itasat / energia subsistema de suprimento de energia (ssse)
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ITASAT / ENERGIA
Subsistema de Suprimento de Energia
(SSSE)
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 2
Funções do Subsistema
Geração de energia elétrica (geralmente através de painéis solares)
Armazenamento de energia (geralmente em baterias)
Condicionamento, conversão e regulação de potência
Distribuição da potência aos diversos subsistemas e equipamentos
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 3
Concepção da Equipe
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 4
Orientadores / Consultores
Prof. Azauri Albano de Almeida Júnior (EESC/USP) Prof. Cairo Lúcio Nascimento Junior (ITA) Prof. Edgard José Faria Guimarães (ITA) Prof. Geraldo José Adabo (ITA) Prof. José Roberto Boffino de Almeida Monteiro
(EESC/USP) Pesq. Luis Celso Gomes Torres (INPE) Pesq. Luis Felipe Soriano Freire(INPE) Prof. Manoel Luís Aguiar (EESC/USP) Pesq. Renato Magalhães(INPE) Prof. Roberto d’Amore (ITA)
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 5
Alunos Participantes
Bernardo de Pádua dos Santos Graduação - ITA Bruno G. G. L. Zambolini Vicente Graduação - EESC/USP Claudinei de Jesus Donato Pós-Graduação - ITA José Alberto Albuquerque Neto Graduação - ITA Leandro Gaspari Rodrigues Graduação - EESC/USP Lucas Moreira Teramossi Graduação - ITA Marcel Jacon Cezare Graduação - EESC/USP Marcelo Gomes Mattar Graduação - ITA Pedro Henrique Pereira Rodrigues Graduação - EESC/USP Vinícius Meirelles Pereira Ferriani Graduação - ITA
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 6
Frentes de Desenvolvimento Tecnológico
CONTROLE / CONDICIONAMENTO DE ENERGIA (ITA)
Dimensionamento do Subsistema Marcelo Mattar Vinícius Ferriani
Direct Energy Transfer (DET) Claudinei Donato
Peak Power Tracking (PPT) José Alberto Lucas Teramossi
Controle / Condicionamento de Potência usando microcontrolador
Bernardo Santos Marcelo Mattar
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 7
Frentes de Desenvolvimento Tecnológico
DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA (EESC/USP) Conversores DC/DC
Leandro Gaspari Rodrigues
Proteções Eletrônicas Bruno Zambolini
Modelagem e Simulação de Circuitos de Potência Leandro Gaspari Rodrigues Bruno Zambolini
Meios de Teste Marcel Cezare Pedro Rodrigues
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 8
Realizações Planilha de Dimensionamento do
Subsistema Capacitação no software E3Cable Protótipo de Simulador de Painel Solar Protótipo de Arquitetura S3R Protótipo de Arquitetura PPT Kit de Desenvolvimento do uC (RadHard
compatível) Protótipo de Conversor DC/DC Simulação de Conversor DC/DC
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 9
XII ENCITA /outubro 2006
Ferriani,V.M.P., Donato, C.J., Santos, B.P., Guimarães,E.J.F, Nascimento, C.L., d’Amore, R., Adabo, G.J. Estudo do Subsistema de Suprimento de Energia do Satélite Universitário ITASAT - XII Encontro de Iniciação Científica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – São José dos Campos, SP – 16 a 19 de outubro de 2006.
Donato, C.J. , Ferriani, V.M.P., Santos, B.P., Nascimento, C.L., Guimarães, E.J.F., Adabo, G.J., d’Amore, R. Proposta de Arquitetura para a Unidade de Controle de Potência do Subsistema de Suprimento de Energia do Satélite Universitário ITASAT - XII Encontro de Iniciação Científica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – São José dos Campos, SP – 16 a 19 de outubro de 2006.
Santos, B.P., Donato, C.J., Ferriani, V.M.P., Nascimento, C.L., d’Amore, R., Adabo, G.J., Guimarães, E.J.F. Utilização de Microcontrolador no Subsistema de Suprimento de Energia do Satélite Universitário ITASAT - XII Encontro de Iniciação Científica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – São José dos Campos, SP – 16 a 19 de outubro de 2006.
Rodrigues, L.G., Vicente, B.G.G.L.Z., Monaro, R.M., Monteiro, J.R.B.A., Almeida, A.A.A., Aguiar, M.L. Modelagem e simulação de conversores DC-DC utilizando topologia Buck - XII Encontro de Iniciação Científica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – São José dos Campos, SP – 16 a 19 de outubro de 2006.
Artigos Científicos
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 10
Artigos Científicos XII ENCITA /outubro 2006
Trindade, R.H.L., Estudo das características de baterias recarregáveis possíveis de serem utilizadas no projeto do satélite universitário - XII Encontro de Iniciação Científica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – São José dos Campos, SP – 16 a 19 de outubro de 2006.
XIV SIICUSP / novembro 2006
Rodrigues, L. G., Vicente, B. G. L. Z. V., Monaro, R. M., Monteiro, J. R. B. A., Oliveira Jr, A. A., Aguiar, M. L. Modelagem e simulação de conversores DC-DC utilizando topologia Buck para o Satélite Universitário ITASAT, Anais do 14º. Simpósio Internacional de Iniciação Científica da USP – XIV SIICUSP / novembro 2006.
Vicente, B. G. L. Z. V., Monteiro, J. R. B. A., Fusível eletrônico para Aplicações Aeroespaciais no Projeto do Satélite Universitário Brasileiro – ITASAT, Anais do 14º. Simpósio Internacional de Iniciação Científica da USP – XIV SIICUSP / novembro 2006.
Introdução ao SSSE
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 12
O SSSE se divide em 4 blocos
Armazenamento (baterias)
Geração(painéis solares)
Condicionamento, Conversão e Regulação de
Potência (PCU)
Distribuição, Conversão e
Proteção(PCU)
Funções do SSSE Fornecimento e
controle contínuo de energia
Possibilitar telemetria e telecomando do SSSE
Proteger contra falhas
Suprimir tensões de transiente
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 13
Geração - Painéis solares Tipos de célula
Silício – eficiência de 14,8%, mais barata Arseneto de Gálio (GaAs) – eficiência de 18,5%, preço
intermediário Multijunção – eficiência de 22%, mais cara
Tensão: soma das tensões das células em série Corrente: soma das correntes das células em
paralelo Resistência a algumas falhas (diodos by-pass e
de proteção) Degradação por irradiação ultravioleta
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 14
Células Solares e ArranjoCorrente e Potência
em Função da TensãoExemplo de Montagem
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 15
Características Físicas (volume, massa), Elétricas (tensão, carga, tempo de vida vs profundidade de descarga), Programáticas (custo, disponibilidade, confiabilidade)
Em geral regulação pobre: (28 ± 5) V Controle de carga
Limitar a corrente de recarga e a sobrecarga
Paralelo ou Série Prover circuito de recondicionamento
Baterias
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 16
Profundidade de Descarga
Curva de Tensão da Bateria
Baterias - Características
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 17
Controle do Painel Solar e Tensão de Barramento
Carregamento da Bateria
Topologia de Redundância :
PCU
PCU AnalógicaConvencional
PCU DigitalProposta
Controlador de
Redundância
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 18
Topologias Topologia de
Transmissão DET – Direct Energy
Transfer PPT – Peak Power
Tracking Tipo de Regulação
Não regulado: tensão da bateria
Quase-Regulado: regulado apenas na carga da bateria
Regulado: uso de BCR e BDR
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 19
Arquitetura Proposta – S4R Microcontrolada
Ip1
Ip2
Ip3
Ipn
S1
S2
S3
Sn
Unidade deDistribuiçãode Energia
Bateria
SB1
SB2
SB3
SBn
Microcontrolador
VD ID
Ch1
Ch2
Ch3
Chn
PWM1
PWM2
PWM3
PWMn
VB
IBTB
Ip1
Ip2
Ip3
Ipn
S1
S2
S3
Sn
Unidade deDistribuiçãode Energia
Bateria
SB1
SB2
SB3
SBn
Microcontrolador
VD ID
Ch1
Ch2
Ch3
Chn
PWM1
PWM2
PWM3
PWMn
VB
IBTB
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 20
Conversor Buck p/ PPT Conversor Buck Microcontrolador de Controle
Circuito de medições
Voltagem de saída do painel é sempre mantida naquela que resulta na máxima transferência de potência do painel para a carga
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 21
Distribuição e PDU Alternar entre unidades redundantes Fornecer chaves, ligar e desligar
cargas Fornecer Conversores DC/DC
(centralizados ou distribuídos pelas cargas)
Isolar falhas com fusíveis (em alguns casos resetáveis), interromper curto-circuito
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 22
Cablagem Classificação, Separação, Utilização de Pares Trançados
e Blindagem, Roteamento Licença para a utilização acadêmica do software
E3.Cable está sendo instalada Curso nos dias 29/11 a 01/12 no INPE dado pela
fabricante Diversas facilidades
geração de várias vistas listas de conteúdo, conexões, cabos, materiais e terminais conexão fácil e rápida entre peças criação de novos componentes, adequados ao satélite exportação de conexões de cabos para software de
roteamento 3D Curso será repassado no próximo semestre a membros
do subsistema
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 23
Exemplo de aplicação Exemplo de diagrama de blocos que
será adaptado à realidade do ITASAT
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 24
Diagrama de Blocos Proposto
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 25
Dimensionamento Área necessária de painel solar
Tipo de célula solar Eficiência de conversão e transmissão Energia Solar Disponível Ângulo de incidência Tipo de estabilização do satélite (girando ou 3 eixos)
Tamanho das baterias Potência média e de pico, no início e no fim da vida Parâmetros orbitais: período de eclipse, ambiente de radiação Profundidade da Descarga vs Tempo de Vida Tipo de bateria
Levantamento inicial baseado no curso e livro do Prof. James Wertz
Reunião de validação com o INPE Especificações
Microcontrolador no SSSE
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 27
Microcontrolador no SSSE
Subsistema optou por utilizar controle digital com Microcontrolador (C)
Tinhamos que: Estudar os Cs existentes e
selecionar um para a aplicação Desenvolver uma solução já voltada
para a aplicação final
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 28
Estudo Microcontroladores
Microcontroladores de 8 bits Desempenho suficiente para
aplicação Baixa complexidade de hardware Facil programação Maior confiabilidade
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 29
Estudo Microcontroladores Muitas opções no mercado comercial Cs certificados para espaço (requisito INPE):
pouquíssimas opções
Cs modernos (8 bits):
80C32 (familia 8051 Intel, + 20 anos)
C espacial (8 bits):
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 30
O 80C32 Sem memória de programa interna Poucos periféricos internos Poucos pinos disponíveis Muitos componentes e circuito complexo
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 31
Parênteses: Efeitos de Radiação em CIs digitais
Total Ionization Doze – TID Danifica CI permanentemente
Single Event Lachups – SEL Curtos momentâneos no interior do CI
Single Event Upsets - SEU Transientes que alteram o valor de
bits na memória O mais crítico para
os CIs modernos
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 32
Requisitos da aplicação
Requisitos da aplicação:
Muitos pinos de I/O PWMs Conjunto de pinos
de I/O, um deles podendo ser PWM
Leitura de sinais analógicos
Ipn
PWMn
Sn
SBn
CHDn
MICROCONTROLADOR
ID
IB
SDn
CHDn
PPT
PWMPPT
VD
VB
BateriaTB
VS
IS
Unidade deDistribuiçãode Energia
BDRPWMBDR
Ipn
PWMn
Sn
SBn
CHDn
MICROCONTROLADOR
ID
IB
SDn
CHDn
PPT
PWMPPT
VD
VB
BateriaTB
VS
IS
Unidade deDistribuiçãode Energia
BDRPWMBDR
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 33
Desenvolvimento do Circuito - Etapas Seleção de CIs qualificados para
espaço Implementação de periféricos
externos necessários (ADC, PWMs, Cão de Guarda) e expansão do número de pinos de I/O (8255)
Criação de um kit de desenvolvimento (com CIs comerciais), simulando a aplicação final (compatibilidade de software e hardware)
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 34
Desenvolvimento do Circuito - Periféricos A escolha de alguns CIs possibilitou maior
integração: 8255 (porta paralela dos PCs) 8254 (timer programável dos PCs) ADC com interface para μP/μC Cão de Guarda integrado (ISL88705) PLDs (para lógica combinatória)
Ainda assim necessitamos cerca de 20 CIs (no kit de desenvolvimento)
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 35
Desenvolvimento do Circuito - PWM Exemplo: Solução simples para gerar
PWM em hardware
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 36
Desenvolvimento do Circuito – Cão de Guarda
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 37
Desenvolvimento do Circuito – Portas com PWM
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 38
Desenvolvimento do Circuito – ADC
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 39
Kit de Desenvolvimento:
Ìnterface Serial RS-232 (PC ou outro kit)
Cabo programador (prog. da memória interna do uC da ATMEL)
Porta c/ PWM (8 pinos) Porta c/ PWM (8 pinos)
Sinais analógicos (8 canais)
Entradas e saídas dos 3 timers do 8254
6 portas de 8 pinos (2 x 8255)
Porta P1 do uC (8 pinos)
Alimentação (8 V – 10 V)
Placa Principal: uC AT89S52 64kB SRAM 64kB EEPROM Watchdog 2 x 8255 (por. paral.) Dec. Endereços Conectores
Portas c/ PWM:
2 portas de saída Cada uma c/ um sinalPWM em um dos pinos
ADC:
MUX de 8 canais na entrada AD574A
Timers:
Um timer 8254 DIP Switch para configuração Pode gerar 2 PWMs
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 40
Placa Principal - Esquema
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 41
Placa Portas PWM - Esquema
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 42
Placa ADC - Esquema
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 43
Placa Timer - Esquema
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 44
Placa Principal - Layout
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 45
Considerações Finais
“Kit de desenvolvimento” facilitará programação dos algorítmos de controle e testes
Circuito na aplicação final poderá ser mais compacto
Considera-se o uso de FPGA no futuro (obstáculos)
Conversores DC/DC no SSSE
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 47
Simulações Utilização de software livre Modelagem de componentes Diversas configurações para o mesmo
circuito Acesso a sinais internos de circuitos
integrados Controle dos parâmetros de
simulação Respostas gráficas
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 48
Interface de Simulação
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 49
Conversor DC/DC - Simulações
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 50
Conversor DC/DC - Simulações
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 51
Conversor DC/DC - Montagem
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 52
Conversor DC/DC - Montagem
Fusível Eletrônico no SSSE
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 54
Fusível Eletrônico Objetivo:
Proteção da carga Estudo do monitoramento do dispositivo Obtenção dos blocos funcionais pertinentes
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 55
Fusível Eletrônico -Esquemáticos
Produção de componentes para o KiCAD
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 56
Fusível Eletrônico -Esquemáticos
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 57
Sistemas de Testes Objetivo: fornecer parâmetros de
desenvolvimento Projetos:
Estudo de baterias para aplicações aeroespaciais
Dispositivo de carga/descarga Análise de vida útil
Simulador de painel solar Disponibilizar energia coerente às condições
aeroespaciais
Continuação do SSSE
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 59
Continuidade Manter documentação, arquivos e
apresentações padronizadas, armazenadas no mesmo lugar e acessíveis
Armazenamento de arquivos online (Goowy): atas de reuniões, relatórios periódicos, seminários realizados, artigos publicados, papers e arquivos dos membros
Seminários e artigos do subsistema abertos no site http://www.itasat.redecasd.ita.br/
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 60
Bibliografia Larson, W. e Wertz, J., 2005, “Space Mission Analysis and Design”, Microcosm
Press, 7ª. Edição Wertz, J. , 2005, Space Mission Analysis and Design – Microcosm Technical Short
Course, Microcosm Press Souza, P., Curso Introdutório em Tecnologia de Satélites, Documento Eletrônico Hyder, A., A Century of Aerospace Electrical Power Technology, Journal of
Propulsion and Power, Vol. 19, No. 6, November–December 2003 Nolan, T., www.timnolan.com Chryssis, G., 1984, “High-frequency switching power supplies”, McGraw-Hill,
Inc., 1a Ed., 221p. Luo, F. L. and Ye, H., 2003, “Advanced DC/DC Converters”, CRC Press LCC, 1a
Ed., 756p. Magalhães, R. O., 2003, “Compensation design for switching power supply in
buck topology and voltage mode control”, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE, São José dos Campos, Brasil, pp7-17.
Patel, M. R.,2005, “Spacecraft power systems”, CRC Press LCC, 1 Ed., 693p. Sedra, Adel S., K.C. Smith, 2000 “Microeletrônica”, Makron 4a. Ed c2000, 1270p. Severns, R. P. and Bloom, G., 1985,”Modern DC-to-DC switchmode power
converter circuits”, Van Nostrand Reinhold Company Inc., 1a Ed, 342p.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 61
Agradecimentos e Perguntas
ITA e USP agradecem à AEB e ao INPE o apoio financeiro, em gestão e o suporte tecnológico ao projeto ITASAT
Perguntas
Regulador Shunt Série, Seqüencial e Chaveado com Modulação PWM
Subsistema de Suprimento de Energia
Orientador: Cairo Lúcio Nascimento Jr. Mestrando: Claudinei de Jesus Donato
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 63
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 64
Objetivo Estudo, modelagem, simulação, construção
e testes de um regulador para painel solar, para o subsistema de suprimento de energia do satélite universitário ITASAT;
Deve regular tensão de barramento, enquanto alimentado pelo painel solar, e controlar carga de bateria;
A solução proposta deve apresentar melhorias e inovações;
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 65
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 66
Atividades Desenvolvidas Pesquisa geral sobre arquiteturas de
unidades de suprimento de energia, utilizadas em satélites;
Pesquisa voltada especificamente às topologias Sequential Switching Shunt Regulator (S3R), Sequential Switching Shunt Series Regulator (S4R) e Peak Power Tracking (PPT);
Estudo e definição da solução proposta, topologia S4R microcontrolada e com modulação PWM, com freqüência fixa;
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 67
Atividades Desenvolvidas Preparação e defesa de artigo no ENCITA; Estudo, projeto, simulações, leiaute,
confecção da placa de circuito impresso, montagem e testes de um simulador de painel solar;
Estudo, preparação e apresentação de cursos sobre conversores Buck, Boost e Flyback, para equipe do subsistema de Suprimento de Energia;
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 68
Atividades Desenvolvidas Estudo, projeto, modelagem e
simulação do regulador shunt, usando as ferramentas MATLAB e SPICE;
Análise e comparação dos resultados obtidos nas duas simulações;
Montagem e testes do Shunt Regulator, microcontrolado, malha aberta e malha fechada, com realimentação de tensão e de corrente;
Análise dos resultados práticos obtidos e comparação com simulações.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 69
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 70
Arquitetura Sequential Switching Shunt Regulator (S3R), já Utilizada
Unidade de Distribuição de Energia
Ip1 S1Comp
Ref1
Ip2 S2Comp
Ip3 S3Comp
Ipn SnComp
Ref3
Refn
Ref
ErrorAmplifier
Bateria
Ref2
BRU
Unidade de Distribuição de Energia
Ip1 S1Comp
Ref1
Ip2 S2Comp
Ip3 S3Comp
Ipn SnComp
Ref3
Refn
Ref
ErrorAmplifier
Bateria
Ref2
BRU
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 71
Sequential Switching Shunt Series Regulator (S4R)
Ip1
Ip2
Ip3
Ipn
S1
S2
S3
Sn
Unidade deDistribuiçãode Energia
Bateria
SB1
SB2
SB3
SBn
BDRIp1
Ip2
Ip3
Ipn
S1
S2
S3
Sn
Unidade deDistribuiçãode Energia
Bateria
SB1
SB2
SB3
SBn
BDR
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 72
Arquitetura Proposta – S4R Microcontrolada
Ip1
Ip2
Ip3
Ipn
S1
S2
S3
Sn
Unidade deDistribuiçãode Energia
Bateria
SB1
SB2
SB3
SBn
Microcontrolador
VD ID
Ch1
Ch2
Ch3
Chn
PWM1
PWM2
PWM3
PWMn
VB
IBTB
Ip1
Ip2
Ip3
Ipn
S1
S2
S3
Sn
Unidade deDistribuiçãode Energia
Bateria
SB1
SB2
SB3
SBn
Microcontrolador
VD ID
Ch1
Ch2
Ch3
Chn
PWM1
PWM2
PWM3
PWMn
VB
IBTB
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 73
Arquitetura Proposta – S4R Microcontrolada Vantagens:
Flexibilidade devido o uso de microcontrolador; Independência entre os barramentos; Redução de volume (a partir de determinada
potência) e aumento do rendimento com a eliminação do conversor carregador de baterias;
Simplificação no controle da regulação da tensão do barramento.
Desvantagens: Maior número de componentes; Tensão de bateria necessariamente menor que a de
barramento; Controle das strings mais complexo.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 74
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 75
Modelagem matemática Modelagem matemática, por equações de
estados:
)(ˆ].).().[()(ˆ.)(ˆ.)(ˆ
)(ˆ].).().[()(ˆ.)(ˆ.)(ˆ.
1212
1212
tdUEEXCCtuEtxCty
tdUBBXAAtuBtxAtxK
Entrada de Tensão )..()1.(.
Saída de Tensão ..
tênciaTransresis F. ).(.1
)..1.(.
)(
)(
Controle F. ).(.1
)..1.(.
)(
)(
ODPDonPccP
PO
C
C
P
o
C
CPo
VrIVDDRIV
DRIV
rRCs
rCsRD
si
sv
rRCs
rCsRI
sd
sv
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 76
Simulação MatlabFunção de Controle
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 77
Simulação Malha Fechada Realimentação de Tensão Malha fechada com realimentação de
tensão, sem compensador:
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 78
Simulação Malha Fechada Realimentação de Tensão
Iout = 0,3 AVout = 8,62 VVout Nominal = 14 V
D = 0,383
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 79
Valor MedidoRealimentação de Tensão
Vout = 8,7 VIout = 0,3 A
D = 0,387
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 80
Simulação Malha Fechada Malha fechada com realimentação de
tensão e corrente, sem compensador:
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 81
Simulação Malha Fechada Realimentação de Tensão e Corrente
Iout = 0,22 AVout = 14 V
D = 0,5
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 82
Valor MedidoRealimentação de Tensão e Corrente
Vout = 14,05 V
D = 0,5
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 83
Degrau de CargaEntrada da Carga Total
Afundamento de162 mV em Vout
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 84
Degrau de CargaSaída da Carga Total
Sobretensão de200 mV em Vout
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 85
Ondulação da Tensão de Saída
Vout Ripple46 mV
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 86
Modelo de Simulação SPICE
Circuito a ser modelado:
RC
D
Ip T
Switch Network
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 87
Modelo de Simulação SPICE Modelo não linear:
+<v1(t)>
-
VD.d(t)
rD.d(t) D : 1<i2(t)>
+<v2(t)>
-
<i1(t)>
1
2
3Ron.d’(t)
I2
VT
VD
IT1
2
3
+V1
-
+V2
-
I1
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 88
Modelo de Simulação SPICE Modelo linearizado para pequenos
sinais:D
T
I2
VT
VD
IT1
2
3
+V1
-
+V2
-
I1
D.VD
î1(t)
(VD+V2).d(t)^
î1(t)I1.d(t)^
-Ron.d(t)^ rD.d(t)^ D : 1I2+î2(t)
+V2+v2(t)^
-
+V1+v1(t)^
-
I1+î1(t)
1
2
3D’.Ron
D.rD
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 89
Simulação SPICE
Vout = 13,92 VIout = 0,48 AD = 0,768
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 90
Resultado de Testes
Vout = 14,1 VIout = 0,48 AD = 0,764
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 91
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 92
Próximas Atividades Conclusão dos testes com o
controlador digital; Comparação das simulações com
os resultados práticos alcançados; Conclusão do algoritmo de
ativação seqüencial das chaves; Testes finais com a arquitetura
completa.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 93
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 94
Conclusão A arquitetura proposta apresenta inovações,
com a utilização do microcontrolador para monitoração e controle, utilizando modulação PWM com freqüência fixa. Diferente do controle por ciclo limite, proposto originalmente para o S4R;
Os testes até então realizados têm validado os resultados obtidos por simulação, mas ainda são necessários outros testes para validação final dos modelos gerados.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 95
Desenvolvimento da Apresentação
Objetivo; Atividades Desenvolvidas; Solução Proposta; Resultados Obtidos; Próximas Atividades; Conclusão; Referência Bibliográfica.
08/12/2006 Workshop ITASAT - SSSE 96
Referências Capel, A. and Perol, P., 2001. “Comparative Performance
Evaluation Between the S4R and the S3R Regulated Bus Topologies”, IEEE 32nd Annual Power Electronics Specialists Conference, Vol. 4, Vancouver, Canada, pp. 1963-1969.
Erickson, R. W. and Maksimovic, D., 2001. “Fundamentals of Power Electronics”, 2th ed., Springer, Boulder, United States of America, 912 p.
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Middlebrook, R. D. and Cuk, S., 1977. “ A general Unified Approach to Modelling Switching-Converter Power Stages”, International Journal of Electronics, pp. 521-550.
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Referências O'Sullivan, D. and Weinberg, A., 1977. “The Sequential
Switching Shunt Regulator”, Proceedings of the Third ESTEC Spacecraft Power Conditioning Seminar, Noordwijk, The Netherlands, pp. 123-131.
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Wertz, James R. and Larson, Wiley J., 1999. “Space Mission Analysis and Design”, Microcosm Inc. and Kluwer Academic Publishers, Boston, United States of America, 969 p.
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