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Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica, Informatica 11.12.2006 Tesi.

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1 Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica, Informatica Tesi di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica Applicata Relatore: Prof. Mario FragiacomoCorrelatore: Prof. Sergio Carrato Laureando: Walter Caharija

2 Walter Caharija2 Obiettivo Alta Efficienza Elevata Affidabilità Realizzare una possibile soluzione per il sistema di alimentazione di AtmoCube con:

3 Walter Caharija3 Presupposti Energia convertita dai pannelli Sistema MPPT Operatività del satellite Consumi dei vari dispositivi Requisiti EMC Condizioni ambientali

4 Walter Caharija4 Architettura Schema a blocchi del satellite:

5 Walter Caharija5 Architettura Elevata Affidabilità Elevata Ridondanza Architettura Distribuita, ogni blocco del satellite avrà la sua alimentazione

6 Walter Caharija6 Architettura Schema a blocchi del sistema di alimentazione :

7 Walter Caharija7 Architettura

8 Walter Caharija8 Bilancio Energetico Consumo energetico giornaliero Calcolo della potenza assorbita dal satellite (worst case) in ogni secondo di funzionamento dei primi 6 mesi di attività Energia assorbita ogni 24h (deve essere minore alla soglia critica di 45Wh)

9 Walter Caharija9 Bilancio Energetico

10 Walter Caharija10 Bilancio Energetico

11 Walter Caharija11 Alimentazione PA

12 Walter Caharija12 Alimentazione PA Requisiti: Tensione di ingresso 9-12V Tensione di uscita 5V Corrente massima 2A Alto rendimento Basse emissioni EM Ripple di tensione limitato

13 Walter Caharija13 Alimentazione PA Soluzione : Convertitore DC/DC a commutazione (alta efficienza) con regolatore buck integrato LT3481 (Linear Tech.)

14 Walter Caharija14 Alimentazione PA Caratteristiche alimentatore a LT3481: Frequenza di switching fissa Controllo in corrente della tensione di uscita Rete esterna di compensazione in frequenza Alta efficienza (80-90%) Corrente massima erogabile 2A

15 Walter Caharija15 Alimentazione PA Caratteristiche alimentatore a LT3481: Indispensabile unottima schermatura e un PCB layout accurato per ridurre le emissioni EM Ripple di uscita impulsivo (20mV picco- picco) ma eliminabile mediante un buon filtro LC Transitorio di accensione: ~100μs

16 Walter Caharija16 Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza

17 Walter Caharija17 Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza

18 Walter Caharija18 Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza Requisiti Tensione di ingresso 9-12V Tensione di uscita 3.3V o 5V Corrente massima mA Alto rendimento Basse emissioni EM

19 Walter Caharija19 Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza Soluzione: Convertitore DC/DC a commutazione con regolatore buck integrato LT3470 (Linaer Tech.)

20 Walter Caharija20 Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza Caratteristiche alimentatore a LT3470: Semplicità circuitale Controllo ad isteresi della tensione di uscita Frequenza di commutazione dipendente dal carico Non è necessaria alcuna compensazione in frequenza

21 Walter Caharija21 Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza Caratteristiche alimentatore a LT3470: Corrente massima erogabile 200mA Alta efficienza (70-80%) Basso ripple impulsivo in uscita Indispensabile una buona schermatura e un accurato disegno del PCB finale per ridurre le emissioni EM Transitorio di accensione: ~1ms

22 Walter Caharija22 Alimentazione del MODEM ADF7020

23 Walter Caharija23 Alimentazione del MODEM ADF7020 Requisiti: Tensione di ingresso 9-12V Tensione di uscita 3.3V Corrente massima 50mA Forte reiezione del ripple e buona stabilità della tensione sul carico Basse emissioni EM

24 Walter Caharija24 Alimentazione del MODEM ADF7020 Soluzione: Utilizzo del regolatore lineare LT1761 della Linear Tech. (low dropout ed elevata reiezione del ripple) da 3.3V, con passo intermedio a 4V mediante un convertitore switching LT3470, per questioni di efficienza.

25 Walter Caharija25 Alimentazione del MODEM ADF7020 Caratteristiche: Elevata stabilità del regolatore lineare LT1761 Transitorio di accensione: 10ms Corrente massima erogabile 100mA Indispensabile una buona schermatura e un accurato disegno del PCB finale per ridurre le emissioni e le interferenze EM Ripple di uscita molto basso Efficienza 50-60%

26 Walter Caharija26 Interruttori elettronici a MOSFET

27 Walter Caharija27 Interruttori elettronici a MOSFET Requisiti: Tensione di batteria (9-12V) Corrente richiesta 15-20mA Resistenza in fase di ON molto bassa Per quanto rigurada il solo magnetometro Corrente richiesta di picco in fase di RESET di 3.2A Schermatura della linea di alimentazione a causa dellimpulso di corrente

28 Walter Caharija28 Interruttori elettronici a MOSFET Soluzione: Interruttore con P-MOS IRF5210

29 Walter Caharija29 Interruttori elettronici a MOSFET Caratteristiche: Resistenza di canale del IRF5210, in conduzione, molto bassa (60mΩ) Corrente massima sostenibile a 25°C pari a 40A Corrente assorbita dal BJT ~ 1mA Tempo di commutazione off-on: ~ 3.5μs Tempo di commutazione on-off: ~ 8.7ms (cè il condensatore da scaricare)

30 Walter Caharija30 PCB Alimentatori Switching Loop di corrente Irradiano armoniche alla frequenza di commutazione e multipli (quindi anche in RF)

31 Walter Caharija31 PCB Alimentatori Switching Per minimizzare le emissioni EM occorre: Rendere minima la circonferenza dei due anelli Realizzare piste larghe e lunghe Cin e D devono essere molto vicini, per quanto possibile, allintegrato Usare induttanze (L) schermate Porre dei piani di massa continui dietro ai loop evidenziati

32 Walter Caharija32 PCB Alimentatori Switching Layout Alimentatore SW LT3481

33 Walter Caharija33 PCB Interruttore a MOSFET Layout Interruttore a MOSFET

34 Walter Caharija34 PCB Interruttore a MOSFET Lato componentiLato rame

35 Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica, Informatica FINE


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