Condizionamento della Potenza Elettrica a Bordo .Condizionamento della Potenza Elettrica a Bordo

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Condizionamento della Potenza

Elettrica a Bordo Satellite

Prof. Piero Maranesi, Dr. Federico Belloni, Dr. Marco RivaUniversit degli Studi di MilanoDipartimento di Fisica

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Space Vehicles

The ISS

LEO satellite (Low Earth Orbit)

Smart 1 (Earth-Moon mission)

Bepi-Colombo(Mercury exploration)

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Power Distribution on the ISS

Scheme of the power distribution system aboard the ISSTotal processed power:110kW

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Solar Array

Solar Array of ESA satellite MetOp - 1

ARTEMIS solar array

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Solar Power Cell Model

Silicon solar cell electric model

V/I characteristic of a silicon solar module(temperature dependency is reported)

Scheme of a solar array module

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Multijunction Solar Cells

Higher efficiency: up to 30% Vs12% of Si Solar Cell

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Maximum Power Point Tracking

V

dV

I

dI

IdVVdIIVddP

P

=

=+== 0)(maxmax

Finding the maximum of IVPSA =

V/I characteristic of a solar array and correspondent power

Commonly used maximum power point trackers are based on the relation

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Battery System

Paralleling battery stringBattery pack connected in series

Batteries ensures power availability in case ofpeak power demands and/or eclipses

Modular approach

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Battery Voltage Vs Utilized Energy

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Unregulated Bus

Usually present on small satellites.Commonly 28VDC unregulated

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Regulated Bus

Usually present on medium/large satellites.Commonly 50V, 100V or 120V regulated

BDR: battery discharge regulatorBCR: battery charge regulator

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From Main Bus to Loads

Main BUS

DC - DC

Converter

Multi-Output

to analog loads (+/- 12V)

to low voltage supplied circuits (+5V)

Multiphase

Convertersto IC (+3.3V / +1.8V)

Different approaches to the DC DC converter are adopted for regulated or unregulated buses; depending also on the voltage level

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101

102

103

104

105

106

-40

-20

0

20

40

Mag

nitu

de [

dBO

hm]

Input Resistance

101

102

103

104

105

106

-100

0

100

200

Frequency [Hz]

Pha

se [

deg]

Constant Power Loads

0

0)(

0

,

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Negative Resistance and Stability

A simple example

CR

Vin RL

+

-

CRR

RRspole

CsRRRR

R

sV

sVsH

L

Lp

LL

L

IN

C

+=

++==

:

)(

)()(

If

0]Re[

0

p

L

s

R

stable system

If

0]Re[

0

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