航模電池及穩(wěn)壓降壓模塊簡介

簡述

準(zhǔn)備給設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)選一塊航模電池，需要關(guān)注什么參數(shù)？控制系統(tǒng)的傳感器需要5V供電、直流減速電機(jī)需要12V供電、單片機(jī)需要7~12V供電，這么多供電該怎么處理？難道是選擇多塊不同電壓的電池？

此文將針對(duì)上述疑問，介紹了大學(xué)做項(xiàng)目常用的航模電池和電壓模塊的選型。此文將詳細(xì)的介紹航模電池的電壓、接口等選購參數(shù)，以及一些經(jīng)驗(yàn)上的使用建議。而文中電壓模塊將包括：穩(wěn)壓、可調(diào)降壓、升壓、分電板等內(nèi)容。
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航模電池及穩(wěn)壓降壓模塊——畢設(shè)簡記

希望此文能夠給剛?cè)腴T或暫未接觸過實(shí)物的小白提供些許幫助，以便更快的理解整個(gè)控制系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)是如何連接的，以及我們?cè)撊绾芜M(jìn)行設(shè)計(jì)。

此前已經(jīng)寫過如何選擇鋰電池電壓并計(jì)算電池容量，參見下文。

Poao：鋰電池選型計(jì)算—畢設(shè)簡記

此外，之前也寫過一篇介紹工訓(xùn)搬運(yùn)小車控制系統(tǒng)組成的文章，里面也涉及到了該系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系。

Poao：2021-工訓(xùn)智能物流搬運(yùn)-控制系統(tǒng)硬件組成

1 航模電池

航模電池也是鋰電池，多用于大學(xué)項(xiàng)目做的各種小型移動(dòng)機(jī)器人，比如四旋翼無人機(jī)、巡檢機(jī)器人、工訓(xùn)物流小車等等，基本上到處都能看見他。當(dāng)然，上述的小型機(jī)器人也可以用綠色的鋰電池組，但我還是推薦使用航模電池。常見的航模電池（左）和綠色鋰電池組（右）如下圖：

右側(cè)的航模電池，其由若干個(gè)3.7V的電芯組成，每個(gè)電芯都是長方體形狀；左側(cè)的鋰電池組，由若干個(gè)3.7V的鋰電池組成，也就是圓柱形的那種電池。所以，一般相同電壓相同容量的電池，航模電池比鋰電池組體積更緊湊，同時(shí)價(jià)格也更貴。下面我將主要介紹航模電池選型的一些情況。

PS：鋰電池組的接頭比較單一，他的那個(gè)圓頭電源輸出口不好用。因?yàn)槭菆A頭的，所以很容易把他的充電線與其他電子設(shè)備的充電線混淆。我們?cè)岩粋€(gè)鬧鐘的充電線（插頭通電）插到鋰電池組的充電口上（當(dāng)時(shí)沒注意），然后鬧鐘充電線直接冒煙燒焦咯！當(dāng)時(shí)嚇一跳。

如果把鋰電池組的圓頭電源口比作Type-C充電口，啥方向都能插；那航模電池的電源插頭就是USB充電口，需固定方向插入。畢竟電源就兩根線，一插錯(cuò)就GG，所以我個(gè)人更偏向于使用航模電池。

航模電池選購時(shí)，主要需關(guān)注容量、電壓、電池接口、放電倍率這四大選購參數(shù)。通過閱讀后文內(nèi)容，你將知道“3s 2200mha 30C XT60插頭“對(duì)于航模電池而言都是什么意思。下圖為TB上航模電池加入購物車時(shí)的界面，

1.0 容量

航模電池和充電寶的容量單位是一致的，都是xxx mah。航模電池可選的容量范圍很廣，比如800mha、1300mha、1800mha、2200mha、4000mha、5300mha等。數(shù)字越大，對(duì)應(yīng)的電池的續(xù)航能力越強(qiáng)，而體積重量也將隨之增長。

對(duì)于相同電壓的航模電池，電池的容量越大，其每塊長方形電芯的尺寸及重量也將隨之增大。比如3S 800mha的電池重75g，而3S 5300mha的電池則重367g。

電池的容量得根據(jù)用電設(shè)備的功率進(jìn)行計(jì)算，一個(gè)簡化的容量計(jì)算過程可以參考下文，下文中最終得到的電池容量單位為Ah，1Ah=1000mah。

Poao：鋰電池選型計(jì)算—畢設(shè)簡記

1.1 電壓及使用建議

前面也提到，航模電池是由若干塊3.7V長方形的電芯連一起組成的。航模電池的電壓一般以**"xS"標(biāo)識(shí)，即有x塊3.7V的電芯串聯(lián)在一起**（Series connection-串聯(lián)），一般x=2、3、4、5、6。

以最常用的3s電池為例，其標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.7V*3=11.1V，而充滿電之后電壓一般能夠達(dá)到12.6V。我以前做工訓(xùn)物流搬運(yùn)小車時(shí)，一直將3s電池當(dāng)作12V的電池使用。

下面的內(nèi)容為電池的使用建議

標(biāo)準(zhǔn)電壓3.7V的電芯存在著充電截止電壓和放電截止電壓，為保障電芯的使用壽命，我們最好將其電壓控制在放電截止~充電截止范圍內(nèi)。一般，3.7V的電芯的充電截止電壓為4.2V，放電截止電壓為3.5V。網(wǎng)上的說法中，其放電截止電壓理論為2.75V，但還是建議以3.5V為準(zhǔn)。

下表中，我整理了常見的2s、3s、4s、5s、6s的標(biāo)準(zhǔn)電壓、充電截止電壓和放電截止電壓（其實(shí)就是單塊電芯*電芯數(shù)），可供參考。我們?cè)谑褂脮r(shí)，主要需關(guān)注其放電截止電壓，其充電截止電壓不用太在意（當(dāng)然得選用平衡充充電器，且充滿電后最好早點(diǎn)拔下來）。同時(shí)，如果準(zhǔn)備把航模電池放上幾個(gè)月半年不用，建議先將其放電至標(biāo)準(zhǔn)電壓，以便長期存儲(chǔ)。比如3s電池，放電至11.1V左右就可以長期儲(chǔ)存啦。

同時(shí)，推薦給電池配備一個(gè)BB響，用于監(jiān)測(cè)電池的電壓大小，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時(shí)，BB響將會(huì)發(fā)出”嘀嘀嘀“的提示聲音。

1.2 電池接口

選擇好電池為x S電池和yyy mha后，還需要確定一下電池的電源接口。如果硬件連接上接口不對(duì)應(yīng)，這電池就沒法用咯（不建議強(qiáng)行剪斷電池電源接口線重新焊接）。

現(xiàn)有的常用的航模電池電源接口有JST插、T插、XT30插、XT60插。其中，XT60插頭用得比較。一般而言，如果不考慮其他元器件的插頭類型，選擇哪種插頭都是可以的。但是如果其他元器件的插頭已經(jīng)確定了，那就得必須考慮電池插頭是否配套。

可以根據(jù)使用需求，選購合適的公母線或轉(zhuǎn)接線。直接選購對(duì)應(yīng)的插頭，并配備熱縮管，自己焊接也完全可以的。

1.3 放電倍率

選購電池時(shí)，另外一個(gè)常見的參數(shù)就是”xxC“，比如800mha 45C、2200mha 30C等，C的量綱為“1/h”。C數(shù)代表著電池的放電能力大小，C數(shù)越大放電能力越大（最大放電電流）。一般而言，電池的最大放電電流如下計(jì)算：

Imax = xxxmha*xxC/1000 (單位A) // 比如 2200mha 25C Imax = 2200mha*25C/1000 = 55A // 2200mha 30C Imax = 2200mha*30C/1000 = 66A

上面，我們計(jì)算得到2200mha 25C的電池的Imax=66A，這意味著理論情況下，這塊2200mha的電池，可以持續(xù)輸出66A的電流，并維持60/25=4min。

這里同時(shí)也引出了C數(shù)的另外一個(gè)意義：理論情況下，一塊xxxmha yyC的鋰電池，可以以xxx*yy/1000的輸出電流，持續(xù)工作60/yy min。

需知，這里計(jì)算得到的Imax為最大放電電流，電池實(shí)際能夠提供的電流肯定會(huì)小一些。

2 電壓模塊

電壓模塊包括穩(wěn)壓模塊、降壓模塊、升壓模塊等，他們的作用便是變壓，以便供給用電設(shè)備（傳感器、電機(jī)、控制器等等）。這些模塊實(shí)現(xiàn)變壓功能的具體原理我們無需了解，我們只需要知道常用的有哪些模塊？常用的電壓及其大概的輸出電流（或功率）？

一般而言，我們只需要在搭建機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)能夠正常的選型即可。

ps：后文的一些描述不一定嚴(yán)謹(jǐn)，主要是為了便于零基礎(chǔ)的小白理解。

2.1 穩(wěn)壓模塊

穩(wěn)壓模塊，顧名思義，就是能夠輸出穩(wěn)定的電壓，它**可以輸入x1_{x2(范圍內(nèi)變化的電壓)V的電壓，并輸出yV（y為定值）**，比如一個(gè)5v穩(wěn)壓模塊，便可以輸入12}5v的電壓，并輸出恒定的5V。一般而言，穩(wěn)壓模塊的輸出電壓y≥輸入電壓(x1~x2)。當(dāng)然，有的穩(wěn)壓模塊是可以自動(dòng)升降壓的。

常用的穩(wěn)壓模塊的輸出電壓y=3.3v、5v、12v，當(dāng)然也有9v、24V等。

通常，可以買到的部分穩(wěn)壓模塊其實(shí)是可調(diào)的，我們可以通過更改其另一側(cè)的焊盤連接情況，控制其輸出電壓。但是，一般不建議多次更改焊盤連接情況。

當(dāng)我們的控制系統(tǒng)中有一個(gè)傳感器需要5V供電時(shí)，我們可以使用5V的壓降模塊為其供電。而當(dāng)我們需要給的控制系統(tǒng)中的電機(jī)供電時(shí)，不但需要考慮電壓還需考慮穩(wěn)壓模塊的輸出電流大小。

不同的穩(wěn)壓模塊其功率不同，根據(jù)P=UI，不同功率的5v穩(wěn)壓模塊其輸出電流也不同。傳感器需要的驅(qū)動(dòng)電流一般很小，我們無需考慮，但是電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流則可能達(dá)到幾A甚至幾十A，如果穩(wěn)壓模塊的功率不夠，供電電路也將無法正常的工作。因此，我們還需要根據(jù)穩(wěn)壓模塊的輸出端所接負(fù)載的工作情況，選擇合適的穩(wěn)壓模塊。

2.2 可調(diào)降壓模塊

通常，一個(gè)穩(wěn)壓模塊只能輸出一個(gè)固定值的電壓。如果我們需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V、一個(gè)12V的傳感器，那就分別需要一個(gè)5V和12V的穩(wěn)壓模塊，而如果系統(tǒng)中又新增了一個(gè)9V的用電設(shè)備，那又得去采購一個(gè)9V的穩(wěn)壓模塊。可見，如果系統(tǒng)中存在多個(gè)不同電壓的用電設(shè)備，那我們就得準(zhǔn)備一大堆相應(yīng)電壓的穩(wěn)壓模塊，且需要分別多備幾個(gè)，以免模塊壞掉。

為此，我們可以考慮使用可調(diào)降壓模塊，即我們可以手動(dòng)調(diào)整其輸出電壓的降壓模塊。因?yàn)殡妷嚎烧{(diào)，所以一般的可調(diào)降壓模塊相比較與穩(wěn)壓模塊體積更大些（其具有可調(diào)電阻等分壓電路）。可調(diào)降壓模塊上一般都設(shè)有可調(diào)電位計(jì)（可變電阻），我們通過旋轉(zhuǎn)旋鈕即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整。

此外，如果對(duì)降壓模塊的體積大小沒啥要求，可以直接選用帶電壓顯示的降壓模塊(數(shù)碼管)；而如果追求小體積，則需選用不帶電壓顯示的降壓模塊，并使用萬用表測(cè)量其輸出端電壓大小。

與前面的穩(wěn)壓模塊相同，依舊需要根據(jù)輸出端驅(qū)動(dòng)負(fù)載的工作情況，選擇合適的可調(diào)降壓模塊。

2.3 分電板

分電板，顧名思義，就是輸入一個(gè)電壓后輸出多個(gè)電壓。一般而言，分電板輸入xV，輸出便是多路xV，分流但不改變電壓，在航模上用的比較多。當(dāng)然，也有部分高級(jí)點(diǎn)的分電板，其上設(shè)計(jì)有降壓穩(wěn)壓電路，可以額外輸出5V或12V。

需要搭多旋翼無人機(jī)、穿越機(jī)的時(shí)候，就需要使用到這種分電板，這些分電板都普遍采用航模電池供電。上圖中分電板上的+和-都是連接在一起的，只需要在IN處接入航模電池的正負(fù)極，其他位置便會(huì)隨后輸出與輸入等壓的電壓。分電板也有各種形狀、型號(hào)可供選擇，感興趣的去TB搜索。

2.4 升壓模塊

我們可以借助降壓模塊將12V降壓至5V，也可以借助升壓模塊將5V升壓至12V。只不過，一般降壓模塊可能更常用些，特別是輸出的電源將用于驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載的情況下。同理，升壓模塊一般用于驅(qū)動(dòng)一些小電流負(fù)載工作。

根據(jù)能量守恒定理且P=UI，我們先假設(shè)電壓轉(zhuǎn)換過程中沒有能量損耗，12V4a的電源可以升壓至24V2a，可以降壓至5V9.6a。不考慮電壓的情況下，我們一般使用電流大小衡量驅(qū)動(dòng)能力，由此可見“降壓使其驅(qū)動(dòng)電流增大，升壓使其驅(qū)動(dòng)電流減小”。（并不嚴(yán)謹(jǐn)，但是就這么個(gè)意思）

升壓模塊和降壓模塊長得都差不多，如下。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的航模电池及稳压降压模块—毕设简记的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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