面向 FPV 穿越机的开源四合一无刷电机电子调速器(ESC)

OpenESC‑20X20 是一款 20×20mm 安装尺寸的开源 FPV 穿越机四合一电调。采用分布式设计,每通道搭载国产 AT32F421 独立主控,搭配 AM32 固件。

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详细介绍

OpenESC‑20X20 是一款 20×20mm 安装尺寸的开源 FPV 穿越机四合一电调。采用分布式设计,每通道搭载国产 AT32F421 独立主控,搭配 AM32 固件。

一、项目概述

  1. 产品定位

    • 安装孔距:20×20mm,4 颗 M2 安装孔;

    • 4 路完全独立的 BLDC 电调通道,每通道独立 MCU,不采用单 MCU 分时驱动;

    • 主控:国产AT32F421(雅特力 Cortex‑M4 内核),兼容 AM32 开源电调固件,适配 Betaflight 飞控;

    • 配套标准 8‑pin JST‑SM08B‑SRSS‑TB 插头,专门适配 JLCPCB 生产组装,属于 Incub‑ec OpenDrone 系列开源硬件;

    • 还有一个变体版本OpenESC_3030(30.5×30.5mm 孔距),硬件结构逻辑一致,仅功率器件和尺寸不同。

  2. 开源协议:硬件采用CERN‑OHL‑S‑2.0 协议,开源硬件可商用,但有品牌和第三方使用约束。

二、硬件架构(Architecture)

核心设计思路:分布式架构(区别于市面上绝大多数商用 4‑in‑1 电调)

市面上常规四合一电调大多使用1 颗 MCU 分时控制 4 路电机;本设计为每一路电机通道都配备独立 MCU + 栅极驱动芯片 + 功率 MOS 管

  1. 每通道器件清单(4 套):

    器件

    型号

    封装

    LCSC 编号

    数量

    Motor MCU

    AT32F421G8U7

    QFN‑28

    C2765098

    4 颗

    Gate driver(栅极驱动器)

    NSG2065Q

    QFN‑24

    C4144178

    4 颗

    Power MOSFET

    DOY180N03T(30V)

    D3333‑8

    C49441966

    每通道 6 颗

  2. 辅助电源部分:

    • LM54460BDVR降压芯片:把电池电压降到 10V 给栅极驱动供电;

    • TLV7633DRVR LDO:产生 3.3V 给 MCU 和电流采样芯片供电;

    • 电流采样:INA186,采样电阻 0.2mΩ;电调将电流数据通过 DShot 协议传输给飞控,省去单独遥测引脚。

  3. PCB:6 层板,外形尺寸 31.3mm×33.1mm。

三、关键电气参数 Specifications

参数

详细规格

通道数

4 路完全独立 BLDC 通道

MCU

AT32F421‑G8U7,ARM‑Cortex‑M4 内核,每通道独立一颗

驱动 IC

NSG2065Q(兼容 FD6288Q)

MOS 管

DOY180N03T,30V 耐压;整体标称 30A / 通道;实际连续电流 165A(短时峰值)

供电电压

2‑6S 锂电池(对应 SMF24A‑T13 稳压管,最高 6S)

电流采样

高侧采样,INA186;0.2mΩ 采样电阻;满量程 165A;数据通过 DShot 协议发送给飞控

通信协议

DShot 协议(4 路独立信号),扩展 DShot 协议承载电流遥测,8‑pin 插头里专门的遥测引脚闲置

固件

AM32 固件,每颗 AT32F421 独立刷写固件,兼容 Betaflight、BLHeli 目标配置

安装尺寸

20×20mm 孔距,4 个 M2 螺丝孔;PCB 外形 33.1mm×31.3mm

⚠️注意:器件手册标称电流不等于实际持续电流,必须做热成像实测后确定长时间运行的安全阈值。

四、8‑Pin 引脚定义(连接器)

插头型号:JST‑SM08B‑SRSS‑TB

引脚

网络名称

功能说明

1

+BATT

电池正极

2

GND

电源地

3

/ICURR

电流采样芯片 INA186 输出(本项目不单独引出,改用 DShot 传输数据)

4

(unconnected)

悬空;本项目不使用传统遥测引脚,遥测信息通过 DShot 信号线传输

5

M1

DShot 信号‑电机 1

6

M2

DShot 信号‑电机 2

7

M3

DShot 信号‑电机 3

8

M4

DShot 信号‑电机 4

设计要点:本电调舍弃传统单独电流遥测引脚,利用双向扩展 DShot 协议,把电流数据叠加在 DShot 信号线里,减少引脚占用,这是现代高性能电调的主流方案。

五、固件(Firmware)

  1. 固件平台:AM32(开源电调固件,替代老旧 BLHeli‑S);

  2. 目标芯片:AT32F421G8U7,仓库里已经提供适配该 MCU 的 AM32 编译目标;

  3. 出厂配置:芯片预装 AM32 bootloader,可以直接通过飞控刷写固件;

  4. 兼容性:兼容 Betaflight、Butterflight 等主流飞控软件,支持全部 DShot 速率(Dshot150‑1200)。

六、项目价值总结

  1. 硬件架构创新:摒弃单 MCU 方案,每通道独立 MCU,4 路电机互不干扰,电机控制动态响应和抗干扰能力优于市面普通 4‑in‑1 电调;

  2. 国产化主控:采用 AT32F421 国产 MCU,摆脱 STM32 供货限制;

  3. 完全可复刻:KiCad 开源工程 + LCSC 物料编号 + JLCPCB 生产配置文件,爱好者、厂商都可以直接打板量产;

  4. 软件生态成熟:AM32 固件生态完善,主流飞控完全适配。

七、项目地址

https://github.com/incutec-hw/OpenESC_20X20