众所周知，无人机电子调速器（ESC，Electronic Speed Controller）是多旋翼无人机的关键组件之一，主要负责调节电机的速度和方向。其工作原理是将飞控（Flight Controller）传输的信号转化为精确的动力调整，确保飞行的平稳性和稳定性。正确选择 ESC 直接影响无人机的效率、响应速度以及使用寿命。
今天，我们将详细探讨无人机 ESC 关键因素，包括 ESC 类型、技术规格、兼容性等等，来深入了解如何选择多旋翼无人机电调。
1. 了解多旋翼无人机的 ESC 及其作用
电子调速器（ESC） 是一种电子电路，能够通过调整电池提供给电机的电流来控制电机的转速。ESC 在无人机系统中的主要作用包括：
● 控制电机的速度和方向
● 调节电能效率，优化动力输出
● 提供平稳的油门响应，避免飞行晃动
● 支持刹车（braking）、遥测（telemetry）等高级飞行功能，显著提高无人机性能和用户体验
在多旋翼无人机中，每个电机通常需要配备一个 ESC，因此四轴无人机（Quadcopter）需要 4 个 ESC，而八轴无人机（Octocopter）需要 8 个 ESC。
2. 无人机 ESC 的类型
I. 独立式 ESC（Standalone ESC）
● 每个电机配备单独的 ESC，安装在无人机机臂上
● 散热性能更佳，适用于高功率无人机
● 适合 DIY 组装及专业级无人机
II. 4 合 1 ESC（4-in-1 ESC）
● 集成 4 个 ESC 于一块电路板上
● 减少布线复杂度，节省空间
● 常用于 FPV 竞速无人机和轻量化无人机
III. 一体式 ESC（Integrated ESC）
● 直接集成在飞控板中
● 适用于微型无人机和玩具级无人机，轻量且节能
选择哪种类型的 ESC 取决于你的无人机应用场景、尺寸和功率需求。所以对于多旋翼无人机来说，每个电机选择独立的ESC是非常适合的。
3. 关键技术规格
I. 电流额定值（A）
ESC 的 电流额定值（A）决定了其可以持续承载的电流量。常见的额定电流如下：
● 10A – 20A： 适用于微型无人机、室内 FPV 竞速机
● 30A – 40A： 适用于中型无人机（如航拍无人机、FPV 竞速机）
● 50A 及以上： 适用于大型无人机（如重载无人机、工业无人机）
提示：建议选择比电机最大电流消耗高 20-30% 的 ESC，以确保安全余量。LIGPOWER提供20A-300A的多旋翼无人机电调。
II. 电压额定值（LiPo 兼容性）
ESC 必须与 无人机电池电压 兼容，大多数 ESC 支持 2S 到 6S LiPo 电池，而某些高功率 ESC 甚至可支持 12S。
● 电池类型：2S 电压 7.4V 适用无人机类型：微型无人机、室内FPV
● 电池类型：3S 电压 11.1V 适用无人机类型：中型FPV无人机
● 电池类型：4S 电压 14.8V 适用无人机类型：标准FPV、航拍无人机
● 电池类型：6S 电压 22.2V 适用无人机类型：专业级无人机、高性能FPV
● 电池类型：12S 电压 44.4V 适用无人机类型：工业无人机、重载无人机
LIGPOWER还能提供24S多旋翼无人机电机ESC。
III. 固件（Firmware）
ESC 固件决定了电机的响应方式，常见的固件包括：
● BLHeli-S – BLHeli_S 是 BLHeli 的升级版本，专为支持 DShot 协议而设计。提供更平滑的电机控制和更高的响应速度，适用于一般 FPV 和娱乐无人机。
● BLHeli_32 – 是基于 32 位微控制器的固件，提供更平稳的动力输出和更快的响应速度。支持更高的信号刷新率和更复杂的控制算法。适用于需要高性能和高级功能的无人机。
● KISS ESC 固件 – 专为高性能和竞速无人机设计，提供更精准的控制和超低延迟。
● SimonK - 是一种早期的 ESC 固件，专为多旋翼无人机优化。提供快速的响应和简单的配置。
选择 ESC 时，务必确保固件与飞控兼容。
IV. 信号协议与兼容性
ESC 与飞控之间通过不同的 信号协议 进行通信，信号速度越快，电机响应越精准：
● PWM（Pulse Width Modulation）：
特点：传统的信号协议，广泛兼容，使用脉宽来控制电机速度。
优点：简单易用，适合大多数入门级和中级无人机。
缺点：响应速度较慢，精度较低。
● OneShot：
特点：比 PWM 更快的信号协议，减少了信号延迟。
优点：提高了电机响应速度，适合需要快速反应的应用，如竞速无人机。
缺点：需要飞控和 ESC 都支持 OneShot。
● DShot：
特点：数字信号协议，提供更高的精度和可靠性。
优点：消除了信号校准的需求，支持更高的刷新率和更快的响应。
缺点：需要飞控和 ESC 都支持 DShot，通常用于高性能无人机。
V. BEC（电池消除电路）
有些多旋翼无人机电调包括 BEC（Battery Eliminator Circuit），可向飞控等组件供电。而有些则不包括。BEC 可提供稳压（通常为 5V 或 12V），为飞行控制器、舵机或其他机载电子设备供电，而无需使用单独的电池。
● 线性 BEC（Linear BEC）：为机载电子设备供电，减轻重量。
● 开关式 BEC（Switching BEC）：高效，适用于高功率无人机。● Opto ESC（无 BEC）：需要额外供电，适用于高功率系统，通常用于大功率应用。。
大多数现代多旋翼无人机电调不包括 BEC，通常使用 Opto ESC 以减少电磁干扰。因为飞行控制器通常从专用 PDB（配电板）或外部 BEC 模块单独获取电源。
4.ESC驱动方案
目前无人机电子调速器（ESC）主要有以下几种驱动方案，各自有不同的优劣势：
I. 方波驱动（Six-Step Commutation）
原理：采用传统的六步换相（Six-Step Commutation）控制方式，每个电周期分为六个步骤，通过霍尔传感器或无感算法检测位置。
优点：
● 结构简单，控制算法易实现，适用于低成本应用。
● 计算需求低，对MCU（微控制器）要求较低，硬件成本较低。
● 效率较高，在中低速时能效表现较好。
缺点：
● 运行不平稳，六步换相会引起转矩脉动，导致振动和噪音增加。
● 低速性能较差，低速时容易产生共振，不适合精确控制需求。
应用场景：消费级无人机、入门级航模无人机。
II. 正弦波驱动（Sine Wave Control）
原理：通过SVPWM（空间矢量脉宽调制）或SPWM（正弦脉宽调制）技术，使驱动电流波形更接近正弦波，以减少电机换相时的扭矩脉动。
优点：
● 低噪音、低振动，适合高精度应用。
● 效率较高，尤其在中高速范围时表现较好。
● 平稳运行，转速控制更精确，适用于高端无人机。
缺点：
● 控制算法复杂，需要更强的MCU或DSP支持，成本较高。
● 对硬件要求高，需要高精度电流采样和控制算法优化。
应用场景：
● 高端消费级无人机、农业植保无人机、工业级无人机。
III. FOC（磁场定向控制，Field Oriented Control）
原理：采用矢量控制算法，计算电机定子磁场方向，使得电流与磁场保持最佳角度，提高能效和性能。
优点：
● 最高的能效，优化电流相位，提高动力输出和续航能力。
● 精准控制，适用于高速、低速、高负载等复杂工况。
● 低噪音、低振动，比正弦波驱动更平稳。
缺点：
● 计算复杂度高，需要更高性能的MCU（如Cortex-M4/M7或DSP）。
● 成本较高，适用于高端应用。
应用场景：
专业航拍无人机、高精度测绘无人机、军用无人机、竞速无人机等。
目前主流应用方案
消费级无人机：正弦波驱动 + FOC
竞速无人机：六步换相驱动（低延迟，高响应）
工业级无人机：FOC（高效率，精准控制）植保无人机：FOC（大功率控制）
如果你在选择无人机ESC方案，可以根据预算、性能需求和应用场景来决定合适的驱动方式。
5. 如何选择适合的多旋翼无人机 ESC
I. 根据无人机类型选择
● FPV 竞速无人机：轻量级、高刷新率 ESC 。
● 航拍无人机：稳定性高、控制精准的 ESC（30A-50A）。
● 重载无人机：高电流、高电压支持的 ESC（50A-100A）。LIGPOWER的 THUNDER Series 可以达到300A。
II. 匹配电池、电机和 ESC，确保兼容性
● 电流额定值 应高于电机的最大功耗。
● 电压额定值 必须与电池兼容，同时确保 ESC 的电流和电压规格与电机匹配。
● 固件 需与飞控兼容，支持飞控所需的信号协议和刷新率，以保证系统稳定性。
III. 考虑散热与质量
● 高品质 MOSFET 提高效率并减少发热。
● 铝制散热片可降低高功率 ESC 的温度。
选择具有良好散热设计的 ESC，以提高散热效率，可有效防止过热。
IV. 尺寸和重量
物理尺寸：确保 ESC 的尺寸适合无人机的安装空间。
重量：轻量化设计有助于提高无人机的整体性能，特别是在竞速和长续航应用中。
V. 保护功能
启动保护：当加大油门后两秒内未能正常启动马达，电调将关闭动力输出，油门摇杆需要再次置于最低点后才可以重新启动。（出现这种情况的原因可能有：电调和马达连线接触不良或有个别输出线断开、螺旋桨被其他物体阻挡等）。
油门信号丢失保护：当电调检测到油门遥控信号丢失0.25秒以上即立即关闭输出，以免因螺旋桨继续高速转动而造成更大的损失。信号回复后，电调也随即恢复相应的功率输出。
堵转保护：当电调检测到电机发生堵转时，电调会尝试3次重新启动电机，重启不成功则电调彻底关闭输出并不再尝试重启电机，此时需将油门摇杆置于最低后重新推动油门摇杆，方可清楚错误并重启电调恢复动力输出。
电流保护：当瞬间电流异常过高时，电调立即关断输出，重新上电后可恢复正常。防止电流过大导致的损坏。
过热保护：防止温度过高导致的故障。
低电压保护：防止电池电压过低导致的损坏。
更多细节，可查看LIGPOWER的电调保护功能！
VI. 编程和调试
可编程性：某些 ESC 允许用户通过编程调整参数，以优化性能。确保所选 ESC 支持所需的编程功能。
调试工具：检查是否有可用的调试工具或软件，以便于设置和调整 ESC。
VII. 品牌和质量
通过选择优质材料和可靠品牌，可以提高无人机的整体性能和使用寿命。选择经过市场验证的品牌，通常提供更可靠的产品和良好的售后服务。
VIII. 考虑未来升级
在选购多旋翼无人机的电子调速器（ESC）时，考虑未来升级的可能性是一个明智的策略。若有未来升级计划，以下是一些在选购 ESC 时需要考虑的因素，以便为未来的升级做好准备，这样可以确保你的无人机系统具有一定的灵活性和可扩展性，以适应未来的技术进步和需求变化。
● 电流和电压余量：电流余量：选择具有较高电流余量的 ESC，以便在未来升级到更强大的电机时无需更换 ESC，确保 ESC 的额定电流高于当前电机的最大电流需求。电压余量：选择支持更高电压的 ESC，以便在未来使用更高电压的电池时无需更换 ESC。
● 选择支持多种信号协议：如 PWM、OneShot、DShot的 ESC，以便在未来升级飞行控制器或其他组件时保持兼容性。
● 选择支持用户编程的 ESC，以便在未来调整参数以优化性能。可编程 ESC 允许用户根据不同的飞行需求和环境进行调整。确保 ESC 提供调试工具或软件支持，以便于未来的设置和调整。
● 选择具有良好散热设计的 ESC，以便在未来升级到更高功率的电机时能够有效散热。散热片或风扇可以提高散热效率，延长 ESC 的使用寿命。
● 确保 ESC 具有过流、过热和低电压保护功能，以提高系统的安全性和可靠性。
● 选择市场上知名品牌的 ESC，通常提供更可靠的产品和良好的售后服务。知名品牌的 ESC 通常经过严格测试，具有更高的可靠性和耐用性。
● 选择尺寸和重量适中的 ESC，以便在未来升级其他组件时不受空间限制。确保 ESC 的安装方式灵活，以便于未来的调整和更换。
以上就是选择适合的多旋翼无人机电调需要综合考虑的因素。通过理解 ESC 的工作原理和选购要素，你可以为你的多旋翼无人机选择最佳 ESC，提升飞行性能和稳定性。在选购中，您有任何问题，可以随时咨询LIGPOWER！