드론의 두뇌 FC에는 어떻게 전기를 공급해야 하나
STUDY
아두이노나 라즈베리파이 같은 소형 DIY 컴퓨터도 5VDC 전압으로 구동됩니다. 심지어 핸드폰도 5V로 충전을 합니다. 멀티콥터의 뇌에 해당하는 FC 역시 5VDC로 동작합니다. 그런데 멀티 콥터에 가장 많이 사용되는 배터리는 3.7VDC 전지를 직렬로 3개의 묶어 하나로 만든 3s 배터리와 4개를 묶어 만든 4s 배터리입니다. 3s 배터리는 11.1VDC, 4s 배터리는 14.8VDC를 가집니다. 이렇게 전압이 두 배 이상 되는 배터리를 FC에 연결하면 전압을 견디지 못해 고장이 발생합니다. 그래서 FC에 공급할 5VDC를 만들 방법을 생각해야 합니다. FC뿐만 아니라 멀티콥터에서 5VDC로 구동되는 부품들은 다음과 같습니다.
- FC (Flight Controller)
- 수신기 (RX Module)
- OSD (Over Screen Display)
- 서보 모터
- 일부 GPS sensor, FPV 카메라 등
각 부품들에 5VDC를 공급하는 가장 간단한 방법은 변속기(ESC)에서 만들어지는 5V를 사용하는 것입니다. 이 방법은 초기에 배터리 성능이 좋지 못해 연료로 구동되는 RC가 고성능 배터리가 등장하면서 배터리를 주 동력으로 사용하기 시작하면서 생겨난 방법입니다. 당시 주 동력은 연료에서 얻고 전자 장비를 구동을 위해 별도의 배터리를 사용했습니다. 하지만 배터리 성능이 향상되어 배터리가 주 동력으로 사용하면서 변속기 내부 회로를 구동시키기 위한 5V를 밖으로 꺼내 쓰는 방법을 사용하게 되었습니다.
ESC를 통한 5VDC 전원 공급변속기(ESC)에는 크게 5개 전선이 있는데 2개의 굵은 전선은 모터에 동력을 전달하고 나머지 3개 선은 각각 신호, +5VDC, -(그라운드)입니다. 배터리에서 공급된 11.1VDC 전압이 변속기에 들어가 5VDC를 만들어 다른 부품에 공급됩니다.
RCX 12A Sky (SimonK) Brushless ESC for Multicopter (2-3S) BEC Output: 5V2A (Linear Mode) from myrcmaBEC 변속기를 사용하면 별도의 5VDC 공급을 위한 장치가 필요 없기 때문에 멀티콥터 배선을 간단히 할 수 있지만 단점도 있습니다. 높은 전압을 낮은 전압으로 변환할 때 그 여분의 전압이 열로 발생하기 때문에 변속기에 무리한 열이 발생할 수 있고 모터의 출력이 커지고 그에 따라 변속기의 용량이 커지면서 노이즈 문제가 발생합니다. 변속기의 역할은 회전하는 모터의 속도를 조종하는 일인데 모터 내부에 있는 전자석을 순서대로 동작시키는 방법을 사용합니다. 고 전류가 순차적으로 발생하면서 이때의 전기적인 영향이 5VDC에 영향을 주는 것이지요. 이 노이즈는 FC와 다른 부품들에 오동작 원인이 됩니다. 변속기 중에 신호선에 원형 자석이 달려있는 경우가 있는데 그 노이즈를 방지하기 위한 것입니다.
변속기에 5VDC 출력이 없고 신호 선과 -(그라운드) 선만 있는 변속기는 OPTO (Optoisolator)라는 옵션이 붙어있습니다. OPTO 변속기는 전기적인 신호에서 발생하는 노이즈를 방지하기 위해서 FC에서 주는 신호를 빛으로 변환해서 이 빛을 검출하는 방식으로 모터의 속도를 조종합니다. 변속기 내부에 전압을 낮추는 추가 부품이 없기 때문에 가볍고, FC가 노이즈가 발생할 수 있는 변속기에서 전압을 받지 않기 때문에 변속기에 대한 노이즈에 대한 염려가 줄어듭니다.
Favourite Little bee 20A 2-4S ESC (No BEC) from hobbyking.com하지만 변속기에서 5VDC 전압을 공급할 수 없기 때문에 별도의 BEC 부품이 필요하게 됩니다.
BEC를 통한 5VDC 전원 공급최근에는 20A 이상의 고출력의 변속기가 선호되기 별도의 BEC (Battery Eliminator Circuit)를 장착하는 경우가 많습니다. BEC를 선택할 경우 BEC가 만들 수 있는 전류량을 확인해 보아야 합니다.
Matek BEC 7V~21V bec 5V 1.5A. 12V 1.5A, from dbrc.kr예를 들어 Matek 사의 BEC는 Spec은 입력 전압 7V~21V에 5V/1.5A, 12V/1.5A 2가지로 출력할 수 있습니다. 이 BEC가 구동할 부품이 수신기, FC, ODS라고 가정하면 각 부품의 동작 전류는
- 수신기 V8FR-II 동작 전류 : 30mA
- FC Naze32 동작 전류 : 100mA
- MiminOSD : 500mA
입니다. 동시에 동작할 때 흐르는 전류는 630mA 즉 0.63A이므로 1.5A의 Matek의 BEC는 충분한 여유를 가지고 있으니 사용할 수 있습니다.
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