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ITASAT
Suprimento de Energia Microcontrolado
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2
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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5
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.