos per terminiai tarpai, yra būtini norint pašalinti šilumą nuo komponentų ir nukreipti ją į orą arba išorinį radiatorių.
D. Papildomos funkcijos
- Srovės jutiklis: Specialus lustas, skirtas matuoti srovės sąnaudas realiuoju laiku, būtinas telemetrijai ir akumuliatoriaus valdymui.
- Juodosios dėžės registravimas: Kai kurie ESC gali saugoti skrydžio duomenis viduje – tai neįkainojama priemonė derinimui ir reguliavimui.
- 4 viename ir vieno ESC palyginimas: 4 viename ESC integruoja keturis ESC vienoje spausdintinėje plokštėje, taip taupant vietą ir svorį. Pavieniai ESC yra moduliniai ir lengviau pakeičiami po avarijos. Pasirinkimas turi įtakos bendram spausdintinės plokštės išdėstymo sudėtingumui.
Partnerystė su tinkamu PCBA gamintoju
Individualaus projekto atveju jūs ne tik perkate komponentą, bet ir bendradarbiaujate su gamybos partneriu. Štai į ką atkreipti dėmesį:
- Patirtis su aukšto dažnio, didelės srovės projektais: Ne visi spausdintinių plokščių gamintojai supranta unikalius ESC projektavimo iššūkius. Paprašykite jų pateikti pavyzdžių, atliktų galios elektronikos srityje.
- Medžiagų pasirinkimas: Jie turėtų rekomenduoti tinkamas medžiagas, tokias kaip TG170-180 PCB, kad būtų didesnis šiluminis atsparumas ir storesni vario sluoksniai.
- Surinkimo galimybės: Jie turi būti pakankamai tikslūs, kad galėtų tiksliai išdėstyti mažyčius komponentus (pvz., 0201 rezistorius / kondensatorius) ir lituoti didelius šiluminės masės komponentus (MOSFET) jų nepažeisdami.
- Testavimas ir kokybės kontrolė (KK): Pasiteiraukite apie jų kokybės kontrolės protokolus. Minimalus reikalavimas yra bandymas su „Flying Probe“ technologija. Aukštos klasės konstrukcijoms labai rekomenduojama atlikti funkcinius bandymus esant apkrovai.
- Gamybinio projektavimo (DFM) palaikymas: Geras gamintojas peržiūrės jūsų „Gerber“ failus ir pateiks atsiliepimus, kad padidintų našumą ir patikimumą, pastebėdamas galimas problemas prieš pradedant gamybą.
Praktinis jūsų atrankos proceso kontrolinis sąrašas
| Aspektas | Klausimai, kuriuos reikia užduoti | Į ką atkreipti dėmesį |
|---|---|---|
| Našumas | Kokia yra tikslinė srovės vertė? (pvz., 45 A nuolatinė srovė, 55 A impulsinė srovė)? | Lauko tranzistoriai su pakankamai mažu RDS(ON) ir srovės stipriu. |
| Kokio protokolo ir atnaujinimo dažnio man reikia? (DShot600, DShot1200)? | 32 bitų mikrovaldiklis, suderinamas su BLHeli_32 arba AM32 programine įranga. | |
| Patikimumas | Kaip valdoma šiluma? | Tvirtos galios plokštumos, šiluminės angos ir išorinio radiatoriaus rekomendacijos. |
| Ar konstrukcija apsaugota nuo įtampos šuolių? | Tinkamo dydžio ir padėties įvesties kondensatoriai. | |
| Gamyba | Ar gamintojas gali įgyvendinti mano dizaino sumanymą? | Panašaus darbo įrodymas, DFM palaikymas ir storo vario sluoksnio galimybės. |
| Kaip testuojamas galutinis produktas? | Įsipareigojimas atlikti 100 % elektros bandymus ir pasirinktinai funkcinius bandymus. |
Skrydžio pagrindas
Tinkamos ESC spausdintinės plokštės pasirinkimas yra didelė investicija į jūsų individualaus kvadrokopterio našumą ir vientisumą. Tai sprendimas, kuriame derinami elektrotechnikos, termodinamikos ir tikslios gamybos principai. Peržengdami vien specifikacijų ribas ir suprasdami komponentų pasirinkimo bei išdėstymo priežastis, galite pasirinkti arba suprojektuoti plokštę, kuri yra ne tik komponentas, bet ir tvirta bei naši jūsų orlaivio širdis.
Nepalikite savo konstrukcijos atsitiktinumui. Bendradarbiaukite su PCBA gamintoju, kuris kalba našumo ir tikslumo kalba.
