Regulátory

Regulátor neboli ESC slouží k řízení otáček jednotlivých motorů podle pokynů z řídicí jednotky (FC). Každý motor má svůj vlastní regulátor, který převádí signály z FC na přesné impulzy pro bezkartáčový elektromotor. V FPV dronech se používají tři základní konstrukce regulátorů: 4v1 ESC, AIO desky s integrovanými regulátory a samostatné regulátory. Při výběru ESC je potřeba vybírat podle maximálního proudu, který musí být větší než maximální spotřeba motorů, a podporovaného napětí, které musí zvládnout napětí baterie. Nedostatečně dimenzovaný regulátor se může přehřívat nebo shořet. Důležitý je také formát (rozteč montážních děr) a kompatibilita konektoru s FC.

Obvyklé orientační hodnoty:

• 5–12 A – TinyWhoopy, motory 0703–0802 (1–2S)
• 12–20 A – 2–3″ drony, motory 1104–1108 (2–4S)
• 20–40 A – 3–4″ koptéry, motory 1404–2204 (3–6S)
• 40–60 A – 5–7″ drony, motory 2206–2408 (4–8S)
• 80 A+ – cineliftery a 10–15″ long-range platformy (6–8S)

4v1 regulátory

Nejběžnější regulátory jsou dnes tzv. 4v1 ESC – čtyři regulátory na jedné desce. Mají standardní rozteče montážních děr 30,5×30,5 mm (pro 5–10″ drony) a 20×20 mm (pro 2–5″ koptéry). Umisťují se do tzv. stacku spolu s řídicí jednotkou, se kterou jsou propojeny kabelem nebo konektorem. Takové řešení šetří prostor, snižuje hmotnost a zjednodušuje zapojení. Proud uváděný u 4v1 regulátorů je pro každý regulátor.

Při použití stacku je důležité ověřit si pinout konektoru, protože se liší mezi výrobci. Moderní 4v1 ESC často obsahují i integrovaný senzor proudu a někdy i obvody pro telemetrii, které posílají údaje o napětí, proudu a teplotě do řídicí jednotky.

AIO desky

AIO (All-in-One) desky kombinují řídicí jednotku a ESC na jedné společné desce. Používají se především u TinyWhoopů, Toothpicků a dalších lehkých micro dronů, kde je klíčové ušetřit prostor a hmotnost. Tyto desky mají obvykle rozteč 25,5×25,5 mm nebo 26×26 mm a zvládají proudy kolem 5–45 A. Nevýhodou je, že při poškození ESC je nutné měnit celou jednotku. Desky nejsou vhodné pro výkonné 5″ a větší drony.

Samostatné regulátory

Jednotlivé ESC se používají hlavně u letadel, kde je motor jen jeden, a velkých dronů (15″ a více), kde proudové zatížení přesahuje možnosti 4v1 řešení. Na tak velkých dronech by se čtyři výkonné regulátory na jedné desce nedaly dostatečně chladit. Některé regulátory mají integrovaný BEC (regulátor napětí na 5/6 V). Ty se používají u letadel bez řídicí jednotky, kdy napájí RC přijímač a serva letadla.

Výhodou samostatných regulátorů je snadná výměna při poškození, nevýhodou vyšší hmotnost a složitější kabeláž.

Další prvky na ESC

Mnohé regulátory obsahují integrovaný senzor proudu, který měří proud a odesílá telemetrická data do řídicí jednotky. K ESC se většinou připojuje externí elektrolytický kondenzátor, který tlumí napěťové špičky vznikající při změnách otáček motorů. Kondenzátor výrazně prodlužuje životnost regulátoru i ostatních komponent.

Regulátory mají často integrovanou TVS diodu, která chrání ESC a elektroniku před přepětím při prudkém brzdění motorů. Instalace kondenzátoru a použití ochranných diod je důležitá zejména u 6S a 8S dronů, kde jsou špičky vysoké.

Protokoly regulátorů

Protokol ESC určuje, jakým způsobem komunikuje řídicí jednotka (FC) s regulátorem (ESC) a jak rychle jsou povely převáděny na otáčky motoru. Vývoj těchto protokolů prošel dlouhou cestou – od pomalých analogových signálů po moderní digitální přenosy.

Nejstarším způsobem řízení motorů bylo klasické PWM (Pulse Width Modulation), které posílalo signály s šířkou pulzu odpovídající výkonu motoru. Bylo však pomalé a vyžadovalo kalibraci. Dnes se používá na letadlech bez řídicí jednotky, kdy je regulátor řízený přímo přijímačem s PWM výstupy. Následně vznikly protokoly OneShot125, OneShot42 a MultiShot, které zrychlily odezvu až desetkrát. Tyto protokoly jsou analogové – signál je tvořen napěťovými pulzy, jejichž délku musí ESC přesně měřit. Dnes se na FPV dronech běžně nepoužívají.

Dnešním standardem je DShot (Digital Shot), který představuje digitální protokol přenosu dat mezi FC a ESC. U DShotu se nepřenáší analogová délka pulzu, ale digitální datový rámec obsahující příkaz i kontrolní součet (CRC). Díky tomu je přenos přesnější, rychlejší a odolný proti rušení.

Existuje několik verzí podle rychlosti přenosu: DShot150, DShot300, DShot600 a DShot1200 – číslo udává rychlost v tisících bitů za sekundu. Moderní ESC zvládají i bidirectional DShot, kdy komunikace probíhá obousměrně – regulátor posílá do FC zpět informace o otáčkách motoru (RPM) a napětí. Tato data se využívají pro RPM filtr, který filtruje data z gyroskopu v řídicí jednotce, což výrazně zlepšuje stabilitu letu a filtraci vibrací.

DShot má také další výhody: není třeba kalibrovat rozsah plynu, umožňuje změnu směru otáčení motoru, pípání motorů při hledání dronu a dokonce i komunikaci pro diagnostiku ESC. Díky přesnosti a robustnosti je DShot dnes zcela dominantním standardem ve všech FPV dronech.

Pro extrémní případy existují i další digitální protokoly – například ProShot (kombinace DShot a PWM) nebo FDShot (Fast Digital Shot), které dosahují ještě nižší latence, ale nejsou široce podporovány. Pro běžného uživatele zůstává DShot300 nebo DShot600 optimální volbou pro vysokou přesnost a spolehlivost přenosu.

Firmware

Každý regulátor musí mít řídicí firmware, který určuje způsob řízení motorů a kompatibilitu s protokoly, jako je DShot nebo OneShot. Mezi nejpoužívanější patří BLHeli_S, BLHeli_32, Bluejay a AM32. Firmware regulátorů lze aktualizovat a nastavit přes PC pomocí konfigurátoru. Pro připojení ESC k PC lze využít řídicí jednotku dronu, která toto propojení podporuje (Betaflight, INAV i ArduPilot), nebo USB adaptér pro samostatné regulátory na letadlech bez řídicí jednotky. Nastavení ESC bude věnována samostatná kapitola.

BLHeli_S

BLHeli_S je rozšířený open-source firmware pro FPV drony. Používá 8bitový mikroprocesor a je známý svou stabilitou a spolehlivostí. Nabízí plynulý chod motorů, jednoduchou konfiguraci a podporu digitálních protokolů DShot150–DShot600. Nevýhodou je, že BLHeli_S nepodporuje bidirectional DShot.

BLHeli_32

BLHeli_32 je modernější verze určená pro 32bitové procesory ARM. Nabízí vyšší přesnost řízení, telemetrii ESC (napětí, proud, teplota), podporu bidirectional DShot (měření otáček motorů) a možnost detailního ladění. BLHeli_32 firmware je komerční (ne open-source), ale představuje aktuální standard pro výkonné FPV koptéry. Na jaře 2024 byl vývoj BLHeli_32 z geopolitických důvodů ukončen. Některé ESC se stále prodávají s předinstalovanou verzí BLHeli_32, ale jejich firmware nelze aktualizovat. V oběhu se občas objevují tzv. pre-release verze určené pro testování, které je možné konfigurovat pouze pomocí BLHeliSuite32 Test. I přesto zůstává BLHeli_32 stabilní a plně funkční, ale jeho vývoj byl nahrazen moderními open-source alternativami jako AM32.

Bluejay

Bluejay je open-source firmware pro 8bitový mikroprocesor a přidává moderní funkce, jako je bidirectional DShot, nastavení výstupní PWM frekvence a možnost nastavení různých startovacích tónů. Výhodou je jednoduchá instalace na hardware s BLHeli_S a aktualizace přes webové rozhraní. Bluejay je stále populárnější alternativou k BLHeli_S, především díky podpoře bidirectional DShot.

AM32

AM32 je open-source 32bitový firmware vyvíjený jako svobodná alternativa k BLHeli_32. Nabízí podobné funkce (telemetrie, bidirectional DShot, přesné řízení) bez licenčních omezení. Výhodou je široká podpora různých čipů a možnost vlastního přizpůsobení.