전동 모터의 속도 제어는 이제 현대 생활 곳곳에서 볼 수 있습니다. 그만큼 이 속도 제어 기술이 다양한 전기 장비, 쿼드콥터, 드론에 얼마나 중요하고 필수적인지 알 수 있습니다. 자동차의 기어박스가 바퀴에 어느 속도로 회전해야 하는지 알려주는 것과 같은 방식으로, ESC는 스로틀을 인가할 때 모터가 회전해야 하는 속도를 제어합니다. 비행 컨트롤러가 이 스로틀 신호를 ESC로 보내면 ESC가 모터를 회전시킵니다.

대부분의 최신 ESC는 기능이 매우 뛰어나고 풍부하여 이전 세대 ESC가 부끄러울 정도입니다. 시간을 낭비하지 않고 ESC의 세계를 잠시 살펴보겠습니다. ESC를 선택하는 것은 어려운 작업입니다. 이 글에서는 다양한 파라미터를 활용해 ESC를 선택하는 방법을 보여드리겠습니다.

전자식 속도 제어(ESC)란 무엇인가?

전자식 속도 제어기(ESC)는 비행 컨트롤러의 스로틀 신호를 받아 브러시리스 모터의 속도를 제어하는 회로입니다.

전자식 속도 제어기는 자동차의 변속기와 유사하게 작동합니다. ESC는 스로틀을 인가하기 위해 모터가 회전하는 속도를 제어하고 바퀴가 얼마나 빠르게 회전해야 하는지 알려줍니다. 비행 컨트롤러는 이 스로틀 신호를 ESC로 보내 모터를 회전시킵니다.

ESC는 자동차의 기어박스와 유사하게 작동합니다. ESC는 스로틀을 인가하기 위해 모터가 회전해야 하는 속도를 제어하고 바퀴가 얼마나 빠르게 회전해야 하는지 알려줍니다. 이 스로틀 신호는 비행 컨트롤러가 ESC로 보내 모터를 회전시킵니다.

ESC가 중요한 이유는 무엇인가?

쿼드콥터는 4개의 모터 때문에 구조적으로 불안정합니다. 반면 헬리콥터는 한 쌍의 블레이드만으로 추진력을 생성합니다. 헬리콥터는 또한 훨씬 더 신뢰성이 높습니다(테일 로터는 메인 로터가 생성하는 토크를 상쇄할 뿐입니다).

비행 컨트롤러의 정밀한 자이로가 기체의 위치를 모니터링하고 매초 미세한 조정을 수행하여 모터가 안정성을 유지하는 데 필요한 정확한 속도로 회전하도록 합니다. ESC는 비행 컨트롤러와 모터 사이에서 중개 역할을 합니다. 비행 컨트롤러는 ESC에 신호를 보내고, ESC는 이어서 모터에 속도를 낮추라고 지시합니다. ESC가 없으면 비행 컨트롤러는 모터와 직접 연결할 수 없습니다. 3개의 선이 ESC에서 모터로 전류를 전달합니다. 모터의 속도는 이 선이 보내는 전류량에 의해 결정됩니다.

최적의 ESC를 어떻게 선택할까?

고품질 ESC는 안전하고 쾌적한 비행을 보장합니다. ESC를 선택할 때는 다음과 같은 다양한 파라미터를 고려합니다.

1. 전류 정격
2. 입력 전압 정격
3. 무게와 크기
4. ESC 펌웨어
5. BEC
6. ESC 연결
7. ESC 프로세서
8. ESC 프로토콜

1. 전류 정격

ESC를 선택할 때 가장 먼저 검토해야 할 요소는 전류 정격입니다. 모터는 회전하면서 전류를 소모합니다. 전류 정격 또는 암페어 정격이 ESC 용량보다 높으면 과열되어 결국 손상을 일으킬 수 있습니다. 적절한 크기의 모터를 선택한 후 ESC의 전류 정격을 결정하십시오.

• ESC의 전류 소모량
• 높은 KV 등급의 모터
• 더 큰 프로펠러(길이 & 피치)
• 더 큰 모터 크기(고정자 폭과 높이)

ESC는 이제 연속 정격과 순간(버스트) 정격의 두 가지 방식으로 평가됩니다. 연속 전류 정격은 ESC가 안전하게 처리할 수 있는 최대 연속 전류를 나타냅니다. 버스트 정격은 ESC에 손상을 주지 않고 짧은 시간(예: 10초) 동안 안전하게 처리할 수 있는 최대 전류입니다.

2. 입력 전압 정격

ESC의 전압 정격은 안전하게 견딜 수 있는 최대 전압입니다. 일부 ESC는 3S-4S 배터리로 작동하고, 다른 제품은 6S 배터리로 작동합니다. LiPo 전압과 호환되는지 확인하십시오. ESC에 전원을 공급하기 위해 지나치게 높은 전압을 사용하면 ESC와 모터가 모두 파손됩니다.

3. 무게와 크기

ESC의 무게와 크기는 해당 장치의 전류 정격에 의해 결정됩니다. 성능이나 효과적인 냉각을 희생하지 않고 더 가볍고 작은 ESC를 개발하기는 어렵습니다. 단일 독립형 ESC는 보통 4g에서 6g 정도의 무게이고, 4-in-1 ESC는 약 12g에서 15g 정도입니다. ESC가 가벼울수록 방열 성능이 낮아져 과열 우려가 커집니다.

4. ESC 펌웨어

각 ESC의 펌웨어는 그 위에서 실행되는 소프트웨어입니다. 펌웨어가 ESC의 성능을 결정합니다. ESC 펌웨어에는 지원되는 프로토콜과 구성 인터페이스에 대한 정보가 포함됩니다. 선택할 수 있는 ESC 펌웨어는 여러 종류가 있습니다.

• BLHeli ESC.
• BLHeli_S ESC
• SimonK ESC
• KISS 펌웨어
• BLHeli_32

이 중에서 BLHeli 펌웨어와 SimonK 펌웨어는 오픈 소스이고 KISS 펌웨어는 클로즈드 소스로 KISS ESC에서만 실행할 수 있습니다.

5. BEC 포함 여부

BEC는 Battery Elimination Circuit의 약자입니다. BEC는 미리 정해진 전압에서 안정적인 전류를 유지합니다. 비행 컨트롤러, 무선 수신기(RX) 및 기타 5V 부품은 5V 출력을 통해 전원을 공급받습니다. 다만 현재는 쿼드콥터 시스템에 전력 분배 보드가 사용되므로 BEC가 있는 ESC가 실제로 필요하지는 않습니다.

옵토(Opto) ESC는 BEC가 없는 ESC를 말합니다. 5V BEC가 없으면 비행 컨트롤러와 RX에 별도의 전원 공급이 필요합니다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 ESC에는 "빨간색" 서보 선이 포함되지 않습니다. 신호선과 접지선만 사용됩니다.

6. ESC와 모터의 연결

ESC는 LiPo 배터리로 전원을 공급받습니다. 모터의 속도는 비행 컨트롤러에서 수신한 신호로 제어됩니다. 브러시리스 ESC에는 모터의 3개 선에 연결하거나 납땜하는 3개의 선이 있습니다. LiPo 배터리, RC 수신기, 브러시리스 모터가 연결된 단일 독립형 ESC가 아래에 나와 있습니다.

7. ESC 프로토콜

프로토콜은 ESC의 운영 체제와 유사합니다. 프로토콜은 ESC와 FC(비행 컨트롤러)가 얼마나 빠르게 통신하는지에 영향을 주며, 이는 쿼드콥터의 조종성과 성능에 큰 영향을 미칩니다.

다음은 쿼드콥터에 사용되는 최신 프로토콜 목록을 오래된 순에서 최신 순으로 정리한 것입니다.

• Standard PWM
• Oneshot125
• Oneshot42
• Multishot
• DShot
• ProShot

8. ESC 프로세서

대부분의 ESC 프로세서는 ATMEL, Silabs, ARM Cortex에서 나옵니다. 이 모든 프로세서는 고유한 기능, 특성, 펌웨어 지원을 갖추고 있습니다.

• ATMEL 8-bit 은 SimonK와 BLHeli 펌웨어 모두와 호환됩니다
• SILABS 8-bit 은 BLHeli 또는 BLHeli_S와만 호환됩니다
• ARM Cortex 32-bit(예: STM32 F0, F3, L4) 는 BLHeli_3와 함께 실행할 수 있습니다

최고의 쿼드콥터 ESC

멀티로터 ESC에서 가장 널리 쓰이는 펌웨어는 Bethel, SimonK 또는 KISS입니다. CleanFlight가 모든 CleanFlight 기반 비행 컨트롤러에 통합된 "BLHeli 패스스루"를 지원하기 때문에 이것이 가능합니다. 이를 통해 비행 컨트롤러의 컴퓨터에서 멀티로터 ESC를 직접 프로그래밍하고 업데이트할 수 있습니다.

더 복잡한 리니어 모드 방식 BEC에서 더 효율적인 스위칭 모드로 업그레이드하려면 올바른 제품을 구입해야 합니다. 수학과 용어(종류, 입력 전압, 출력 전압, 정격 등)를 다시 숙지해야 합니다. 필요한 모든 것을 갖추었는지 확인하려면

ESC의 응용 분야

전자식 속도 제어 시스템은 원격 제어 및 차량 응용 분야에서 사용됩니다.

• 전기 자동차
• 전기 자전거
• 전기 항공기
• 자동차
• 헬리콥터
• 비행기
• 보트
• 쿼드콥터
• ESC 펌웨어

결론

ESC는 드론을 우리가 기대하는 반응성 좋고 사용하기 쉬운 비행 장치로 만드는 데 함께 작동하는 여러 부품 중 하나입니다. ESC는 본질적으로 드론의 비행 컨트롤러와 모터 사이의 중계 역할을 하여 조종사의 지시를 실제 움직임으로 변환합니다.

대부분의 소비자용 드론에는 이미 ESC가 내장되어 있으므로 일반적인 드론 조종사는 크게 신경 쓸 필요가 없습니다. DIY 드론을 만지작거리는 것을 즐기는 사람이라면 ESC가 어떻게 작동하는지와 최고의 기능에 대한 기본적인 이해가 있으면 드론의 성능을 세밀하게 조정하는 데 도움이 될 것입니다. 빠른 응답과 드론의 소형화가 요구되는 응용 분야에서는 올바른 ESC를 선택하는 것이 중요합니다.