ITASAT

Suprimento de Energia Microcontrolado

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Características

Para análise da fonte de suprimento de energia do satélite, considerou-se: Potência fornecida: 112 W; Número de strings: 5; Corrente por string: 0,8 A; Tensão nominal: 28 V.

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Microcontrolador Independente da arquitetura da fonte

utilizada, o microcontrolador deve oferecer: Memória não volátil para armazenamento do

programa; Memória (volátil e não volátil) para

armazenamento de dados; Instruções e capacidade de processamento

para cálculos do controlador de carga de bateria e tensão de barramento;

Comunicação com outro microcontrolador para telemetria da fonte;

Sistema de Watchdog.

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Arquiteturas

Para o desenvolvimento da fonte serão analisadas as arquiteturas:

1. Sequential Switching Shunt Regulator (S3R);

2. Sequential Switching Shunt Series Regulator (S4R);

3. Peak Power Tracking.

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S3R

Ip1

Ip2

Ip3

Ip5

S1

S2

S3

S5

Load

PWM1

PWM2

PWM3

PWM5

A/D1

A/D2 A/D3

A/D4

MICROCONTROLADOR

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S3R

O microcontrolador precisará disponibilizar: Cinco pinos de saída com modulação

PWM, para controle das chaves shunt; Quatro canais de conversão

analógica-digital (tensão e corrente de barramento, corrente e temperatura de bateria).

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S3R - Algoritmo Serão medidos tensão de barramento,

corrente e temperatura de bateria, e através da lei de controle utilizada será calculado o tempo que cada chave shunt deverá ficar aberta;

Haverão chaves abertas, poderão haver chaves fechadas, mas apenas uma chave de cada vez poderá estar alternando entre aberta e fechada, conforme modulação PWM.

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S4R

Ipn

PWM (n)

A/D1 A/D2

SwShunt(n) Sw

Bat(n)

SW Bat (n)

A/D3

A/D4

MICROCONTROLADOR

I bus

I bat

A/D5

Temp Load

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S4R O microcontrolador precisará

disponibilizar: Cinco pinos de saída com modulação

PWM, para controle das chaves shunt; Cinco pinos de saída para controle das

chaves de carga de bateria; Cinco canais de conversão analógica-

digital (tensão e corrente de barramento, tensão, corrente e temperatura de bateria).

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S4R - Algoritmo Serão medidos tensão e corrente de

barramento e através da lei de controle utilizada será calculado o tempo que cada chave shunt deverá ficar aberta para que seja fornecida corrente para a carga;

Serão medidos tensão, temperatura e corrente de bateria e através da lei de controle utilizada será calculado o tempo que cada chave shunt, não utilizada para alimentar a carga, ficará aberta possibilitando a carga das baterias. Para isso, as chaves de bateria, correspondentes, serão fechadas;

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S4R - Algoritmo Apenas uma chave shunt de cada vez

poderá estar alternando entre aberta e fechada, conforme modulação PWM, para controlar o barramento;

Apenas uma chave shunt de cada vez poderá estar alternando entre aberta e fechada, conforme modulação PWM, para controlar a carga de bateria;

Poderá ocorrer, que a mesma chave shunt, com modulação PWM, esteja controlando o barramento e carga de bateria.

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S4R com PPT como Carregador de Bateria

Ipn

PWM (n)

A/D1 A/D2

Sw Shunt (n)

Sw Bat (n)

SW Bat (n)

A/D3

A/D4

MICROCONTROLADOR

I bus

I bat

A/D5

TempLoad

Sw Bus (n)

SW Bus (n)

PPT

PWM (ppt)

A/D6

A/D7

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S4R com PPT como Carregador de Bateria O microcontrolador precisará

disponibilizar: Seis pinos de saída com modulação PWM, para

controle das chaves shunt e PPT; Dez pinos de saída para controle das chaves

de carga de bateria e barramento; Sete canais de conversão analógica-digital

(tensão e corrente de barramento, tensão, corrente e temperatura de bateria, tensão e corrente das strings do painel solar utilizadas pelo PPT).

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S4R com PPT - Algoritmo Serão medidos tensão e corrente de

barramento e através da lei de controle utilizada será calculado o tempo que cada chave shunt deverá ficar aberta para que seja fornecida corrente para a carga;

Serão medidos tensão, temperatura e corrente de bateria, tensão e corrente das strings disponíveis para carga de bateria, através de algoritmo específico será controlado o PPT para carregar as baterias. Para isso, as chaves de bateria, correspondentes, serão fechadas e as de barramento serão abertas;

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S4R - Algoritmo Apenas uma chave shunt de cada vez

poderá alternar entre aberta e fechada, conforme modulação PWM, para controlar o barramento;

Todas as strings não utilizadas pelo barramento manterão suas chaves shunt abertas e serão conectadas ao PPT;

Uma mesma chave shunt não poderá ser compartilhada entre o barramento e carga de bateria.

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S3R com Battery Charge Regulator (BCR)

Ip1

Ip2

Ip3

Ip5

S1

S2

S3

S5

Load

PWM1

PWM2

PWM3

PWM5

A/D1

A/D5 A/D4

A/D2

MICROCONTROLADOR

BCR

A/D3

PWM6

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Battery Charge Regulator (BCR)

S6

Bat

PWM6

Microcontrolador A/D3

V I

Temp

A/D2

A/D1

VBus

Ibcr

Ibat

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S3R com Battery Charge Regulator (BCR)

O microcontrolador precisará disponibilizar: Seis pinos de saída com modulação

PWM, para controle das chaves shunt e o BCR;

Cinco canais de conversão analógica-digital para tensão e corrente de barramento, tensão, corrente e temperatura de bateria.

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S3R com Battery Regulator Unit (BRU)

Ip1

Ip2

Ip3

Ip5

S1

S2

S3

S5

Load

PWM1

PWM2

PWM3

PWM5

A/D1

A/D5 A/D4

A/D2

MICROCONTROLADOR

BRU

A/D3

PWM6PWM7

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Battery Regulator Unit (BRU)

S6

S7Bat

PWM6 PWM7

Microcontrolador A/D3

V I

Temp

A/D2

A/D1

VBus

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S3R com Battery Regulator Unit (BRU)

O microcontrolador percisará disponibilizar: Sete pinos de saída com modulação

PWM, para controle das chaves shunt e o BRU;

Cinco canais de conversão analógica-digital para tensão e corrente de barramento, tensão, corrente e temperatura de bateria.

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Conclusão Para que o microcontrolador possa ser

usado em testes de todas as arquiteturas mostradas, precisaria ter: Sete pinos de saída com modulação PWM; Sete canais de conversão analógica-digital; Dez pinos de saída digital para ligar e

desligar chaves; Além dos demais requisitos de memória,

capacidade de processamento, etc.