Max  Power  Point  Tracking  System  

Andres  Lopez  Sco:  Palo,  Andrew  Dahir,  Nicholas  

Rainville    

This    work  was  supported  by  the  NaDonal  Science  FoundaDon  REU  Grant  No.  1157020  to  the  University  of  Colorado.  

 

QB-­‐50  Project  •  QB-­‐50  is  a  project  led  by  the  Von  Karman  InsDtute  of  Fluid  Dynamics  that  is  a  part  of  the  European  Union  FP7  program.  

•  50  cubesat  constellaDon  with  each  carrying  one  of  4  different  scienDfic  instruments.  

•  Deployment  alDtude  of  ~380  km  (ISS)  •  Deorbit  with  in  9-­‐12  months.  •  The  constellaDon  will  yield  distributed  measurements  of  the  lower-­‐thermosphere.  

QB-­‐50  Challenger  •  Challenger  carries  an  Ion-­‐Neutral  Mass  Spectrometer  (INMS).  Built  by  University  College  London.  – Measures  abundance  of  Oxygen,  Nitrogen,  and  Nitric  Oxide.  

•  Challenger  carries  heritage  from  CSSWE  and  MinXSS.   QB-­‐50  Challenger  with  PV  

array  deployed  and  prototype  INMS  structure  

MoDvaDon  •  OpDmize  power  output  of  PV  array.  

– Output  of  16.5  V  at  460  mA  on  Earth  in  full  sunlight.  

•  Prevent  brown-­‐outs  – Pull  more  power  from  PV  array  than  the  amount  it  can  provide  (excessive  load).  

MPPT  Theory  •  Output  voltage  and  current  of  solar  cells  can  vary  due  to  environmental  condiDons.  – Temperature,  internal  resistance,  solar  irradiance  

•  Regulate  the  PV  array  voltage  and  current  to  where  power  supplied  to  the  load  is  the  greatest.  

MPPT  Algorithm  •  Constant  Voltage  

Constant  Voltage  Method  •  Power  is  interrupted.  Voc  with  zero  current  is  measured.  OperaDon  is  resumed  with  the  output  voltage  at  a  fixed  raDo(.76)  of  the  measured  Voc.  

•  Pros  – Simplest    – Least  ComputaDonal  

•  Cons  – 76%  is  good  approximaDon  but  someDmes  does  not  coincide  with  the  MPP  

Hardware  •  PV  Array  •  Voltage/Current  Sensor                            (TI  INA3221)  

•  Buck  Converter  (TI  TPS5420)  

•  Li-­‐Ion  Ba:eries   QB-­‐50  Challenger  Deployed  PV  array  

Voltage  and  Current  Sensing  •  Triple  Channel  Voltage/Current  Monitor  (TI  INA3221)  – CommunicaDon  over  I2C  interface.  

TI  INA3221  Example  ApplicaDon  

DC-­‐DC  Regulator  •  Boost/Buck  Converter  

–  Increase/Decrease  Voltage  •  Buck  Converter    (TI  TPS5420)  –  Vin  Min:  5.5  V  –  Vin  Max:  36  V  –  Iout  Max:  2  A  conDnuous      (3  A  Peak)  

–  Switching  frequency:  500  kHz  (500,000/sec)  

TI  TPS  5420  FuncDonal  Block  Diagram  

Microcontroller  •  Arduino  (ATmega328P)  

– Controls  ba:ery-­‐charging  circuitry  (DC-­‐DC  Regulator)  

– Reads  sensor  values  over  I2C.  

– Monitors  system  performance  (I/V  from  PV  array  and  ba:eries)  

Arduinos  communicaDng  voltage  values  over  I2C  

       

ATmega328P

PV  Array

TPS5420

INA3221

Ba:eries

I2C  

Power  

Data  

Outcomes/Future  Work  •  Device  built  from  spare  Electrical  Power  System  (EPS)  Board.  

•  Preliminary  TesDng  •  Device  will  exit  prototype  phase.  Finalized,  it  will  be  implemented  on  future  cubesats.  

Prototype  of  Device  

QuesDons?