Brushless ESC Erklärung

Der Begriff „ESC“ – Elektronischer Drehzahlregler

Ein „Electronic Speed Controler“ (ESC), ist ein Elektronikbauteil, welches für die Ansteuerung von Elektromotoren zum Einsatz kommt. Dabei gibt es sogennante „Brushed ESC“, sowie „Brushless ESC“ für die Ansteuerung von Motoren. Die Elektromotoren mit Bürsten (werden in der Regel nur mit 2 Kabel angesteuert), oder Motoren ohne Bürsten (werden in der Regel mit 3 Kabel angesteuert). Bei einem Quadcopter braucht man also vier ESC, um alle Motoren ansteuern zu können.


PWM und verwandte Protokolle

  •  PWM:Die Pulsweitenmodulation“ (PWM) ist ein Kommunikationprotokol welches entwickelt wurde um diverse Elektronikbauteile wie Servos, Motoren, etc. anzusteuern. Es handelt sich dabei um eine paralelle Kommunikation. Sprich, pro Ausgangskanal kan nur ein PWM Wert ausgeben werden.

    Aufgrund der Länge der gesendeten Pulse (zwischen 1000-2000 µs) wird der aktuelle Wert bestimmt. Als Beispiel: Hat man einen Servo direkt an einen RC Empfänger angeschlossen, so geht dieser bei einer Pulslänge von 1500µs in Mittelstellung, bei 1000µs nach ganz links und bei 2000µs nach ganz rechts. Die Pulslänge gibt also an wo sich die Sticks meiner RC Fernsteuerung gerade befinden. Die Drehrichtung kann natürlich beliebig umgekehrt werden. Dieses Protokoll läuft asynchron zu den Daten, die vom Gyro des Flugroboters ausgelesen werden.Die PWM Update Rate:
    Diese Rate bestimmt wie oft die derzeitige Pulslänge zum ESC, Servo, etc gesendet wird. Gerade für Multicopter ist eine hohe Frequenz von Vorteil, da die Drehzahlen der Motoren schnell angepasst werden müssen. Die meisten gängigen ESC arbeiten mit PWM Update Raten bis zu 490Hz.

    Hinweis zum CC3D Board:
    Falls man ein CC3D Board mit F1 Prozessor besitzt, ist das standart PWM Protokoll die einzige Möglichkeit um die Motoren anzusteuern, sofern man keinen Empfänger mit paraleller Summenausgabe wie PPM, S-Bus, I-Bus besitzt. Dies ist eine Hardwarelimitierung des CC3D und sollte bei aktuelleren Boards nichtmehr vorkommen, allerdings gibt es mittlerweile Boards die garkein „one wire per channel PWM“ von Empfängerseite mehr akzeptieren.


  • OneShot125
    OneShot125
    wurde speziell für Multicopter entwickelt und besitzt eine Update Rate von 500Hz bei einer Pulslänge von 125-250µs. Es handelt sich dabei um eine serielle Kommunikation. Somit können mit nur einem Ausgangskanal, per Summensingnal, mehrere Werte ausgeben werden. Man braucht deshalb nurmehr ein Kabel für Signal und eines für GND, um dem Flugcontroller die aktuellen Stickpositionen mitzuteilen. Durch die verkürzte Pulsweite, wird die Latenz der Befehle verkürzt und somit eine noch präzisere Ansteuerung der Motoren möglich. Dieses Protokoll läuft dann auch synchron mit den Daten die vom Gyro des Flugroboters ausgelesen werden.

  • DSHOT
    DSHOT ist ein neues Kommunikationsprotokoll welches Daten nichtmehr analog sondern digital zu den ESC überträgt. Der grosse Vorteil gegenüber der analogen Ansteuerung ist die Fehlertoleranz. Während ein anaolges Signal durch hohe Ströme in der umliegenden Verkabelung verfälscht werden kann. Können digitale Pakete, sprich 0 und 1 nur zerstört werden. Analoge Daten brauchen einen Mittelwert als Filter, damit hohe Ströme die Motoren nicht ungewollt hochdrehen lassen. Bei DSHOT sendet der Flugcontroller jedoch nurmehr die % des aktuell benötigten Schubes. Wenn der Motor also 50% Schub benötigt, wird statt einem PWM Wert von 1500, welcher analog dargestellt wird, einfach ein Befehl von 50% Schub an den Regler weitergeleitet. Schnellere Zyklen und dadurch mehr Stabilität sind das Resultat. Auch eine Kalibrierung der Drehzahlregler ist damit überflüssig. Viele Brushless ESC mit BLHeli Firmware können mit DSHOT verwendet werden. Aktuelle Betaflight Versionen untersützen diverse „DSHOT Timings“.

  • PROSHOT
    Bei PROSHOT handelt es sich um einen Nachfolger von DSHOT, welcher Daten mit mehr Redundanz und noch höheren Raten übertragen kann. Derzeit wird an der Integration in BlHeli-S und Betaflight gearbeitet.
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