1. 引言

在無人機(jī)的設(shè)計(jì)中，電調(diào)（ESC）是連接飛控系統(tǒng)與電動機(jī)的關(guān)鍵組件，負(fù)責(zé)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向，進(jìn)而控制無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和動力分配。對于小型無人機(jī)，電調(diào)的選擇尤為重要，因?yàn)樗粌H要滿足高效能，還要考慮到體積小、重量輕和高效電力傳輸。

本文將重點(diǎn)討論如何選擇合適的元器件用于小型無人機(jī)的電調(diào)方案，并通過電路框圖展示如何集成這些元器件。

2. 小型無人機(jī)電調(diào)工作原理與要求

電調(diào)的主要作用是控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過調(diào)節(jié)功率輸出，來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行姿態(tài)的控制。小型無人機(jī)電調(diào)系統(tǒng)不僅需要滿足功率、穩(wěn)定性和高效的需求，還需要具有較低的功耗和較高的響應(yīng)速度。

常見的電調(diào)要求包括：

• 高效能輸出：要確保無人機(jī)長時(shí)間飛行。

• 小體積和低重量：減輕總重量，提高飛行性能。

• 高可靠性：保證飛行過程中不會發(fā)生故障。

• 寬工作溫度范圍：適應(yīng)各種環(huán)境。

3. 電調(diào)關(guān)鍵元器件優(yōu)選

3.1 微控制器（MCU）

優(yōu)選器件：STM32F103C8T6

• 作用：作為主控制單元，處理電調(diào)輸入信號，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向。

• 選擇理由：STM32F103C8T6 具有強(qiáng)大的處理能力和豐富的外設(shè)接口，能夠處理復(fù)雜的信號控制任務(wù)，同時(shí)也具有低功耗特性。

• 功能：

• PWM信號生成：生成驅(qū)動電機(jī)所需的PWM信號。

• 通信協(xié)議：支持與飛控系統(tǒng)的通信接口（如I2C、UART）。

• 高速處理：高達(dá)72 MHz的主頻，能夠快速響應(yīng)輸入信號。

3.2 功率MOSFET

優(yōu)選器件：IRLZ44N

• 作用：用于電調(diào)中的電力開關(guān)，控制電動機(jī)的功率輸出。

• 選擇理由：IRLZ44N是一款低導(dǎo)通電阻的邏輯級MOSFET，適用于高效電流控制，能夠降低功率損耗。

• 功能：

• 低電阻開關(guān)：減少電流通過時(shí)的能量損耗。

• 高電流承載能力：可以支持較高的電流需求，適應(yīng)不同電動機(jī)的功率要求。

3.3 電流傳感器

優(yōu)選器件：INA226

• 作用：監(jiān)測電調(diào)系統(tǒng)中的電流，提供反饋信號，幫助控制電流輸出。

• 選擇理由：INA226是一個(gè)高精度的電流/電壓傳感器，具有較低的功耗和快速響應(yīng)能力。

• 功能：

• 電流監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測電動機(jī)電流，防止過載。

• 電壓反饋：通過電壓反饋保證穩(wěn)定的功率輸出。

3.4 速度傳感器

優(yōu)選器件：AS5048A

• 作用：實(shí)時(shí)監(jiān)測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，反饋給MCU，用于精確調(diào)節(jié)電動機(jī)的運(yùn)行速度。

• 選擇理由：AS5048A是一款高精度的磁性編碼器，能夠提供高分辨率的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，適合小型無人機(jī)應(yīng)用。

• 功能：

• 轉(zhuǎn)速反饋：提供精確的電動機(jī)轉(zhuǎn)速信息，用于PID控制。

• 高精度磁性檢測：適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的工作環(huán)境。

3.5 電容器與濾波器

優(yōu)選器件：Panasonic EEU-FR1E471

• 作用：濾波與去噪，確保電調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

• 選擇理由：Panasonic品牌的電容器具有較低的ESR（等效串聯(lián)電阻），適合高頻濾波。

• 功能：

• 噪聲抑制：減少電源噪聲，確保電調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定。

• 濾波功能：在PWM信號中濾除高頻雜波，保證平穩(wěn)輸出。

4. 電調(diào)方案電路框圖

4.1 電路框圖描述

在電調(diào)設(shè)計(jì)中，核心部分是微控制器（MCU）和功率MOSFET的配合，其他元器件則起到輔助作用。以下是小型無人機(jī)電調(diào)的基本電路框圖：

• 飛控系統(tǒng)：輸入PWM信號，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

• MCU：根據(jù)飛控系統(tǒng)的信號，生成驅(qū)動電動機(jī)的PWM信號，并實(shí)時(shí)處理傳感器反饋。

• 電流傳感器與速度傳感器：提供電流與轉(zhuǎn)速反饋，幫助調(diào)節(jié)電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

• 功率MOSFET：控制電動機(jī)的功率輸出。

5. 結(jié)論

在選擇小型無人機(jī)電調(diào)元器件時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素，如功率需求、系統(tǒng)穩(wěn)定性、體積和重量等。STM32F103C8T6、IRLZ44N、INA226和AS5048A等器件能夠?yàn)殡娬{(diào)系統(tǒng)提供高效、精確的控制，滿足小型無人機(jī)高性能的要求。

此外，通過合理的電路設(shè)計(jì)，可以有效提升電調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，從而提高無人機(jī)的飛行性能。