Конденсаторы для фильтрации шумов в мини-коптерах

Конденсаторы помогут сделать видеосигнал более чистым, а коптер будет летать лучше. В этом руководстве мы расскажем о разных типах low-ESR конденсаторов, объясним, почему low-ESR — это важно; и покажем куда конденсаторы нужно ставить.

Где купить конденсаторы?

Вот несколько надежных продавцов Low-ESR конденсаторов:

Припаиваемые на разъем XT60:

Припаиваемые к регуляторам скорости:

Что за «шум» и что его вызывает?

Шум (или помехи) появляется от скачков напряжения, тока и частоты в разных электронных цепях, даже плавно вращающиеся моторы могут вызвать такие скачки.

Если подумать об том, в каких режимах работают моторы в коптерах, то станет ясно, что электрическое окружение, в котором находится электроника коптера, можно описать как «враждебное». Чтобы ваш полетный контроллер, видеопередатчик, камера и другая периферия работали стабильно, им нужно стабильное окружение, а они работают по сути среди врагов.

С развитием технологий, моторы и регуляторы становятся всё более и более мощными, поэтому проблема с электрическими шумами/помехами только обостряется.

Проблема с помехами очень серьезная, если помех нет, то мы можем получить отличный коптер для FPV полетов; а с ними — что-то ужасное, на чем летать невозможно.

Почему именно Low-ESR конденсаторы так важны для мини-коптеров?

Добавление конденсатора может помочь очистить питание от шумов, что даст вам вот такие преимущества:

Мы предпочитаем Low-ESR конденсаторы. ESR означает «Equivalent Series Resistance» (эквивалентное последовательное сопротивление). Конденсаторы с более низким ESR лучше фильтруют электрический шум (это показано в видео, англ).

LC-фильтры тоже часто используются в FPV оборудовании для борьбы с помехами, но они защищают системы после того, как помеха уже появилась. Добавление конденсатора около источника питания/помехи наоборот защищает всю систему от шумов.

Вот пример, показывающий на сколько улучшается видео с камеры после установки конденсатора около разъема XT60.

Нужен ли конденсатор в моем коптере?

Конденсаторы устанавливать необязательно, но все же рекомендуется.

Если вы заметили вибрации (колебания коптера, сложность настройки PID) или есть шум на видео, то первое что бы я сделал — поставил бы конденсатор.

Вот так можно определить, что коптер слишком шумный и нужно ставить конденсатор:

  • Слушаем моторы и смотрим, есть ли колебания, которые вы не можете убрать при помощи настройки PID коэффициентов
  • Моторы будут горячими
  • Шумный видеосигнал с курсовой камеры — симптом наличия помех в линии питания
  • В редких случаях можно заметить рассинхрон работы регулей/моторов и «ролл смерти» — неожиданный ролл, из-за которого вы врезаетесь в землю. Помеха ведь может повлиять и на управляющий сигнал регуляторов.

Даже если этих симптомов нет, то все равно конденсатор лучше поставить. Лучше перебдеть, так ведь? 🙂 Гнутые и покоцаные пропеллеры также добавят шуму вашему коптеру.

Куда ставить конденсаторы в миникоптерах?

В первую очередь, запомните, что нужные нам конденсаторы имеют полярность. Если вы перепутаете полярность, то конденсатор как минимум не заработает, как максимум — взорвется, так что будьте осторожны! На картинке ниже более короткая нога — это «минус», на корпусе конденсатора она обозначена соответствующим знаком.

Чтобы эффект от конденсатора был максимальным, нужно подключить его к одному из трех «правильных» мест в коптере. Учтите, что ставить нужно только в одном месте!

1. На PDB, там, где припаивает провод питания.

2. Там, где провода питания регуляторов припаиваются к PDB

3. Или там, где питание подается на каждый из регуляторов (ИМХО это лучший вариант).

Чем ближе конденсатор к источнику помех, тем эффективнее он работает. Идеальное место — контакты на регуляторах, куда подается питание (вариант 3). Однако в этом случае нужно ставить 4 конденсатора, по одному на регуль; зато можно поставить небольшие конденсаторы, примерно на 330 мкФ.

Если конденсаторы у регуляторов занимают слишком много места, тогда припаяйте 1 или 2 более емких на PDB (1000 мкФ или 2 по 470 мкФ). Возможно это менее эффективное решение, т.к. мы удаляем конденсаторы от источника помех, но я уже неоднократно так делал, и это рабочий способ.

Чтобы уменьшить сопротивление, ножки конденсатора должны быть как можно короче, тоненькие проводки плохо подходят для больших токов.

Если места для конденсатора рядом с платой недостаточно, то ножки можно удлинить толстым проводом, например, 20AWG, такой провод не сильно повлияет на сопротивление.

Добавляем небольшой конденсатор к гироскопам

Если добавление конденсаторов около разъема XT60 не помогло избавиться от колебаний коптера, тогда есть смысл подумать о небольшом конденсаторе на шину питания гироскопов. Так мы можем уменьшить помехи, попадающий на гироскопы через стабилизатор.

Это решение подойдет только опытным пользователям. Найти место куда следует припаять конденсатор очень сложная задача, кроме того, нужно уметь хорошо паять.

Добавляем конденсатор на шину 3.3 вольта

Гироскопы в полетных контроллерах питаются от линейного регулятора напряжения (LDO) на 3.3 вольта, так что конденсатор можно припаять на ножку питания микросхемы гироскопов или на выход питания с LDO. Другую ножку припаиваем к земле.

Отличный вариант — танталовый конденсатор на 4 В 220 — 400 мкФ.

Чтобы получить наилучший результат — конденсатор должен располагаться как можно ближе к гироскопам.

Только очень немногие ПК имеют одну шину питания для гироскопов и приемников, но именно в них можно поставить конденсатор на контактную площадку для разъема. На мой взгляд это не очень хорошо — использовать один стабилизатор для питания и гироскопов и периферии, но зато добавить конденсатор очень просто.

Добавляем конденсатор на шину питания 5 вольт

LDO на 3.3 вольта для гироскопов получает питание с линии 5 вольт, так что некоторые пользователи ставят конденсатор по питанию 5 вольт, что тоже помогает снизить влияние шума на гироскопы. Это не всегда работает, но попробовать стоит.

Тут подойдут танталовые конденсаторы на 6 вольт 220 — 400 мкФ.

А точно нужно добавлять конденсаторы на шину питания гироскопов?

Если проблем с колебаниями коптера нет, то и не надо думать про конденсаторы. Если колебания есть, то вначале попробуйте более простые способы снизить шум.

В любом случае, я бы хотел, чтобы производители полетных контроллеров подумали над улучшением фильтрации линии питания гироскопов. Хорошо, что во многих современных ПК конденсаторы около гироскопов уже есть. Так что в будущем может и не придется что-либо допаивать.

Выбор конденсатора с низким ESR

В начале статьи я дал несколько ссылок на нормальные конденсаторы.

Ниже отличный список конденсаторов с низким ESR взятый из гугла, в таблице также указан размер и вес, так что вы легко сможете подобрать подходящий.

Конденсаторы, рассчитанные на 25 вольт подойдут для коптеров с 4S LiPo, хотя есть смысл выбрать конденсаторы на 35 вольт, чтобы был запас, т.к. скачки напряжения могут быть больше 25 вольт. Для коптеров с 5S и 6S LiPo напряжение должно быть ещё выше.

Дайте мне знать, где вы купили конденсаторы, и я добавлю их в эту статью.

330 мкФ — для отдельных регуляторов

25V

Бренд Серия Размер (Диаметр X длина) Сопротивление (Ω/100 kHz)
Panasonic FM 10×12.5 0.038
Elna RJF 10×12.5 0.039
Vishay 160 RLA 12.5×25 0.04
Panasonic FM 8×15 0.041
Samwha ML 10×12.5 0.053
Nippon KZE 10×12.5 0.053
Panasonic FR 8×11.5 0.056
United Chemi-Con (UCC) KZH 8×11.5 0.062
Nippon KZH 8×11.5 0.062
Samwha MZ 10×12.5 0.08
Panasonic FC 8×15 0.085
Panasonic FC 10×12.5 0.09
Nichicon PW 10×12.5 0.09
Samwha MK 10×12.5 0.098
Panasonic TP 10×16 0.13
Elna RJ4 10×12.5 0.81

35V

Бренд Серия Размер (Диаметр X длина) Сопротивление (Ω/100 kHz)
Panasonic FM 10×16 0.026
Elna RJF 10×16 0.028
Panasonic FM 8×20 0.03
Samwha MZ 10×16 0.038
Nippon KZE 10×16 0.038
Vishay 160 RLA 12.5×25 0.04
Panasonic FR 10×12.5 0.043
United Chemi-Con (UCC) KZH 10×12.5 0.045
Nippon KZH 10×12.5 0.045
Panasonic TP 10×20 0.052
Samwha ML 10×12.5 0.053
Panasonic FC 8×20 0.065
Samwha MK 10×16 0.065
Panasonic FC 10×16 0.068
Nichicon PW 10×16 0.068
Elna RJ4 10×12.5 0.7

470uF – для регуляторов или PDB

25V

Бренд Серия Размер (Диаметр X длина) Сопротивление (Ω/100 kHz)
Panasonic FM 10×16 0.026
Elna RJF 10×16 0.028
Vishay 160 RLA 16×25 0.029
Panasonic FR 8×20 0.03
Samwha MZ 10×16 0.038
Panasonic FR 8×15 0.041
Nippon KZE 8×20 0.041
Panasonic FR 10×12.5 0.043
United Chemi-Con (UCC) KZH 10×12.5 0.045
Nippon KZH 10×12.5 0.045
Samwha ML 10×12.5 0.055
Samwha MK 10×20 0.06
Samwha MK 10×16 0.065
Panasonic TP 8×20 0.067
Panasonic FC 10×16 0.068
Nichicon PW 10×16 0.068
Panasonic TP 10×17 0.13
Elna RJ4 10×12.5 0.57

35V

Бренд Серия Размер (Диаметр X длина) Сопротивление (Ω/100 kHz)
Panasonic FM 10×20 0.019
Elna RJF 10×20 0.02
Nippon KZE 10×20 0.023
Samwha MZ 10×20 0.027
Panasonic FR 10×20 0.028
Panasonic FR 10×16 0.028
Panasonic FR 8×20 0.03
Nichicon UHW 10×16 0.03
Nippon KZH 10×16 0.032
United Chemi-Con (UCC) KZH 10×16 0.032
Vishay 160 RLA 18×20 0.035
Panasonic TP 12.5×20 0.038
Samwha ML 8×20 0.038
Samwha ML 10×16 0.041
Samwha MK 10×20 0.05
Panasonic FC 10×20 0.052
Nichicon PW 10×20 0.052
Samwha MK 8×20 0.088
Elna RJ4 10×16 0.5

1000uF – для основного питания на PDB

25V

Бренд Серия Размер (Диаметр X длина) Сопротивление (Ω/100 kHz)
Elna RJF 12.5×20 0.017
Panasonic FR 10×25 0.018
United Chemi-Con (UCC) KZH 10×25 0.018
Nippon KZH 10×25 0.018
Panasonic FR 10×20 0.02
Nichicon UHW 10×20 0.02
Nippon KZE 12.5×20 0.021
Samwha MZ 12.5×21 0.025
Vishay 160 RLA 16×31 0.027
Samwha ML 10×20 0.033
Vishay 136 RVI 12.5×25 0.034
Panasonic FC 10×30 0.035
Panasonic FC 12.5×20 0.038
Nichicon PW 12.5×20 0.038
Panasonic FC 16×15 0.043
Samwha MK 10×25 0.045
Samwha MK 10×20 0.05
Elna RJ4 10×20 0.27

35V

Бренд Серия Размер (Диаметр X длина) Сопротивление (Ω/100 kHz)
Panasonic FM 12×25 0.015
Elna RJF 12.5×25 0.015
Nichicon UHW 12.5×20 0.017
United Chemi-Con (UCC) KZH 12.5×20 0.017
Nippon KZH 12.5×20 0.017
Panasonic FM 12.5×20 0.018
Nippon KZE 12.5×25 0.018
Samwha MZ 12.5×25 0.022
Vishay 160 RLA 18×35 0.024
Samwha ML 12.5×20 0.026
Panasonic FC 16×20 0.029
Samwha MK 12.5×25 0.029
Panasonic FC 12.5×25 0.03
Nichicon PW 12.5×25 0.03
Samwha MK 12.5×20 0.043
Elna RJ4 12.5×20 0.23
  • Panasonic серии EB, EE, HD, NHG,GA, M, SU, KA и KS — не LowESR
  • Samwha серии SD, BH и RD — не LowESR, WL и WF — посредственные
  • United Chemi-Con (UCC) серии KZM сравнимы с KZH
  • Есть куча других Low-ESR конденсаторов от Vishay, но они слишком крупные
  • У Rubycon есть LowESR конденсаторы, но емкостью до 220 мкФ, поэтому их нет в нашем списке
  • Elna RJ3 и RJ4 сравнимы по характеристикам

История изменений

  • Май 2017 — первая версия статьи
  • Октябрь 2017 — добавлены конденсаторы, загружено видео чтобы показать эффективность фильтрации
  • Апрель 2018 — добавлен раздел «Нужен ли конденсатор в моем коптере?»
  • Август 2018 — добавлен раздел «Добавляем небольшой конденсатор к гироскопам»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.