Design and Development of a Scalable, Modular and Efficient Maximum Power Point Tracking Stage for a CubeSat EPS
Notice bibliographique
Résumé
This paper presents a design of a modular, scalable, and efficient maximum power point tracking (MPPT) stage that can be used in 2U to 36U form-factor missions and be easily adaptable for customer power and hardware requirements. The selection process as well as the verification of the system hardware and software designs are presented. Power point tracking algorithms are systematically reviewed and compared; on this basis the Modified Perturb & Observe algorithm is selected for implementation. Simulink and Python simulations show that this algorithm can reliably acquire a global maximum power point within 6 seconds under static, dynamic, and partial shading conditions while being agnostic of the size and electrical characteristics of a solar array that is being used. Hardware for the proposed system is designed using commercial off-the-shelf components that can withstand the environmental conditions in low Earth orbit. A single power point tracker, based on a DC/DC converter, is capable of handling solar arrays with open-circuit voltages up to 60 V, corresponding to a string array of up to 22 cells. A control scheme via input regulation is proposed, allowing both input regulation and precise external operating point control by the power point tracking algorithm. This control system is analysed, verified, and tuned for stability and a low bandwidth of 2.2 kHz to reduce noise. The DC/DC converter design is simulated in LTSpice to show its feasibility; a settling time of 4 milliseconds is demonstrated for the proposed DC/DC converter, which is suitable for the proposed MPPT algorithm. Using the unregulated DC/DC converter output the ability of the system to determine the power demand of the satellite and share the load between paralleled power point trackers is shown. Through this mechanism, it is possible to scale the system to process up to 100 W of input power. Redundancy mechanisms to eliminate single points of failure are also evaluated. The combination of hardware and software forms the complete power point tracking stage, which is the outcome of this work.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».