Питание и фильтрация для FPV ретранслятора

/ Уроки FPV / От

Все статьи

Для ретранслятора на 4 устройства

Конфигурация:

  1. ELRS приёмник (5В) — критичен
  2. ELRS передатчик (12-28В)
  3. Video приёмник (12-28В)
  4. Video передатчик 1-2Вт (12-28В) — высокий приоритет

СОДЕРЖАНИЕ

  1. Общая схема подключения
  2. Buck-конвертеры
  3. Конденсаторы
  4. LC-фильтры
  5. Ферритовые кольца
  6. Приоритеты фильтрации
  7. Практическая сборка
  8. Таблица компонентов

1. ОБЩАЯ СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Схема питания для ретранслятора:

Батарея (3S/4S, 12-16.8В)
        │
   ┌────┴────┬─────────────────────────────┐
   │         │                             │
   ▼         ▼                             ▼
┌─────  ┌─────┐                    ┌────────────┐
│Buck │  │ LC  │                    │Конденсаторы│
│5В/1А│  │фильтр│                    │470µF+0.1µF│
└──┬──┘  └──┬──┘                    └─────┬──────┘
   │        │                              │
   ▼        ▼                              ▼
[ELRS RX] [Video TX]              [Video RX] + [ELRS TX]
  5В       12-16В (1-2Вт)              12-16В

Пример схемы подключения с 6S батареей:

Схема подключения ретранслятора

Ключевой момент: Buck-конвертер нужен только для ELRS приёмника (5В). Остальные устройства работают от напряжения батареи.

2. BUCK-КОНВЕРТЕРЫ

Что это

DC-DC преобразователь, понижающий напряжение (например, 14.8В → 5В) с высоким КПД (85-95%).

Схема buck-конвертера

Базовая схема Buck конвертера

Основные компоненты:

  • Q1: MOSFET (ключ)
  • D1: Диод Шоттки
  • L1: Катушка индуктивности
  • C1: Выходной конденсатор

Типы buck-конвертеров

ТипКПДПульсацииЦенаПример
Линейный (LDO)40-60%<10 мВ$LM7805
Buck несинхронный80-90%50-100 мВ$$LM2596
Buck синхронный90-95%20-50 мВ$$$MP2359, TPS54331

Пример схемы MP2359

MP2359 схема

Проверенные модели для ELRS RX

МодельVinVoutIoutfswПульсации
MP23594.5-23В0.8-20В2А1.4 МГц~30 мВ
TPS543313.5-28В1.2-20В3А570 кГц~40 мВ
XL40154-38В1.25-36В5А180 кГц~50 мВ
MP15844.5-28В0.8-20В3А1.5 МГц~40 мВ

Рекомендация: MP2359 или TPS54331 для ELRS приёмника (низкие пульсации критичны).

Готовые модули buck-конвертеров

Buck converter module
MP2359 модуль

⚠️ Правила подключения

  1. ✅ Входной конденсатор ≥10µF обязателен
  2. ✅ Провода короткие ≤5 см от buck до нагрузки
  3. ✅ Общая земля — все GND в одну точку
  4. ✅ Запас по току ×1.5-2 от потребления

3. КОНДЕНСАТОРЫ

Типы конденсаторов для FPV

ТипЁмкостьESRЧастотный диапазонПрименение
Электролитический10-1000µFВысокое100 Гц — 10 кГцБазовое сглаживание
Low-ESR электролит10-470µFНизкое100 Гц — 100 кГцПитание VTX, RX
Танталовый1-100µFОчень низкое1 кГц — 1 МГцКритичные цепи
Керамический (X7R)0.1-10µFМинимальное10 кГц — 100 МГцВЧ-фильтрация

Low-ESR конденсаторы: проверенные серии

Panasonic FM/FR серия:

Panasonic Low-ESR capacitors
Panasonic FM series
  • Panasonic: FM, FR, OS-CON
  • Rubycon: ZLH, ZL
  • Nichicon: HE, HM
  • United Chemi-Con: KZE, KZG

Параллельное включение (правило)

Разные ёмкости параллельно для широкого частотного диапазона:

Vout ──┬──[470µF]──┬──[10µF]──┬──[0.1µF]──┬── Нагрузка
       │  Low-ESR  │  Тантал   │  X7R      │
      GND         GND         GND         GND

Почему это работает:

  • 470µF: фильтрует 100 Гц — 1 кГц
  • 10µF: фильтрует 1 кГц — 100 кГц
  • 0.1µF: фильтрует 100 кГц — 10 МГц

Конденсаторы на плате

Capacitors on PCB

Номинальное напряжение (правило ×2-3)

Напряжение цепиМин. номиналРекомендовано
5В10В16В
12В16В25В
16В25В35В
28В35В50В

Размещение конденсаторов

Правильное размещение:

Capacitor placement guidelines

Критичные правила:

  1. ✅ Чем ближе к нагрузке — тем лучше (≤1 см провода)
  2. ✅ Короткие выводы (паразитная индуктивность)
  3. ✅ Общая земля (все конденсаторы на одну точку)
  4. ❌ Не шлейфом!

4. LC-ФИЛЬТРЫ

Что это

Пассивный фильтр из катушки (L) и конденсатора (C), подавляющий ВЧ-помехи.

Простой LC-фильтр

LC Filter schematic

π-фильтр (Pi-фильтр) — рекомендуется

Pi filter schematic

Схема π-фильтра:

Vin ──┬──▓▓──┬── Vout
      │   L   │
     ─┴─     ─┴─
     ─┬─ C1  ─┬─ C2
      │       │
     GND     GND
  • Эффективность: ⭐⭐⭐⭐⭐
  • Применение: VTX, чувствительные приёмники

Готовые LC-фильтры

LC Filter modules
LC Filter Oscar Liang

Расчёт LC-фильтра

Частота среза:

fc = 1 / (2π × √(L×C))

Пример: L=22µH, C=220µF
fc ≈ 2.3 кГц

Это значит: всё выше 2.3 кГц (включая ШИМ 200кГц-2МГц) будет подавлено.

Выбор компонентов для LC

ПараметрРекомендация
L (катушка)10-47µH, ток насыщения ≥2А
C1220-470µF Low-ESR
C20.1µF керамика X7R
Частота среза1-5 кГц

5. ФЕРРИТОВЫЕ КОЛЬЦА

Что это

Феррит — магнитный материал с высокими потерями на ВЧ. Используется для:

  • Намотки катушек для LC-фильтров
  • Подавления помех на проводах

Ферритовые тороидальные кольца

Ferrite toroid cores
Toroidal inductor

Магнитное поле в тороидальном сердечнике

Magnetic field in toroid

Типы ферритов

МатериалЧастотный диапазонПрименение
Nickel-Zinc (NiZn)1-500 МГцВЧ-помехи, кабели
Manganese-Zinc (MnZn)10 кГц — 3 МГцLC-фильтры, дроссели
MPP (Molypermalloy)100 Гц — 100 кГцСиловые дроссели

Расчёт катушки на ферритовом кольце

Формула:

L = AL × N²

где:
L — индуктивность (нГн)
AL — коэффициент кольца (нГн/виток²)
N — количество витков

Пример:
Кольцо T-25-12 (AL = 12 нГн/виток²)
Нужно L = 22µH = 22000 нГн

N = √(L/AL) = √(22000/12) ≈ 43 витка

Выбор провода для намотки

ТокДиаметр провода
1А0.5-0.7 мм
2А0.8-1.0 мм
3А1.0-1.2 мм

6. ПРИОРИТЕТЫ ФИЛЬТРАЦИИ

Порядок значимости (критичность отказа)

#УстройствоТокЧто при отказеПриоритет фильтрации
1ELRS приёмник100-200мА🔴 ПОТЕРЯ ДРОНА⭐⭐⭐⭐⭐ LC обязателен
2Video передатчик400-800мА🟠 СЛЕПОЙ ПОЛЁТ⭐⭐⭐⭐ LC рекомендуется
3Video приёмник150-300мА🟡 СБОЙ МИССИИ⭐⭐⭐ Можно конденсаторы
4ELRS передатчик400-800мА🟡 СБОЙ МИССИИ⭐⭐ Можно конденсаторы

Диаграмма приоритетов

Priority diagram

Итоговая таблица фильтрации

УстройствоТип фильтрацииНоминалыПочему так
1. ELRS RXBuck + LCL=33µH, C=220µF+0.1µF + 10µF танталКритичен для управления
2. Video TXLC-фильтрL=22µH, C=470µF+0.1µFВысокий ток, помехи портят видео
3. Video RXКонденсаторыC=220µF+0.1µFМенее чувствителен
4. ELRS TXКонденсаторыC=470µF+0.1µFВысокий ток, но менее критичен

7. ПРАКТИЧЕСКАЯ СБОРКА

Пошаговая инструкция

Шаг 1: Расчёт потребления

Устройство        Ток (средн/пик)    Питание
ELRS RX           0.1А / 0.2А        5В (через buck)
ELRS TX           0.4А / 0.8А        12-16В
Video RX          0.2А / 0.3А        12-16В
Video TX          0.6А / 1.0А        12-16В
────────────────────────────────────────────────
ИТОГО:            1.3А / 2.3А        ~6 Вт

Запас ×1.5:       2.0А / 3.5А

Шаг 2: Выбор buck для ELRS RX

  • Vin: 4.5-23В (для 3S-4S)
  • Vout: 5В
  • Iout: 1А+ (ELRS RX потребляет мало)
  • Тип: синхронный (MP2359, TPS54331)

Шаг 3: Подбор конденсаторов

Для ELRS RX (через LC):

  • 220µF Low-ESR (Panasonic FM/FR)
  • 0.1µF X7R керамика
  • 10µF тантал (опционально)

Для Video TX (через LC):

  • 470µF Low-ESR
  • 0.1µF X7R керамика

Для Video RX и ELRS TX:

  • 220-470µF Low-ESR
  • 0.1µF X7R керамика

Шаг 4: Разводка питания «звездой»

Схема подключения PDB:

Power Distribution Board

Правила:

  1. ✅ Все плюсы и минусы от батареи идут отдельными проводами к каждому модулю
  2. ✅ Не шлейфом!
  3. ✅ Все GND сходятся в одной точке у батареи (звезда)

Шаг 5: Монтаж

Порядок действий:

  1. Buck: закрепить на раме с термопрокладкой
  2. LC-фильтры: максимально близко к модулям (≤2 см)
  3. Конденсаторы: прямо на выводах питания модулей
  4. Провода:
  • Короткие (≤5 см между buck/LC/модулем)
  • Толстые (18-20 AWG для Video TX, 22-24 AWG для остальных)
  1. Земля: одна точка (звезда), не шлейфом!

Шаг 6: Проверка

ПроверкаНормаИнструмент
Напряжение без нагрузки5.0±0.1ВМультиметр
Напряжение под нагрузкой4.8-5.2ВМультиметр
Пульсации ELRS RX<20 мВОсциллограф
Пульсации Video TX<50 мВОсциллограф
Температура buck<60°CТермометр/палец

8. ТАБЛИЦА КОМПОНЕНТОВ

Buck-конвертеры (выбор)

МодельVinVoutIoutПульсацииЦенаГде купить
MP23594.5-23В5В2А30мВ $$AliExpress, ЧипДип
TPS543313.5-28В5В3А40мВ $$ЧипДип, Али
XL40154-38В5В5А50мВ$AliExpress
MP15844.5-28В5В3А40мВ$AliExpress

LC-фильтры готовые

МодельLCТокНапряжениеЦена
iFlight LC 3A10µH220µF3А5-30В$2
Matek LC-2A22µH470µF2А5-50В$3
Foxeer LC33µH220µF3А7-28В$2

Ферритовые кольца (для намотки)

ТипМатериалALРазмерыДля тока
T-25-12MPP12 нГн/вит²6.35×3.18×3.18 ммДо 1А
T-30-26MPP26 нГн/вит²7.62×3.18×3.18 ммДо 2А
T-50-26MPP50 нГн/вит²12.7×4.78×4.78 ммДо 3А
T-72-26MPP72 нГн/вит²18.3×5.56×5.56 ммДо 5А

ВАРИАНТЫ КОМПЛЕКТАЦИИ

Минимальная ($10-15)

1× XL4015 buck (5В/5А) — $2
1× LC-фильтр iFlight 3A — $2
4× 220µF Low-ESR + 0.1µF — $3
1× Ферритовая бусина — $1
1× Диод 1N5822 — $0.50
1× Предохранитель 3А — $0.50
Провода, разъёмы — $3
─────────────────────────
ИТОГО: ~$12

Для кого: Бюджетный вариант, базовая защита.

Оптимальная ($20-25) — РЕКОМЕНДУЕТСЯ

1× MP2359 buck (5В/2А) — $3
2× LC-фильтр iFlight 3A — $4
2× 470µF Panasonic FM — $4
2× 220µF Panasonic FM — $3
4× 0.1µF X7R керамика — $1
1× Ферритовое кольцо T-50-26 — $1
1× Диод SR360 — $1
1× Предохранитель 5А — $0.50
Провода, разъёмы — $5
─────────────────────────
ИТОГО: ~$22

Для кого: Оптимальное соотношение цена/качество.

Максимальная ($30-40)

1× TPS54331 buck (5В/3А) — $4
2× LC-фильтр Matek — $6
4× 470µF Panasonic FR — $8
4× 0.1µF X7R керамика — $2
2× 10µF тантал — $3
2× Ферритовые бусины — $2
1× Диод MBR1045 — $2
1× TVS SMBJ12A — $1
1× Предохранитель 5А — $0.50
Провода, разъёмы, PDB — $10
─────────────────────────
ИТОГО: ~$38

Для кого: Long-range, максимальная надёжность.

КОНТРОЛЬНЫЙ СПИСОК

Перед первым включением проверьте:

  • [ ] Buck с запасом по току ×1.5-2
  • [ ] Входной конденсатор buck ≥10µF
  • [ ] LC-фильтр на ELRS RX (обязательно!)
  • [ ] LC-фильтр на Video TX (рекомендуется)
  • [ ] Конденсаторы на Video RX и ELRS TX
  • [ ] Параллельные конденсаторы (Low-ESR + керамика)
  • [ ] Разводка «звездой», не шлейфом
  • [ ] Общая земля в одной точке
  • [ ] Короткие провода (≤5 см между компонентами)
  • [ ] Ферриты на силовых проводах (опционально)
  • [ ] Диод Шоттки для защиты от переполюсовки
  • [ ] Предохранитель на входе (3-5А)
  • [ ] Пульсации на ELRS RX <20 мВ (осциллограф)
  • [ ] Пульсации на Video TX <50 мВ (осциллограф)

🔗 ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ

  1. Oscar Liang: Power Filter Guide — полное руководство по фильтрации
  2. Oscar Liang: Capacitors Guide — выбор и монтаж конденсаторов
  3. Oscar Liang: LC Filter — теория и практика LC-фильтров
  4. Monolithic Power: MP2359 — datasheet
  5. TI: TPS54331 — datasheet
  6. IntoFPV Forum — сообщество FPV пилотов

ИТОГОВАЯ СХЕМА ДЛЯ ВАШЕГО РЕТРАНСЛЯТОРА

Конфигурация: 3S/4S батарея, 4 устройства

Компоненты:

  • Buck: MP2359 (5В/2А) — только для ELRS RX
  • LC на ELRS RX: L=33µH, C=220µF Low-ESR + 0.1µF
  • LC на Video TX: L=22µH, C=470µF Low-ESR + 0.1µF
  • Конденсаторы на Video RX: 220µF Low-ESR + 0.1µF
  • Конденсаторы на ELRS TX: 470µF Low-ESR + 0.1µF

Вес системы: ~30-40г
Стоимость: $20-25
Время сборки: 1-2 часа

Прокрутить вверх