Von JC Reynaud F5DKJ
Übersetzung von Georges Mathgen LX1BB

Stromversorgung des SATEDU Satelliten

 

Einleitung

Entwicklung und Bau der Stromversorgung des zukünftigen SATEDU Satelliten wurden dem ADREF13 Team anvertraut, vor allem Max (F11GVK), Pierre (F1BQR) und Jean-Claude (F5DKJ) in Verbindung mit einem Studenten (Norbert) der ein Diplom in Informatik an der Technischen Hochschule von REMPART vorbereitet. Die uns anvertraute Aufgabe musste ganz präzise, vom AMSAT Team und seinem Projektmanager Ghislain Ruy (F1HDD) vorgegebene Kriterien erfüllen (welche sich manchmal ausserhalb der klassischen Konzepte des Basiselektronikers bewegten).

 

Hauptmerkmale des Satelliten:

 

Hauptkriterien:

Eigenschaften der Solarpanele

Ein Panel produziert 14V bei 0.778A d.h. 11.6W am Lebensanfang und 12V bei 0.72A d.h. 8.6W am Lebensende

• Galliumarsenidzellen à 19.5cm2 und 4x7 Zellen pro Panel.

   

  Ein Panel produziert 13.6V bei 0.98A d.h. 13.4W am Lebensanfang und 12V bei 0.9A d.h. 11.6W am Lebensende Die zweite Lösung wäre vorzuziehen, die Entscheidung hängt jedoch letztlich von den kommerziellen Angeboten ab.

Für den Bau des Prototypen hat ADREF13 den Kauf eines TGM750-12v Solarpanels finanziert.

Die Batterien wurden von Max (F11GVK) geliefert, die mechanische Struktur von F1BQR und die Prototypkarte von F5DKJ erstellt.

 

Synoptisches Diagramm – Beschreibung

 

 

Beschreibung der einzelnen Elemente

 

Solarpanel- und Batteriestrom Messung:

Um diese Ströme zu messen wird zwischen den Panelausgängen oder vor der Batterie, ein MAX471 Schaltkreis in Serie benutzt der eine dem Stromfluss proportionale Spannung liefert. Diese Spannung ist zur Masse hin referenziert. Der Chip ist als Differentialverstärker geschaltet. Zur Erhöhung der Sicherheit wird ein zweiter vor den Solarpanelen eingebaut. Der Ausgangswert beträgt 1v/A.

 

Regulator und Batterieladungsüberwachung:

Die Regulierung sowie die Ladeüberwachung erfolgt über einen MAX 1640EEE Schaltkreis. Es handelt sich um ein Konstantstrom-Ladesystem. Der Ladestrom und die maximale Ausgangsspannung werden über Widerstände programmiert. Da die Höchstspannung eines NiCd Elements bei voller Ladung 1.45V beträgt, erhalten wir in unserem Falle eine Maximalspannung von 8x1.45=11.6V.

 

Konverter-Regulator für +5V:

Es wird ein STEP-DOWN Schaltkreis vom Typ LT 1374-5 verwendet. Hiermit werden +5V und 4A bei einer Effizienz von 85% erreicht.

 

Konverter-Regulator für +9V:

Hier wird’s komplizierter (Danke Ghislain), da die Batteriespannung zwischen 8x1V=8V und 8x1.45V=11.6V variieren kann. Die erste Lösung bestand darin, einen STEP-UP Schaltkreis bis +15V und anschliessend einen STEP-DOWN Schaltkreis bis +9V zu verwenden. Damit fällt aber die Effizienz auf 60%, was den auferlegten Kriterien nicht gerecht wird. Wir haben uns deshalb für einen „Buck/Boost" Konverter entschieden der mit einer einzigen Spule und einem Mosfet Transistor zum vorgegebenen Ziel führt. Der verwendete Schaltkreis ist ein LTC1625 mit IRF7201 Mosfet Transistoren.. Die Effizienz beträgt 83%, allerdings mit begrenzter Stromaufnahme. Deshalb wurden zwei Konverter auf der Testplatine integriert.

 

Die Batterien:

Es werden 8-Element NiCd Batterien (1.2V/7Ah pro Element) verwendet die bei voller Ladung eine Kapazität von 67 Wh aufweisen. Um den Memory Effekt (Inverse Spannung) möglichst klein zu halten wenn ein oder zwei Elemente ausfallen, wurde die Einheit mit Schottky Leistungsdioden ausgestattet.

 

Strom- und Spannungsmessung:

Dieses System benutzt einen MAX186 Analog-Digital Konverter. Er enthält 8 Analogeingänge. Diese Untereinheit misst und überträgt nur Rohdaten an den SPI Bus. Die Skalierungen werden vom Bordrechner durchgeführt (Jedem seine Probleme, hi!)

 

Sicherheitseinrichtung zur Solarpanel-Umschaltung:

Die Sicherheitseinrichtung wird beim Einschalten der beiden Lithium Batterien aktiviert. Die Solarpanele sind vom Regulator und von den Batterien abgetrennt. Die Verbindung wird hergestellt durch

• Einschalten der 30 Sekunden Verzögerung
• Einschalten der 30 Tage Verzögerung
• Erschöpfung der Lithium Batterien

Diese Schaltung besteht aus einem MIC5015 Mosfet Treiber sowie einem IRF7201 Leistungs-Mosfet. Das Kommando geschieht über ein statisches Relais vom Typ AQY210.

 

Aktivierungs-Einheit:

Die Schaltung beinhaltet zwei Funktionen:

• Verzögertes Einschalten 30 Sekunden nach der Trennung von der Trägerrrakete
• Verzögertes Einschalten 30 Tage später, zusätzlich oder als Sicherheit für den Fall dass die erste Prozedur nicht funktioniert hat.

Die 30 Sekunden-Verzögerung wurde uns auferlegt um die Hauptnutzlast nicht zu gefährden (die Startfinanzierer) Die 30 Tage-Verzögerung berücksichtigt den ungünstigsten Fall wo die Rakete nicht abhebt. Danach wird Alles demontiert!!!!

 

30 Sekunden Aktivierung:

Dieses System spricht auf das Öffnen eines Kontaktes an um die 30 Sekunden Verzögerung zu aktivieren die Ihrerseits über ein statisches Relais die Solarpanele einschaltet. Die Stromversorgung geschieht über eine Lithium Batterie. Für den Fall wo das System das Öffnen des Kontaktes nicht erfasst, wird auf die 30 Tage Funktion umgeschaltet. Bemerkung: Da das System auf Strommangel reagiert, wird das statische Relais unausweichlich beim Tode der Batterie die Solarpanele einschalten.

 

30 Tage Aktivierung:

Diese System speist ein statisches Relais über eine zweite Lithium Batterie deren Lebensdauer auf 30 Tage berechnet ist. Nach Ablauf dieser Zeitspanne schaltet das Relais auf N.O (Normal Offen) und aktiviert die Solarpanele.

 

Schlussfolgerungen:

Die Studie und der Bau des Prototypen haben uns ein beträchtliches Know How in uns wenig bekannten Gebieten verschafft. Wir haben uns viel dokumentieren müssen, viele e-mails mit dem Projektleiter ausgetauscht (Danke Ghislain für deine Verfügbarkeit), aber das Ganze war die Mühe wert. Wir beabsichtigen, diese Studie beim Bau von zukünftigen terrestrischen Beacons zu benutzen. Nun werden wir zum Bau der Flugplatine schreiten, ein anderes Know How, und wir warten vor allem mit grosser Zuversicht auf den zukünftigen Start.