對低空經濟的大力支持以及無人機系統技術的快速發展,無人機在農業植保、應急救援、物流運輸、旅游攝影、工業等領域的應用日益成熟。而電感器作為無人機系統中重要的元件,應用廣泛。無人機不同應用模塊對電感器的電氣特性、產品尺寸、EMI設計、可靠性等有不同的需求,通過合理選型可以實現無人機高效率、長續航及系統穩定性。
一、無人機系統對電感器的需求
電感器在無人機系統中主要應用在動力系統、飛控系統、圖像傳輸、無線控制、GPS模塊、通信導航、視頻采集以及電源管理等模塊,不同系統對電感器的需求各有不同。
01 動力系統
無人機的動力系統決定了其飛行能力,主要包括電機、電源、螺旋槳等。
電機:電機是無人機的“心臟”,大多數小型無人機采用直流無刷電機(BLDC),因其具備高效率、低噪音和長壽命等優點。電機驅動和大功率負載需電感具備高飽和電流特性,并有大電流承載能力,以應對瞬時電流波動。同時要低損耗,以提升系統效率,延遲續航時間。
電源:無人機電源的輸出電壓需通過DC-DC轉換器適配不同模塊(如飛控、傳感器、通信模塊等),電感需采用低損耗、高轉換效率、高飽和電流的大電流電感器。同時,電感需要具備較強的EMI抑制功能,以降低DC-DC開關噪聲對其他敏感電路的干擾。
02 電源管理系統
低空無人機依賴高效電源管理模塊(BMS)。電源管理系統負責監控和優化電池的使用,以確保飛行的安全性和效率。電感是電源管理系統DC-DC轉換器(如Buck、Boost電路)的核心元件,要求低直流電阻(DCR)以減少功率損耗,并具有高轉換效率、高飽和電流和良好的溫度穩定性。
03 飛行控制系統
飛行控制系統是無人機的“大腦”,負責處理傳感器數據,控制電機輸出,并執行飛行命令。飛控系統通過控制電機的轉速和方向來調節無人機的姿態、速度和航向。
飛控系統中的電源電路和通信模塊(如GPS、遙控信號接收)需采用小型電感,主要用于信號濾波,抑制高頻噪聲等。為了避免無人機在飛行中振動頻繁,電感器還需采用加固封裝,具備高可靠性,避免機械應力導致性能下降。
04 通信與導航系統
無人機通信系統是地面控制站與無人機之間進行數據傳輸的橋梁。主要包括遙控器、圖傳系統、自動駕駛與導航等系統。電感器在通信導航系統中要求采用EMI 設計,確保雷達、GPS、無線通訊等模塊的抗干擾能力,提高設備的運行穩定性。
05 傳感器與感知系統
主要包括激光雷達、攝像頭、環境傳感器(如紅外、超聲波)等。電感器主要應用于這些系統的電源管理、信號濾波和噪聲抑制等環節。由于無人機傳感器模塊空間有限,電感要求低損耗和小體積,實現高功率密度封裝。在一些環境感知系統(如避障傳感器),電感需具備高頻響應特性,支持實時數據處理。
無人機應用框圖
除此之外,無人機還有地面控制站、起落架、云臺系統等,各部分相互協同,確保飛行的穩定性、靈活性和功能性。電感器在無人機系統中廣泛應用,其需求的核心在于高功率密度、輕量化、高可靠性及高效率,因為這些特性直接影響到無人機的續航能力、穩定性和應用范圍。
二、科達嘉無人機電感解決方案
科達嘉通過自主研發和技術創新,為無人機提供了適配的電感解決方案,助力低空經濟發展。公司推出了大電流電感、一體成型電感、貼片功率電感、EMI濾波元件等多個類別、多個型號產品,提供不同的電氣特性,滿足無人機系統對電感器的高性能需求。
1、大電流電感
大電流電感主要應用于無人機電源管理系統中的DC-DC模塊。具有高飽和電流、低損耗、高轉換效率、高工作溫度等特點,確保無人機的性能及續航能力。
推薦型號:CSBX、CPEX、CPEA、CPRX、CPRA、CPQA等。
以科達嘉超級大電流磁粉芯電感CPEX、CPEA、CPRA等系列為例,產品采用扁平線圈繞組與自主研發的低損耗金屬磁粉芯材料設計,極低的直流電阻和電感損耗,低溫升、高效率,能夠長時間穩定工作于大電流應用場合。優異的直流偏置能力和軟飽和特性,可以處理瞬間尖峰電流,飽和電流最高可達350A,充分滿足無人機大功率部件小體積、高功率密度設計需求。
2、一體成型電感
一體成型電感主要應用于無人機飛控模塊、GPS模塊、DC-DC模塊等。科達嘉一體成型電感采用科達嘉自主研發的低損耗合金粉末壓鑄,低損耗,高效率,應用頻率寬,可將蜂鳴噪聲降低至超低。采用輕薄型設計,節省PCB空間,適合高密度貼裝,且具有很強的抗機械沖擊和振動能力,滿足無人機對輕量化、小體積、高功率密度、高穩定性等需求。
推薦型號:CSAG、CSAC、CSAB、CSEB、CSHB等。
3、貼片功率電感
科達嘉貼片功率電感主要應用于飛控模塊、GPS模塊等。在飛控系統可滿足對小尺寸、大電流、抗震性能等需求。
推薦型號:SP、SPQ、SPBL等。
4、其他EMI濾波元件
磁珠及共模電感等EMI濾波元件主要應用于無人機系統的通信、無線控制、圖像傳輸、傳感器等系統,常用于抑制高頻噪聲和共模干擾,以確保信號傳輸的穩定性。這些系統要求濾波元件采用EMI設計,具有較強的抗干擾特性,在高頻環境下要能保持穩定的電氣性能,確保數據的實時處理和快速傳輸。
推薦型號:SQH、CPB、CFB、CFI、CCI等。
三、多類別、高性能電感器助力低空經濟發展
不同種類的電感器有各自的性能優勢。在設計無人機系統時,需要根據具體應用場景選擇電感類型和參數,以平衡性能、重量和成本。
作為磁性元件技術領域的領先供應商,科達嘉電子專注電感研制24年,針對無人機系統,科達嘉自主研發推出了豐富的電感產品系列,可滿足不同子系統的電感需求,在無人機飛控、電源管理、云臺、通信導航系統中有非常多的應用案例。
方案工程師可根據無人機各子系統對電感器的具體性能需求匹配合適的電感值、額定電流、開關頻率、產品尺寸等,也可聯系科達嘉銷售人員進行詳細咨詢。
審核編輯 黃宇
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