Controles ESC. Controladores de motores sin escobillas (Brushless ESC). Dispositivo y principio de funcionamiento. ¿Qué hacen los controladores de velocidad ESC y cómo funcionan?


Quizás mi experiencia en la creación de un controlador de velocidad para un modelo controlado por radio sea útil para alguien.

Fue hace casi 15 años, en ese momento los motores de colector eran comunes. Los motores sin escobillas y los controladores de velocidad apenas comenzaban a aparecer y eran muy caros. Entonces realmente necesitaba un controlador de velocidad (ESC) para el motor conmutador de un automóvil controlado por radio. Esta pregunta me desconcertó y encontré un circuito que podía ensamblar de forma independiente. Algunas piezas estaban en stock, compré algo en una tienda de piezas de radio, todo resultó bastante barato. Ahora el costo de un nuevo regulador no es tan alto como antes, a veces es más barato comprarlo, pero el modelador no busca formas fáciles.

El circuito del controlador es el siguiente.

El regulador opera de 6 a 15 V. Canal de control 4.8 - 6 V

El controlador decidió hacer en la placa de circuito. Aunque se podía grabar al ácido (había un dibujo). Esto requerirá una fibra de vidrio de una sola capa.

transistores

T 1 = BD 676 o BD 678

T 2 = BD 675 o BD 677

T 3 = BD 676 o BD 678

T 4 = BD 675 o BD 677

resistencias

P2 \u003d 250 kOhm

resistencia

R 7 \u003d 2,7 kilohmios

Condensadores

C 3 \u003d 0.010 mF

Chip

Las primeras pruebas mostraron que los transistores lo pasaban muy mal, se observaban cargas bastante grandes en los picos. En este sentido, se soldaron desde la placa, los transistores proporcionados en la especificación se seleccionaron con análogos más potentes del catálogo (KT853V y KT829A).

Dado que el calor se libera cuando aumenta la carga, debe eliminarse en alguna parte. Para hacer esto, elegí un radiador. Usé el radiador de la computadora, el viejo e innecesario todavía estaba inactivo, pero aquí fue útil. Decidí no quitarle el ventilador, ya que conecté la fuente de alimentación de 12V directamente a la batería de alimentación. Transistores atornillados al radiador con tornillos.

El radiador se cortó en dos partes, era necesario según el diseño del circuito.

Los pernos largos sostienen el enfriador en la parte superior y, por otro lado, presionan los transistores contra el radiador para un enfriamiento eficiente. Desde abajo, como aislante, arreglé una placa de fibra de vidrio.

El regulador debe calibrarse con resistencias variables, le permiten ajustar el regulador. El primero es responsable del valor cero, el segundo del gas máximo. Movemos la palanca de gas a la posición adecuada y ajustamos el regulador.

Cuando está ensamblado, todo se ve así.

No se requiere refrigeración para crear modelos en miniatura con cargas ligeras. El controlador sin disipador de calor resultó tener un tamaño de 25 X 25 mm, que es bastante compacto.

Si el ESC está sujeto a altas cargas, definitivamente se requiere un sistema de enfriamiento.

Este regulador se instaló en un automóvil controlado por radio en lugar de un interruptor electromecánico. En general, el regulador estuvo a la altura de las expectativas y aún cumple su función.

Qué es un regulador de velocidad (controlador) y por qué es necesario se puede deducir de un artículo anterior sobre. Y hoy hablaremos sobre los ajustes típicos de los reguladores y cómo cambiarlos.

Configuración del controlador de velocidad

  • freno (freno). Opciones: encendido, apagado, a veces también hay un "freno suave". Cuando el freno está activado, cuando el gas se lleva a cero, el regulador detendrá el motor a la fuerza, cuando está apagado, el motor seguirá girando por inercia durante algún tiempo.
  • Tipo de batería (tipo de batería). Las opciones son Li-xx, Ni-xx, a veces Li-Fe. Seleccione el tipo de batería entre litio (iones de litio, polímero de litio) y níquel (hidruro metálico de níquel, níquel cadmio). Este parámetro afecta los voltajes de umbral de corte.
  • tipo de corte. Opciones: corte suave, corte, a veces también corte medio. El tipo de funcionamiento del corte del motor cuando cae la tensión de alimentación es duro, cuando el motor simplemente se apaga inmediatamente, o suave, cuando reduce gradualmente la velocidad.
  • corte de voltaje. Opciones: voltaje de corte bajo, medio, alto o directo. Establece el umbral de tensión en el que se produce el corte. Este parámetro también se ve afectado por el tipo de batería establecido: el voltaje de corte para las baterías de níquel es más bajo que para las baterías de litio. Un umbral de corte alto es el menos peligroso para la batería, pero el más peligroso para el modelo.
  • Modo de inicio (modo de inicio). Opciones - Normal, Suave, Muy suave. Modo de arranque del motor. En el modo normal, el motor gira inmediatamente a plena potencia, con un arranque suave, se introduce un retraso artificial. El modo normal se usa principalmente para motores de hélice, el modo suave se usa para motores de helicóptero, para no arruinar los dientes del engranaje de plástico.
  • Modo de temporización (tiempo de temporización). Opciones - Bajo, Medio, Alto. Lo que describí en una publicación anterior es un cambio de fase en el suministro de voltaje a los devanados, para diferentes motores y sus condiciones de operación, el valor óptimo puede variar. Por lo general, se establece de acuerdo con la eficiencia más alta del motor. Como regla general, los motores con una gran cantidad de polos magnéticos requieren una sincronización más alta. Al cambiar esta configuración, es necesario verificar el funcionamiento del motor en pruebas de banco, ya que si la sincronización es incorrecta, existe el riesgo de fallar en la sincronización del motor bajo ciertas condiciones.
  • Música (música). Algunos modelos de controlador tienen la capacidad de seleccionar varias melodías musicales que se reproducirán cuando el controlador se encienda y realice una prueba automática. Un matiz curioso: los reguladores no tienen su propio altavoz para la indicación de sonido, utilizan los devanados del motor conectado para este propósito, alimentándolos con corriente alterna. Es decir, un regulador chirriante es en realidad un motor chirriante. 🙂
  • Células Li-po (número de frascos). Por lo general, esta configuración está disponible para los reguladores diseñados para funcionar con baterías de varias celdas (más de 4). Le permite establecer rígidamente el número de latas de la batería de alimentación utilizada.
  • Modo gobernador (modo gobernador). Opciones: encendido, apagado. El término "gobernador" nos llegó de los modelos r / a con motores de combustión interna, donde un gobernador es un dispositivo que mantiene rígidamente ciertas velocidades del motor con un acelerador dado. Aquí significa lo mismo. El modo gobernador se usa generalmente en helicópteros CP para que el motor no se "hunda" durante las maniobras.
  • PWM (frecuencia PWM). Algunos reguladores le permiten establecer la frecuencia de modulación de la señal de control al motor. La elección suele ser entre 8 y 16 kHz. Una frecuencia alta le permite ajustar la velocidad con mayor precisión y suavidad, pero reduce la eficiencia del regulador (en este modo se calienta más).
  • Inversa (inversa). Algunos controladores le permiten cambiar la dirección de rotación del motor mediante programación. Para aquellos controladores que no saben cómo hacer esto, puede hacerlo "difícilmente" intercambiando dos cables al motor.
  • Limitacion actual. Esta configuración también es bastante rara. Le permite establecer el límite de corriente en el motor en el que se apaga el regulador.

Estos son los ajustes principales. Algunos modelos específicos (especialmente los más caros) pueden tener otras opciones de configuración, que generalmente se indican en las instrucciones del regulador.

Maneras de Programar Controladores de Velocidad

Hay varias opciones de programación para ESC:

  1. Programación del acelerador. Esta opción no requiere ninguna dispositivos adicionales pero es terriblemente incómodo. El punto es que el regulador está conectado al receptor, se enciende cuando el gas llega al 100%, mientras entra en modo de programación y comienza a sonar. Por la cantidad de chirridos y las pausas entre ellos, se determina qué parámetro se está cambiando actualmente y, al mover la palanca del acelerador, se toman medidas para cambiar la configuración. En general, esto es similar a programar algunos de los antiguos PBX rusos, que también se programaban por teléfono en función de pitidos y pitidos. Para ser honesto, este método es tan confuso e inconveniente que ni siquiera comencé a entenderlo, porque hay un método número 2.
  2. Programación de controladores utilizando la tarjeta de programación. Esta es la forma más fácil y visual, pero para ello deberá comprar un dispositivo especial: una tarjeta de programación. Es barato: $ 5-15. El problema es que los distintos fabricantes de reguladores necesitan sus propias tarjetas de programación. Además, diferentes líneas de reguladores del mismo fabricante a veces requieren diferentes tarjetas de programación. Los ESC Hobbyking requieren tarjetas de programación Hobbyking, y también son compatibles con los ESC H-Wing, OEMRC y Turnigy Speed. Los ESC de Hobbywing requieren una tarjeta correspondiente, que también programa los ESC de RCtimer. Como regla general, todas las tarjetas de programación tienen indicadores para mostrar la configuración actual, varios botones para moverse entre las configuraciones y cambiarlas, y un botón para guardar las configuraciones. Por lo tanto, el proceso de programación En este caso, es mucho más fácil y conveniente que usar el acelerador, así que considere comprar una tarjeta de programación si va a personalizar sus ESC.
  3. El tercer método es exótico: generalmente solo está disponible para reguladores costosos. Esto es programar con adaptador USB, o a través del control remoto IR. En este caso, un adaptador especial viene con el dispositivo (o se compra por separado) y la configuración se cambia con el control remoto o con un programa en una computadora. Algunos ESC programables por USB tienen configuraciones muy avanzadas, como la capacidad de establecer una curva de aceleración directamente para el ESC, o descargar una melodía para reproducirla al inicio.

Programación del controlador utilizando la tarjeta de programación

Le mostraré cómo programar el regulador usando como ejemplo la tarjeta reguladora Hobbywing, que también se adapta a los reguladores RCtimer. Para reguladores con estabilizador incorporado, simplemente conecte el cable de control del regulador al conector "BEC" de la tarjeta de programación, luego conecte la batería al regulador. Después de unos segundos, las luces de la tarjeta se encenderán y mostrarán la configuración actual.

Al programar reguladores sin estabilizador de potencia, o con el cable de alimentación desconectado, es necesario alimentar la tarjeta de programación desde el lateral. Esto se puede hacer, por ejemplo, desde el receptor, o desde otro lugar. Tensión de alimentación: 5-6 Voltios. Me ha parecido la forma más cómoda de utilizar un casete para pilas AA con conector para un receptor para estos fines, éste. El resto del proceso no es diferente.

Bueno, escribí sobre la programación de ESC, ahora puedes programar tus 6 controladores para un quadric con la conciencia tranquila. 🙂

Controladores de velocidad: en la comunidad de habla inglesa se denominan - Controlador de velocidad eléctrico (controlador de velocidad electrónico) o abreviado - ESC. La tarea principal del ESC es transferir energía de la batería al motor sin escobillas. La necesidad de su uso surgió debido a algunas características del motor BC. En definitiva, la batería suministra corriente continua, mientras que el motor brushless recibe corriente alterna trifásica.

Principio de funcionamiento

Comunicación con otros componentes del multicóptero.

La entrada ESC recibe voltaje de la batería y señales del controlador de vuelo, y el ESC emite voltaje de control para el actuador. En consecuencia, el regulador debe garantizar:

  1. Controlador de vuelo compatible.
  2. Corriente máxima para el motor (calculada a partir de las especificaciones del motor y la hélice) más 20 - 30%.
  3. El consumo de corriente es menor que la corriente suministrada por la batería dividida por el número de ESC.

*Esquema de cableado sencillo.

¿Qué son los reguladores?

BEC y UBEC

Además de la función principal, los ESC también pueden suministrar energía a otros componentes del dron: el controlador de vuelo, los servos, etc. Esto se logra introduciendo un circuito eliminador de batería (en lo sucesivo, BEC) en el regulador.

El uso de BEC simplifica enormemente el diseño del dron, pero este esquema tiene una serie de desventajas. La unidad de exclusión de batería puede sobrecalentarse bajo grandes fluctuaciones de voltaje y cargas pesadas. Además, los ESC con BEC tienden a ser más caros que los ESC sin ECU.

De acuerdo, sería más lógico y más barato hacer un ESC y un BEC separados. Existe una solución de este tipo y se llama Circuito eliminador de batería universal, en lo sucesivo denominado UBEC.

Beneficios de la UBEC

UBEC- se conecta directamente a la batería y alimenta el nodo deseado del dron. Las ventajas de este enfoque son muy significativas:

  1. Los ESC se sobrecalentarán menos a medida que se les quite el BEC
  2. Los UBEC son altamente eficientes
  3. Por lo tanto, de los dos puntos anteriores, UBEC es capaz de entregar más corriente con menos riesgo.
  4. Sin sobrepago por algunos BEC adicionales ubicados en el ESC. Para algunos controladores de vuelo, se desaconseja encarecidamente conectar más de un ESC BEC
  5. Menos reguladores de peso

Tipos de BEC y sus beneficios

Hay dos tipos de BEC: lineal (LBEC) y pulsado (SBEC).

  1. Lineal convierte la energía en calor y se apaga cuando se sobrecalienta. Lo que puede conducir a resultados desagradables: en el mejor de los casos, el helicóptero no podrá despegar y, en el peor, una caída incontrolada. En este sentido, comenzó a usarse en ensamblaje con servoaccionamientos que, a su vez, no consumen mucha corriente, lo que evita que la unidad se sobrecaliente.
  2. El pulso regula el voltaje encendiendo y apagando rápidamente la energía, este enfoque eliminó el sobrecalentamiento, aumentó la potencia de salida y permitió lograr una eficiencia del 90%, y también los BEC pulsados ​​superan a los lineales en peso. La interferencia que se produce en el circuito, que afecta negativamente al funcionamiento de los equipos de radio, se elimina añadiendo un filtro LC.

Dado que muchos fabricantes instalan filtros en sus UBECLC (y si todavía no hay filtro, entonces se puede comprar barato y de fácil instalación), los profesionales usan reguladores SBEC en sus cuadricópteros.

Software ESC

Dado que el controlador de velocidad realiza algunas conversiones a alta frecuencia y se puede configurar para varios modos de operación, se escribe para él un software separado llamado firmware. Esto le permite corregir errores anteriores en los algoritmos de control, crear firmware más avanzado (y, por lo tanto, reducir el consumo de batería a velocidad media) y realizar ajustes flexibles. En helicópteros de empresas conocidas como DJI, el software del controlador se cambia automáticamente utilizando el controlador de vuelo.

¡Atención! Sobrescribir el software de los controladores de velocidad puede provocar varios tipos de daños en el dron, ¡así como la eliminación del servicio de garantía! ¡Recuerde que está haciendo esto bajo su propio riesgo!

¿Cómo cambiar el software?

Cambio software controlador de varias maneras:

  1. Uso de un tablero de control dedicado
  2. Uso del controlador de vuelo
  3. Usando el programador ASP

La tercera opción es más simple y actualmente se está introduciendo activamente en nuevos modelos.

Selección de controlador de velocidad

En base a todo lo anterior, podemos distinguir criterios especiales para elegir un controlador de velocidad para un dron:

  1. Controlador de vuelo compatible. El controlador de vuelo debe ser compatible con el firmware BEC y ESC.
  2. Compatible con las especificaciones del motor y la batería.
  3. Presencia o ausencia de BEC y su tipo (LBEC o SBEC).
  4. Disipación de calor y estanqueidad.

Si alguna vez te has preguntado para qué sirven los diferentes componentes de un controlador, entonces en este artículo de Jonathan Feldkamp de Castle Creations, aprenderás sobre el propósito de sus componentes, así como también cómo se controla el motor. Con este conocimiento, comprenderá mejor qué tecnologías se utilizan en los controladores y podrá seleccionar mejor un modelo adecuado para su aplicación.

Nota de traducción:

  • La abreviatura ESC (controlador de velocidad eléctrico) a menudo se reemplaza por la palabra controlador.
  • La abreviatura BEC (Battery eliminator circuit) será reemplazada por el regulador.
  • La abreviatura MOSFET (FET) (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) será reemplazada por la palabra clave.

Componentes principales y su finalidad.

La tarea del controlador es transferir energía. corriente continua de la batería a un motor trifásico sin escobillas. Antes de ir directamente al controlador, será útil ver cómo funciona el motor en términos de electricidad. Un motor sin escobillas típico tiene tres devanados (fases), llamémoslos A, B, C. Las fases se pueden conectar en el método "estrella" y en el método "triángulo".

Diagrama de cableado para los devanados de un motor sin escobillas.

En la imagen, los conductores forman bobinados (fases) y terminan en conductores. Aunque las conexiones de los devanados son muy diferentes en apariencia, en términos de electricidad, la diferencia no es grande.

Es importante entender que todo lo que hacemos con las fases A y B tiene un impacto en la fase C. Por qué esto es importante, lo veremos un poco más adelante. También tenga en cuenta que en ausencia de fuerzas externas (por ejemplo, un campo magnético alterno), las fases son solo piezas de cable cerradas, que es exactamente lo que son para el controlador durante el arranque del motor.

El trabajo del controlador es transferir energía de la batería al motor. Para transferir energía, el controlador utiliza MOSFET, interruptores de alimentación que pueden abrirse y cerrarse en una fracción de segundo. Convencionalmente, el esquema de un sistema sin colector se puede representar de la siguiente manera. forma:

La imagen muestra que cerrando las teclas A y B, que están marcadas con un asterisco rojo, dejamos pasar la corriente del punto +In a través de las fases A y B a tierra. La corriente que fluye a través de las fases (también conocidas como devanados) crea un campo magnético que atrae o repele los imanes del rotor y, por lo tanto, provoca la rotación.

MOSFET (FET)

Es muy simple hacer que el motor arranque, simplemente puede conectar dos fases cualquiera del motor directamente a la batería. (Obviamente, no vale la pena hacer esto, arruinar la batería o el motor si deja la batería conectada durante más de una milésima de segundo. De aquí se deriva otra de las tareas principales del controlador: limitar la corriente que fluye a través de la fase al cambiar. ) El truco de mantener la rotación es abrir las dos llaves correctas en el momento correcto y cerrar las llaves inmediatamente antes de que la situación se salga de control. Mientras la corriente fluye a través del devanado, el imán del rotor es atraído por el devanado (polo S a N o N a S), tirando del rotor y haciéndolo girar. Tan pronto como el imán pasa por el devanado, abrimos otras llaves de modo que ahora repeleremos el imán del rotor (N de N o S de S) y empujaremos el imán en la dirección de rotación lejos de este devanado. Ahora repita esta idea para los tres devanados y quedará claro cómo mantener el rotor con imanes girando. Una vez que ha comenzado la rotación, todo lo que tenemos que hacer es cambiar los devanados una y otra vez para que este proceso continúe. Para un ejemplo real, considere la siguiente foto de un controlador típico:

teclas del controlador.

La foto muestra claramente seis campos. Transistores MOSFET, que se utilizan para encender y apagar las fases. También puede ver el cable que se conecta al receptor y un gran condensador, que sirve como dispositivo de almacenamiento de energía para el controlador. Los pequeños detalles son varios filtros que se necesitan para el correcto funcionamiento del controlador. La potente soldadura de contactos asegura el flujo de altas corrientes. En la siguiente ilustración, se aplica una imagen de las teclas sobre la foto:

Representación esquemática de las teclas.

Ahora que tenemos una idea de cómo mantener un motor sin escobillas girando, echemos un vistazo al diagrama funcional de todo el controlador. Hay cuatro bloques principales en el controlador: interruptores de potencia MOSFET, circuito de control clave, microprocesador y circuito de detección de posición del rotor. El diagrama muestra cómo estas partes están conectadas entre sí.

Ahora tenemos una idea de cómo funciona la parte de potencia del regulador: los MOSFET funcionan como llaves, al abrirse y cerrarse hacen que la corriente fluya a través de los devanados del motor. A veces, la potencia de una tecla no es suficiente; para reguladores potentes, se utilizan varias teclas conectadas en paralelo. El calentamiento del regulador es causado casi por completo por la resistencia interna de los interruptores, cada vez que aumentamos el número de interruptores por fase en 2 veces, en consecuencia reducimos la resistencia total de los interruptores en 2 veces. Como alternativa al uso de varias claves paralelas, se pueden instalar mejores claves.

Circuito de control MOSFET.

La gestión de claves no es una tarea tan sencilla como podría parecer a primera vista. Si miramos el diagrama del circuito, encontraremos que las teclas tienen tres contactos. El contacto a través del cual fluye la corriente hacia el transistor se llama "fuente", el contacto a través del cual fluye la corriente se llama "drenador", el contacto que va hacia el lado se llama "puerta", esta es la clave cambiar. Para abrir la llave, es necesario aplicar un voltaje a la puerta de 5V-10V más alto que el que se suministra a la fuente del transistor. Para la parte inferior de las llaves (que se conectan al terminal negativo de la batería) esto es relativamente fácil, solo necesitamos aplicar 10 voltios. Para abrir las teclas superiores, que están conectadas al terminal positivo de la batería, es necesario aplicar un voltaje de 10 voltios superior al voltaje de la batería de alimentación. Por ejemplo, si tenemos una batería LiPo 4S, se conecta un voltaje de 14.8V al transistor superior, pero para abrir la llave se debe aplicar un voltaje de 25V a la puerta. Los desarrolladores de controladores utilizan bloques de control de teclas prefabricados o desarrollan los suyos propios.

Bloque para determinar la posición del rotor.

Para saber cuándo abrir y cerrar las llaves, el gobernador necesita conocer la posición de los imanes del rotor del motor giratorio. Esta es la característica más complicada del ESC y es la razón por la cual los motores y los ESC solían usar sensores de posición del rotor adicionales (el circuito del sensor sigue siendo popular en la afición a los automóviles). Los reguladores sin sensor, como su nombre lo indica, prescinden de un sensor y usan un algoritmo único para determinar la posición del rotor: en un momento dado, el regulador usa solo 2 fases para alimentar el motor, mientras que la tercera fase está completamente desactivada. El campo magnético giratorio induce un EMF en el tercer devanado. Al medir y analizar el voltaje inducido, puede determinar cuánto ha girado el imán y comprender cuándo cerrar el par de claves actual y abrir el siguiente.

Microcontrolador y su software.

Sin duda, el microcontrolador es el cerebro de todo el proceso. El principio de su funcionamiento es en muchos aspectos similar al de una computadora convencional: los programadores escriben un programa, lo compilan y lo cargan en la memoria del controlador. El microcontrolador ejecuta el programa y, de acuerdo con él, envía señales de control al circuito de control clave, determina la posición del motor, procesa las señales del receptor, calcula la potencia de salida requerida y parpadea el LED. El procesamiento de la señal del receptor es estándar. La señal de control es una serie de pulsos cuya longitud determina la potencia de salida. Un ancho de pulso de 1 ms significa que está completamente acelerado, 2 ms está completamente abierto. La cantidad de apertura parcial de gas está determinada por el ancho de pulso entre estos dos valores. En apariencia, todo es simple, pero también es importante que el microcontrolador realice un seguimiento de la posición del motor para no perder el momento de cambiar las teclas.

Hacer funcionar un motor a velocidad media es mucho más complejo que hacerlo a máxima velocidad. En lugar de dejar dos llaves abiertas durante un tiempo determinado, el microcontrolador abre una llave y rápidamente comienza a abrir y cerrar la segunda. A baja aceleración, la segunda llave está cerrada la mayor parte del tiempo, mientras que al acercarse a la aceleración máxima, está abierta casi todo el tiempo. La frecuencia con la que el controlador abre/cierra la segunda tecla se denomina frecuencia PWM.

Capacidades físicas ESC: 4s, 6s, HV, SHV, etc.

Además de dividir por opciones de configuración, los reguladores también se dividen por capacidades físicas. Algunos reguladores están diseñados para una tensión de alimentación de 12 V, mientras que otros admiten baterías de hasta 90 V. Sin embargo, desde el punto de vista del microcontrolador y su programa, la tarea es la misma: cambiar las teclas a medida que gira el rotor. El cambio más obvio son las piezas que se utilizan en la PCB. Los FET deben estar clasificados para voltajes más altos, lo que a menudo significa que tienen una mayor resistencia y, por lo tanto, no son tan buenos. La unidad de control de llaves debe ser capaz de aumentar aún más el voltaje y gestionar más llaves. Los condensadores de entrada deben ser diferentes, generalmente mucho más grandes. En pocas palabras, cada elemento del regulador debe probarse para el cumplimiento de alto voltaje. Además de las cosas obvias, con el aumento de la tensión, muchas cosas se vuelven algo más problemáticas. Pequeños saltos de voltaje durante la conmutación, que a 12 voltios no juegan ningún papel, al aumentar el voltaje pueden ser lo suficientemente grandes como para abrir una llave que no debería estar abierta en este momento. (Imagínese que las teclas de los niveles superior e inferior están abiertas al mismo tiempo; esto equivale a un cortocircuito de la batería). El controlador necesita un cuidado especial cuando trabaja con la señal de entrada para que todas las operaciones se realicen correctamente.

PESO: Circuito eliminador de batería (bloque de exclusión de batería)

Otra dificultad con alto voltaje es BEC. Recuerdo aquellos tiempos lejanos cuando todo el mundo usaba motores de combustión interna como planta de energía, y una pequeña batería era suficiente para alimentar la electrónica de a bordo. A medida que la tracción eléctrica y los ESC se hicieron más populares, comenzaron a incorporar una pequeña fuente de alimentación electrónica integrada lineal, la BEC, que proporciona una fuente de corriente de 5 V y puede reemplazar la batería integrada. Un BEC simple funciona muy bien con servos que no consumen mucha corriente y funciona especialmente bien con voltajes de batería de baja potencia. El problema con BEC convencional es que convierte el exceso de voltaje en calor. Si tenemos una batería de alimentación de 12V, entonces necesitamos deshacernos de 6V. Si nuestros servos consumen 1A de corriente, entonces 6W se convertirán en calor. Si tenemos una batería de 25V, entonces hay que convertir 20V en calor y a una corriente de 1A, ya obtendremos 20W de calor. Esto es demasiado para un BEC lineal y simplemente dejará de funcionar bajo tal carga.

El siguiente paso en el desarrollo fue la aparición de BEC pulsado. Los BEC de pulso funcionan de manera similar a los controladores, usando interruptores FET para encender y apagar rápidamente la energía de la batería, luego los pulsos resultantes se suavizan para producir una salida de voltaje constante. La ventaja más importante de cambiar BEC es que el exceso de voltaje no se convierte en calor y la eficiencia puede alcanzar fácilmente el 90%.

Elegir el controlador adecuado.

Ahora que sabemos un poco más sobre cómo funciona ESC, es más fácil para nosotros elegir el controlador adecuado para nuestra aplicación. Supongamos que ya hemos elegido el motor y la batería. Ahora necesitamos estimar cuánta corriente consumirá nuestra planta de energía. Elija un controlador que tenga una clasificación superior a la corriente máxima del acelerador (por ejemplo, si 67A es el peor de los casos, entonces un controlador de 75A será suficiente). No hace falta decir que no hay problema en usar un controlador que sea más grande que sus necesidades, siempre y cuando no haga que su modelo sea más pesado.

Después de volver a armar, es útil hacer un vuelo de prueba corto y verificar la temperatura del controlador, luego tomar un vuelo más largo y verificar la temperatura nuevamente para asegurarse de que se mantenga dentro de los límites seguros. La temperatura del controlador debe permanecer por debajo de los 85°C y el controlador no debe silbar cuando se toca con un dedo mojado. Las calculadoras del motor pueden estar equivocadas, y cada helicóptero vuela un poco diferente, por lo que no está de más tener mucho cuidado en tus primeros vuelos.

Conclusión

Como puede ver, los controladores tienen un diseño relativamente simple, pero un buen software y componentes de calidad son vitales para una operación adecuada. De Buena elección el controlador depende de si el modelo tendrá o no un efecto de humo, que puede que no quieras en absoluto ;-). Un agradecimiento especial a Jonathan Feldkamp y al equipo de Castle Creations por sus contribuciones a nuestro hobby.

Adición: por qué trabajar con gas medio es menos eficiente y carga más el controlador.

Antes de que analicemos por qué la operación de aceleración media puede aumentar el consumo de corriente, debemos considerar brevemente el fenómeno de EMF posterior (fuerza electromotriz de EMF posterior). Durante la operación, el motor no solo consume energía, creando rotación, sino que también funciona como un generador, generando electricidad - EMF posterior. (Nota aarc: suponiendo que el motor no tiene resistencia interna, no pierde energía por la fricción y gira sin carga, aumentará la velocidad hasta que el voltaje de la batería sea igual a la FEM posterior, momento en el cual el consumo de corriente se vuelve cero y el rotor continúa girando a una velocidad constante. Si ahora carga el motor, por ejemplo, fuerza el rotor de un helicóptero para que gire, entonces aparecerá un efecto de deslizamiento cuando el rotor girará más lentamente de lo que podría hacerlo a un voltaje dado, y el la cantidad de corriente suministrada será mayor que la corriente EMF inversa. Esta diferencia de corriente hace un trabajo útil. (http://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor) trabajo útil, y parte para superar la corriente inversa, y cuanto mayor es la carga, más fuerte es el deslizamiento y más corriente consume el motor.

La operación en gas medio o en modo gobernador (el mismo gas medio) carga el controlador, a pesar de que da pulsos de potencia más cortos, sin embargo, bajo carga, la corriente de pulso aumenta. Con una disminución de la velocidad, la EMF de retorno disminuye y la diferencia entre las corrientes de EMF de retorno y los pulsos de potencia instantáneos puede ser muy grande. Los medidores de vatios no pueden mostrar estas corrientes de irrupción, sino solo valores promedio.

Necesitará software y dispositivos especiales para flashear su ESC. También se requiere conocimiento de conexiones e instalaciones específicas. A continuación, hablaremos de todo lo necesario para el firmware y el proceso en sí.

Para qué sirve :

Los reguladores convencionales tienen filtros de software y hardware en su interior que suavizan la respuesta a saltos repentinos en la acción de control. Con respecto a los modelos de aviones y helicópteros, todo es correcto, no hay absolutamente ninguna necesidad de cambiar el gas abruptamente. Sin embargo, el principio de estabilización de los dispositivos multirrotor se basa en cambiar el empuje de cada rotor por separado. Cuanto más sensible sea el regulador, mejor será la estabilización, menos oscilaciones, etc. Bien ilustrado está el siguiente video de Dmitry Piraña:

Y aquí hay otro ejemplo revelador.
Otra desventaja del firmware del controlador "nativo" es la baja resolución. Aquellos. el regulador cubre todo el rango de velocidad en, por ejemplo, 100 pasos. El firmware personalizado proporciona más resolución.
Vale la pena señalar que después de flashear, el regulador pierde la mayoría de sus funciones. No es necesario preguntar: cómo configurar el corte o dónde está configurado el arranque suave. Estas características simplemente no existen. Los ESC cosidos están diseñados exclusivamente para la operación de múltiples rotores. El firmware BLHeli puede considerarse una excepción; hasta ahora, hay chips de reguladores "de fábrica".

Requisitos

Hierro

dispositivo de programación

Necesitará un programador adicional. El programador se conectará a puntos específicos en el ESC para conectarse a la computadora. Hay varias versiones de estos programadores, diferentes marcas y diferentes rangos de precios. El costo aproximado del adaptador es de $15
Hay varias versiones de estos programadores de diferentes marcas y en diferentes rangos de precios. Debería poder encontrar un adaptador de alrededor de $ 15.

Puede utilizar los siguientes adaptadores USBasp:
Rey de la afición: Dispositivo de programación USBasp AVR para procesadores ATMEL
Buena suerte compra: Adaptador de descarga de programador USB-ASP Atmel ISP
Protopila: Programador USBASP AVR
CuteDigi: programador AVRISP STK500

Conductores:

Linux y MacOS X no requieren controladores. Y para trabajar en Windows, deberá instalar el controlador para USBasp:

Además, deberá conectar el programador al ESC. Puede conectarse a las patas del microcircuito o soldar los cables a la placa del regulador.

Software

Dependiendo del sistema instalado en su computadora, deberá instalar el programa de flasheo ECS apropiado.

Programas de firmware:

Si su regulador tiene pines para el firmware, puede soldarlos con cables o conectarlos temporalmente usando pines como se muestra en el video a continuación. yo

O puede usar la conexión a las patas del microcontrolador usando micro abrazaderas:

Otro método es hacer un adaptador de programación usando pegamento para modelos. El proceso de fabricación de este adaptador se describe en detalle.

Otro adaptador similar para Amtel Atmega ya está a la venta en Hobby King:

Teoría

MOSI, MISO, SCK...

La comunicación entre el ESC y el programador se realiza a través del bus de interfaz de periféricos en serie (SPI). Las conexiones necesarias en el bus se denominan . Debe conectar correctamente los pines en el ESC y en el programador.

fusibles

El término fusibles (trans. Fuses) no tiene nada que ver con los dispositivos de protección en la electrónica convencional, en este caso, el término fusible se refiere a una pequeña parte del microcontrolador. El microcontrolador cambia su comportamiento dependiendo de qué fusibles estén configurados. Los fusibles colocados incorrectamente pueden tener consecuencias impredecibles. Las funciones de los fusibles se enumeran en la documentación del microcontrolador (hoja de datos). El último firmware de Simonk no requiere ningún cambio en los fusibles.

Los fusibles se pueden calcular o determinar usando calculadoras, por ejemplo, la calculadora de fusibles Engbedded Atmel AVR®.

archivos hexadecimales

Los firmwares para ESC están disponibles en forma de archivos .hex. Un archivo .hex contiene el firmware completo para un ESC en particular. Puede actualizar el ESC varias veces, pero solo estará activa la última carga de firmware. El firmware incorrecto puede arruinar el ESC cuando se utiliza la energía de la batería. Por lo tanto, es importante probar con seguridad su ESC después de una actualización de firmware.

Tipo de llave (FET)

ESC usa teclas de tipo P o N, y se pueden usar ambos tipos. Los reguladores de interruptor N tienen menor resistencia, menores pérdidas y mayor eficiencia. La compatibilidad del archivo .hex depende del tipo de teclas de encendido instaladas.

Cómo determinar el tipo de tecla de encendido FET:

Conexión

Hay dos tipos de conector Atmel ISP, de 6 pines o de 10 pines. Su tarea es conectar los conductores al ESC ( MOSI, MISO, SCK, VCC, RST y TIERRA) a los mismos conductores en el programador.

Conector ISP de 6 pines y conector ISP de 10 pines

Distribución de pines de Atmega8

Ejemplos de firmware paso a paso.

Ejemplo: Turnigy Plush 18A

En este ejemplo, Turnigy Plush 18A ESC se actualizará en Windows utilizando la herramienta ESC Flash a través de USBasp.
Debe conectar el programador a la computadora y el ESC al programador. Aquí los conductores están soldados al ESC.