Laureando:

Federico Papait

Relatore:

Chiar.mo Prof. Sergio Carrato

Correlatore:

Ing. Mario Fragiacomo

Tesi di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica curr. Elettronica Applicata

A.A. 2010-2011

OGGETTO

Progetto e realizzazione di un sistema di test per:

� Il pannello di prova

� Il circuito di driver per l’apertura dell’antenna

� La batteria agli Ioni di Litio

CELLE

SOLARI

LM70

Obiettivi

CARATTERISTICHE DEL SATELLITE

Dimensioni

10 x 10cm

Peso < 1Kg

Orbita ellittica

350 < h < 1200Km

50 coppie di

celle

Struttura in

alluminio

� SCOPO DELLA MISSIONE:

Studiare lo SPACE

WEATHER

utilizzando

1. Rilevatore di deriva al silicio

2. Magnetometro

3. GPS

Generalità

SISTEMA DI ALIMENTAZIONE

EPS

PAYLOAD

2

PANNELLI

SOLARIBATTERIA

Generalità

PAYLOAD

1OBROBDH

SISTEMA DEPLOYMENT ANTENNA

� Dipolo λ/4 lungo 35 cm

� Nel P-POD è ripiegata con R = 40 cm

� Materiale: music wire (Ø 0.42 mm)

� ANTENNA

� ATTUATORE DI SGANCIO

� Antenna: Bloccata da uno o più fili di PVDF (Ø 0.2 mm)

� Fusione del PVDF: Resistenza al Nichrome (Ø 0.25 mm) percorsa da 5A

� Il comando proviene dall’MCU

Generalità

PANNELLI SOLARI� COSTITUITI DA CELLE A TRIPLA GIUNZIONE:

� Chiamate TASC (Terrestrial Advanced Solar Cells)

� Costruite con scarti di altre celle

� Realizzate da Spectrolab

� CARATTERISTICHE PANNELLI:

� Costituiti da celle “composte”

� Celle composte connesse in

parallelo

Serie di 2TASC

Voc≈5V Icc=31mA

Dispositivi

SENSORE TEMPERATURA

LM70

� Range -55 ÷ +150 °C

� Risoluzione 0.25 °C

� Uscita digitale

� Comunicazione SPI

� Basso consumo

Dispositivi

PROCEDURA TEST SCHEDA PANNELLI

1. PRIMA FASE

2.SECONDA FASE

Test pannelli

Funzionalità

LM70

Test a terra sulle

celle “composte”Luce

solare

Utilizzo

Peltier

Test con il Simulatore

di luce solare

SCHEMA A BLOCCHI TEST LM70

Prima fase

STADIO DI POTENZA

� Source: P-MOS IRF4905

� Sink: N-MOS IRFZ48N

� Bassa rDSON ≈ 18 mΩ

� ID > 64 A

� Velocità di commutazione ≈ 330 ns

� Necessari per pilotare i MOS

� MOSFET:

� BJT:

Prima fase

IL MICROCONTROLLORE

PIC 16F876

� Elevato numero di porte

� Memoria disponibile

� Costo contenuto

� Contiene 2 moduli PWM

Prima fase

TEST A TERRA SULLE CELLE COMPOSTE

Prima fase

TEST CON IL SIMULATORE DI LUCE SOLARE

Seconda fase

Realizzato nei laboratori TASC in Area Science Park

� TEST:

� Lampada ad arco al mercurio-xeno

� Condizioni BUIO

LUCE (1348W/cm^2)

� OBIETTIVI:

� Ricavare V/I per ogni cella “composta”

� Determinare il punto di lavoro ottimo

� Tracciare la distribuzione dei parametri

caratteristici

CURVE V/I

Seconda fase

PUNTO DI LAVORO OTTIMO

Seconda fase

DISTRIBUZIONE DEI PARAMETRIDeterminare la distribuzione dei parametri salienti

(Voc, Jsc, FF%, η%) delle celle “composte”

� CONSIDERAZIONI

� RISULTATI

Notevole diversità in termini di prestazioni tra le

diverse celle “composte”

Seconda fase

� Strumenti: Istogrammi

� Intuizione: approssimano la curva normale

RISULTATI

Seconda fase

PROCEDURA DI TEST DEPL. ANTENNA

Test antenna

� OBIETTIVI

� Riprodurre il sistema di sgancio

� Verificare che la batteria eroghi la corrente necessaria alla

fusione del PVDF

� Calcolare il tempo di fusione

ALIMENTATORE

BATTERIA

CIRCUITO ATTUATORE

Configurazione che ben si adatta alla simulazione e

all’installazione finale su AtmoCube

Test antenna

SISTEMA DI TEST

Test antenna

� RISULTATI

� Alimentatore: si è stimato un tempo per la fusione di 4.7s

� Batteria: si è rivelata idonea al montaggio su AtmoCube

Tempo di fusione inferiore a

0.5s

TEST DELLA BATTERIA

Test batteria

� TEST STANDARDIZZATI

� CAPACITY TEST: si valuta la capacità della batteria (1C)

� TEST DI SCARICA A I COSTANTE: a diversi livelli di corrente

3600

)(1 0

)0()(

∫−=

t

hnom

t

dttI

ASOCSOC

CIRCUITO PER LA SCARICA A I COSTANTE

Test batteria

� RISULTATI

� Capacità nominale di 4.625 Ah (contro i 5.3 dichiarati)

� Batteria non ideale

CURVE DI SCARICA

Test batteria

CONCLUSIONI� TEST PANNELLI

� TEST SIMULATORE: solo tre delle otto celle “composte”

idonee al montaggio

� TEST A TERRA: realizzare in futuro un carico elettronico

� TEST SGANCIO

� Sistema efficiente e batteria idonea

� TEST BATTERIA

� Non idealità del dispositivo

�Calcolare in futuro l’efficienza di ricarica

INTEGRAZIONE

CONNESSIONE DI PIU’ CELLE

CIRCUITO TEST LM70

Integrazione

SOFTWARE

“Basic” (Linguaggio di programmazione ad alto livello)

VANTAGGI

1. semplice

2. intuitivo

3. sintetico

SVANTAGGI

1. occupa maggior

spazio in memoria

2. più lento rispetto

all’assembly

Integrazione