Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica, Informatica Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube Tesi di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica Applicata Relatore: Prof. Mario Fragiacomo Correlatore: Prof. Sergio Carrato Laureando: Walter Caharija 11.12.2006

Obiettivo Realizzare una possibile soluzione per il sistema di alimentazione di AtmoCube con: Alta Efficienza Elevata Affidabilità 11.12.2006 Walter Caharija

Presupposti Energia convertita dai pannelli Sistema MPPT Operatività del satellite Consumi dei vari dispositivi Requisiti EMC Condizioni ambientali 11.12.2006 Walter Caharija

Architettura Schema a blocchi del satellite: 11.12.2006 Walter Caharija

Architettura Elevata Affidabilità Elevata Ridondanza Architettura Distribuita, ogni blocco del satellite avrà la sua alimentazione 11.12.2006 Walter Caharija

Architettura Schema a blocchi del sistema di alimentazione: 11.12.2006 Walter Caharija

Architettura 11.12.2006 Walter Caharija

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) 11.12.2006 Walter Caharija

Bilancio Energetico 11.12.2006 Walter Caharija

Bilancio Energetico 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazione PA 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazione PA Requisiti: Tensione di ingresso 9-12V Tensione di uscita 5V Corrente massima 2A Alto rendimento Basse emissioni EM Ripple di tensione limitato 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazione PA Soluzione: Convertitore DC/DC a commutazione (alta efficienza) con regolatore buck integrato LT3481 (Linear Tech.) 11.12.2006 Walter Caharija

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 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazione PA Caratteristiche alimentatore a LT3481: Indispensabile un’ottima 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 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza Requisiti Tensione di ingresso 9-12V Tensione di uscita 3.3V o 5V Corrente massima 100-200mA Alto rendimento Basse emissioni EM 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazioni da 3.3V e 5V a bassa potenza Soluzione: Convertitore DC/DC a commutazione con regolatore buck integrato LT3470 (Linaer Tech.) 11.12.2006 Walter Caharija

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 11.12.2006 Walter Caharija

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 11.12.2006 Walter Caharija

Alimentazione del MODEM ADF7020 11.12.2006 Walter Caharija

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 11.12.2006 Walter Caharija

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. 11.12.2006 Walter Caharija

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% 11.12.2006 Walter Caharija

Interruttori elettronici a MOSFET 11.12.2006 Walter Caharija

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 dell’impulso di corrente 11.12.2006 Walter Caharija

Interruttori elettronici a MOSFET Soluzione: Interruttore con P-MOS IRF5210 11.12.2006 Walter Caharija

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 (c’è il condensatore da scaricare) 11.12.2006 Walter Caharija

PCB Alimentatori Switching Irradiano armoniche alla frequenza di commutazione e multipli (quindi anche in RF) Loop di corrente 11.12.2006 Walter Caharija

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, all’integrato Usare induttanze (L) schermate Porre dei piani di massa continui dietro ai loop evidenziati 11.12.2006 Walter Caharija

PCB Alimentatori Switching Layout Alimentatore SW LT3481 11.12.2006 Walter Caharija

PCB Interruttore a MOSFET Layout Interruttore a MOSFET 11.12.2006 Walter Caharija

PCB Interruttore a MOSFET Lato componenti Lato rame 11.12.2006 Walter Caharija

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