一种小型无人机飞控电源及其设计方法与流程

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种小型无人机飞控电源及其设计方法。

背景技术：

飞行控制系统(简称飞控)是小型无人机实现自主飞行的核心，给飞控供电的电源的好坏直接影响飞控的性能和无人机的飞行品质。目前大多数小型无人机采用开源飞控硬件，而开源飞控硬件的电源设计存在一些不合理之处，主要体现为：(1)开源飞控硬件是将输入有效源那一路电源和SERVO电源合并了过来，成为一个新的电源来给整个系统供电，合并之后给所有器件供电，也就是将大、小负载大致相同地挂在合并支路上面，这样极易产生电磁兼容问题；(2)在电流经过有效性判断模块LT4417的Dual MOS NTHD4102PT1G之后采用0ZCA0035FF2G进行限流，限制电流在350mA，这个完全没有必要，因为电流是流经Dual MOS NTHD4102PT1G，其能够禁受2A的电流，然后限制到350mA并对主控所有的器件进行供电，不能够满足扩展性、耐受性，是不合理的。

开源飞控将所有负载都挂载在合并支路上，当较大负载的运行时，会将电源噪声传递到其他电路的输入部分，如果接收电源噪声的电路此时处于电平转换的不稳定态区域，那么电源噪声可能会被放大，并在电路的输出端产生脉冲干扰，进而可能引起电路的逻辑错误。

开源飞控将电流限制在350mA并对所有器件进行供电，当所有外接设备同时工作时，电源功率可能不足以带动所有负载器件，不利于外接扩展设备；同时由于限流在350mA，当电源持续工作在限流值附近时，如果产生波动则限流保险丝可能断开，从而飞控不能正常工作。提升电流限制幅值能保证其工作时电源输出满足所有可能工况。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的开源飞控硬件的电源设计存在极易产生电磁兼容问题，不能够满足扩展性、耐受性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小型无人机飞控电源及其设计方法。

本发明是这样实现的，一种小型无人机飞控电源的设计方法，所述小型无人机飞控电源的设计方法以5V_Brick作为主控板的核心电源，SERVO电源作为大功率器件的电源，USB电源作为主控板在USB调试的电源，对于需要大功率输出或者扩展为大功率输出的数传部分电源的供给采用SERVO电源。

进一步，所述小型无人机飞控电源的设计方法包括以下步骤：

步骤一，采用BQ24315将有效电源的电压进行处理，电源降压到5.5V，之后再与SERVO电源经过BQ24313之后的电源合并；

步骤二，对有效电源与SERVO电源合并时采用的器件进行电流容量的扩展；

步骤三，除去主支路上面0ZCA0035FF2G限流；

步骤四，在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理，将电源降压到5.5V左右，电源经过MIC5332优先提供给3.3V电源给主控芯片和核心传感器，主控芯片F427和核心传感器分别接在MIC5332的两路输出；

步骤五，5.5V电源经过0ZCA0035FF2G限流，稳压管稳压、电容滤波之后给5V的外设供电；

步骤六，余下的5V设备采用合并之后的电源供电；

步骤七，每个模块输出的限流采用0ZCA0035FF2G。

进一步，所述步骤四中，所述在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理，包括：

有效电源首先经过一个防反接二极管，然后经过输入电压最大值可达30V的BQ24315低压差线性稳压模块，输出5.3V～5.7V的电源。选择BQ24315作为第一级输入，第一是为了有较高的输入电压容忍度，确保电源部分多数情况下能正常工作；第二是该电源模块的输出纹波小，电压稳定且能限制输出电流；第三，集成度高，器件占用PCB空间小。至此，完成有效电源输入端的防反接保护、输入过压保护、输出限流保护，同时兼顾了PCB布局，适用于对PCB大小有要求的场合。

本发明的另一目的在于提供一种由所述小型无人机飞控电源的设计方法得到的小型无人机飞控电源，包括：

5V输入经BQ24315稳压到5.5V后与SERVO输入经BQ24313稳压后合并，经滤波稳压电路处理后，再次分成两路：一路经限流保险丝后直接输出5V电压给外部设备；另一路经MIC5332稳压至3.3V，经限流保险丝分别供给飞控主芯片与传感器。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述电源的无人机。

本发明以5V_Brick作为主控板的核心电源，SERVO电源作为大功率器件的电源，USB电源作为主控板在USB调试时候的电源，对于需要大功率输出或者扩展为大功率输出的数传部分电源的供给采用SERVO电源；在开源合并之后另外单独引出来一路给需要大电流的数传，减轻合并支路的压力也降低大电流支路对主支路的干扰，提高了飞控硬件的抗干扰能力，并且除去了主支路上面0ZCA0035FF2G限流设计，增强了飞控硬件的扩展性和耐受性。

当线路上的电流波动比较大时，由于线间串扰产生的电压波动ΔU就会随之增大，从而造成电压U的变化。假设电流产生的电压波动ΔU不变，令影响系数K1＝ΔU/U1，K2＝ΔU/U2，则不同电压下影响系数之比K＝K1/K2＝U2/U1。将U1＝5V，U2＝3.3V带入，可得K＝0.66，可见波动产生的影响会大幅下降。另外在物理上，也将大功率外设与主芯片等隔离，进一步降低了电压干扰。

附图说明

图1是本发明实施例提供的小型无人机飞控电源结构示意图；

图2是本发明实施例提供的小型无人机飞控电源的设计方法流程图。

图3是本发明实施例提供的在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理中，有效电源经过D24防反接二极管电路图。

图4是本发明实施例提供的在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理中，有效电源经过BQ24315稳压图；

图中：只有一个电阻与电容，其余为连线(VDD_5V_BRICK_IN与VDD_IN中只有一个开关NMOS管,不改变幅值特性)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明以5V_Brick作为主控板的核心电源，SERVO电源作为大功率器件的电源，USB电源作为主控板在USB调试时候的电源，对于需要大功率输出或者扩展为大功率输出的数传部分电源的供给采用SERVO电源。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的小型无人机飞控电源包括：

5V输入经BQ24315稳压到5.5V后与SERVO输入经BQ24313稳压后合并，经滤波稳压电路处理后，再次分成两路：一路经限流保险丝后直接输出5V电压给外部设备；另一路经MIC5332稳压至3.3V，经限流保险丝分别供给飞控主芯片与传感器。

如图2所示，本发明实施例提供的小型无人机飞控电源的设计方法包括以下步骤：

S201：采用BQ24315将有效电源的电压进行处理，电源降压到5.5V左右，之后再与SERVO电源经过BQ24313之后的电源合并；

S202：对有效电源与SERVO电源合并时采用的器件进行电流容量的扩展，采用能够支持大电流的二极管器件，方便进一步扩展；

S203：除去主支路上面0ZCA0035FF2G限流；

S204：在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理，将电源降压到5.5V左右，电源经过MIC5332优先提供给3.3V电源给主控芯片和核心传感器，主控芯片F427和核心传感器分别接在MIC5332的两路输出；

S205：5.5V电源经过0ZCA0035FF2G限流，稳压管稳压、电容滤波之后给5V的外设供电，具体指空速计传感器等；

S206：余下的5V设备采用合并之后的电源供电；

S207：每个模块输出的限流采用0ZCA0035FF2G。

所述S204中，所述在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理，包括：

有效电源首先经过一个防反接二极管，然后经过输入电压最大值可达30V的BQ24315低压差线性稳压模块，输出5.3V～5.7V的电源。选择BQ24315作为第一级输入，第一是为了有较高的输入电压容忍度，确保电源部分多数情况下能正常工作；第二是该电源模块的输出纹波小，电压稳定且能限制输出电流；第三，集成度高，器件占用PCB空间小。至此，完成有效电源输入端的防反接保护、输入过压保护、输出限流保护，同时兼顾了PCB布局，适用于对PCB大小有要求的场合。

在本发明的优选实施例中，S206中余下的5V设备采用合并之后的电源供电，如压电陶瓷开关设备，而其他的3.3V设备及外设则通过MIC5332来产生，如GPS卫星接收机设备，安全按钮，从控制器，TTL外设(经过电平转换)，ADC采样设备，IIC接口，SPI接口。

图3是本发明实施例提供的在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理中，有效电源经过D24防反接二极管电路图。

图4是本发明实施例提供的在合并前通过BQ24315将有效电源的电压进行处理中，有效电源经过BQ24315稳压图；

图中：只有一个电阻与电容，其余为连线(VDD_5V_BRICK_IN与VDD_IN中只有一个开关NMOS管,不改变幅值特性)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。