【航模教程】BEC详解_【希必地高端商务杂志】

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一、基础

BEC为英文Battery Eliminate Circuit的首字母简写，直接翻译为“电池消除电路”。在模型中一般用于动力电路以外的电子设备供电。因为电动模型需要动力电和设备电2种供电方式，设备供电一般供电为5-6V，所以使用专用的接收供电（一般为4节电池）。接线示意图见图一。

动力供电一般比设备供电的电压高。为了减轻模型重量和体积，在动力供电设备（一般为电子调速器，简称电调）中集成了BEC电路。BEC就是为取消专用的接收供电电池，直接由动力电池供电而专设的简单电路。接线示意图见图二。

二、使用

一般电调厂家为降低成本和减轻重量，对电调内部整合的BEC电路都采用线性稳压电路。线性稳压电路的特性是在输入电流=输出电流的条件下，将电压降到设定的输出电压。如下图三。

这里可以看出：

BEC的输入功率=11V*2A=22W

BEC的输出功率=5V*2A=10W

无用功率=22-10=12W，效率=10/22≈45.5%

这12W就完全变成了BEC的热量散发掉了。这也就是电调发热量比较大的重要原因之一。而且，动力输入电压越高，效率越低。

为了解决发热量和效率问题，国外开始采用开关式BEC（也有的简称UBEC，），开关BEC与线性BEC最大的不同是采用的功率转换电路，输出功率=效率系数*输入功率，这个公式中的效率系数一般可以达到85%以上，而且输入和输出的电压变化对效率系数的影响不大。

假设效率系数=80%，其他按上面的条件，可以算出：

BEC的输出功率=5V*2A=10W

BEC的输入功率=10/0.85=11.76W=11V*1.07A

无用功率=11.76-10=1.76W（只有线性BEC的15%左右）

也就是说，采用开关式BEC的话，同样的输出电流下，只需要一半左右的输入电流。只有20%的电能被转化成了热量，这也是为什么开关式BEC发热量比较小的原因。

三、特性

无论任何一种类型的BEC或者电池供电方式其最终功能就是提供稳定的输出电压，也存在供电内阻和供电纹波等问题。

1、供电内阻

供电内阻对用电设备的影响主要表现在电压的稳定性上，特别是耗电量比较大的设备对电压的影响更大，部分大型油动直升机上还特别注明了接收电池必须使用镍镉电池（NiCd），以保证数码舵机需要大电流时的输出电压稳定。PPM和PCM制式的接收机高频部分都是模拟电路，对供电电压的敏感程度较高。一旦供电电压过低将导致无法正常接收信号。表现形式如图五

为解决这一问题最好的解决办法就是采用良好设计的BEC电路，或者在电压输出端加装大容量的电容也可以改善此问题。

2、供电纹波

另一个因素就是供电纹波，使用专用接收电池的一般不容易发生此类问题，这一问题一般发生在设计不良的BEC上。如果供电纹波的频率和幅度过大的话将会干扰所有用电设备的运作，严重的会烧毁设备，相对其他设备来说接收机对此干扰比较敏感。供电纹波一般不随负载的变化而变化。

四、实际应用中的问题

上面对BEC做了比较多的理论探讨，下面就对BEC在实际应用中可能发生的问题进行说明。

1、电调发热。这个问题已经说明过了，使用BEC前后就能感觉到电调的发热有明显的改善。发热本身并不是个严重的问题，但是严重的发热会导致BEC的输出特性变差，电压稳定性变坏，干扰增大，这才是真正需要解决的问题。

2、干扰和跳舵问题。这个情况在使用电调内带的线性BEC时候会比较容易出现，其原因多为BEC在重负载或者发热量过大的时候导致输出电压下降过多，接收机在过低电压情况下就会产生输出信号不正常。舵机在本身电路设计不良或者供电电压严重不足的情况下的话也可能产生跳舵。

在我实际测试过的几种线性BEC中，轻负载（接收机+4舵机）下，电压下降在0.1-0.2V之间，重负载下（舵机有动作）电压下降在0.2-0.5V之间不等，而且伴有一定的尖峰输出，这样的供电情况极易对接收机和舵机造成干扰。这种干扰情况在国外的论坛中也有见过报告。特别要提到的是某些论坛的帖子中还提出在电调与接收机之间加上磁环可以减轻干扰，从根本上来分析这个问题就可以知道，加磁环并不能清除这种干扰，只能稍微减轻一点点，加磁环的意义并不大。采用性能良好的BEC才是治本之道。

3、电池的负载。从BEC原理里面可以看出，在线性BEC工作条件下，输出电流=输入电流，如果负载较重情况下，输出2A的电流可能就会为动力电池带来1C甚至更大的负荷。

以11.1V2000mah输出能力为10C电池为例，假设动力部分需要16A的电流，此时若采用线性BEC，则会带来额外的2A负载，也就是说，电池总共需要提供18A的电流，如果采用开关型BEC则电池总共需要提供的电流为17A，看起来好像不多，但是对现在的电池来说，能减轻一点负荷就能延长一点寿命。

最后说明一点，看到有的朋友使用7805系列集成电路来自己制作BEC，我建议最好不要使用78系列的电路，它的特性实在比较差，如果不巧买到的是拆机零件，那么就更加难以保证性能了。至少应当选用一些LDO（低压差）的线性稳压块，并且一定要保证良好的散热。最好的还是选用开关型的稳压电路，并注意良好的电路设计和元件选用。

（全文完）

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[资料教程] 陀螺仪简介

绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。由苍蝇后翅（特化为平衡棒）仿生得来。

在一定的初始条件和一定的外力矩在作用下，陀螺会在不停自转的同时，还绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进(precession)，又称为回转效应(gyroscopic effect)。陀螺旋进是日常生活中常见的现象，许多人小时候都玩过的陀螺就是一例。

人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope)，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如：回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳（月球）引力矩作用下的旋进（岁差）等。

陀螺仪原理陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。

现代陀螺仪

现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。

现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。

陀螺仪的用途陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现也，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。

陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的，它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。

陀螺仪的基本部件

从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。更确切地说，一个绕对称铀高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪，

陀螺仪的基本部件有：

(1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法米来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值)；

(2) 内、外框架(或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)；

(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。

陀螺仪的基本类型

根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有：

三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。

二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度)。

根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质，可以把这种陀螺仪分成三种类型：

速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩)；

积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩)；

无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩)；

现在，除了机、电框架式陀螺仪以外，还出现了某些新型陀螺仪，如静电式自由转子陀螺仪，挠性陀螺仪，激光陀螺仪等。

二自由度陀螺仪的基本特性

二自由度陀螺仪的转子支承在一个框架内，没有外框架，因而转子自转有一个进动自由度，即少了垂直于内框架轴和自转轴方向的转动自由度。因此二自由度陀螺仪与三自由度陀螺仪的特性也有所不同。

进动性是三自由度陀螺仪的基本特性之—，当绕内框架轴作用外力矩时，将使高速旋转的转子自转轴产生绕外框架轴的进动，而绕外框架轴作用外力矩时，将使转子轴产生绕内框架轴的进动。

定轴性是三自由度陀螺仪的另一基本特性。无论基座绕陀螺仪自转轴转动，还是绕内框架轴或外框架轴方向转动，都不会直接带动陀螺转子一起转动(指转子自转之外的转动)。由内、外框架所组成的框架装置，将基座的转动与陀螺转子隔离开来。这样，如果陀螺仪自转轴稳定在惯性空间的某个方位上，当基座转动时，它仍然稳定在原来的方位上。

对于二自由度陀螺仪，当基座绕陀螺仪自转轴或内框架轴方向转动时，仍然不会带动转子一起转动，即内框架仍然起隔离运动的作用。但是，当基座绕陀螺仪缺少自由度的x轴方向以角速度ωx转动时，由于陀螺仪绕该轴没有转动自由度，所以基座转动时，就通过内框架轴上的一对支承带动陀螺转子一起转动。但陀螺仪自转轴仍尽力保持其原来的空间方位不变。因此，基座转动时，内框架轴上的一对支承就有推力F作用在内框架轴的两端，而形成作用在陀螺仪上的推力矩mx, 其方向垂直于动量矩H，并沿x铀正向。由于陀螺仪绕内框架轴有转动的自由度，所以这个推力矩就使陀螺仪产生绕内框架轴的进动，进动角速度β指向内框架轴y的正向，使转子轴趋向与x轴重合。

因此，当基座绕陀螺仪缺少自由度的方向转动时，将强迫陀螺仪跟随基座转动，同时陀螺仪转子轴绕内框架轴进动。结果使转子轴趋向与基座转动角速度的方向重合。即二自由度陀螺仪具有敏感绕其缺少转动自由度方向旋转角速度的特性。

二自由度陀螺仪受到沿内框架轴向外力矩作用时，转子轴绕内框轴运动。

沿内框架轴向作用力矩时转子轴的运动。设沿内框架铀y的正向有外力矩My作用，则二自由度陀螺仪的转子轴将力图以角速度My／H绕x轴的负向进动，如图3所示。由于陀螺转子轴绕x轴方向不能转动，这个进动是不可能实现的。但其进动趋势仍然存在，并对内框架轴两端的支承施加压力，这样，支承就产生约束反力F作用在内框架轴两端，而形成作用在陀螺仪上的约束反力矩mx，其方向垂直于动量矩H并沿x轴的正向。由于转子轴绕内框架轴存在转动自由度，所以在这个约束反力矩mx的作用下，陀螺仪转子轴就绕内框架轴以β的角速度沿y轴正向进动。简单地说，如果陀螺绕x轴方向不能转动，那么在绕内框架轴向的外力矩作用下，陀螺仪的转子轴也绕内框架轴转动。

陀螺绕主轴转动的角动量以H表示，H=JsΩ，式中Js为陀螺转子的转动惯量。

[资料教程] 电机、浆、电池、机型的相互关系

电机KV值：电机的转速（空载）=KV值X电压；例如KV1000的电机在10V电压下它的转速（空载）就是10000转/分钟。

电机的KV值越高，提供出来的扭力就越小。所以，KV值的大小就与浆有着密切的关系，以下就这点提供一下配浆经验：

1060浆，10代表长的直径是10寸，60表示浆角（螺距)

前两位数表示直径，后两位表示螺距。

电池的放电能力，最大持续电流是：容量X放电C数

例如:1500MA,10C,则最大的持续电流就是=1.5X10=15安

如果该电池长时间超过15安或以上电流工作，那么电池的寿命会变短、还有电池的充满电压单片4.15-4.20合适，用后的最低电压为单片3.7以上（切记不要过放），长期不用的保存电压最好为3.9。

一般电机与浆是这样配的：

3S电池下；

KV1200-1400配9050（9寸浆）至8*6浆

KV1600-1800左右的7寸至6寸浆

V2200-2800左右的5寸浆

KV3000-3500左右的4530浆

2S电池下；

KV1800左右用7060浆9W4V,q+h,x

KV2500-3000左右用5X3浆

KV3200-4000左右用4530浆

浆的大小与电流关系：因为浆相对越大在产生推力的效率就越高

例如：同用3S电池，电流同样是10安（假设）

用KV1000配1060浆与 KV3000配4530浆它们分别产生的推力前者是后者的两倍。

机型与电机、浆的关系：

一般来说：浆越大对飞机所产生的反扭力越大，所以浆的大小与机的翼展大小有着一定关系，但浆与电机也有着上面所讲的关系。

例如用1060浆，机的翼展就得要在80CM以上为合适，不然的话机就容易造成反扭；又如用8*6的浆翼展就得在60以上。

再比如：用4530浆做翼展1米以上机行否？是可以，但飞机飞起来会很耗电，因为翼展大飞行的阻力大，而4530浆产生的推力相对情况下小（上面浆的大小与电流关系有讲到）。

所以模友在选择玩什么机型的时候就要注意这4者的关系，尤其是新手选择机型，一定要看这机型翼展大小选择配电机、浆、电池，特别要注意的是，不能用大浆配高KV的电机，否则烧电机还影响了电池，有可能连电调也烧掉。

[资料教程] 电机、浆、电池、机型的相互关系

电机KV值：电机的转速（空载）=KV值X电压；例如KV1000的电机在10V电压下它的转速（空载）就是10000转/分钟。

电机的KV值越高，提供出来的扭力就越小。所以，KV值的大小就与浆有着密切的关系，以下就这点提供一下配浆经验：

1060浆，10代表长的直径是10寸，60表示浆角（螺距)

前两位数表示直径，后两位表示螺距。

电池的放电能力，最大持续电流是：容量X放电C数

例如:1500MA,10C,则最大的持续电流就是=1.5X10=15安

如果该电池长时间超过15安或以上电流工作，那么电池的寿命会变短、还有电池的充满电压单片4.15-4.20合适，用后的最低电压为单片3.7以上（切记不要过放），长期不用的保存电压最好为3.9。

一般电机与浆是这样配的：

3S电池下；

KV1200-1400配9050（9寸浆）至8*6浆

KV1600-1800左右的7寸至6寸浆

V2200-2800左右的5寸浆

KV3000-3500左右的4530浆

2S电池下；

KV1800左右用7060浆9W4V,q+h,x

KV2500-3000左右用5X3浆

KV3200-4000左右用4530浆

浆的大小与电流关系：因为浆相对越大在产生推力的效率就越高

例如：同用3S电池，电流同样是10安（假设）

用KV1000配1060浆与 KV3000配4530浆它们分别产生的推力前者是后者的两倍。

机型与电机、浆的关系：

一般来说：浆越大对飞机所产生的反扭力越大，所以浆的大小与机的翼展大小有着一定关系，但浆与电机也有着上面所讲的关系。

例如用1060浆，机的翼展就得要在80CM以上为合适，不然的话机就容易造成反扭；又如用8*6的浆翼展就得在60以上。

再比如：用4530浆做翼展1米以上机行否？是可以，但飞机飞起来会很耗电，因为翼展大飞行的阻力大，而4530浆产生的推力相对情况下小（上面浆的大小与电流关系有讲到）。

所以模友在选择玩什么机型的时候就要注意这4者的关系，尤其是新手选择机型，一定要看这机型翼展大小选择配电机、浆、电池，特别要注意的是，不能用大浆配高KV的电机，否则烧电机还影响了电池，有可能连电调也烧掉。