ESC, droneenhed, motor, tilslutning, udvalgt billede

ESC – Electronic speed control

Bjoern Drone Guides, Drone Teknik Efterlad kommentar

7 min læsetid

ESC står for electronic speed control og betyder groft sagt elektroniks fartregulator.Det er kort sagt den enhed der styre hastigheden på dine dronemotorer. I dette indlæg ser vi nærmere på ESC, hvordan den kan se ud, dens opbygning og funktionen.

Hvad er en ESC

ESC er en enhed der sidder imellem flight controlleren og motoren på din drone. En sådan enhed sidder i de fleste droner i en eller anden form. Det er et lille printboard der primært består af mikrokontrollere, CPU og kondensatorer. Nedenfor er vist begge sider af det der hedder en enkel ESC, fra mærket Iflight. Den er lavet til én motor, hvilket vil sige at hvis du har en drone med 4 motorer så bruges der 4 af disse enheder i din drone.

Single ESC
  • Specifikationer
  • – Dimensioner: 40*17mm
  • – Vægt:8.3g
  • – Batteri tilslutning: 2-8S lipo
  • – MCU: STM32F051K66 48Mhz
  • – Firmware: BLHELI 32.X
  • – Kondensatorers akkumuleringsevne: 240UF
  • – Ampere: 80

Det er en forholdsvis lille enhed og alligevel er det her en af de større enkel ESC på market. Den vejer lidt over 8 gram, kan klare lipobatteri tilslutning op til 8 celler, og helt op til 80 ampere. Der skal seriøse motorer og batterier til hvis du har brug for 80 amp. Vi kommer ind på opbygning og komponenter længere nede, men først tager vi lige en anden version af ESC.

4-in-1 ESC

I stedet for enkle ESC til hver motor, kan du få et printboard hvor alle dine drone motorer tilsluttes et sted. Dette kaldes for en 4-in-1 ESC, og er kvadratisk ligesom de fleste flight controller.

Det er en væsenligt større enhed men vejer typisk mellem 12-20gram, og kan nogen af dem kan tage op til 60ampere. Det vil sige der både er fordele, og ulemper. En 4-i-1 ESC er lavet til at blive bygge sammen med flight controlleren som billedet neden for.

Det bliver meget kompakt, men også rart at de største dele er samlet i midten af dronen. Der er som sagt både fordele og ulemper ved begge ESC.

ESC hovedkomponenter

Nu har du set overordnet hvad en ESC er og hvordan den kan se ud, nu går vi lidt dybere ned. Her kigger vi på hvilke hovedkomponenter ESCén er bygget af.

MCU
Micro controller unit eller mikrocontroller på dansk, og det er hjernen på ESC boardet. MCU har både cpu, ram og dataopbevaring(flash rom) og fungere som en minicomputer. Den opbevare programmet der bestemmer hvordan ESC skal fungere med de komponenter den har til rådighed. Det kaldes også Firmware.

MOSFET
MOSFET står for Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor. Ja det er en stor mundfuld. MOSFET er en transistortype der fungere som en kontakt for strømmen til dronemotoren. På milisekunder kan den tænde og slukker for strømmen via gate driveren. Hvis du vil nørde mere MOSFET så kan du læse mere her på WIKI MOSFET.

Gate Driver
Gate Driver er det komponent der driver gaten på MOSFET deraf navnet gate driver. Gate driveren er en effektforstærker Gate driveren fortolker signalerne fra MCU og bestemmer så hvor længe “gaten” på MOSFET står åben. Du kan tænke på MOSFET som en kontakt og Gate driver som den der trykker på kontakten. Det er meget groft riset op, men læs selv mere om det her Gate driver.

Power regulator (Strøm Regulator)
Navnet gir lidt sig selv, denne enhed regulere strømmen så alle enheder på ESC får den rigtige mængde strøm. Oftest er en strøm regulator en større enhed der er afhængig af en transformer, men fordi input og output er så tæt på hinanden skal der ikke så meget til. Dette kaldes også for en LDO – low dropout regulator.

Filtering capacitor (filter Kondensatorer)
Kondensatorer virker ligesom batterier de lager strøm indtil det skal bruges og det samme sker her. Mængden af oplagering måles i μF(microfarad) og jo større motor, desto højer μF er påkrævet. De modvirker nemlig det man kalder powerspikes, så strømmen altid er stabil uanset dronemoternes krav. Disse er også filter kondensatorer og dvs at de kan filtrer bestemte frekvenser fra som der ikke er brug for.

Current Sensor (Strøm sensor)
Current sensor læser indput strømmen og laver et signal der passer propotionlet med det den måler. På den måde ved de næste enheder i rækken hvilken mængde strøm der bliver leveret.

Det er imponerende hvor mange små komponenter der kan presses ind på sådanne en lille enhed. Hver enhed er afhængig af den anden for at kunne udføre ESCéns funktion.

Hvordan fungere ESC

Funktionen af ESC er, som vi skrev i starten, at regulere hastigheden på dine dronemotorer. Nu kender du opbygningen og komponenterne, og nu kigger vi så på hvordan den fungere. Først det overordnet signal og derefter igennem ESC.

Overordnet signalet

ESC får strøm fra batteriet og signaler fra flight controlleren. Ud fra signalet ved den hvor meget strøm den skal sende til motoren som får den til at dreje rundt. På billedet nedenfor er de blå linjer signalet og de røde er strøm altså både plus og minus.

drone circuit, ESC

Det vil sige når du trykker op på joystikket sender du signalt til recieveren og videre til flight controllere. Det signal tolker flight controlleren og fortæler ESC præcis hvor strøm/kraft motoren skal have for at udføre din kommando på joystikket.

Igennem ESC

Den får altså signaler fra flight controllere men hvad sker der så. Når signalet går ind i ESC går det til MCU micro controlleren, som er hjernen i ESC husker du nok fra tidligere. MCU fortolker så signalet og sender kommando til Gate driveren som åbner “gaten” porten på MOSFET. MOSFET får sin strøm fra kondensatorne som virker ligesom et batteri der er fuldt opladet. Når gaten på MOSFET bliver åbnet af Gate driveren så bliver strømmen sluppet løs ud til motoren. Alt dette her sker på milidele af sekunder.

ESC connection

Tilslutning

Hvis du bygger racedroner eller bare droner generelt så kan det være en fordel og vide kende tilslutningsmulighederne på ESC og hvad de er til.

Enkel ESC tilsluning

Plus og minus giver sig selv men den skal havde det fra et PDB. Power distribitor board, det er enheden der fordeler strømmen i dronen, det er nogen gange indbygget i flight controllere og andre gange en enhed for sig selv. Husk at læse på din ESC hvor stor et batteri den kan klare, 6s står for 6 celler. Signalet er det signal som flight controlleren sender og der skal du finde porten i flight controlleren. Nogen har dedikerede porte til ESC på forhånd og andre skal ha dedikeret det via software. TX står for transmit external, og er en udadgående udgang til telemetri data. Telemetri er i ESCéns tilfælde motoromdrejninger, amp forbrug og evt temperatur. Den data bliver sendt til flight controllere som bruger det til at forstå hvad der sker i motoren, men også til at fortælle dig om motoromdrejninger.

Motoren

Sidst men ikke mindst skal ESC forbindes til motoren. Der er 3 kabler, plus, minus og signal kabel og de skal som regel sidde over for de samme kabler på den anden side. Altså signal i midte, i det her tilfælde plus øverst og minus nederst. Det er dog altid en god ide og kontrollere brugsanvisningen for en sikkerheds skyld det kan jo variere.

Opsummering

Der var mere i en ESC end forventede ved første øjekast, sådan havde vi det i hvert fald. Det er en kompleks lille enhed, bestående af avancerede mikro komponenter. Den er i stand til at arbejdet ekstremt hurtigt og kan tænde og slukke for strømmen til motoren på milisekunder. På den måde regulere den hastigheden på vores dronemotorer. Vi håber du er blevet klogere på hvad en ESC er, dens opbygning og ikke mindst funktion. Hvis du spotter en fejl, har kommentarer eller spørgsmål, så skrive endelig her neden for.

Om skribenten

Bjoern

Bjørn er den primære certificeret pilot som du højst sandsynligvis vil møde når der skal løses en droneopgave. Udover dette så har han 100% styr på lovgivningen. Hvordan droner kan bruges inden for landbruget, og ikke mindst hvordan man sikre at få de lækre og professionelle luftfotos og dronevideoer i hus. Han skriver om alt under disse tre kategorier i bloggen.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.