تعتمد المركبات الجوية بدون طيار (UAVs)، المعروفة باسم الطائرات بدون طيار، على أنظمة إلكترونية مدمجة للتحكم في الطيران ومراقبة أجهزة الاستشعار وإدارة طاقة البطارية وتشغيل المحركات. حتى الاضطرابات الكهربائية الصغيرة يمكن أن تؤثر على أداء الدوائر الحساسة، خاصة عندما تغير الطائرة بدون طيار السرعة أو اتجاه الطيران بسرعة.

تُستخدم المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCCs) على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية لأنها توفر حجمًا صغيرًا وخصائص مفيدة عالية التردد ومجموعة واسعة من خيارات السعة والجهد.

في إلكترونيات الطائرات بدون طيار، يمكن استخدام MLCCs في وحدات التحكم في الطيران، وأجهزة التحكم في السرعة الإلكترونية (ESCs)، ودوائر مراقبة البطارية، ووحدات الاتصال، وواجهات الاستشعار. ومع ذلك، يقدم كل تطبيق تحديات كهربائية وميكانيكية مختلفة.

بالنسبة للمهندسين وفرق الشراء، يعد فهم هذه الاختلافات أمرًا مهمًا عند اختيار المكثفات لتصميم جديد للطائرة بدون طيار أو تقييم المكونات البديلة.

1. أين يتم استخدام MLCCs في إلكترونيات الطائرات بدون طيار؟

تحتوي الطائرة بدون طيار على عدة أنظمة فرعية إلكترونية، لكل منها متطلبات مكثفة مختلفة.

وحدة التحكم في الطيران: تقوم وحدة التحكم بمعالجة معلومات المستشعر وحساب أوامر المحرك. تُستخدم مراكز MLCC بشكل شائع لفصل الطاقة المحلية بالقرب من وحدات التحكم الدقيقة والمعالجات والدوائر المرحلية ذات الصلة.

جهاز التحكم الإلكتروني في السرعة (ESC): ينظم ESC الطاقة التي يتم توصيلها إلى المحركات. يمكن استخدام مراكز MLCC للتجاوز المحلي، والتصفية، ووظائف مرحلة الطاقة المحددة، اعتمادًا على طوبولوجيا الدائرة.

مراقبة البطارية وإدارة الطاقة: قد تدعم المكثفات تشغيل منظم الجهد، وتصفية إشارات القياس، وتساعد في استقرار قضبان الإمداد ذات الجهد المنخفض.

الملاحة والاستشعار: قد تتطلب أجهزة البارومترات ووحدات قياس القصور الذاتي (IMUs) وأجهزة قياس المغناطيسية وأجهزة الاستشعار الأخرى طاقة نظيفة ودوائر تكييف الإشارة المصممة بعناية.

الاتصال اللاسلكي: يمكن لوحدات الراديو رسم تيار متغير أثناء الإرسال. يساعد الفصل المحلي شبكة الطاقة على الاستجابة لهذه الاختلافات.

يعتمد المكثف الصحيح على وظيفة الدائرة. قد لا يكون المكثف المستخدم بالقرب من وحدة التحكم في الطيران ذات الجهد المنخفض مناسبًا لإدخال بطارية ذات جهد أعلى أو مرحلة تبديل الطاقة.

2. استقرار الطاقة أثناء تغييرات الطيران السريعة

يجب أن تستجيب إلكترونيات الطائرات بدون طيار لظروف التشغيل المتغيرة. أثناء التسارع أو التسلق أو المناورة السريعة أو غيرها من ظروف الطيران الصعبة، يمكن أن تتغير متطلبات قوة المحرك بشكل كبير.

يمكن أن تؤثر هذه التغييرات على جهد البطارية وسلوك شبكة توزيع الطاقة.

يمكن أن تساعد مراكز MLCC في استقرار خطوط الطاقة المحلية من خلال توفير مسارات جانبية عالية التردد ودعم المتطلبات الحالية قصيرة الأمد. ومع ذلك، فهي مجرد جزء واحد من نظام الطاقة.

عند اختيار مراكز التحكم في الطيران (MLCC) لوحدات التحكم في الطيران والإلكترونيات ذات الصلة، يجب على المهندسين مراعاة ما يلي:

• الجهد الطبيعي والحد الأقصى عند أطراف المكثف
• العابرون الحاليون من المعالجات وأجهزة الراديو والأحمال الأخرى
• استجابة منظم الجهد
• مقاومة البطارية ومقاومة الأسلاك
• السعة الفعالة تحت انحياز التيار المستمر
• تتبع الحث والتأريض لثنائي الفينيل متعدد الكلور

قد يكون وجود مكثف صغير بالقرب من الدائرة المتكاملة مفيدًا لفصل التردد العالي، في حين أن متطلبات تخزين الطاقة الأكبر قد تتطلب ترتيبًا مختلفًا للمكثف.

إذا تمت إعادة ضبط وحدة التحكم في الطيران أثناء مناورات عدوانية، فلا ينبغي أن تكون إضافة السعة هي الاستجابة الأولى والوحيدة. قم بقياس حاجز الإمداد أثناء الحدث وتحقق من ترهل البطارية ومقاومة الموصل وأداء المنظم والتأريض وتخطيط PCB.

3. MLCCs في أجهزة التحكم بالسرعة الإلكترونية

تتحكم ESCs في سرعة المحرك عن طريق تبديل أجهزة الطاقة بسرعة. اعتمادًا على تصميم الطائرة بدون طيار، قد تعمل بمحركات مصقولة أو بدون فرش وتستخدم بنيات مختلفة لمرحلة الطاقة.

يمكن أن تكون بيئة ESC متطلبة كهربائيًا لأن تحويل التحولات يخلق حلقات تيار عالية التردد واضطرابات في الجهد.

قد تدعم مراكز MLCC الفصل المحلي والترشيح عالي التردد في المواضع المناسبة. تعتمد فعاليتها على تصميم الدائرة، والحزمة، وهندسة التوصيل، وضغط الجهد.

التحقق من الإجهاد الجهد الفعلي

يحدد موقع المكثف الجهد الذي يواجهه. للمكثف المتصل بسكة منطقية منظمة متطلبات مختلفة عن تلك المتصلة بحافلة البطارية أو عقدة التبديل.

يجب على المهندسين مراعاة الحد الأقصى لجهد التشغيل والظروف العابرة ذات الصلة. قد لا يمثل جهد البطارية الاسمي وحده الإجهاد الكهربائي الكامل.

النظر في السعة الفعالة

يمكن لـ MLCC من الفئة II، مثل X7R وX5R، توفير سعة عالية نسبيًا في العبوات المدمجة. يمكن أن تنخفض سعة هذه الأجهزة في ظل انحياز التيار المستمر.

بالنسبة للدائرة التي تعتمد على الحد الأدنى من السعة، استخدم معلومات انحياز التيار المستمر الخاصة بالشركة المصنعة لتحديد القيمة الفعالة في ظل ظروف التشغيل.

مراجعة حلقة الطاقة

يعتمد الأداء عالي التردد على أكثر من ESR أو ESL الاسمي للمكثف. يؤثر كل من طول التتبع، والطرق، ومسارات العودة، والترتيب المادي لمكونات التبديل على الحلقة الحالية.

ضع مكثفات الفصل وفقًا لتصميم الدائرة وتوصيات الشركة المصنعة. تحقق من النتيجة من خلال القياسات بدلاً من افتراض أن قيمة مكثف معينة ستزيل ضوضاء التبديل تلقائيًا.

4. تقليل الضوضاء الكهربائية في أجهزة التحكم وأجهزة الاستشعار في الطيران

قد تجمع وحدة التحكم في طيران الطائرة بدون طيار بين المعالجة الرقمية عالية السرعة ودوائر القياس الحساسة. يمكن أن تؤثر الضوضاء الناتجة عن تبديل المحرك أو تحويل الطاقة أو الإرسال اللاسلكي أو مسارات الإمداد المشتركة على هذه الأنظمة الفرعية.

يمكن أن تساعد مراكز MLCC في تقليل ضوضاء مصدر الطاقة، لكنها لا تستطيع أن تحل محل تخطيط الدائرة المناسب أو معالجة الإشارات.

استخدم مكثفات مناسبة لقضبان طاقة المستشعر

تساعد مكثفات الفصل الموضوعة بالقرب من أجهزة الاستشعار المرحلية على توفير مسارات تيار محلية عالية التردد. تعتمد القيم والخصائص العازلة المطلوبة على توصيات الشركة المصنعة لجهاز الاستشعار والدائرة المحيطة.

تصفية الطاقة منفصلة عن تصفية الإشارة

للمكثف المستخدم لفصل دبوس الطاقة دور مختلف عن ذلك المستخدم في مرشح الترددات المنخفضة التناظري.

بالنسبة لتطبيقات التوقيت الدقيق أو الترشيح، قد تكون C0G/NP0 MLCCs مناسبة بسبب سعتها المستقرة وفقدان العزل الكهربائي المنخفض. بالنسبة للعديد من تطبيقات فصل الطاقة العامة، قد تكون أجزاء X7R أو X5R مناسبة عندما تلبي السعة الفعالة ونطاق التشغيل المتطلبات.

الاختبار في ظل ظروف واقعية

يجب فحص أداء المستشعر أثناء تشغيل المحركات وأجهزة الراديو ومنظمات التبديل. اختبار وحدة التحكم في الطيران فقط على مقعد هادئ قد لا يكشف عن المشاكل التي تحدث في الطائرة بدون طيار المجمعة.

حيثما كان ذلك مناسبًا، قارن قراءات المستشعر وقياسات سكة الإمداد عبر ظروف الخمول وبدء تشغيل المحرك والحمل العالي.

5. حجم العبوة وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للطائرات بدون طيار المدمجة

غالبًا ما يكون للإلكترونيات بدون طيار قيود صارمة على الحجم والوزن. يمكن أن تساعد حزم MLCC المدمجة في تقليل مساحة PCB، ولكن الحزمة الأصغر ليست دائمًا الخيار الأفضل.

قد توفر الحزمة الأصغر سعة أقل أو معدل جهد أقل من البديل الأكبر. يجب أن يوازن الاختيار النهائي بين الأداء الكهربائي ومساحة اللوحة وإمكانية التجميع والموثوقية الميكانيكية.

تشمل الممارسات الجيدة لثنائي الفينيل متعدد الكلور ما يلي:

• ضع مكثفات الفصل بالقرب من أطراف IC التي تخدمها.
• اجعل مسارات الإمداد والعودة عالية التردد قصيرة.
• اتبع التخطيط المرجعي لمنظمات الجهد والدوائر المرحلية للتحكم في ESC.
• تجنب توجيه إشارات المستشعر الحساسة عبر مناطق تبديل التيار الصاخبة.
• توفير الدعم الميكانيكي المناسب للألواح المعرضة للاهتزاز.
• قم بمراجعة مواقع المكثفات بالقرب من فتحات التثبيت والموصلات وحواف ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

بالنسبة لدوائر ESC ذات التيار العالي، يجب على المهندسين تقييم حلقة الطاقة الكاملة بدلاً من الاعتماد على موضع المكونات وحده.

6. الاهتزاز والصدمات والموثوقية الميكانيكية

تتعرض الطائرات بدون طيار للاهتزاز من المحركات والمراوح. وقد يتعرضون أيضًا لصدمة أثناء الهبوط أو المناولة أو الاصطدام.

تستخدم MLCCs مواد سيراميكية هشة، لذا فإن ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور المفرط أو الضغط الميكانيكي يمكن أن يسبب الشقوق. قد يتطور المكثف التالف إلى سلوك كهربائي متقطع أو يفشل كدائرة كهربائية قصيرة أو مفتوحة.

لتقليل المخاطر، يجب على فرق التصميم مراجعة ما يلي:

تركيب PCB: تأكد من دعم اللوحة بشكل كافٍ وأن قوى التثبيت لا تسبب انحناءًا مفرطًا.

وضع المكونات: تجنب مراكز MLCC الضعيفة في المناطق المعرضة لضغط الانحناء العالي، مثل حواف اللوحة القريبة وفتحات المسامير ومواقع موصلات معينة.

التجميع والتعامل: اتبع إجراءات إزالة الألواح واللحام والتعامل المناسبة. يمكن أن يحدث تلف ميكانيكي أثناء التصنيع قبل دخول المنتج إلى الخدمة.

التحقق من الاهتزاز: اختبار النظام الإلكتروني المجمع في ظل ظروف تمثل الاستخدام المقصود. فحص الأداء الكهربائي قبل وبعد الاختبار عند الاقتضاء.

بالنسبة للتصميمات ذات المخاطر الميكانيكية المرتفعة، يمكن للمهندسين تقييم MLCCs بميزات إنهاء مرنة في حالة توفر الأجزاء المناسبة. قد تقلل هذه الميزات من بعض المخاطر المرتبطة بثني اللوحة، ولكنها لا تلغي الحاجة إلى تصميم سليم لثنائي الفينيل متعدد الكلور والتحقق من صحته.

7. اختيار العازل الكهربائي المناسب لـ MLCC

توفر العوازل الخزفية المختلفة مجموعات مختلفة من السعة والاستقرار وأداء درجة الحرارة.

هذه إرشادات عامة، وليست موافقات تلقائية لدائرة معينة.

عند مقارنة الأجزاء، قم بمراجعة الجهد المقنن، والسعة المسموح بها، والسعة الفعالة تحت الانحياز، ودرجة حرارة التشغيل، وحجم العبوة، وأي متطلبات ميكانيكية.

لا تقم باختيار MLCC فقط لأن سعته الاسمية تتطابق مع المكون الأصلي. يمكن أن تؤثر الاختلافات في سلوك الحزمة والعزل والتحيز على أداء الدائرة المكتملة.

8. قائمة مرجعية عملية لاختيار MLCC لمصممي الطائرات بدون طيار

قبل الانتهاء من المكثفات لتصميم الطائرات بدون طيار، قم بمراجعة هذه العناصر:

1. تحديد وظيفة وموقع الدائرة لكل MLCC.
2. تأكيد الحد الأقصى لجهد التشغيل والعابرين ذات الصلة.
3. تحقق من السعة الفعالة تحت انحياز التيار المستمر.
4. التحقق من نطاق العزل ودرجة الحرارة.
5. قم بمراجعة توصيات وحدة التحكم في الطيران أو الشركة المصنعة للمنظم.
6. قياس استقرار العرض أثناء نشاط المعالج والراديو.
7. تقييم تبديل الضوضاء وتخطيط الحلقة الحالية في ESC.
8. تحقق من دقة المستشعر أثناء تشغيل المحركات والوحدات اللاسلكية.
9. تقييم ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والاهتزاز، والتركيب، وضغط التجميع.
10. التحقق من صحة التصميم المكتمل في ظل ظروف التشغيل التمثيلية.

بالنسبة لشراء الفرق، فإن رقم الجزء الأصلي من الشركة المصنعة هو أفضل نقطة بداية. إذا كانت القطعة المحددة غير متوفرة، فقارن المواصفات الكهربائية والميكانيكية الكاملة للقطعة البديلة قبل الموافقة على إنتاجها.

الأسئلة المتداولة

ماذا تفعل MLCCs في الطائرات بدون طيار؟

تُستخدم مراكز MLCC لفصل الطاقة، والترشيح، ودعم المنظم، ووظائف تكييف الإشارة المحددة. يعتمد دورها على وحدة التحكم في الطيران أو ESC أو المستشعر أو دائرة الطاقة التي تم تركيبها فيها.

هل تستطيع MLCCs منع وحدة التحكم في طيران الطائرة بدون طيار من إعادة الضبط؟

قد تكون مفيدة إذا كانت المشكلة مرتبطة باضطرابات إمدادات التردد العالي المحلية أو عدم كفاية السعة الفعالة. ومع ذلك، يمكن أن تنتج عمليات إعادة التعيين أيضًا عن ترهل البطارية، أو قيود المنظم، أو مقاومة الأسلاك، أو مشكلات البرامج الثابتة، أو التداخل الكهرومغناطيسي. يجب أن يبدأ التشخيص بالقياسات.

هل مكثفات X7R مناسبة للإلكترونيات بدون طيار؟

يمكن أن تكون وحدات X7R MLCC مناسبة للعديد من تطبيقات الفصل والتصفية. لا يزال يتعين على المهندسين التحقق من الجهد الفعلي ودرجة الحرارة والسعة الفعالة ومتطلبات الدائرة.

لماذا يعد الإجهاد الميكانيكي مهمًا بالنسبة لطائرات MLCCs بدون طيار؟

يمكن أن يساهم اهتزاز المحرك، والتأثير، وثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وضغط التجميع في تشقق السيراميك. يساعد التصميم المناسب للوحة والتعامل معها واختبارها على تقليل المخاطر.

ما هي المعلومات التي يجب على المشترين تقديمها عند تحديد مصادر MLCC للطائرات بدون طيار؟

قم بتوفير رقم الجزء إذا كان متاحًا، بالإضافة إلى السعة والتسامح ومعدل الجهد والعازل الكهربائي وحجم العبوة والكمية المطلوبة ومتطلبات درجة حرارة التشغيل. يمكن أن تساعد التفاصيل المتعلقة بتطبيق الدائرة أيضًا في توضيح معايير الاختيار.

خاتمة

تدعم MLCCs إلكترونيات الطائرات بدون طيار من خلال المساعدة في استقرار قضبان الطاقة، وتصفية الاضطرابات عالية التردد، والحفاظ على التشغيل الموثوق عبر وحدات التحكم في الطيران، وESCs، وأجهزة الاستشعار، ووحدات الاتصالات.

يتطلب الاختيار الناجح الاهتمام بالإجهاد الكهربائي، والسعة الفعالة، وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والظروف الميكانيكية. إن أفضل مكون ليس بالضرورة الأصغر أو الذي يتمتع بأعلى سعة اسمية؛ إنه الذي يلبي المتطلبات الفعلية للدائرة والطائرة بدون طيار النهائية.

إذا كنت تقوم بشراء MLCC للطائرات بدون طيار، أو وحدات التحكم في الطيران بدون طيار، أو ESCs، أو غيرها من الأنظمة الإلكترونية المدمجة، فتفضل بزيارة Barron MLCC على //www.barronmlcc.com/ لمراجعة معلومات المنتج. شارك المواصفات المطلوبة والكميات المستهدفة مع الفريق لمناقشة خيارات المصادر المناسبة.