ESC (regulátory) v multikoptérach

ESC - Electronic Speed Controler (regulátor) je zariadenie alebo obvod, ktorý reguluje rýchlosť motora.

Najznámejšie sú dva typy regulátorov:
Jednofázové jednosmerné - Fungujú čisto na princípe PWM, dajú sa vyrobiť z jedného mosfetu, ktorý je priamo riadený letovým kontrolérom.
PWM - Pulse Width Modulation (modulácia šírky pulzov): regulátor nepríma nepretržitý signál, ale pulzy s konštantnou frekvenciou, napríklad 400 pulzov za sekundu. Každý pulz reprezentuje High (vysoký) signal a zvyšok času je Low signal (nízky), počas High je mosfet zatvorený a do motoru sa púšťa plné napájacie napätie, počas Low sa mosfet otvorí a motor ide na zotrvačnosť. PWM určuje ako dlho trvá High a Low časť pulzu. Kompletný cyklus (1xHigh a 1xLow) trvá vždy rovnaký čas, čiže keď je pulz (High) dlhší tak zvyšný čas signálu (Low) bude kratší. Čím dlhší je pulz (High), tým dlhšie dodávame do motora energiu a tým rýchlejšie sa bude točiť. Samozrejme, keď dosiahneme maximálnu šírku pulzov (signál bude celú dobu High) tak motor pôjde na maximálny výkon.



Trojfázové striedavé - Tie sú oveľa zložitejšie preto presný popis funkcie nejdem popisovať. Základ je, že fungujú na podobnom princípe, len všetko robia po tri krát (tri fázy) a každá fáza je o 120° posunutá a aby toho nebolo málo tak pomocou PWM "napodobňujú" sínusoidu.



Na takto zložité veci už obyčajný mosfet nestačí, treba ich šesť a sú riadené dedikovaným mikroprocesorom, na ktorom je nejaký firmware, ktorý spracováva PWM signál z letového kontroléra na riadiace signály pre všetkých šesť mosfetov. Väčšina regulátorov používa univerzálny firmware napr. SimonK alebo BLHeli, iné využívajú vlastný firmware napr. Kiss. Firmware často obsahuje aj mnoho dodatočných funkcií ako napríklad OneShot - Výrazné (vraj) zlepšenie odozvy, Active braking - Pri ubratí plynu motor brzdí vrtuľu (zlepšená obratnosť koptéry), Low voltage cutout - vypnutie motorov pri vybytej baterke (chráni baterku pred podvybitím), atď.

Každý regulátor musí mať aj nejaké výrobcom (niekedy bohužiaľ aj predajcom...) stanovené parametre:
Maximálny Prúd: Maximálny prúd, ktorý môže regulátorom tiecť dlhodobo bez poškodenia
Maximálne preťaženie (na stanovený čas): Prúd, ktorý môže tiecť regulátorom krátkodobo
Maximálne otáčky motora: KV motora * napätie plne nabitej baterky musí byť menej, ako táto hodnota, inak sa motor môže zadrhávať alebo aj zhorieť
Predinštalovaný firmware: Samo vysvetľujúce
Rozsah pracovného napätia (V S-kách): Koľko článkov môže mať baterka, ktorou je vhodné daný regulátor napájať

Ako si vybrať ten správny regulátor?
Podľa motora. Najzákladnejší parameter je prúd - Najprv si teda musíme skontrolovať, aký prúdový odber bude mať náš motor pri použití zvolenej vrtule. V prípade, že také dáta niesú dostupné sa môžeme riadiť maximálnym povoleným prúdom motora. Samozrejme prúd regulátora môžeme zvoliť aj vyšší, ako prúd motora, budeme tak mať väčšiu istotu, že sa nič neupečie, netreba ale na 8A motor hneď brať 30A regulátor lebo regulátory na vyššie prúdy sú nielen väčšie a ťažšie ale často majú aj pomalšiu odozvu. Ďalší dôležitý parameter je napätie, narozdiel od motorov, kde 3S motory často môžme napájať 4S baterkou, u regulátorov to nejde lebo pri príliš vysokom napätí by sme mohli preraziť mosfety a zhorí nám nielen regulátor ale aj motor. Dôležitý je aj firmware v regulátore. Ak chceme len nejaké základné lietanie, bez problémov nám vyhovie obyčajný SimonK alebo BLHeli, ak chceme závodiť stojí za zváženie nakonfigurovanie funkcií ako oneshot či active braking.

Na záver chcem len upozorniť, že nie všetky údaje v tomto článku musia byť sto percentné a úplne presné a zároveň chcem čitateľov poprosiť, že ak nájdete chybu, upozornite na ňu, aby som ju mohol opraviť.

Zdroje:
Úvodný obrázok - RCGroups
Obrázok s PWM - ProtoStack