Как выбрать электронный регулятор скорости для квадрокоптера | ESC

В этой статье мы попытаемся рассказать о том, что такое ESC, терминологии, связанной с ним, его функциях и факторах, которые следует учитывать при покупке. ESC означает электронный регулятор скорости, соединяющий FC и двигатель. В основном они контролируют скорость вращения двигателей.

ESC подобен коробке передач в автомобиле, коробка передач сообщает колесам, с какой скоростью они должны вращаться, точно так же ESC контролирует скорость, с которой двигатель должен вращаться при поданном дросселе. Этот сигнал дроссельной заслонки подается контроллером полета на ESC, вращающий двигатель.

Большинство современных ESC настолько продвинуты и наполнены функциями, что ставят в неловкое положение ESC более старого поколения. Не теряя времени, давайте заглянем в мир ESC.

ПРОВОДКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ КВАДРОКОПТЕРА

Бесщеточный ESC имеет 3 провода, выходящих из него, которые напрямую подключаются или припаиваются к 3 проводам, идущим от двигателя.

Как показано на схеме, подключение любых трех проводов заставит двигатель вращаться. Но направление вращения двигателя зависит от порядка подключения проводов. Если соединить 3 провода сверху вниз, двигатель будет вращаться по часовой стрелке, а если поменять местами 2 провода, двигатель будет вращаться против часовой стрелки.

ESC FIRMWARE

BLheli, SimonK и KISS

Существует 3 основных прошивки, на которых работает большинство ESC – BLheli, SimonK и KISS. KISS является ESC с закрытым исходным кодом, что означает, что прошивка KISS является эксклюзивной для ESC KISS, в то время как BLheli и Simonk являются ESC с открытым исходным кодом. Поскольку Simonk – это устаревшая прошивка, и она настолько устарела, что больше не используется. Но некоторые ESC для самолетов все еще используют эту прошивку. Поэтому в настоящее время популярной является прошивка BLheli, так как она обладает широкими возможностями и удобным интерфейсом.

BLHeli_S против BLHeli_32

BLHeli_S – это второе поколение прошивок BLHeli, разработанных для ESC. Они представляют собой 8-битные процессоры, имеют более простой интерфейс по сравнению с предыдущими поколениями.

BLHeli_S обеспечивает более плавную кривую отклика благодаря аппаратному pwm. Он также имеет небольшое разрешение шага, варьирующееся между 512 и 2048 шагами. Задержка отклика сигнала составляет 1-2 мс.

BLHeli_32 – это третье поколение и последняя прошивка, написанная для ESC с 32-битным MCU (блок микроконтроллера), с закрытым исходным кодом с момента их выпуска в конце 2016 года.

Эти 32-битные ESC имеют большую вычислительную мощность и обладают повышенной вычислительной мощностью по сравнению с их более старыми 8-битными аналогами. Благодаря этой увеличенной вычислительной мощности можно добиться более быстрых входных сигналов и гораздо меньших задержек.

32-битные ESC более перспективны, чем их 8-битные предыдущие поколения, так как в настоящее время тестируются и разрабатываются разработки для еще более быстрых протоколов. Эти ESC теперь включают в себя датчик тока, с помощью которого вы можете контролировать потребление тока отдельными ESC во время полета.

У всех этих дополнительных возможностей есть и обратная сторона: поскольку система имеет закрытый исходный код, производители ESC должны платить лицензионные отчисления разработчикам BLHeli, а это означает увеличение стоимости самих ESC.

ПРОТОКОЛЫ ESC

Протоколы – это как ОС (операционная система) в мире ESC. Они определяют, как быстро ESC и FC (полетный контроллер) могут общаться друг с другом, что играет важную роль в управлении и производительности квадрокоптера.

Некоторые из старых протоколов ШИМ имели задержку до 2 мс по сравнению со средним морганием человеческого глаза в 100 мс. В то время как некоторые новейшие протоколы Dshot и Multishot значительно сократили задержку до 5-25 мкс.

Список протоколов ESC от самого медленного до самого быстрого показан ниже с указанием их средней или приблизительной задержки

Протокол	Задержка, микросекунд (µs)
Standard PWM	1000-2000 µs
Oneshot125	125-250 µs
Dshot150	106.7 µs
Oneshot42	84 µs
Dshot300	53.3 µs
Dshot600	26.7 µs
Multishot	15-25 µs
Dshot1200	13 µs

Как видно из вышеприведенного, Dshot 1200 имеет самые низкие задержки. Даже если они едва заметны для человека, они заметны с точки зрения машин. Некоторые из преимуществ Dshot1200, если система способна работать с ним, – это более точные данные при более высоком разрешении, отказ от ошибок в данных, более высокая скорость и более низкая задержка.

Dshot600 по-прежнему является самым популярным выбором и широко доступен. Если спросить, можно ли почувствовать разницу между ESC с Dshot600 и Dshot1200 во время полета, то ответ – НЕТ. Технически да, Dshot1200 лучше, но если вы хотите использовать 32K/32K looptime, у вас нет другого выбора, кроме как выбрать Dshot1200.

ЛУЧШИЙ ESC ДЛЯ БЕСЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Hobbywing XRotor Micro 60A

Лучшее соотношение цены и качества – Hobbywing XRotor Micro 60A

Hobbywing – это, пожалуй, самый узнаваемый бренд на FPV-сцене. Причина в том, что они производят не только высококачественную FPV продукцию, но и для других увлечений, таких как RC Car, Fixed Wings и т.д.

XRotor Micro – один из самых популярных ESC, выпускаемых компанией Hobbywing. ESC 60A Micro 4-в-1 оснащен новейшими 32-битными технологиями, а также прошивкой BLHeli32, DShot1200, более крупными FET, прямыми контактами для конденсатора и возможностью выбора разъема для подключения ESC или паяных площадок для полетного контроллера. Простой поиск в Google покажет причину популярности этих ESC.

Они оснащены 32-битным микропроцессором, работающим на частоте 48 МГц для уменьшения задержек. Форм-фактор 20×20 этого ESC не помешал компании Hobbywing оснастить его самым последним и самым лучшим. XRtotor 60A принимает обычный входной сигнал ШИМ, а также Oneshot и Multishot. Сигнализация DShot поддерживается по крайней мере до Dshot1200.

Входной сигнал автоматически определяется ESC при включении питания. ESC также поддерживает функцию маячка, при которой ESC начинает подавать звуковой сигнал после определенного времени нулевого дросселя. Это может быть очень полезно для поиска потерянных квадрокоптеров. Он также имеет встроенный 5V BEC для питания различных аксессуаров, таких как FC, VTX, камера, светодиодные лампы и т.д.

Holybro Tekko F4 Metal 65A

Высший класс – Hobbywing XRotor Micro 60A

Компания Holybro была первым производителем транзисторов с металлическим корпусом. Транзисторы с металлическим покрытием используются только потому, что они лучше отводят тепло.

Tekko32 F4 – это первые в отрасли ESC с питанием от F4 MCU, обеспечивающие более плавное и быстрое управление, а среди других особенностей – уникальный металлический корпус Mosfets, закрывающий каждый транзистор, ШИМ-выход со скоростью до 96K и поддержка напряжений до 4-6S.

Holybro была первой, кто выпустил ESC с питанием от F0, а теперь и ESC с питанием от F4. Не забывайте, что некоторые люди до сих пор используют полетные контроллеры F4 и прекрасно себя чувствуют. Holybro включает конденсатор 1000uf 35V с низким ESR для пилотов, желающих использовать его на 6S. Дополнительная металлическая крышка стала причиной того, что ESC весит почти 16 г.

Несмотря на то, что эти футуристические ESC напичканы до отказа, у них нет выхода BEC для питания периферийных устройств. Но нужен ли вам ESC с питанием от F4? Наш ответ – нет. Программное обеспечение ESC находится на том этапе, когда оно не полностью использует вычислительную мощность, но, тем не менее, это хорошая инвестиция для будущих сборок.

Racerstar REV35

Лучший бюджетный выбор – Racerstar REV35

Racerstar – это бренд, получивший широкую известность благодаря своим дешевым наборам для самостоятельного изготовления FPV дронов. ESC REV35 от Racerstar – одно из таких предложений, которое стоит вдвое дешевле, чем другие ESC 4 в 1 в этом списке.

Не позволяйте низкой цене обмануть вас, потому что он оснащен поддержкой пиковой нагрузки 40A, датчиком тока, поддерживает прошивку BLheli_S и принимает напряжения в диапазоне 3-6S. По умолчанию ESC поддерживает максимальный Dshot600 и имеет поддержку PWM, Oneshot и Multishot. Он также поддерживает напряжение в диапазоне 3-6S, но мы не рекомендуем использовать этот ESC на 6S. Он также имеет встроенный датчик тока для контроля потребления тока в случае, если ваш полетный контроллер не имеет его.

Недостатком этого ESC является размер – 30.5×30.5, не все современные рамы поддерживают этот размер. Как говорится, дешевле – не всегда лучше. Известно, что эти ESC имеют проблемы с надежностью, и мы советуем вам сделать эту покупку с долей соли.Top of the Line – Holybro Tekko F4 Metal 65A.

ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ

Индивидуальный и 4 в 1 ESC

Как следует из названия, существует 2 типа ESC для квадрокоптеров – одиночные или отдельные ESC и 4 в 1 ESC.

4in1 ESC – это, по сути, 4 отдельных ESC, спаянных вместе, уложенных под FC, чтобы сэкономить на сложности проводки и небольшом весе.

С развитием технологий ESC 4 в 1 становятся все более надежными. Но недостатком использования ESC 4 в 1 является то, что если сгорит один ESC, вся плата станет бесполезной.

Но это не так, когда используется отдельный ESC. Если у вас сгорит один из них, вы просто замените этот ESC. С точки зрения затрат использование отдельных ESC гораздо выгоднее в долгосрочной перспективе.

Замена ESC 4 в 1 за $50 не выгоднее, чем замена одного ESC за $15. Так что все сводится к личным предпочтениям. Если вы читаете это руководство, то вы, скорее всего, новичок, тогда увеличение веса за счет использования более легкого ESC не может быть оправдано.

Мы рекомендуем вам приобрести отдельные ESC для начала, так как вы будете чаще разбиваться, а замена ESC стоит намного дешевле и экономичнее.

Вес и размер

Вес и размер ESC зависит от номинального тока ESC. Большинство ESC, представленных сегодня на рынке, имеют более или менее схожие размеры и вес в пределах 4-6 г каждый. Сложно сделать ESC более легким без потери производительности и эффективного охлаждения.

Несмотря на то, что для гонок легче, не стоит экономить на одном из важных компонентов квадрокоптера. Маленькие ESC быстро нагреваются и не могут быть эффективно охлаждены без постоянного потока воздуха над ESC. Несмотря на то, что маленькие ESC оснащены теплоотводами, в большинстве случаев их недостаточно.

Номинальные значения напряжения и тока

Номинальный ток ESC должен быть определен после выбора подходящего размера двигателя. Максимальный ток, потребляемый двигателем при 100% дроссельной заслонке, поможет нам выбрать подходящий номинал тока. Если двигатель размером 2207 потребляет 40 А при полном дросселе, это при наземных условиях.

Потребляемый ток примерно на 20-25% ниже, чем на земле, из-за эффективного охлаждения движущимся воздухом как ESC, так и двигателя. Таким образом, если двигатель потребляет 40 А на земле, то в воздухе он будет потреблять 32 А на полном газу. Кроме того, вы не будете работать на полном газу все время полета, вот почему у ESC есть так называемый номинал разряда.

Этот номинал означает, что это максимальная сила тока, которую ESC может выдержать в течение небольшого промежутка времени без повреждения самого ESC. Например, если ESC рассчитан на ток 35A, то номинал тока разрыва будет примерно 50A. Но этот номинал тока разрыва в основном зависит от качества компонентов, используемых в ESC, и отличается для разных ESC.

Номинальное напряжение ESC – это максимальное напряжение, которое может выдержать ESC. Некоторые недорогие ESC имеют номинал до 4S, но большинство современных ESC могут работать с напряжением до 6S. Но это в основном зависит от того, какое напряжение батареи вы собираетесь использовать на своем квадрокоптере. Если вы собираетесь использовать батарею 4S и у вас ограниченный бюджет, вы можете подобрать ESC, рассчитанный на 4S, и сэкономить несколько долларов.

Вам может быть интересно, что ESC на 20 А стоит $10, а ESC на 30 А стоит $13, так почему бы не купить ESC на 30 А? Конечно, это всего на $12 больше за все 4 ESC. Но ограничивающим фактором здесь является размер и вес, а это, на мой взгляд, совершенно излишне. Если двигатель потребляет 18А на полном газу, то он никак не сможет потреблять больше, вместо этого он будет уменьшаться, как упоминалось ранее. Следовательно, имеет смысл купить 20A, а не 30A ESC.

Внешние конденсаторы

Типичный 5-дюймовый квадрокоптер потребляет более 100 А при полном газе, это огромное потребление тока нагружает батарею и вызывает так называемый скачок напряжения. Скачки напряжения не влияют на квадрокоптеры меньшего размера, потому что батареи не испытывают больших нагрузок и могут справиться с меньшим потреблением тока.

Всплеск напряжения – это явление, когда напряжение батареи увеличивается экспоненциально из-за огромного потребляемого тока. Этот всплеск можно уменьшить, используя конденсатор в квадрокоптере. Конденсатор припаивается к выводам батареи квадрокоптера и отфильтровывает большую часть скачков напряжения.

Наиболее часто используемые конденсаторы известны как конденсаторы с низким ESR. Эти конденсаторы резко снижают скачки напряжения. Вы действительно можете почувствовать разницу с конденсатором и без него. Хотя производители ESC пытаются интегрировать конденсаторы в ESC, они обычно не делают большой работы по снижению этих скачков. Поэтому использование конденсатора в сборке является хорошей практикой.

Типичные примеры конденсаторов этого типа

http://www.pirofliprc.com/PANASONIC-1000UF-35V-LOW-ESR-CAPACITOR_p_4537.html

https://m.banggood.in/10pcs-35V-1000uF-Electrolytic-Capacitor-Low-ESR-13-x-20mm-p-1022620.html?rmmds=search

С или без BEC (opto ESC’s)

BEC расшифровывается как схема устранения неисправности батареи (battery elimination circuit). Функция BEC заключается в обеспечении постоянного тока при определенном напряжении. Самолетные ESC обычно имеют BEC, так как они обеспечивают питание для нужд самолета, например, для питания электроники.

Но в мире квадрокоптеров нам действительно не нужны ESC с BEC, так как о таких потребностях, как питание VTx или питание камеры, позаботится специальный PDB (плата распределения питания) или PDB, встроенный в FC. ESC без BEC, как правило, менее шумные, легче и меньше по размеру.

ESC И ТЯГА.

Тяга, создаваемая двигателем, зависит от самого ESC, поскольку ESC отвечает за вращение двигателя. Два разных ESC могут создавать разное количество тяги при одинаковой настройке (т.е. одинаковые двигатель и пропеллер). В основном это связано с качеством компонентов, используемых в ESC.

Разница в создаваемой тяге может достигать 20% между хорошим ESC и дешевой подделкой. Тяга может также зависеть от таких факторов, как качество сборки, качество паяных соединений и т.д. Еще один фактор, который может повлиять на ESC – это его размер.

Маленькие ESC имеют меньшие радиаторы, которые не охлаждаются так же эффективно, как их более крупные собратья, что приводит к снижению эффективности. Горячий ESC работает хуже, чем хорошо охлажденный.

Качество паяного соединения также играет роль в создании тяги, поскольку плохое паяное соединение может ограничить количество протекающего через него тока. Но новейшие ESC от известных производителей работают очень одинаково с очень небольшой разницей в создаваемой тяге.

Заключение

На рынке представлены буквально сотни ESC от десятков различных производителей. В настоящее время вы не можете ошибиться с большинством ESC. Все они работают исключительно эффективно, и лишь некоторые из них немного лучше других. Если вы не покупаете ESC старого поколения, у вас не будет никаких проблем.

Надеюсь, вам понравилось читать эту статью, и вы получили некоторые базовые знания и представление об основах работы ESC. СЧАСТЛИВЫХ ПОЛЕТОВ!!!