ESC регуляторы оборотов

В этой статье мы обсудим, что такое регуляторы скорости ESC и как они работают. Мы также подскажем, как правильно выбрать регулятор скорости, и предложим подборку рекомендуемых наименований регуляторов.

ESC — электронный регулятор скорости. В русскоязычной среде их принято называть «регуляторами скорости», в разговорном языке «регуляторы» или «регулировщики».

Что делают ESC регуляторы оборотов и как они работают?

Каковы задачи ЭСК? Если не вдаваться в подробности — все очень просто, контроллеры оборотов, как следует из названия, регулируют вращение двигателей на основе команд от полетного контроллера. Чем быстрее вращается двигатель, тем больше тяги он создает, тем быстрее летит квадрокоптер.

То, как контроллеры ESC RPM взаимодействуют с двигателями, влияет на скорость и тягу дрона, а также на его поведение в воздухе.

На сайте miniquadtestbench.com компания QuadMcFly обнаружила в тестах, что разница в тяге между лучшим и худшим контроллером находится в пределах всего 20%. Для сравнения, выбирая автомобиль среди разных марок и подбирая хороший регулятор, вы получите столько же мощности, сколько дает правильно подобранный двигатель автомобиля (или, скорее, автомобиль с хорошим двигателем).

Как «общаются» регуляторы оборотов (ESC) с контроллером полета?

Проще говоря, полетный контроллер посылает данные на контроллер оборотов двигателя по специальному протоколу, чтобы увеличить или уменьшить дроссельную заслонку. Однако на двигатель квадрокоптера нельзя просто подать напряжение, так как он трехфазный и необходимо подавать напряжение поочередно на определенные участки обмотки. Именно для этого используется регулятор скорости. В нем расположены микропроцессоры, называемые МОП-транзисторами, и эти платы действуют как переключатели, размыкая и замыкая подачу тока на определенные участки обмотки.

Как упоминалось выше, протоколы используются для связи полетного контроллера и контроллера скорости. В списке ниже контроллеры скорости ESC поддерживают разные протоколы, например, Dshot1200, Dshot600, Oneshot125, Multishot. Они различаются по скорости обмена данными, чем выше скорость, тем быстрее двигатель будет реагировать на ваши команды.

Старайтесь выбирать контроллеры, поддерживающие более современные протоколы, но убедитесь, что ваш полетный контроллер также поддерживает этот протокол.

Строение регуляторов оборотов (ESC)

Конструкция регуляторов скорости не очень сложна, они состоят из:

• МОП-ТРАНЗИСТОРЫ;
• Драйверы затворов;
• Микроконтроллер;
• Регулятор напряжения.

Некоторые ЭСК также оснащены светодиодами и/или датчиками тока.

Что такое MOSFET регулятора оборотов квадрокоптера?

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) — это полевой транзистор с изолированным затвором. Он работает как ключ — драйвер затвора подает сигнал — MOSFET открывается и подает ток на определенную область статора, тем самым заставляя магниты в колоколе двигателя вращаться, поскольку обмотка (статор) чередует напряжение в определенных частях, так что магниты начинают притягиваться к определенной части статора в определенное время — таким образом, колокол двигателя начинает вращаться. Все это происходит многократно за доли секунды.

Что такое драйвер затвора регулятора оборотов?

Драйвер затвора управляет группой мосфетов, описанных выше. Он определяет, когда полевой транзистор открывается и когда закрывается.

В регуляторах скорости производитель может использовать специальный контроллер, который эффективно управляет функцией активного торможения двигателя.

В идеале, для каждой фазы двигателя должен использоваться свой контроллер строба, поэтому Fortio начала производство чипа FD6288 для BLHeli_32, который объединяет 3 независимых контроллера строба.

Что такое микроконтроллер?

Это мозг регуляторов скорости. Именно этот чип прошивается, и в него загружается прошивка BLHeli.

Что такое регулятор напряжения в регуляторе оборотов?

Здесь также все просто в названии — этот элемент регулирует напряжение для питания всех компонентов ESC.

Другие компоненты

Диоды на ESC предназначены только для красоты и уведомления, они не имеют никакой другой функции и, конечно, не влияют на производительность.

Датчик тока используется для индикации OSD тока, подаваемого на регуляторы скорости.

Какие по строению бывают регуляторы оборотов?

Как вы, вероятно, уже знаете, контроллеры скорости могут быть 4 в 1 или отдельными. Контроллеры 4 в 1 становятся все более популярными, поскольку они компактны и могут быть установлены в стек полетных контроллеров и обычно имеют плату распределения питания (PCB), что опять же экономит место и вес. Они выглядят следующим образом:

Отдельные регуляторы скорости представляют собой изолированные платы с индивидуальным питанием и проводкой компонентов:

Строение ESC

Теперь вы можете увидеть конструкцию ESC на примере платы 4 в 1 и индивидуального регулятора скорости.

И оригинальная фотография:

Теперь регулятор скорости 4 в 1:

Как выбрать регулятор оборотов (ESC)

На что обратить внимание при выборе регулятора скорости ESC? Это будет немного сложно для новичка, но мы постараемся описать как можно больше и охватить все параметры. В любом случае, ниже приведен список рекомендуемых ЭСК, который значительно облегчит вам задачу выбора.

Номинальная мощность

Это указывается в описании как «Номинальная мощность» или «Постоянная мощность». Существует 3 основных номинала мощности для квадрокоптеров класса мини и микро (обычно мини-дроны строятся на раме до 220 мм. подробнее о рамах):

• 20А;
• 30А.

20A: Для мини-дронов обычно используются регуляторы на 20 ампер: то есть у вас рама 180-220 миллиметров и пропеллеры до 6 дюймов + аккумулятор 3-4S.

30A: Это современный стандарт для гоночных квадрокоптеров, и с этими регуляторами вы получите отличный дрон для гонок и фристайла. Рамы могут использоваться для гонок до 250 мм.

Для тех, кто хочет построить мощный дрон, способный мгновенно разгонять двигатель, доступны более высокие мощности:

• 35А;
• 45А.

Пиковая мощность или взрывная мощность

В описании это называется номинальной мощностью разрыва. Это количество энергии, которое контроллер сможет обработать за короткий промежуток времени. Это довольно важный параметр для гоночных мини-дронов, так как там часто происходят резкие изменения скорости — то вам нужно погасить скорость, чтобы перелететь через препятствие, то резко дать полный газ, чтобы разогнаться.

Поддержка аккумуляторов

Все регуляторы из нашего списка поддерживают батареи LiPo 4-6S, но сейчас все чаще некоторые люди строят дроны на 5S и 6S, поэтому если вы купите регулятор, поддерживающий 6S, и построите свой дрон, скажем, с батареей 3S, это будет пустой тратой денег. Какая у вас батарея? Ищите регулятор для такой батареи, он также указан в спецификации, как на скриншоте выше.

Форм-фактор (размер)

Регуляторы скорости ESC бывают трех типов:

• Для монтажа на балках рамы;
• 4 в 1 — Для установки над или под полетным контроллером;
• Каждая плата регулятора имеет размеры 35×35 мм и устанавливается в турели над или под полетным контроллером.

Регуляторы, монтируемые на рамной балке, приобретаются чаще всего, поскольку их легче заменить при необходимости и проще контролировать. Чаще всего они крепятся с помощью пластиковых кабельных стяжек:

4-в-1 представляет собой одну большую плату размером с контроллер полета, которая устанавливается над или под ним. Изобретенный для экономии места и веса, он в основном используется в микро-дронах, но сейчас набирает популярность и в мини дронах. Однако есть и недостаток — если один контроллер выйдет из строя, вам придется заменить всю плату.

Отдельные контроллеры 35×35 мм используются именно для устранения вышеуказанной проблемы и устанавливаются над или под полетным контроллером. Удобство заключается в том, что ничего не свисает с балок рамы, особенно если рама небольшая с тонкими балками. Если один контроллер перегорит, его можно легко заменить, в отличие от 4-в-1.

Вес

Каждый контроллер имеет свой вес, их 4 — поэтому вес одного умножаем на 4. В этом преимущество 4-в-1 — плата весит меньше, чем по отдельности. Ищите самые легкие доски, чтобы сделать дрон наиболее маневренным. Сэкономьте на камере, сэкономьте на антеннах и так далее — в итоге вы сэкономите 50-100грн.

Прошивка регуляторов оборотов

Эта информация всегда пишется магазином. Самые известные:

• BLHeli. Она была популярна в 2015-2016 гг. Затем эта прошивка была заменена другой версией — BLHeli_S. В настоящее время он не используется.
• BLHeli_S — был разработан для контроллеров BB1 и BB2. Под этой прошивкой контроллер работает намного плавнее. S здесь означает «гладкость».
• BLHeli_32 — Эта прошивка в настоящее время используется для большинства контроллеров. Эта прошивка распространяется с закрытым кодом, и вы уже можете настраивать телеметрию, светодиоды и другие вещи на контроллерах.
  Контроллеры с BLHeli_32 немного дороже, потому что в них есть датчики и телеметрия. Гоночные дроны обычно не используют эту «жестянку», но если вы хотите — почему бы и нет).
• KISS — прошивка для контроллеров, работающих с полетным контроллером KISS.
• SimonK — это некогда популярная прошивка, которая сейчас вышла из употребления. Не рекомендуется покупать контроллеры с этой прошивкой.

Чип контроллера

Этот параметр уже давно не является ключевым, но иногда упоминается в спецификациях. Регуляторы BLHeli_S или BLHeli_32 с поддержкой DSHOT всегда имеют хорошие схемы.

Провода

Оптимальным решением является припаивание выводов двигателя непосредственно к плате регулятора, но регуляторы часто продаются с собственными выводами, и вам придется либо отпаивать их, либо припаивать вывод к проводу.

Аппаратный PWM драйвер

Если у вас есть эта функция (или ее нет) на ваших контроллерах, ваши двигатели будут работать немного тише и немного эффективнее. Это также обеспечивает более точное управление, но на практике мало кто это заметит.

Как это работает: скорость двигателей регулируется путем повышения или понижения напряжения, подаваемого на двигатели. Это регулируется полевыми транзисторами (mosfets), расположенными в квадратах на плате, которые открываются и закрываются для управления процессом вращения двигателя. Время открытия и закрытия транзисторов напрямую зависит от входной мощности.

Таким образом, до недавнего времени этот процесс контролировался только ИС, управляющей регулятором. В KISS добавлена еще одна схема, которая отвечает только за процесс вывода сигнала.

Благодаря этому регуляторы, а точнее двигатели, работали на них очень плавно, что очень нравилось пилотному сообществу.

В дополнение к KISS, контроллеры BLHeli_32 также имеют аппаратный ШИМ-контроллер.

Что еще нужно учитывать?

Вышеперечисленные параметры важны, но необходимо также учитывать потребляемую мощность самих двигателей. Несомненно, 30-амперные регуляторы удовлетворят потребности почти всех двигателей, поэтому я решил написать об этом в конце данного раздела, чтобы не путать пользователя необходимостью сверяться с техническим паспортом двигателя:

Ток единичной нагрузки (A) — сколько будет потреблять двигатель при пиковой нагрузке. В нашем случае это Racerstar 2205, и в пике он потребляет 27,6 ампера, что полностью покрывает 30-амперные регуляторы оборотов.

Рекомендованные ESC регуляторы оборотов

Ниже приведен список рекомендуемых контроллеров RPM, которые, по нашему мнению, стоит приобрести, не беспокоясь о низкой производительности. О цене регуляторов мы ничего не можем сказать, потому что курс рубля часто колеблется, а наши китайские друзья продают все в долларах.

Также можно упростить себе задачу и поискать регуляторы с прошивкой BLHeli_32 или _S (но S уже устаревшая прошивка на 2019 год) и с КПД 20-30 Ампер. Если вы новичок, то этих параметров вам точно будет достаточно, вы не ошибетесь.

Имя	Мощность (Амперы)	Lipo	Цена за комплект (USD)	Прошивка	Магазин
Racerstar (RS)	20 / 30	4S	$7-29	BLHeli_S	Aliexpress Banggood
KISS	24	5S	$98	KISS	Aliexpress
Весна Литтлби	30	4-6S	$28	BLHeli_S	Aliexpress Banggood Также вы можете найти и купить регуляторы на 20 и 40 ампер.
Маленькое пчелиное лето	30	4-6S	$55	BLHeli_32	Aliexpress Banggood
REV35	35	4-6S	$22.99	BLHeli_32	Aliexpress Banggood
Eachine Wizard (как запасная часть для этого дрона, но подойдет для любого другого дрона)	45	4-6S	$34.77	BLHeli_32	Aliexpress Banggood

Это основные контроллеры квадрокоптеров, которые популярны в СНГ и за его пределами. В основном это RaceStar и LittleBee из-за цены. Если у вас есть предложения по регуляторам, пишите в комментариях, мы их добавим.

Читайте также: Полное руководство для начинающих