Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube

Presentazione sul tema: "Sistema di Alimentazione del Satellite AtmoCube"— Transcript della presentazione:

1 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

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

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

4 Architettura Schema a blocchi del satellite: 11.12.2006
Walter Caharija

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

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

7 Architettura Walter Caharija

8 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) Walter Caharija

9 Bilancio Energetico Walter Caharija

10 Bilancio Energetico Walter Caharija

11 Alimentazione PA Walter Caharija

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

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

14 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 Walter Caharija

15 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 Walter Caharija

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

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

18 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 Walter Caharija

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

20 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 Walter Caharija

21 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 Walter Caharija

22 Alimentazione del MODEM ADF7020
Walter Caharija

23 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 Walter Caharija

24 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. Walter Caharija

25 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% Walter Caharija

26 Interruttori elettronici a MOSFET
Walter Caharija

27 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 Walter Caharija

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

29 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) Walter Caharija

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

31 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 Walter Caharija

32 PCB Alimentatori Switching
Layout Alimentatore SW LT3481 Walter Caharija

33 PCB Interruttore a MOSFET
Layout Interruttore a MOSFET Walter Caharija

34 PCB Interruttore a MOSFET
Lato componenti Lato rame Walter Caharija

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