1. 引言

在无人机的设计中，电调（ESC）是连接飞控系统与电动机的关键组件，负责控制电动机的转速与方向，进而控制无人机的飞行稳定性和动力分配。对于小型无人机，电调的选择尤为重要，因为它不仅要满足高效能，还要考虑到体积小、重量轻和高效电力传输。

本文将重点讨论如何选择合适的元器件用于小型无人机的电调方案，并通过电路框图展示如何集成这些元器件。

2. 小型无人机电调工作原理与要求

电调的主要作用是控制电动机的转速，通过调节功率输出，来实现无人机飞行姿态的控制。小型无人机电调系统不仅需要满足功率、稳定性和高效的需求，还需要具有较低的功耗和较高的响应速度。

常见的电调要求包括：

• 高效能输出：要确保无人机长时间飞行。

• 小体积和低重量：减轻总重量，提高飞行性能。

• 高可靠性：保证飞行过程中不会发生故障。

• 宽工作温度范围：适应各种环境。

3. 电调关键元器件优选

3.1 微控制器（MCU）

优选器件：STM32F103C8T6

• 作用：作为主控制单元，处理电调输入信号，控制电动机的转速与方向。

• 选择理由：STM32F103C8T6 具有强大的处理能力和丰富的外设接口，能够处理复杂的信号控制任务，同时也具有低功耗特性。

• 功能：

• PWM信号生成：生成驱动电机所需的PWM信号。

• 通信协议：支持与飞控系统的通信接口（如I2C、UART）。

• 高速处理：高达72 MHz的主频，能够快速响应输入信号。

3.2 功率MOSFET

优选器件：IRLZ44N

• 作用：用于电调中的电力开关，控制电动机的功率输出。

• 选择理由：IRLZ44N是一款低导通电阻的逻辑级MOSFET，适用于高效电流控制，能够降低功率损耗。

• 功能：

• 低电阻开关：减少电流通过时的能量损耗。

• 高电流承载能力：可以支持较高的电流需求，适应不同电动机的功率要求。

3.3 电流传感器

优选器件：INA226

• 作用：监测电调系统中的电流，提供反馈信号，帮助控制电流输出。

• 选择理由：INA226是一个高精度的电流/电压传感器，具有较低的功耗和快速响应能力。

• 功能：

• 电流监控：实时监测电动机电流，防止过载。

• 电压反馈：通过电压反馈保证稳定的功率输出。

3.4 速度传感器

优选器件：AS5048A

• 作用：实时监测电动机的转速，反馈给MCU，用于精确调节电动机的运行速度。

• 选择理由：AS5048A是一款高精度的磁性编码器，能够提供高分辨率的转速数据，适合小型无人机应用。

• 功能：

• 转速反馈：提供精确的电动机转速信息，用于PID控制。

• 高精度磁性检测：适应高速旋转电动机的工作环境。

3.5 电容器与滤波器

优选器件：Panasonic EEU-FR1E471

• 作用：滤波与去噪，确保电调系统的稳定性。

• 选择理由：Panasonic品牌的电容器具有较低的ESR（等效串联电阻），适合高频滤波。

• 功能：

• 噪声抑制：减少电源噪声，确保电调系统稳定。

• 滤波功能：在PWM信号中滤除高频杂波，保证平稳输出。

4. 电调方案电路框图

4.1 电路框图描述

在电调设计中，核心部分是微控制器（MCU）和功率MOSFET的配合，其他元器件则起到辅助作用。以下是小型无人机电调的基本电路框图：

• 飞控系统：输入PWM信号，控制电动机的转速。

• MCU：根据飞控系统的信号，生成驱动电动机的PWM信号，并实时处理传感器反馈。

• 电流传感器与速度传感器：提供电流与转速反馈，帮助调节电动机的稳定运行。

• 功率MOSFET：控制电动机的功率输出。

5. 结论

在选择小型无人机电调元器件时，需要综合考虑多个因素，如功率需求、系统稳定性、体积和重量等。STM32F103C8T6、IRLZ44N、INA226和AS5048A等器件能够为电调系统提供高效、精确的控制，满足小型无人机高性能的要求。

此外，通过合理的电路设计，可以有效提升电调系统的稳定性和响应速度，从而提高无人机的飞行性能。