아웃러너 BLDC(브러시리스 DC) 모터는 높은 토크 대 중량비와 효율성 덕분에 드론, RC 항공기, 취미용 로봇, 전기 자전거 등에 널리 사용됩니다. BLDC 모터를 사용하는 시스템에서 가장 중요한 구성 요소는 전자 속도 제어기(ESC)입니다. ESC는 제어 신호(PWM 또는 기타 프로토콜)와 모터에 전달되는 전력 사이의 인터페이스 역할을 합니다.
적합한 ESC를 선택하려면 ESC의 작동 방식, 지원하는 제어 방식(PWM 대 FOC), 전압 및 전류 정격, 그리고 텔레메트리, 냉각, 펌웨어와 같은 기타 기능을 이해해야 합니다. 이 가이드에서는 다음 내용을 다룹니다.
- ESC 작동 원리
- 제어 방식: PWM vs FOC
- 전압 고려 사항
- 정격 전류 및 연속 전류 대 최대 전류
- 효율성 및 열 관리
- 추가 기능
- 선정 체크리스트 및 비교표
- 예시 ESC 및 모터 조합
- 요약 및 권장 사항
ESC 작동: 기본 사항
ESC는 저전압 제어 입력(예: 비행 컨트롤러의 PWM)을 받아 특정 순서에 따라 고전압 DC를 BLDC 모터의 3상 권선에 공급하여 모터를 회전시킵니다. 이 과정에는 다음이 포함됩니다.
- 고속 MOSFET 스위칭을 통해 위상을 구동합니다.
- 어떤 상에 전력을 공급할지 결정하는 정류 논리
- 위치 피드백을 위한 감지(역기전력 또는 센서)
- 과전압, 과전류, 저전압 차단(LVC) 보호 회로
주요 지표:
- 전압 정격(V): ESC가 처리할 수 있는 최대 배터리 전압
- 연속 전류(A): ESC가 냉각 성능에 따라 제한되지만, 무기한으로 유지할 수 있는 전류입니다.
- 순간 최대 전류(A): 단시간 동안 높은 전류를 공급할 수 있는 능력(예: 10초)
- 제어 방식: PWM(6단계) 또는 FOC(자유도 제어)
- 펌웨어: 예: BLHeli, KISS, VESC, 특수 FOC 펌웨어
제어 방식: PWM vs FOC
PWM / “6단계” 제어
기존 방식—ESC가 6단계 정류를 통해 모터를 구동합니다.
더 간단하고 계산 부담도 적지만, 다음과 같은 단점이 있습니다.
- 계단형 파형을 생성하여 리플과 토크 리플이 더 커집니다.
- 최적의 전류 벡터 제어가 불가능하여 효율이 약간 떨어지고 소음이 더 커집니다.
FOC(필드 지향 제어)
실시간 회전자/고정자 자계 방향에 기반하여 모터를 구동하는 벡터 제어 방식을 구현합니다.
제공 내용:
- 매우 부드러운 토크와 회전.
- 전기적 노이즈가 적고 모터 발열이 적습니다.
- 특히 저RPM 및 부분 부하에서 효율이 더 높습니다.
더 높은 처리 능력이 필요하며, 경우에 따라 전류 및 전압 감지 기능도 필요합니다(VESC 기반 ESC처럼).
비교표
| 특징 | PWM(6단계) | FOC(필드 지향 제어) |
| 정류 | 6단계 | 벡터(정현파) |
| 매끄러움 | 보통; 토크 리플 | 매우 부드럽고 토크 변동이 최소화됨 |
| 능률 | 좋습니다. 저RPM에서는 좀 덜하네요. | 넓은 RPM 범위에서 탁월한 성능을 보여줍니다. |
| 소음(들리는 소리) | 더 높은 (윙윙거리는 소리) | 더 조용한 |
| 복잡성/비용 | 낮추다 | 상위 버전 (고급 마이크로컨트롤러 및 센서 필요) |
| 펌웨어 예시 | BLHeli, KISS (비 FOC) | VESC, BLHeli_S(FOC), 맞춤형 FOC |
전압 고려 사항
ESC 전압 정격은 배터리 및 모터 전압 요구 사항과 일치해야 합니다.
- 일반적인 ESC 정격: 2S~6S LiPo(7.4V~22.2V), 또는 전기 자전거/취미용 등급의 경우 24V, 36V, 48V 등.
- 여유 마진은 필수적입니다. 전압 급증 및 오버슈트를 고려하여 배터리 정격 전압보다 약간 높은 정격의 ESC를 선택하십시오.
전압 – 배터리 예시
| 애플리케이션 | 배터리 종류 | 공칭 전압 | ESC 전압 정격 |
| 미니 드론 | 3S 리튬 폴리머 | 약 11.1V | 3 S–4 S (12 V–16.8 V) |
| FPV 레이싱 드론 | 4S 리튬 폴리머 | 약 14.8V | 4 S–5 S (16.8 V–21 V) |
| 전기자전거/스쿠터 | 리튬 이온 배터리 | 약 36V | 36V~48V |
| 더 큰 e-Rover | 리튬 이온 배터리 | 약 48V | 48V~60V |
ESC의 최대 전압 정격이 부하 시 최대 전압(완전히 충전된 LiPo 배터리 셀당 약 4.2V)을 초과하는지 항상 확인하십시오.
정격 전류: 연속 전류 대 순간 전류
현재 등급을 선택하는 것이 아마도 가장 중요한 부분일 것입니다.
- 연속 전류: ESC가 무기한으로 처리할 수 있는 최대 전류 (일반적으로 적절한 냉각이 이루어질 경우).
- 순간 최대 전류: 단기 정격, 예: 5~10초.
ESC 정격 용량을 작동 조건에서 모터의 예상 전류 소모량과 항상 비교하십시오.
예시 모터 전류 데이터
만약 어떤 사람이 아웃러너 BLDC 모터측정된 전류 소모량은 다음과 같습니다.
| 부하 조건 | 전압 | 현재 인출 |
| 공회전(무부하) | 12볼트 | 0.5 에이 |
| 호버링/경량 부하 | 12볼트 | 10 A |
| 최대 스로틀 / 무거운 | 12볼트 | 20 A |
| 마구간 | 12볼트 | 25 A |
이 경우 ESC는 다음과 같이 동작해야 합니다.
- 최소 20A의 연속적인 전류를 유지하십시오.
- 안전 및 시동을 위해 25A 순간 전류를 처리하십시오.
ESC 전류 정격표 (예시 모델)
| ESC 모델 | 전압(S LiPo) | 연속 전류 | 버스트 전류 | 제어 유형 |
| ESC-A (예산) | 2–4 S | 20 A | 25 A (5초) | PWM |
| ESC-B (중간 범위) | 3–6 S | 30 A | 40 A (10초) | PWM / FOC |
| ESC-C (하이엔드) | 4–6 S | 40 에이 | 60A (10초) | 무료 |
| ESC-D (전기자전거 스타일) | 10초(~36V) | 100 에이 | 150 A (10초) | 불 |
효율성 및 열 관리
열은 ESC의 최대 적입니다. 효율성과 냉각 전략은 성능과 수명에 지대한 영향을 미칩니다.
효율 차이: FOC ESC는 부분 부하 시 일반적으로 2~5% 더 높은 효율로 작동합니다. 20A(240W)를 소모하는 12V 시스템에서 5%의 효율 절감은 12W의 발열량 감소라는 의미 있는 결과를 가져옵니다.
냉각 방식:
- 수동적 냉각 방식: 알루미늄 방열판, 공기 흐름
- 활성: 통합형 또는 추가 장착형 팬
- 액체 냉각: 고출력 설비용
| ESC 타입 | 냉각 방식 | 일반적인 온도 상승 | 논평 |
| 보급형 PWM ESC | 수동형 핀 + 공기 흐름 | +30°C | 외부 공기 흐름이 필요할 수 있습니다. |
| 중급 FOC ESC | 지느러미 + 소형 팬 | +20°C | 고부하 성능 향상 |
| 고급 FOC ESC | 대형 핀 + 팬 | +10°C | 열 스로틀링은 드물게 발생합니다. |
추가적으로 고려해야 할 기능
원격 측정 지원 – RPM, 전류, 전압, 온도를 비행 컨트롤러에 보고할 수 있는 기능.
BEC(배터리 제거 회로) – 라디오/수신기 전원 공급용 5V/6V 전압 조절기가 내장되어 있습니다.
정격 전류는 암페어 단위로 표시됩니다. 예: 2A, 3A.
프로그래밍 기능 – USB 연결, 블루투스 또는 전용 커서-포텐시오미터 인터페이스를 통해 사용 가능합니다.
제동 보조 장치 – 전기 자전거 및 로봇 공학에 유용합니다.
시동 모드 – 소프트 스타트, 액티브 브레이킹, 브레이크 투 제로, 모터 타이밍 조정.
펌웨어 지원:
- BLHeli: 멀티콥터 드론에 흔히 사용되며, 일반적으로 PWM 및 FOC 변형을 모두 지원합니다.
- VESC 펌웨어: 전동 스케이트보드, 로봇 공학, 고급 FOC 튜닝에 널리 사용됨
ESC 선정 체크리스트 및 비교
ESC 선정 체크리스트
- 전압 호환성: ESC 최대 전압 > 배터리 최대 전압
- 전류 용량: 연속 ≥ 정상 상태 소모량; 순간 최대 소모량 ≥ 시동/정지 및 피크 스파이크
- 제어 방식: 비용에 민감한 경우 PWM, 효율, 잡음, 평활도 개선을 위한 FOC
- 냉각 솔루션: 모터 부하 프로파일과 융합된 열 경로
- 필수 기능: 텔레메트리, BEC, 프로그래밍, 제동, 시동 처리
- 형태 및 무게: 드론 및 모바일 플랫폼에 중요한 요소
- 펌웨어 및 커뮤니티 지원: 튜닝, 업데이트, 문서 제공 여부
샘플 비교표
| ESC 모델 | 긴장 | 계속 | 버스트 전류 | 제어 유형 | 냉각 | 원격 측정 | 비에스 | 메모 |
| ESC-A | 2–4 S | 20 A | 25 A | MLI | 수동 핀 | 아니요 | 5V/2A | 저가형 드론 ESC |
| ESC-B | 3–6 S | 30 A | 40 에이 | PWM/FOC | 소형 선풍기 | 예 | 5V/3A | 중거리, 멀티콥터 지원 가능 |
| ESC-C | 4–6 S | 40 에이 | 60 에이 | 불 | 팬 + 핀 | 예 | 6V/3A | 레이싱 등급의 매끄러운 FOC |
| ESC-D (전기 자전거) | 10초 | 100 에이 | 150 에이 | 불 | 대형 핀 + 팬 | 예 | 아니요 | 고토크 전기자전거 시스템 |
예시 조합: 모터 & ESC
예시 1: 미니 레이싱 드론
- 모터: 2205 사이즈, KV 2300, 4S 배터리 사용 시 최대 출력에서 약 15A 소모
- 배터리: 4S 리튬 폴리머 배터리 (공칭 전압 14.8V, 최대 전압 약 16.8V)
- ESC: 연속 전류 20A 이상, 순간 최대 전류 약 25A 필요, 여유 시간 5초 정격; 부드러운 제어 → ESC-B (3~6초, 연속 전류 30A, 순간 최대 전류 40A, PWM/FOC, 소형 팬)
예시 2: 전기 자전거 구동 모터
- 모터: 아웃러너 기어드 허브, 최대 전류 소모량 60A, 순항 전류 소모량 30A (36V 배터리(10S) 사용)
- 배터리: 정격 36V (최대 약 42V)
- ESC: 연속 전류 30A 이상, 순간 최대 전류 60A 이상 필요; 부드러운 작동과 회생 제동을 위해 FOC(Full Operation Control) 방식 권장. ESC-D(10초, 연속 전류 100A)가 적합합니다.
예시 3: 무거운 짐을 실은 RC 보트
- 모터: 대형 아웃러너, 6S 전압에서 연속 25A, 최대 50A의 전류 소모
- 배터리: 6S 리튬 폴리머 배터리 (공칭 전압 22.2V, 최대 전압 25.2V)
- ESC: 연속 전류 30A 이상, 순간 전류 60A 이상이 필요합니다. FOC(무선 작동) 기능은 선박에서 더욱 조용한 작동을 제공합니다. ESC-C(4~6초, 연속 전류 40A, 순간 전류 60A, FOC)를 선택하십시오.
ESC와 모터 사양 데이터 매칭에 대한 참고 사항
모터 사양서를 참고하거나 회전속도계와 전력계를 사용하여 모터 전류를 대략적으로 계산하십시오.
모터 및 ESC의 발열은 안전 범위 내에 있어야 합니다. 초기 시험 주행 시 부품 온도를 모니터링하십시오.
부하 시 전압 강하를 고려하십시오. 배터리 셀은 4.2V에서 3.7V 이하로 떨어질 수 있으므로 이에 맞춰 ESC 마진을 선택하십시오.
ESC를 업그레이드하고 FOC 기능을 활용하면 배터리 수명이 향상되고 발열이 줄어들며 스로틀 반응성이 더욱 좋아집니다.
마무리 및 권장 사항
PWM ESC는 가격 대비 성능이 뛰어나며 다양한 용도에 적합합니다. 충분한 전압 및 전류 정격을 갖춘 모델을 선택하십시오.
FOC ESC는 특히 로봇, 전기 자전거, 보트, 소음이 심하거나 정밀한 작업이 필요한 분야에서 더욱 원활하고 효율적인 작동을 위해 추가 비용을 지불할 가치가 있습니다.
신뢰성과 열 안전 여유를 확보하기 위해 전압과 전류 사양은 항상 과도하게 설정하십시오.
필수 기능(텔레메트리, BEC, 제동)은 제어 시스템 및 편의 요구 사항을 반영해야 합니다.
위의 예시 페어링 표를 템플릿으로 사용하여 아웃러너 BLDC 프로젝트에 사용할 ESC를 선택하십시오.