Провода и разъёмы в FPV-дронах: сечения AWG, токи и что с чем паять

Перевод статьи Everything You Need to Know About Electrical Wires and Connectors in FPV Drones — Oscar Liang.

В FPV-дронах проводка и разъёмы играют ключевую роль: от них зависит, будет ли дрон работать эффективно и безопасно. В этом руководстве разбираем всё, что нужно знать о проводах и разъёмах, — какие бывают типы и как сечение провода и размер разъёма влияют на характеристики.

Какие провода использовать#

В FPV-дронах применяйте только силиконовый многожильный провод:

• силиконовая изоляция предпочтительнее ПВХ, потому что гораздо гибче — ПВХ очень жёсткий;
• силиконовые провода лёгкие и переносят более широкий диапазон температур, то есть надёжнее в тяжёлых условиях; к тому же они не так склонны плавиться и «садиться» от нагрева при пайке;
• по сравнению с одножильным, многожильный провод гибче и с ним проще работать.

Сопротивление проводов#

Важный фактор при выборе провода — его сопротивление. Более длинные или более тонкие провода имеют большее сопротивление, а это ведёт к просадке напряжения и потерям мощности (особенно на батарейных проводах). Именно поэтому у проводов есть допустимый ток.

Чтобы уменьшить сопротивление, держите провода как можно короче. Более толстый провод тоже снижает сопротивление, но добавляет дрону вес.

Чтобы силовая система выдавала нужную мощность, подбирайте провода под компоненты дрона. Правильное сечение не даст проводу стать узким местом и позволит дрону выдать всё, на что он способен.

Что такое сечение AWG#

Калибр провода — это его толщина, измеряемая в AWG (American Wire Gauge). Правильный выбор важен, чтобы провод выдерживал ток, нужный подключённому компоненту.

Общее правило: чем больше число AWG, тем тоньше провод; чем меньше число — тем толще кабель и выше его токовая способность. Допустимый ток — это максимальный ток, который провод безопасно выдерживает без перегрева и повреждения.

При сборке FPV-дрона важно минимизировать вес. Вот типичные сечения для разных компонентов на 6S пятидюймовом дроне:

• 14 AWG — для батарейного пигтейла XT60;
• 18–20 AWG — для силовых проводов регуляторов и моторов;
• 28 AWG — для остальных маломощных компонентов и сигнальных линий.

При соединении двух проводов максимальный ток ограничен более тонким из них. Поэтому, наращивая провод, лучше подбирать то же сечение AWG. Использовать провод толще необходимого смысла нет — только лишний вес, что для летательного аппарата плохо.

Ориентировочный вес одного метра провода по сечениям:

Оговорка: это лишь оценки.

Таблица допустимых токов#

Чтобы определить нужное сечение, сначала прикиньте максимальный потребляемый ток вашего аппарата, а затем сверьтесь с таблицей. Если не указано иное, приводится длительный ток. У разных производителей стандарты и значения могут отличаться.

Автор ориентируется на такую таблицу, исходя из пикового тока (например, потребления на полном газу):

Правильное сечение важно, чтобы свести к минимуму просадку напряжения и потери на сопротивлении и снизить риск перегрева. Впрочем, иногда допустимо взять провод чуть тоньше, если он короткий, а пики тока кратковременны, — ради экономии веса.

У провода есть и допустимое напряжение, но в типичных RC-применениях это редко важно: наши напряжения заметно ниже 50 В, а изоляция силиконового провода обычно рассчитана на куда большее — часто на сотни вольт.

Какое сечение выбрать#

Для сборки 6S на пять дюймов, да и на семь, автор обычно берёт провод 14 AWG для батарейного вывода XT60.

Да, такие дроны на полном газу могут потреблять больше, чем предполагает длительный ток для 14 AWG, но на практике это не проблема. Во-первых, батарейные провода обычно очень короткие, так что их сопротивление невелико. Во-вторых, пиковое потребление длится всего несколько секунд — и даже если держать полный газ дольше, батарея начнёт проседать раньше, чем провод станет ограничивающим фактором.

Можно взять и 12 AWG — именно такой стоит на большинстве готовых пяти- и семидюймовых квадрокоптеров, — но в своих сборках автор предпочитает 14 AWG: его заметно проще паять, и он экономит несколько граммов.

Отличаются ли красный и чёрный провода?#

Нет, красный и чёрный провода одинаковы, отличается только цвет. Использовать можно любой, но по традиции красный — это плюс питания, чёрный — земля. Следование этому соглашению помогает не запутаться и избежать ошибок. Есть и другие цвета, обычно применяемые для сигналов, но тут всё на ваше усмотрение.

Под что какое сечение#

• 12 AWG — пигтейл XT60 в мощных сборках 5–7 дюймов.
• 14 AWG — пигтейл XT60 в типичных сборках 5–7 дюймов.
• 16 AWG — XT30 и XT60 в дальнолётных и маломощных сборках (до 80 А пик).
• 20 AWG — XT30 в микросборках (до 250 г) и наращивание моторных проводов в пятидюймовых сборках. Подойдёт и 18 AWG, если не смущает лишний вес.
• 26–28 AWG — сигнальные линии, питание FPV-системы и приёмника — словом, всё, что не связано с батареей и моторами.

Выбираем разъёмы#

Разъёмы бывают силовые и сигнальные, и рассчитаны они на разный ток. Ориентировочные длительные и пиковые токи распространённых разъёмов:

Соблазн поставить разъём побольше «на всякий случай» велик, но это не всегда хорошая идея: лишний вес, а иногда и ухудшение характеристик. Например, для микродронов вроде Tiny Whoop идёт спор, что лучше — XT30 или BT2.0 / A30. У XT30 сопротивление ниже, чем у PH2.0, BT2.0 и A30, но выигрыш едва заметен, а весит он заметно больше; поэтому многие считают BT2.0 и A30 оптимальным компромиссом между весом и характеристиками.

XT60 и XT30#

Два самых популярных батарейных разъёма в FPV — XT60 и XT30. Они одинаковы по конструкции, но отличаются размером и допустимым током: по официальной документации XT60 рассчитан максимум на 60 А, XT30 — на 30 А.

Однако недавние тесты показали, что XT30 на деле спокойно держит длительный ток до 60 А, если подключённые к нему провода достаточно толстые. То есть XT30 можно безопасно применять и там, где нужны более высокие токи, — при соблюдении разумных мер предосторожности.

XT60, в свою очередь, тоже проверяли: он без проблем выдерживает пиковые 180 А в течение 10 секунд. Это делает его надёжным выбором для типичного FPV-дрона без перехода на более тяжёлые и громоздкие разъёмы.

Полезные советы#

Каким проводом наращивать конденсатор#

При наращивании конденсатора нужное сечение зависит от его габаритов и тока, но в целом длина проводов важнее их толщины. Для небольших конденсаторов (до 1000 мкФ) подойдут тонкие провода вроде 18 или 20 AWG (как моторные). Для крупных (свыше 1000 мкФ) лучше взять потолще — 16 AWG. Главное — держать провод как можно короче, чтобы уменьшить сопротивление.

Пайка#

Правильная техника пайки важна для прочных и надёжных соединений. В арсенале — лужение, сращивание и защита соединения термоусадкой. Избегайте типичных ошибок: перегрева провода, холодных паек и избытка припоя.

Укладка проводов#

Прокладывая провода в дроне, держите их как можно короче: это снижает и риск наводок, и просадку напряжения. Если провода всё же длинноваты, скрутите их — так аккуратнее, и это тоже помогает против наводок.

Соединяя провода и компоненты, убедитесь, что всё закреплено надёжно и не отойдёт в полёте: болтающийся провод может серьёзно навредить и привести к падению.

Не укладывайте кабели поверх полётного контроллера: кроме возможных наводок, они могут давить на гироскоп и портить поведение в воздухе. Прокладывайте их под контроллером или в обход.

Наконец, чтобы не повредить пайку батарейного вывода при падениях, закрепите вывод на раме стяжками. Это разгружает соединение и не даёт вырвать пайку при ударе.