Qu’est-ce qu’un contrôleur électronique de vitesse et comment fonctionne-t-il ?

Par  Lauren Nagel et Charles Blouin

Le contrôleur électronique de vitesse (ESC) est un élément essentiel du matériel d’un système de propulsion électrique. Il joue le rôle de cerveau du système en indiquant au moteur à quelle vitesse tourner, en fonction des signaux de données qu’il reçoit du contrôleur de vol.

Pour les applications de petite taille, comme les drones et les véhicules radiocommandés, ce contrôleur est appelé « ESC », tandis que, dans les applications industrielles de plus grande envergure, il peut être désigné sous le nom d’unité de commande électronique, d’onduleur ou de contrôleur de moteur.

Figure 1 : ESC Afro Race Spec 20 A

Le mécanisme interne de l’ESC, ainsi que ses interactions avec la batterie et le moteur, sont particulièrement fascinants. Dans cet article, nous aborderons les principes fondamentaux du fonctionnement des ESC, les protocoles qu’ils utilisent et leur utilisation pour contrôler les moteurs sans balais et les drones.

Table des matières

1. Comment fonctionne un ESC
2. Composants d’un ESC : microcontrôleur (MCU), pilote de grille, MOSFET, circuit éliminateur de batterie (BEC), adaptateur de gestion de périphériques (DMA)
3. Qu’est-ce que le PWM ?
4. Fréquence de commande et fréquence de commutation des MOSFET
5. Protocoles ESC
6. Bus CAN pour les ESC
7. ESC pour moteurs sans balais
   
8. ESC pour drones + comment choisir un ESC

Comment fonctionne un ESC

L’ESC joue le rôle d’intermédiaire régulateur entre la batterie et le moteur électrique. Il contrôle la rotation du moteur en envoyant des signaux électriques synchronisés qui se traduisent par des variations de vitesse. Il utilise le courant continu de la batterie, associé à un système de commutation, pour produire un courant alternatif triphasé transmis au moteur.

Le contrôleur de vol du véhicule permet de faire varier la vitesse du moteur, qu’il s’agisse d’une voiture électrique, d’un avion ou d’un drone. Une augmentation des gaz accroît la puissance de sortie, ce qui modifie la fréquence d’ouverture et de fermeture des commutateurs dans le circuit de l’ESC.

Figure 2 : Le contrôleur communique avec le récepteur des gaz embarqué du drone

Plusieurs protocoles de transmission des signaux permettent de transmettre les informations sur les gaz de la radiocommande à l’ESC. Chaque protocole offre des performances légèrement différentes. Les plus courants sont PWM, Oneshot, Multishot et Dshot. 

La principale différence entre ces protocoles réside dans la fréquence des signaux transmis. Des impulsions plus courtes permettent une transmission plus rapide et un temps de réaction plus court du drone. De plus, le protocole Dshot se distingue des autres, car il transmet un signal numérique plutôt qu’analogique. Le signal est ainsi plus fiable, moins sensible au bruit électrique et plus précis grâce à sa résolution supérieure. Nous y reviendrons plus en détail dans cet article.

Consultez les résultats des tests de performance des ESC dans notre base de données sur les performances des ESC

Composants d’un ESC

Un ESC comprend plusieurs composants importants, notamment le microcontrôleur, le pilote de grille et les MOSFET (figure 3), ainsi que, dans certains cas, le circuit éliminateur de batterie et l’adaptateur de gestion de périphériques.

 Figure 3 : Les principaux composants d’un ESC

Microcontrôleur (MCU)

Le microcontrôleur joue trois rôles essentiels dans le fonctionnement de l’ESC : 1) héberger le micrologiciel qui interprète le signal du contrôleur et l’intègre dans une boucle de commande ; 2) suivre la position du moteur afin d’assurer une accélération régulière ; 3) envoyer des impulsions au pilote de grille pour exécuter la commande souhaitée.

Le micrologiciel des ESC est souvent préinstallé par le fabricant, mais des versions open source sont également disponibles auprès de sources tierces. Sur les drones de loisir, le micrologiciel préinstallé est généralement une variante de BLHeli (BLHeli_S ou BLHeli_32), bien que d’autres logiciels comme SimonK et KISS soient aussi disponibles. Le micrologiciel choisi doit être compatible avec le matériel, car il détermine les performances de l’ESC et les protocoles qui peuvent être utilisés.

Le microcontrôleur détermine également la position du moteur au moyen d’un système avec ou sans capteur. Les systèmes avec capteur utilisent des capteurs électroniques intégrés au moteur pour suivre la position du rotor. Ils conviennent particulièrement aux applications à basse vitesse et à couple élevé, comme les véhicules terrestres. Les systèmes sans capteur, plus répandus, utilisent la force contre-électromotrice pour déterminer la position du rotor par rapport au stator. Cette méthode fonctionne très bien à grande vitesse, mais moins bien lorsque le moteur tourne lentement et génère une force contre-électromotrice plus faible. En général, cela ne pose pas de problème pour entraîner une hélice. Dans l’ensemble, pour les applications à grande vitesse, le système sans capteur est plus efficace, moins coûteux et plus fiable.

Pilote de grille

Le pilote de grille sert d’intermédiaire entre le contrôleur et la grille des MOSFET. Lorsqu’il reçoit un signal basse tension du microcontrôleur, il l’amplifie et envoie un signal haute tension aux MOSFET. Sa résistance étant inférieure à celle du microcontrôleur, il peut fournir un courant plus élevé, ce qui accélère également le signal. Cela permet une commutation plus rapide et une production de chaleur réduite. Certains ESC intègrent des puces d’isolation optique entre le microcontrôleur basse tension et les transistors haute tension. Les fabricants peuvent appeler ces ESC des « Opto-ESC ».

MOSFET

Les transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, ou MOSFET, sont les commutateurs qui alimentent le moteur de manière contrôlée. L’ESC comporte six de ces transistors, et chaque fil du moteur est connecté à deux d’entre eux. Les MOSFET reçoivent les signaux du microcontrôleur, puis alimentent le moteur de sorte que chacune de ses bobines se trouve dans l’un des trois états suivants : haute tension, basse tension ou hors tension/mise à la masse.

À mesure que le moteur tourne, les signaux des MOSFET commutent les phases des bobines afin que le rotor continue de tourner. L’ESC utilise le courant continu associé au système de commutation pour produire un courant alternatif triphasé (figure 4). Plus la commande des gaz est élevée, plus la fréquence de commutation augmente, et plus le régime du moteur est élevé. Plusieurs protocoles de transmission des signaux contrôlent ce processus, chacun offrant des performances et une fréquence de signal différentes.

Figure 4 : Ouverture et fermeture des commutateurs dans le circuit d’un ESC

Circuit éliminateur de batterie

Les ESC sont souvent équipés d’un circuit éliminateur de batterie (BEC). Celui-ci ne supprime pas le besoin d’une batterie, mais joue le rôle de régulateur de tension et évite d’avoir recours à une batterie distincte pour l’électronique embarquée. La tension de l’alimentation traversant le BEC est abaissée, généralement à 5 V, pour alimenter en toute sécurité le récepteur des gaz et tout autre appareil embarqué (figure 5).

Figure 5 : Câblage d’un système de propulsion électrique comprenant un ESC et un BEC

Adaptateur de gestion de périphériques (DMA),  programmateur, configurateur, boîtier de programmation

Le programmateur permet de connecter l’ESC à un ordinateur afin de télécharger des mises à jour du micrologiciel et d’utiliser des options de programmation avancées pour personnaliser l’appareil. L’ESC reste ainsi à jour, et il est possible de régler des paramètres avancés tels que la coupure en cas de sous-tension, le mode d’étalonnage des gaz et le sens de rotation du moteur. 

Ce composant est généralement propre à une marque et n’est pas disponible pour tous les ESC.

Figure 6 : Le DMA de KDE Direct, compatible avec leurs ESC pour systèmes d’aéronefs sans pilote

Qu’est-ce que le PWM ?

La modulation de largeur d’impulsion (PWM) a été le premier protocole utilisé par les ESC et l’est encore aujourd’hui. Le PWM utilise des impulsions de puissance temporisées pour indiquer au moteur à quelle vitesse tourner, en fonction des données du contrôleur de vol. Le contrôleur des gaz envoie un signal au microcontrôleur de l’ESC, qui lui indique quelle tension prélever sur la batterie et transmettre au rotor.

Le signal est transmis sous forme d’impulsions, dont la largeur détermine la durée pendant laquelle la tension est appliquée. Les impulsions de tension (« on ») sont séparées par des périodes « off », pendant lesquelles aucune tension n’est fournie. Plus la durée « on » est importante par rapport à la durée « off », plus la puissance fournie est élevée et plus le rotor tourne vite. Le rapport entre les durées « on » et « off » est également appelé rapport cyclique.

Dans un système PWM, la durée des impulsions varie d’environ 1 000 μs à 2 000 μs. À l’origine, les impulsions étaient envoyées toutes les 50 ms. Cette fréquence a ensuite augmenté, et le signal est désormais envoyé toutes les 2,04 ms (490 Hz). À une fréquence de 500 Hz, le signal pourrait potentiellement être « on » à 100 %, ce qui serait détecté comme une anomalie.

Le pilote de grille reçoit la tension du microcontrôleur et la transmet aux MOSFET, qu’il commande pour qu’ils commutent entre leurs trois phases. Plus la tension appliquée aux MOSFET est élevée, plus ils commutent rapidement et plus le rotor tourne vite.

Si l’on représente le temps sur l’axe des x et la tension sur l’axe des y, on peut voir comment la « largeur d’impulsion » est contrôlée ou modulée dans ce système (figure 7). 

Figure 7 : Durée des impulsions en ms aux niveaux minimal et maximal des gaz

Fréquence de commande et fréquence de commutation des MOSFET

Lorsqu’on évalue les performances d’un ESC, il est important de distinguer deux fréquences qui influent sur le fonctionnement du moteur : la fréquence de commande et la fréquence de commutation des MOSFET.

Fréquence de commande (fréquence PWM)

La fréquence de commande correspond à la fréquence à laquelle le contrôleur de vol envoie des commandes de gaz à l’ESC. Dans les systèmes basés sur le PWM, elle correspond à la cadence à laquelle les impulsions de tension sont transmises au microcontrôleur de l’ESC. Selon le protocole, elle peut aller de 50 Hz dans les anciens systèmes à 490 Hz, voire davantage, dans les protocoles analogiques modernes.
Une fréquence de commande plus élevée permet à l’ESC de recevoir des mises à jour plus fréquentes, ce qui peut améliorer la réactivité des gaz et réduire la latence du système.

Fréquence de commutation des MOSFET

La fréquence de commutation correspond à la fréquence à laquelle les MOSFET de l’ESC s’allument et s’éteignent pour produire le signal alternatif triphasé qui fait tourner le moteur. Cette commutation interne s’effectue à une fréquence bien supérieure à celle de la commande — généralement entre 8 kHz et 50 kHz — et est gérée par le microcontrôleur et les pilotes de grille de l’ESC.
Une fréquence de commutation plus élevée contribue à produire une forme d’onde de courant plus régulière, ce qui réduit le bruit du moteur et améliore le rendement, en particulier lorsque les gaz sont peu ouverts. Elle peut toutefois réduire le rendement lorsque les gaz sont fortement ouverts, car les MOSFET produisent de la chaleur à chaque commutation.

En termes simples :

Le contrôleur de vol indique à l’ESC quoi faire à la fréquence de commande. L’ESC indique ensuite aux MOSFET comment le faire à la fréquence de commutation.

Protocoles ESC

Le protocole ESC est essentiellement le langage utilisé par les contrôleurs de vol pour communiquer avec l’ESC. Il s’appuie sur des motifs de signal distincts pour transmettre les informations sur les gaz, et fait varier la vitesse du signal afin de modifier la vitesse de rotation du moteur.

Protocoles ESC courants

Avant 2015, le PWM était le seul protocole ESC utilisé dans le commerce par les petits UAV. Depuis, plusieurs nouveaux protocoles ont été créés, et le matériel conçu après 2017 est généralement compatible avec tous ou la plupart d’entre eux.

Parmi les protocoles les plus courants figurent Oneshot125, Oneshot42, Multishot, ainsi que Dshot300, Dshot600 et Dshot1200. Les protocoles Oneshot et Multishot utilisent des signaux analogiques, comme le PWM, tandis que Dshot (Digital shot) utilise un signal numérique.

Les protocoles analogiques nécessitent un étalonnage afin de synchroniser les oscillateurs (horloges) du contrôleur de vol et de l’ESC, contrairement aux protocoles numériques. Sans cet étalonnage, il se peut que votre drone ne réponde pas comme prévu, car l’ESC risque de mal interpréter la durée des signaux. 

DShot

Dshot1200 est le protocole le plus rapide : il transmet 1 200 000 bits de données par seconde. Sa durée de signal est fixe et n’est que de 13 μs, soit près de deux fois moins que celle de Multishot, le protocole suivant le plus rapide, dont le signal dure 25 μs (figure 8). Bien que Dshot1200 soit remarquablement rapide, certains estiment que, dans la pratique, la différence entre Dshot600 et Dshot1200 est négligeable.

DShot bidirectionnel

DShot bidirectionnel est une évolution majeure récente du protocole DShot qui permet une communication bidirectionnelle entre le contrôleur de vol et l’ESC. Avec ce protocole, le contrôleur de vol transmet des données à l’ESC, mais l’ESC peut également renvoyer des signaux au contrôleur.

Les signaux de retour transmettent des données de télémétrie, comme le régime du moteur. Au lieu de connecter des capteurs supplémentaires avec leur propre câblage, la communication bidirectionnelle peut s’effectuer sur le même fil de signal.

DShot bidirectionnel peut ainsi améliorer les performances du drone.

Voici comment :

1. Filtrage amélioré du régime moteur : lorsque le contrôleur reçoit les données réelles de régime des moteurs, il peut s’en servir pour améliorer les filtres coupe-bande appliqués aux données du gyroscope : tangage, lacet et roulis. Contrairement aux filtres passe-bas, les filtres coupe-bande éliminent uniquement certaines fréquences, et non toutes celles qui dépassent une limite prédéfinie.

2. Réduction du délai du signal : limiter le nombre de fréquences filtrées réduit le temps de traitement nécessaire, ce qui accélère la transmission du signal et améliore le temps de réponse.

3. Amélioration des performances du moteur : réduire le filtrage effectué par le contrôleur diminue la résistance dans le système, ce qui permet un fonctionnement plus frais et plus régulier. La suppression du bruit peut également réduire les vibrations et ainsi améliorer la stabilité et les performances globales.

Pour en savoir plus sur l’incidence des vibrations sur les performances des UAV, consultez notre article sur les vibrations des drones.

Figure 8 : Durée du signal en microsecondes pour les protocoles courants

Une latence plus faible permet au véhicule de réagir plus rapidement, mais les gains diminuent, surtout avec les cellules de grande taille, en raison de l’inertie du quadricoptère et de ses hélices. Un contrôleur de vol réglé pour une réponse agressive consomme également beaucoup plus d’énergie. Il n’est donc pas conseillé d’en utiliser un si le véhicule n’en a pas besoin.

Proshot

Proshot est un protocole unique qui combine des éléments des signaux numériques et analogiques. Il encode un signal DShot en impulsions PWM, chaque impulsion contenant 4 bits de données. Cet encodage permet de transmettre 16 bits de données en seulement 4 impulsions PWM. Comme avec DShot, l’étalonnage de l’ESC n’est pas nécessaire avec Proshot.

Proshot1000 transmet 1 000 000 bits de données par seconde, soit légèrement moins que le protocole DShot le plus rapide. Les avis divergent quant au protocole qui sollicite le plus le processeur en pratique, et aucune réponse ne fait encore consensus.

Depuis 2018, des ESC compatibles avec Proshot grâce au micrologiciel BLHeli_32 sont disponibles sur le marché.

CAN pour les ESC

Le bus CAN (Controller Area Network) a été initialement développé pour permettre le multiplexage dans les voitures et réduire ainsi le coût et la complexité du câblage. Le système garantissait que chaque appareil du réseau recevait les messages qui lui étaient destinés, tout en utilisant un mécanisme d’arbitrage pour prioriser les communications les plus importantes. Il est utilisé dans de nombreux domaines, notamment l’automatisation industrielle, les équipements médicaux, les imprimantes 3D et bien d’autres.

Comme les voitures, les drones nécessitent une communication fiable et efficace entre des composants tels que les contrôleurs de vol, les ESC, les modules GPS et les capteurs. Le CAN est un excellent candidat pour ce type d’application grâce à sa résilience, à sa capacité à prendre en charge l’échange de données en temps réel et à son immunité au bruit. Toutefois, si le CAN fournit la couche de transport, il ne définit pas la manière dont les appareils doivent interpréter les données transmises. C’est là qu’interviennent les protocoles de communication de niveau supérieur.

Cyphal (anciennement UAVCAN) est un protocole de ce type, spécialement conçu pour les systèmes distribués à haute intégrité, comme les UAV et la robotique. Fonctionnant au-dessus d’Ethernet, du CAN ou du CAN FD (Flexible Data-rate), Cyphal définit la structure et la sémantique des messages échangés entre les appareils. Il est conçu pour prendre en charge les communications à faible latence, faciliter l’interopérabilité entre les composants de différents fabricants et permettre la transmission de télémétrie en même temps que les commandes de contrôle.

Contrairement aux anciens protocoles comme le PWM et le DShot, qui nécessitent un fil de signal distinct pour chaque ESC, Cyphal permet à plusieurs ESC de communiquer sur le même réseau à deux fils. Il permet de recueillir des données de télémétrie supplémentaires, comme la tension, le courant, la température et bien d’autres, tout en continuant à envoyer les commandes des gaz.

Le schéma ci-dessous montre le câblage d’une intégration Cyphal-ESC dans un drone quadricoptère.

Figure 9 : intégration de Cyphal avec des ESC (source)

Dans la figure 9, le PX4 gère à la fois les commandes de vol et les données des capteurs. Les quatre ESC sont reliés au bus CAN, ce qui élimine le besoin de fils de signal distincts. Chaque ESC commande un moteur sans balais, reçoit les commandes des gaz du PX4 et renvoie des données de télémétrie essentielles.

Les ESC et le module GNSS (système GPS) partagent le même bus CAN. CAN 1 transmet les commandes des gaz du contrôleur de vol aux ESC, qui déterminent la vitesse de rotation des moteurs du drone. CAN 2 envoie les données de position GPS au contrôleur de vol, ce qui permet au drone de modifier sa trajectoire de vol de manière autonome. En cas de défaillance du module GPS sur CAN 2, les ESC sur CAN 1 continuent de fonctionner normalement, assurant ainsi un vol ininterrompu.

Cyphal est également un protocole numérique dans lequel chaque message transmis possède un identifiant unique, qui peut être défini de plusieurs façons : le protocole lui-même peut définir ces identifiants, l’utilisateur peut les saisir manuellement ou ils peuvent être préinstallés par le fabricant. Les numéros d’identification les plus bas sont prioritaires. Ainsi, les signaux importants, comme les commandes des gaz envoyées à un ESC, passent avant les données moins critiques, comme les mises à jour de position GNSS.

Si l’ESC et le module GNSS envoient tous deux des messages au même moment, l’identifiant prioritaire de l’ESC garantit que sa commande sera envoyée en premier, tandis que le message GNSS attendra. Ainsi, le drone reste réactif même lorsque des données non critiques sont transmises.

Parmi les ESC Cyphal populaires, on trouve Zubax Myxa, Holybro Kotleta 20 et KDECAN. 

Figure 10 : tableau comparatif des protocoles ESC et de leurs caractéristiques

 

ESC pour moteurs sans balais

Comme nous l’avons vu, le rôle de l’ESC est de fournir au moteur l’énergie de la batterie de manière contrôlée. Si vous réglez les gaz à 50 % sur le contrôleur, l’ESC fournira 50 % de « puissance » au moteur. La signification de cette « puissance » dépend du micrologiciel utilisé. Certains utilisent la tension moyenne envoyée au moteur, d’autres la vitesse cible, et certains combinent les deux.

À une extrémité de l’ESC se trouvent deux fils à connecter à la batterie : un fil rouge (positif) et un fil noir (négatif) (figure 11). À l’autre extrémité, trois fils relient l’ESC au moteur sans balais. Si le moteur tourne dans le mauvais sens après son raccordement à l’ESC, il suffit d’intervertir deux fils quelconques pour le faire tourner dans le bon sens. Le dernier câble se connecte au récepteur des gaz, alimenté par le BEC.

Figure 11 : ESC avec le câblage de la batterie (à gauche), du récepteur des gaz (au centre) et du moteur (à droite)

Le moteur sans balais comprend deux éléments : le rotor (qui contient des aimants permanents) et le stator (qui contient des bobines de cuivre). Lorsqu’un courant traverse une bobine du stator, celle-ci devient un électroaimant et développe un pôle Nord et un pôle Sud. Lorsque la polarité de l’électroaimant correspond à celle de l’aimant permanent qui lui fait face, leurs pôles identiques se repoussent et le rotor tourne. Le courant est fourni par l’ESC sous la forme d’un signal triphasé qui change constamment la polarité des électroaimants, ce qui permet au rotor de continuer à tourner.

Pour démarrer ce processus, l’ESC doit connaître la position du rotor afin de choisir les électroaimants à activer. Dans les moteurs avec capteurs, l’ESC utilise des capteurs à effet Hall pour déterminer sa position. Ces informations servent à synchroniser avec précision la sortie de phase avec l’angle du rotor, afin d’assurer une accélération fluide. Dans les moteurs sans capteurs, plus couramment utilisés sur les UAV, le démarrage est un peu moins fiable. L’ESC envoie au moteur une séquence prédéfinie pour le faire démarrer. Dès que le moteur atteint une vitesse suffisante, la force contre-électromotrice (FCEM) permet à l’ESC d’estimer précisément la position et de synchroniser les impulsions.

Pour en savoir plus, consultez notre article sur le fonctionnement des moteurs sans balais

ESC pour drones + comment choisir un ESC

Le choix d’un ESC est une étape importante dans la conception d’un drone. Il faut s’assurer qu’il répond aux besoins électriques de votre aéronef sans décharger la batterie plus que nécessaire. Voici quelques facteurs à prendre en compte lors du choix d’un ESC.

Courant nominal de l’ESC

Le courant nominal de l’ESC doit être supérieur de 10 à 20 % à celui du moteur. Cela évitera qu’il ne surchauffe et laissera une certaine marge lorsque le moteur fonctionne à plein régime. Pour limiter le poids, évitez de dépasser largement cette plage. L’ESC doit être testé dans des conditions similaires à celles du vol, car sa principale limitation est thermique. Une température élevée et une faible circulation de l’air réduiront son courant nominal et sa durée de vie. Certains ESC ont deux courants nominaux : continu et de pointe. Le courant continu peut être maintenu pendant de longues périodes, tandis que le courant de pointe ne l’est que pendant de courtes périodes. 

Tension de l’ESC

Les ESC ont une tension maximale, qui peut être indiquée sous la forme d’une plage de tension ou d’une plage de nombre d’éléments. Par exemple, un ESC prévu pour des batteries de 3S à 8S prendra en charge une tension de 11,1 à 33,6 V. L’ESC peut permettre de régler une tension de coupure qui vous avertit lorsque la tension de la batterie devient trop faible (3,0 à 3,4 V par élément), afin d’éviter de l’endommager. Ces systèmes sont appelés « Low Voltage Cut Off » (LVC) et réduisent la puissance maximale que l’ESC peut fournir. À terme, l’ESC arrêtera le moteur.

Considérations thermiques

Une gestion thermique adéquate est essentielle pour garantir le bon fonctionnement de l’ESC. Les courants nominaux des ESC ne sont pas normalisés et peuvent varier considérablement d’un fabricant à l’autre. Cette variation s’explique en grande partie par les différences de conditions de test, par la présence ou l’absence d’un dissipateur thermique adéquat et par les conditions de circulation de l’air dans lesquelles l’ESC est censé fonctionner.

Dans le cadre de la conception, il faut tenir compte du fait que la température ambiante et la ventilation ont une incidence directe sur la capacité réelle de l’ESC à supporter le courant. Une mauvaise circulation de l’air ou une température ambiante élevée peuvent entraîner une hausse de la température de fonctionnement interne, ce qui peut réduire le courant nominal de l’ESC et, à terme, diminuer sa durée de vie. Pour relever ces défis, les concepteurs peuvent intégrer des dissipateurs thermiques dédiés ou des solutions de refroidissement, comme une disposition optimisée des composants sur le circuit imprimé et un refroidissement par air forcé, afin d’assurer une dissipation efficace de la chaleur, même pendant de longues périodes de forte intensité.

La conception thermique doit également tenir compte des scénarios les plus défavorables. Des facteurs tels qu’une circulation d’air limitée dans des compartiments fermés ou des changements soudains des conditions environnementales doivent être évalués lors de la phase de conception.

Vous pouvez tester ces facteurs en conditions réelles à l’aide des capteurs de température du banc d’essai de vol et en faisant varier les conditions de refroidissement. Une température élevée réduit considérablement la durée de vie des composants. Si vous y avez accès, consultez la fiche technique des transistors de votre ESC. Elle contient souvent des informations sur leur durée de vie. Le temps moyen avant défaillance (MTTF) est proportionnel à e^1/T (où T représente la température), et on estime généralement qu’une hausse de 10 °C réduit de moitié la durée de vie du composant. D’après notre expérience, les défaillances des ESC sont plus fréquentes que celles des moteurs sur les drones.

Considérations relatives au bruit

Saviez-vous que le bruit que vous entendez à l’initialisation de l’ESC provient du moteur ? Le bruit de propulsion est généré à la fois par l’hélice et par le moteur lui-même. Les ESC à faible fréquence de commutation produisent souvent des moteurs bruyants. Dans certains cas, le moteur peut être plus bruyant que l’hélice. Cela s’explique par les ondes carrées abruptes qui font vibrer les bobines du moteur, comme celles d’un haut-parleur. 

ESC 4-en-1 pour quadricoptères

Pour câbler les ESC d’un quadricoptère, vous pouvez utiliser un ESC par moteur ou un ESC 4-en-1 sur une seule carte équipée de quatre connecteurs pour moteurs (figure 10). Utiliser quatre ESC peut aider à répartir la charge thermique si les moteurs consomment beaucoup d’énergie, tandis qu’un ESC 4-en-1 est une excellente solution pour gagner de la place et réduire le poids du matériel.

Figure 12 : ESC 4-en-1 d’iFlight

Conclusion

Dans cet article, nous avons abordé les bases des ESC : leur fonctionnement, leurs principaux composants, les protocoles ainsi que leur utilisation avec le bus CAN, les moteurs sans balais et les drones. Une bonne compréhension de ce composant essentiel des drones peut vous aider à approfondir vos connaissances et à améliorer votre conception.

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Si vous avez des questions, n’hésitez pas à nous laisser un commentaire ci-dessous.