1. 引言

在無人機的設計中，電調（ESC）是連接飛控系統與電動機的關鍵組件，負責控制電動機的轉速與方向，進而控制無人機的飛行穩定性和動力分配。對于小型無人機，電調的選擇尤為重要，因為它不僅要滿足高效能，還要考慮到體積小、重量輕和高效電力傳輸。

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

2. 小型無人機電調工作原理與要求

電調的主要作用是控制電動機的轉速，通過調節功率輸出，來實現無人機飛行姿態的控制。小型無人機電調系統不僅需要滿足功率、穩定性和高效的需求，還需要具有較低的功耗和較高的響應速度。

常見的電調要求包括：

• 高效能輸出：要確保無人機長時間飛行。

• 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生故障。

• 寬工作溫度范圍：適應各種環境。

3. 電調關鍵元器件優選

3.1 微控制器（MCU）

優選器件：STM32F103C8T6

• 作用：作為主控制單元，處理電調輸入信號，控制電動機的轉速與方向。

• 選擇理由：STM32F103C8T6 具有強大的處理能力和豐富的外設接口，能夠處理復雜的信號控制任務，同時也具有低功耗特性。

• 功能：

• PWM信號生成：生成驅動電機所需的PWM信號。

• 通信協議：支持與飛控系統的通信接口（如I2C、UART）。

• 高速處理：高達72 MHz的主頻，能夠快速響應輸入信號。

3.2 功率MOSFET

優選器件：IRLZ44N

• 作用：用于電調中的電力開關，控制電動機的功率輸出。

• 選擇理由：IRLZ44N是一款低導通電阻的邏輯級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：減少電流通過時的能量損耗。

• 高電流承載能力：可以支持較高的電流需求，適應不同電動機的功率要求。

3.3 電流傳感器

優選器件：INA226

• 作用：監測電調系統中的電流，提供反饋信號，幫助控制電流輸出。

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

• 功能：

• 電流監控：實時監測電動機電流，防止過載。

• 電壓反饋：通過電壓反饋保證穩定的功率輸出。

3.4 速度傳感器

優選器件：AS5048A

• 作用：實時監測電動機的轉速，反饋給MCU，用于精確調節電動機的運行速度。

• 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速數據，適合小型無人機應用。

• 功能：

• 轉速反饋：提供精確的電動機轉速信息，用于PID控制。

• 高精度磁性檢測：適應高速旋轉電動機的工作環境。

3.5 電容器與濾波器

優選器件：Panasonic EEU-FR1E471

• 作用：濾波與去噪，確保電調系統的穩定性。

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

• 功能：

• 噪聲抑制：減少電源噪聲，確保電調系統穩定。

• 濾波功能：在PWM信號中濾除高頻雜波，保證平穩輸出。

4. 電調方案電路框圖

4.1 電路框圖描述

在電調設計中，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。以下是小型無人機電調的基本電路框圖：

• 飛控系統：輸入PWM信號，控制電動機的轉速。

• MCU：根據飛控系統的信號，生成驅動電動機的PWM信號，并實時處理傳感器反饋。

• 電流傳感器與速度傳感器：提供電流與轉速反饋，幫助調節電動機的穩定運行。

• 功率MOSFET：控制電動機的功率輸出。

5. 結論

在選擇小型無人機電調元器件時，需要綜合考慮多個因素，如功率需求、系統穩定性、體積和重量等。STM32F103C8T6、IRLZ44N、INA226和AS5048A等器件能夠為電調系統提供高效、精確的控制，滿足小型無人機高性能的要求。

此外，通過合理的電路設計，可以有效提升電調系統的穩定性和響應速度，從而提高無人機的飛行性能。