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无人机电源系统的效率损耗如何解决?

更新时间 2026-06-05来源 芝能汽车正文 1789字阅读约 6分钟8 张图片
芝能智芯出品

无人机飞不远,电池的续航问题大吗?

一架无人机的续航瓶颈,除了电池本身,电源系统的效率损耗更大。

无人机上天后,3~4串锂电池直供给各个模块,飞控、图传、云台、GPS、数传。每一个模块都是独立的DC-DC转换,每一级转换都有损耗。

一级8%损耗,传递下去损耗就很大,电池带了个10000mAh,实际上能用到的可能只有6000mAh。

这是无人机电源设计的难点,MPS(芯源系统)刚刚开了场研讨会,专门讲无人机电源模块的玩法,核心观点就一个:用模块化,针对这损耗是让每一级电源转换的效率更高。

Part 1

五大痛点,一套答案
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无人机电源设计有五个公认的坑:

 空间受限。 无人机就那么大,飞控板、云台、PCB尺寸卡死。分立方案光一个BUCK就要一颗IC、一颗电感、若干电容,占板面积轻松超600mm²。四路电源分立方案干到近700mm²。

 转换效率。 效率直接等于续航。分立BUCK通常85%效率,MPM模块能幹到92%~95%。每一分效率都是飞行时间。

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 设计繁琐。 分立电源要自己选IC、选电感、选电容、画PCB、布线、调参数。一个刚入行的工程师,单这一块就要两周。


 散热与EMC。 无人机机身封闭,散热极差。开关电源高频噪声还会干扰GPS和射频通信。


 FPGA供电严苛。 高端航拍无人机的图像处理FPGA需要多电压轨、精确稳压、严格上电时序。一颗FPGA需要4~6路供电,每一路都是坑。

MPS的解题思路:把这些问题打包成一个模块。内部集成功率IC+功率电感的一体化封装器件。不需要外部再配电感,按规格摆上去就能用。

核心优势四点:高效率、高功率密度、低纹波、BOM极简。

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Part 2

几个典型的产品
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● MPM38xxC:小功率应急

先说最小的,用来给小外设供电。GPS模块、数传模块、姿态传感器——这些小东西电流不大,但怕噪声和纹波。

MPM3816C/26C/36C/46C(1A/2A/3A/4A,引脚兼容):

 输入2.7V~5.5V,输出可调最低0.4V,支持100%占空比

 开关频率2.4MHz,COT控制,瞬态响应快

 EN使能、PG电源良好引脚,支持多电源轨上电时序

 封装:ECLGA-10,2×2.5mm max

这个尺寸,塞进任何无人机的角落都没问题。

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● MPM54304/54524:飞控供电核心

飞控MCU通常需要4路供电:内核、IO、模拟、射频。分立方案是四颗BUCK加四颗电感,加围裙电容,加四组分压电阻。MPS一颗模块全搞定。

MPM54304(四路3A+3A+2A+2A):

 I2C配置0.55~5.4V输出,同组可并联

 内置MTP一次性编程存储器,I2C设置开关频率、过上保护、上电时序

 超薄LGA33,7×7×2mm

关键数据:对比分立方案,节省81% PCB面积。分立691.78mm²,模块126.5mm²。

省下来的空间,足以塞进更大电池。如果还不够,MPM54524(四路5A):

 四路独立5A,通道并联可达单路10A

 自适应COT控制,极快瞬态响应

 I2C实时监测输入电压、输出电流、芯片结温

 集成OVP/UVP/OCP/热关断全保护

● MPM3519:高压大电流

有时需要直连高压锂电。云台电机驱动、前级图像处理板。

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MPM3519参数:

 输入宽压3.3-36V,8串锂电直供

 输出0.6~12V,持续10A、峰值12A

 最多8相并联扩流

 开关频率200kHz~2.5MHz可设,支持扩频调制降低EMI

 封装:ECLGA-29,7×7×4.4mm

实测效率:输入12V/24V,输出1.8V~12V全负载区间,整机效率85%~95%。

每一分效率都等于续航。

航拍/测绘无人机的核心是图像处理FPGA。这种芯片对供电的要求是军规级的。

MPS方案:MPM3696-40(40A PMBus电源模块):

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 PMBus1.3数字总线可编程,内置MTP存储配置

 片上无损电流采样、远端电压采样

 12V输入、0.85V@40A满载输出波动<±3%,大幅减少后端滤波电容

 封装7×7×4.4mm

配套小电流:MPM3650C(6A)、MPM3632S(3A,3×3×1.45mm极小封装)。

形成两级供电架构:前级高压转12V/5V,后级多路精准降压给FPGA。


小结

回到开篇的问题:无人机续航的正解是什么?更大更多的电池可以有,是更高效率的电源系统。无人机的竞争是系统级的竞争。电源模块,就是那块最短的木板。

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