EADS Astrium CRISA - UPM · ti es wi thout pr ior wr it ten agreement. ... 6Feb08 p3 Final Review...

EADS Astrium CRISA

Actividades de Colaboración CRISA -CEI

I Sem inario Centro Electrónica Industrial

6 M arzo 2008

. Its content shall not be disclosed.

Contenido

Trayectoria de CRISA

Colaboraciones CRISA – CEI

Planar M agnetics DC/DC

BepiColom bo M PPT

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Final Review – Boost-based M PPT for High Power Applications6Feb08 p2

p

LISA Pathfinder M PPT

GAIA PEM UT FPG As

Análisis de Estabilidad de DC/DCs

Una m irada al futuro...SSPC para aeronáutica

Análisis de estabilidad


Personnel Evolution vs. Achievem ents

200

250

300Power

Electronics

Computersand ICUs

IntegralDPE

XM MACC

IntegralACC ASCAT

DPU

M etOpIASI IM SH

IRM AICU/PSU

H/PDPU

NirSpecICE

GOCEIPCU

LISAPCDU

GOCEPCDUSM ART-1

BM E

M etOpDC/DCSSPA

LEOSTARDRU

M nisat 1PDU

M inisat 1PCU



148168

205

263 245 240 234 242 240 240 234 234 286

0

50

100

150

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

and ICUs

Control & Driving Units

M IPASICE

RosettaSTR

ATVCPD

ATVCPF

PlanckSCE

M SGFCU

SPOT5M CM

ENVISAT-1ASARAPSM

ENVISAT-1ASARDCU

ARIANE 5SE


Contenido




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GAIA PEM UT FPG As






Proyecto de I+D con la ESA:

•Adaptación de la tecnología para su uso en aplicaciones espaciales•Integración de m agnéticos en PCB de acuerdo a las reglas de vuelo•Increm ento de la frecuencia de conm utación•Reducción de m asa y volum en

•Halfbridge con



•Half bridge con rectificación síncrona•Am plio rango de voltaje de entrada



Colaboración CEI -CRISA

Análisis de topologías

Di ñ d l t d t i

Conclusiones:•Satisfactorio com portam iento de los m agnéticos integrados•Incom patibilidad alta eficiencia – am plio rango de voltaje de entrada



Diseño de la etapa de potencia

Diseño de m agnéticos planos

Análisis de caso peor del filtro de entrada

Análisis de caso peor de la estabilidad del convertidor

Análisis de la start-up supply


Contenido




BepiColom bo M PPT



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GAIA PEM UT FPG As





M isión interplanetaria de la ESA a M ercurio:

•Origen y evolución del planeta•Estructura y atm ósfera residual•M agnetosfera•Origen del cam po m agnético del planeta

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Lanzam iento previsto 2013


BepiColom bo M PPT

Propulsión:•Gravedad de:

•La Tierra•Venus•M ercurio

•Propulsión eléctrica•M otor Iónico de rejilla•2 conjuntos de 2 m otores



•6 años de viaje

M M O

SS

M PO

M TM


APR – requisitos de diseño

500WO/P POW ER 40V to 101V

Bus

I/P IRipple

Toleranciaa fallos



APRDC/DC

fSW130kHz

Ripple

M ínim o

O/P VRipple

<0,5VpkpkCBUS

1,4m F

Bandw idth &Energy Storage

Z0 SA


APR – m odos de operaciónVOC inferior a VBUS la m ayor parte del tiem po – Eventualm ente (salida de eclipse cerca de la Tierra) VOC > VBUS

M PPTFuente de corriente controlada por el M PPTM áxim a potencia extraída del panel solar



CO NDUCTANCIAFuente de corriente controlada por M EAExceso de potencia disponible respectode la dem anda de batería y usuarios

S3RFuente de corriente; duty controlado porM EA

VOC > VBUS


APR – Etapa de potencia


Topologías candidatas

Análisis de prestaciones

Selección de la topología

l ió d é d d

Da Dc

Lb_b

L_lk

I_Da I_Dc



Selección de m étodos de control

M odelización de convertidores

Prototipado

Análisis de sistem a

SW

Do Ds

CsCo

Lb_a VbusVsa

Lm

V_CsV_SW

I_SW

I_Do I_Ds

Co


APR – M odelo de IngenieríaBepiColom bo M PPT




APR / Transición Eclipse – Sunlight cerca de M ercurio

Evolución del panel solar

123

4

Evolución del APR

Step Voc Isc Tim e (sec)0 0 0 0

Step Voc Isc Tim e (sec)0 0 0 0

VBATT



CH1: VM EA_D_1CH2: VM EA_D_2

CH3: VM EA_D_3CH4: VBUS (AC)

1 120 7,5 0,0242 100 8 263 78 8,5 60,84 68 8,7 121,65 68 8,7 180

1 120 7,5 0,0242 100 8 263 78 8,5 60,84 68 8,7 121,65 68 8,7 180

Step #1: S3R

Step #2: S3R

Step #3: S3R

Step #4: Conductance


APR resultados de pruebas – Eficiencia @ M PPT

APR Efficiency vs Input Volatge (M PPT O peration)

95

96

97

98

Eff (%)



92

93

94

40 50 60 70 80 90

Vin

Pout = 480W Pout = 350W Pout = 200W

Eff @ 480W Eff @ 350W Eff @ 200W


Contenido




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M isión científica de la ESA:

•Precursora de la m isión “Laser Interferom eter Space Antenna”•Detección de ondas gravitacionales generadas por agujeros negros•Interconexión espacio -tiem po

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SAR – m odos de operación

M PPTFuente de corriente controlada por el M PPTM áxim a potencia extraída del panel solar



CO NDUCTANCIAFuente de corriente controlada por M EAExceso de potencia disponible respectode la dem anda de batería y usuarios

I

V

Isc

Voc


L1

N1

N2



Topologías candidatas

Análisis de prestaciones

Selección de la topología



R L2Selección de la topología

Selección de m étodos de control

M odelización de convertidores

Análisis de sistem a



Interfaz con Panel Solar de 900W – 6 secciones

ISC hasta 23Am p – VOC

hasta 81V

3 x425W SAR – Diseño

Características m ás relevantes



3 x 425W SAR Diseño tolerante a un fallo

Control M PPT triple redundante con votador de m ayoría

Eficiencia


Contenido




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GAIA PEM UT FPG As





G aia PEM

M isión de la ESA para censar >1billón deestrellas en nuestra Galaxia (1% del total):

•Origen y evolución de la Galaxia•M apa tridim ensional de la Galaxia•Distancia, velocidad y dirección de cada objeto celeste•Detección de planetas•Detección de estrellas fallidas



eteccó de este as a das•Inventario de asteroides y com etas del Sistem a Solar


Fin de la m isión en 2020


G aia PEMG aia PEM – El entorno de pruebas

SIM ULADO RCCD

PEM

(20M Hz)

POW ER

COM M AND

VIDEO

DAC

DAC

ADC Señal de Video(m edida del UT)

Señalde Video

Señal Analógica de los CCD(Sim ulación)

Señales de Control CCD



FPG A #2FPG A #1

ANALIZADORLOG ICO

OSCILOSCOPIO(40M Hz)

Señal de Video(salida del PEM )

Program ación de los DAC(sim ulación señal de los CCD)

ControlDisparo de

adquisiciones

Sim ulaciónCom andosde Control

Tablas deSecuencias de Test32M x 32bit word


G aia PEMG aia PEM – FPGAs de pruebas


Sim ulación señales de referencia y vídeo – Precisión de 16bit

Sim ulación en tiem po real

Sim ulación señales de reloj (>20 líneas) para control del CCD

Sincronización actividades tiem po real equipos de pruebas



PEM – algunas cifras relevantes

100μV ruido – dom inio de la frecuencia – hasta 30M Hz – en las m ás de 20 líneas de reloj

Adquisición señal de Vídeo @ 16bit

Linealidad >15bit


Contenido




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Análisis de estabilidad DC/DC

Correlación entre m edida y sim ulación de lazos de control:

•Apoyo a la fase de diseño de tallado•Análisis de caso peor, efectos de:

•Tolerancia inicial



•Tolerancia inicial•Tem peratura•Envejecim iento en órbita•Radiación

•Apoyo al trabajo de ofertas técnicas




Análisis de herram ientas de sim ulación:Pspice

Sim ulink

Sim plorer



Análisis de caso peor – Pspice –Análisis de sensibilidad

Aplicación a program as concretos:LISA Pathfinder PCDU

NirSpec ICE – Jam es W ebb Telescope

Sem inario de difusión de resultados


25

50

Análisis de estabilidad DC/DCThis document is the property of Astrium. It shall not be communicated to third parties without prior written agreement.


Frequency

100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHzLp_caso1

-50

-25

0


Contenido




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SSPC para aeronáutica

Prim aryPower D istribution

M odule-Pn1

Prim aryPow er Distribution

M odule-Pnn

GENER ATO RNO M INAL

Prim aryPow er Distribution

M odule-Pn2

Prim aryPow er D istribution

M odule-Pr1


M odule-Prn

G EN ERATORR ED UN DANT


M odule-Pr2

EACH SSPC OF ANY SECONDARY POW ER

THE PRIM ARY POW ER DISTRIBUTIONM ODULES W ILL BE ONLY SUPPLIED FROMTHE NOM INAL OR REDUNDANT HIGH DC

VOLTAGE COM ING FROM THEGENERATORS.



SecondaryPow er D istribution

M odule-S1

SecondaryPow er Distribution

M odule-S2

SecondaryPower D istribution

M odule-S3

SecondaryPow er Distribution

M odule-Sn

Load-L1 Load-L2 Load-L3 Load-Ln

EACH LOAD COULD BE SUPPLIED FROMM ORE THAN ONE “SSPC” LOCATED IN ANY

OF THE “n” SECONDARY POW ERDISTRIBUTION M ODULES

DISTRIBUTION M ODULE COULD BESUPPLIED FROM M ORE THAN ONE “SSPCLOCATED IN ANY OF THE “n” PRIM ARYPOW ER DISTRIBUTION M ODULES


SSPC para aeronáutica

GENERATORREDUNDANTBUS-R

GENERATORNOMINALBUS-N

SSPC-A SSPC-B

SSPC2SSPC1 SSPC4SSPC3

SW1 SW2 SW3 SW4 Output0N 0N 0FF OFF L2=BUS_N; L1=BUS_NON OFF 0FF ON L2=BUS_N; L1=BUS_ROFF ON ON OFF L2=BUS_R; L1=BUS_NOFF OFF ON ON L2=BUS_R; L1=BUS_RON OFF OFF OFF L2 BUS N

Configuración flexible

Capacidad de conectar SSPCs:

En paralelo, para entregar m ás potencia

En serie, para proteger frente a fallo en corto



Load-L1 Load-L2

ON OFF OFF OFF L2=BUS_NOFF ON OFF OFF L1=BUS_NOFF OFF ON OFF L2=BUS_ROFF OFF OFF ON L1=BUS_R

Telecom ando:Valores de lim itación

Tiem po de lim itación

Telem edida:Consum os

Corriente

Voltaje de la barra de alim entación

Tem peratura

Configuración / Identificación


M odelos com portam entales

FM ECA del sistem a

Software de control de los SSPC s


Contenido




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Nuevas actividades previstas:

•Análisis de nuevas herram ientas para:•Predicción•Análisis de caso peor



•Biblioteca de m odelos de convertidores DC/DC

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