Come scegliere ESC per il drone

Come scegliere ESC per il drone

Introduzione

In questo articolo verrà presentato l’ESC, un circuito elettronico in grado di garantire il corretto funzionamento dei motori del drone. Oltre a spiegare il principio di funzionamento dell’ESC verrà spiegato come scegliere il regolatore più adatto alle proprie esigenze, tra quelli presenti attualmente sul mercato, sulla base dell’hardware, del software e dal punto di vista prestazionale.

Come Scegliere ESC Per Il Drone - ESC 35A - ProjectEMS

Al fine di rendere più chiaro il tutto anche agli utenti meno esperti, verrà discussa l’integrazione tra i vari componenti proponendo uno schema di collegamento.

Principio di funzionamento

Un ESC è un circuito elettronico il cui scopo è quello di far variare la velocità di rotazione del motore elettrico, il verso di rotazione ed, in alcuni casi, agire da freno dinamico. Scendendo più nel dettaglio un ESC interpreta le informazioni di posizione angolare del motore non dal punto di vista meccanico (come nel caso di un servo) ma piuttosto utilizzando la FeT (Field-effect Transistor). In questo modo la rete di transistor presenti nel circuito determina la variazione del campo elettrico per controllare il comportamento del motore. L’alimentazione dell’avvolgimento trifase dello statore proviene da un inverter che può modificare la frequenza della tensione trifase e generare tre diverse funzioni sinusoidali (utilizzando il PWM, Pulse Width Modulation) sulla base della posizione angolare del motore.

Massima corrente sopportata

La scelta di quale ESC utilizzare sul proprio modello dovrebbe essere fatta essenzialmente sulla base degli Ampere massimi sopportati. Quindi, come anticipato nell’introduzione, la scelta deve essere subordinata alla tipologia di motore ed alla sua potenza assorbita. Infatti, nel caso il produttore non specifichi la corrente massima assorbita dai motori ma solo la potenza [Watt] è possibile utilizzare terza legge di Ohm:

Come Scegliere ESC Per Il Drone - Legge di Ohm - ProjectEMS

dove I indica la corrente [A], P la potenza [W] e V e la tensione di alimentazione data dal proprio pacco batterie. Sulla base quindi della corrente che il motore utilizzerà si andrà ad individuare l’ESC più adatto, avendo cura di sceglierne uno che sopporti anche qualche Ampere in più. Ad esempio, se un motore richiede 15A max, bisogna un ESC che arrivi a sopportare 20A.

Tipologia

Nella scelta di un ESC molta importanza ha l’architettura del circuito. Esistono fondamentalmente due tipologie: OPTO e NON OPTO.
I più comuni e i più semplici da installare sono i NON OPTO. Essi sono costituiti da tre cavi che vanno collegati con il flight controller: uno per il positivo, uno per il segnale e uno per il negativo. Possiedono inoltre un circuito BEC/UBEC (Battery Eliminating Circuit) integrato che permette di generare una corrente a bassa tensione (5 V) al fine di alimentare un’eventuale power distribution board dedicata.
Gli OPTO invece si differenziano per il fatto di avere soltanto due cavi di collegamento (negativo e segnale) con il flight controller. Questo perchè questi ESC non hanno un BEC integrato e di conseguenza viene a mancare il cavo del positivo. Questo tipo di ESC vengono utilizzati soprattutto quando è necessario ridurre il disturbo e l’interferenza generata (inevitabilmente) dalla presenza di più BEC ravvicinati.

Firmware e protocolli

A parità di corrente massima utilizzabile e tipologia, un’altra scrematura sulla scelta da fare può essere sulla possibilità o meno di installare/modificare un firmware. In molti casi un ESC ha un firmware pre-installato dal produttore e non è possibile nessun tipo di intervento; esistono però molti modelli di ESC ad elevata customizzazione.
Un firmware è un software che viene eseguito dal circuito interno all’ESC e permette di modificare e quindi migliorare le performance. Tra i firmware maggiormente utilizzati ricordiamo BLHeli e SimonK .
Oltre al firmware, spesso viene data la possibilità all’utente la possibilità di intervenire sul protocollo di comunicazione tra ESC e flight controller, ad esempio per stabilire la velocità massima di rotazione che il motore deve avere (sempre rispettando i limiti costruttivi di esso) o scambiare altri comandi. Tra i vari protocolli troviamo oltre allo Standard, anche il Oneshot, il Multishot e il Dshot.

Schema di collegamento

Nel caso di un ESC NON OPTO, l’integrazione dei componenti sarà come nella figura successiva:

Come Scegliere ESC Per Il Drone - NON OPTO - ProjectEMS

In questo caso l’ESC avrà il BEC integrato e sarà esso stesso a fornire l’alimentazione (tramite i cavi rosso e nero) al flight controller ed eventuali altri componenti. Il cavo giallo invece è il cavo del segnale che viaggia dal flight controller all’ESC al fine di regolare la velocità di rotazione del motore.

Nel caso invece di un ESC OPTO, lo schema di collegamento è il seguente:

Come Scegliere ESC Per Il Drone - OPTO - ProjectEMS

In questo caso sarà necessario collegare un BEC esterno tramite il quale la batteria alimenterà il flight controller il quale sarà collegato all’ESC solo tramite il cavo del segnale (giallo).

Dove acquistare

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