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穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A

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发表于 2020-6-23 16:07:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
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       前几天写完飞控,回复的人数还可以,今天来接着分析BLHeli_32的四合一电调。有可能你看完这篇文章不一定会买飞盈佳乐的电调,但是各位还是要感谢一下,因为有飞盈佳乐送测的电调,我才会写这个帖子。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 7240
       当然这个帖子同样是在分析的同时开个箱,详细的帖子里我会用它做一个大疆那样的小车,材料已经差不多买好了。另外做一个直播预告,这周三晚上20:00,我会在B站直播画HGL F722飞控的外接电路板https://live.bilibili.com/220203用来250克的固定翼,同时会说一说小型电流计的选。那好,然后接下来开始正文的内容。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 996
       绿色框里框住的是功能基本完整的单个电调所占的面积。右侧是这次飞盈佳乐送测的X cross 45A电调,左侧是DYS F45A电调,也是BLHeli_32的,用来辅助分析(我手里也只有这个)。然后可以看到为了减小体积,两个电调里都附加了电流计的功能。电调主要就分为主控芯片,MOS驱动,三相H桥,稳压电路,电流计,还有滤波电容6个部分。电调的PCB设计会比飞控难一些,因为电调同时有高速信号和大电流跑在同一张PCB上,如果设计不好的话,电流可能会干扰到高速控制信号以及相电压的采样。但和飞控一样,电调更重要的控制程序,同样是github上国外开发者写的。所以我们会发现,任何品牌,不管是分体还是四合一的,电调的主控芯片一定肯定且只能是STM32F051K6U6,为什么呢,因为人家开发程序时用的就是这个芯片,你如果不会开发的话肯定不会改。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 1079
       而且BLHeli_32的软件作者也不能用爱发电,所以他没有开源稳定版的代码,电调厂家做电调时需要交点儿钱,作者才会根据这块电调的管脚排布更新固件。为了防伪,作者在程序里加了一块识别代码,只有厂家才能在空芯片上直接写进稳定版的程序(个人确实可以写非稳定版的,但需要承担这个程序有bug的风险)所以不像BLHeli,BLHeli_s,电调主控芯片如果烧了,闲鱼是没法维修的。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 6360
       接下来呢,就是MOS驱动,这个驱动芯片如果玩航模时间长的人应该一眼就能看出来,这是个非常非常熟悉的芯片,峰绍的FD6288。它有两种封装,一种是大部分电调用的QFN24封装,另一种tssop24封装只在银燕的35A电调里用过,这两个封装的芯片功能是一样的,现在为了节省体积都用这种小封装。那既然国内电调厂家主控芯片和MOS驱动都不能动,那看这款电调的做工怎么样,只能看组成三相H桥驱动电机的MOS管,稳压电路和滤波电容的用料。
不过说这仨部分之前还有一个电流计,只能说受限于穿越机的小体积,电流计都是用电阻分压,然后通过运算放大器放大,把0-150或者200A电流分压放大到0-3.3V来由飞控ADC检测,STM32的ADC是12位的,意思就是0-200A电流计理论精度0.048A。但运放还有输入偏置电压,ADC还有非线性度,所以所有电流计的精度也就那样,没什么好坏之分。想高精度需要用霍尔和外置ADC芯片,一是穿越机上没必要,二是开源作者不写程序,厂家也做不出来。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 1929
       接下来是做工可以拉开差距的第一部分(但因为大家一起缩配置,所以并没有拉开差距),电源。众所周知,一个电调上需要很多种电压,流程图如上所示。电源直接给三相H桥供电驱动电机,这点各家都没区别。接下来呢,是给MOS驱动供电的12伏稳压管,细心的同学会发现我在12V地方写的是稳压管,在3.3V的地方写的是LDO,这两个管子的功能是一样的,但为什么名称不一样呢。这要从MOS管说起,MOS管稳定导通需要在栅级加至少3V的电压,同时这个电压不能高于20V,不然MOS管就会被击穿损坏。因此,实际使用中MOS管驱动电压一般设计成10-15V,12伏也是一个比较合适的值,而且MOS管的导通电阻和驱动电压成反比,驱动电压越高,导通电阻就会稍微小一些。不管是LDO还是稳压器,在输出时会有压降,如果你的输入输出压差小于压降的话,稳压管的输出值就会低于额定值。LDO学名叫低压降稳压器,相比于稳压管的压降更小,比如同样是3S电池充满12.6V,用稳压管的输出是10.9V,用LDO的输出是12V,所以3S电池用LDO时,MOS管导通内阻会更小,电调发热也会低一些。目前所有厂家用的都是压降1.7V的78L12稳压管,当然,这种设计在4S情况下完全没有问题,可能大部分买45A四合一电调的都不再用3S电池了。
       还有5V和9V的DC-DC模块,以前是给摄像头或者飞控用的,但是因为现在飞控都开始自带降压模块儿,电调上加这部分成本也没必要,所以有一部分厂商就不再做这部分。可以看到飞盈佳乐这款电调背面留了DC-DC模块的位置,只不过元件并没有焊接上去。
       最后呢,还有比较重要的一点,就是这个电调的MOS管。前几年有人跟我说,电调看MOS管没用,MOS管和电调设计也有关系,比如MOS管的Tr,Tf,Qgs等也会影响电调的性能。但他只说对了一部分,MOS管的内阻电流耐压等决定了这个电调的上限,如果你真的能用10A的MOS管而做出40A的电调,那我国的高铁公司需要你去设计电机驱动打破国外对大电流IGBT的垄断。而BLheli_32电调的PWM频率一般为24或48khz,相对于接近1Mhz的BUCK电路来说Tr,Tf,Qgs对效率的影响也较小,例如下图就是STM32 FOC电调设计培训中对元件选型的建议:
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 9985
       同样,下图是几款电调MOS管的对比:
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       从对比图中我们才会发现,电调MOS主要看两个参数:MOS表面Ta=25℃时候的持续电流(或10V导通内阻)(前图中5-10倍指的是Tc=25℃时电流,这两个电流值一般情况下成正比),和耐压。
       先说内阻:从图中可以看出,不同型号MOS使用Tc温度测试的电流相差甚远,和内阻没有任何相关性,这是因为Tc并不能直接贴个传感器就测到,各个厂家测Tc的方法不一样,所以有的MOS看起来电流特别大,但是实际效果并不是那么好。最终可以发现,内阻越低,持续电流@Ta=25℃越大。而这也是电调实际工作时的情况。东芝和ON semi的数据虽然没有在datasheet中标出,但这俩电流肯定是六个电调里最大的。最后可能有人会问,这个45A电调持续电流才32A是不是虚标了?电机在运行时三相是轮流导通的,电调输入45A直流时每个MOS管的等效电流只有26A,所以表里这些电调都是没有虚标,但MOS用料也确实有区别。相信你们看完图也能知道哪个电调相对来说性价比更高,我在这里就不明说了。
       然后是耐压:在两三年前之前的航模电调产品中,支持6S的电调用的都还是30V的MOS,主要是因为空模电调的工作环境比穿越机好很多,而穿越机那时候还在用4S电池,标6S也就是图一乐儿,所以那个时候30V的MOS是够用的。但穿越机上如果电机突然被卡住,续流可能导致MOS管两端电压超过Vgs极限值,击穿MOS。所以如果你的穿越机已经用上了6S电池,那我建议还是用MOS耐压40V的电调,如果你目前用的是4S电池,那30V耐压的MOS还是很好用的。
       滤波电容其实很容易理解,就是容量越大越好。只不过还有一点是电容耐压也有区别。比如飞盈佳乐这款Xcross用的是耐压50V的MLCC电容,大力40A用的就是25V。在接入6S电池的时候,50V电容明显就比25V的电容更稳妥一些。(当然同封装,50V电容容量会比25V的小)
       最后呢,就是一些可以提升使用体验的细节,比如接口的点胶,电机焊点的金属化包边。虽然MOS的规格不是很豪华,但飞盈佳乐Xcross这两处细节都认真做了。点胶可以增加接口强度,防止大力出奇迹。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 7749
       而金属化包边本来用在射频PCB上防止电磁泄漏。在电调上来说可以略微提升焊点的机械强度,同时微微降低焊点电阻。但即使有金属化包边,你也别傻呵呵的像一些装机贴(暂时找不到图)只把电机线焊在包边的侧面,不然稍微炸机包边就会像右侧那个电调一样被扯掉。如果真的被扯掉了,可以像右图用电阻腿儿修一下。
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 3868
       最后做个直播预告:明天晚上20:00(2020.6.24,周三)我会在b站直播绘制F722飞控外接PCB,顺便讲讲元器件选型。直播间地址https://live.bilibili.com/220203,欢迎到时候来看。

穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:Myth 6893
发表于 2020-6-24 22:58:39 来自手机 | 显示全部楼层
好帖居然无人喝彩
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发表于 2020-6-27 08:28:20 | 显示全部楼层
顶顶顶顶顶顶顶顶顶
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发表于 2020-6-27 10:42:15 来自手机 | 显示全部楼层
太厉害了,专业
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发表于 2020-7-6 11:36:25 来自手机 | 显示全部楼层
真专业!这电调用过还是很不错
穿越机开源电调解析——开箱飞盈佳乐Xcross 45A 穿越机,电调,开源,飞盈佳乐, 作者:梦的边缘 3740
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