Управление скоростью двигателей с ESC: надежное решение для транспортных средств

Что такое ESC

ESC (Electronic Speed Control) — электронная схема управления скоростью, меняющая обороты и направление вращения двигателя, а также работающая как динамический тормоз. Популярны в радиоуправляемых моделях с электропитанием. Управляют бесколлекторными двигателями. Два способа подключения: отдельный блок на канале газа приемника или встроенный в центральный приемник (часто в игрушечных моделях).

Как работает ESC

Технология ESC важна в автопроме: предотвращает опасные скорости, заносы, потерю управления. Автоматически активирует тормоза, обеспечивает правильное рулевое управление. Управляет скоростью бесколлекторного двигателя через MOSFET, создающие вращающееся магнитное поле. ESC имеет 6 интервалов коммутации; частота их прохождения определяет скорость.

Компоненты ESC

• Пайка перемычки (тип PWM-сигнала, направление CW/CCW)
• Пады для 3 фаз BLDC
• Плюс/минус LiPo
• Светодиод состояния
• GND опорного PWM
• Вход PWM (сервосигнал)

Типы ESC

Коллекторный ESC (Brushed ESC)

Первые контроллеры скорости. Управляют напряжением на коллекторном двигателе. Быстро включают/выключают напряжение в зависимости от скорости. Дешевые, широко используются в RC.

Бесколлекторный ESC (Brushless ESC)

Продвинутая версия: 3-фазное переменное напряжение (как ВЧ-привод) для бесколлекторных двигателей. Бесколлекторные двигатели: больше мощность, долговечность, легче, выше КПД. Дороже.

Применение ESC

• Электрические самолеты, лодки, квадрокоптеры, вертолеты, автомобили, велосипеды
• Прошивки ESC

Функция электронного управления скоростью

ESC использует опорные сигналы скорости для управления ключевыми транзисторами (MOSFET), меняя коэффициент заполнения или частоту переключения. Для BLDC нужно менять фазные токи: скорость зависит от фазы импульсов тока к обмоткам. BLDC сложнее коллекторных.

Фаза ESC меняется согласно ротору. Определение позиции: Back EMF (ЭДС самоиндукции) или датчики Холла/оптические. Программируемые ESC позволяют настраивать торможение, разгон, фазировку, реверс (перестановка любых двух фаз).

Особенности ESC

Низковольтовый отключатель, тормоз, BEC (Battery Eliminator Circuit). В авиамоделировании: 3 группы проводов — батарея, сервопровод к каналу газа приемника, двигатель.

Схема электронного контроллера скорости

Большинство ESC используют микроконтроллеры с прошивкой. Настройки прошивки можно менять. Некоторые производители делают встроенные ESC с обновляемой прошивкой, другие — запаиваемые (proprietary firmware).

Как собрать ESC самостоятельно

Компоненты: Arduino Nano, 2×10 кОм потенциометр, 2×1 мкФ конд., L6234, 2×1N4148, 5×1 Ом, 4×470 нФ, 100 нФ, 10 нФ, 220 нФ, 4×1 кОм, 3×10 кОм, 2×LM393.

1. Соберите по схеме
2. Загрузите один из 4 кодов: 1) analogRead для измерения тока, 2) внешнее прерывание пина 3, 3) таймер 2 для чоппинга тока, 4) прерывания пинов 10,11,12 для коммутации шагов

Выбор правильного ESC

Обязательно соответствие типу двигателя: бесколлекторный ESC только для бесколлекторных моторов. ESC критически важен для проектов со скоростью. Главное — точный подбор под двигатель, иначе схема не заработает.