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.
Оригинал: Capacitors For Noise Filtering in Mini Quad
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:
- уменьшатся помехи на видео с курсовой камеры
- уменьшение электрических помех, которые могут повредить мотор, регулятор и радиосигнал
- улучшение летных характеристик, при помощи «очистки» питания гироскопов
- можно даже спасти электронику от повреждения скачками напряжения, вызванными работой активного торможения (Damped Light)
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»