Aide pour le système d'alimentation FUSEX

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gstorto
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Aide pour le système d'alimentation FUSEX

Messagepar gstorto » 10 avr. 2018, 22:36

Bonjour !

On réfléchit un peu à propos du système d'alimentation de la FUSEX qu'on lancera cette année.
L'année dernière, l'alimentation a posé des grands soucis à cause d'une consommation excessive en mode veille. Les relais pour alimentation/coupure étaient en mode normalement fermés, et donc en veille, toutes les solénoïdes sont énergisées.
On ne voulait pas retirer la caractéristique normalement fermé (alimenté) de notre système, parce que cela rajoute de la robustesse dans le cas d'arrachage de câbles, batteries et cartes lors du lancement de la fusée. De plus, c'est une recommandation du cahier de charges.

Moi, j'ai pensé à un système comme celui:
im
schematics.png
schematics.png (330.15 Kio) Vu 2373 fois


Par contre, j'ai quelques doutes:

  • L'année dernière, les GNDs n'étaient pas reliés entre eux ni au corps de la fusée. Cela vous semble une mauvaise idée de relier tous les GNDs et les égaliser au potentiel du corps de la fusée ? Cela permettra de supprimer l'opto-coupleur au milieu et réduire la consommation en veille.
  • Avoir une batterie exclusive pour le système d'alimentation (grand rectangle bleu) vous semble une bonne idée ? La désavantage due à cela serait d'avoir un plus grand Rds sur le IRLZ44N, si on utilise un LiPo single-cell et avoir un deuxième circuit de chargement de batterie.
  • Une batterie pour chaque expérience ou une pour un groupe d'expériences rajouterait de la robustesse ? L'idée initiale était d'avoir une batterie par expérience, mais cela complexifierait le système de chargement, augmenterait le poids de la fusée. Je pensais à mettre des fusibles inline avec chaque expérience pour éviter une faille catastrophique de la batterie.

Pour une idée de la complexité de la carte, cette année on aura 4 expériences reliées au système, mais on voulait la concevoir pour 8 en ciblant l'année prochaine.

Merci
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Flax
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Re: Aide pour le système d'alimentation FUSEX

Messagepar Flax » 11 avr. 2018, 10:13

Bonjour,

Je pense qu'il manque des éléments pour comprendre le contexte exact.

  • Séparer les masses a plus de sens si les alimentations sont séparées. L'idée étant d'éliminer les modes communs entre les différentes parties. Ici on pourrait dire que ça permettrait d'éviter les fuites de courant entre les différentes parties, donc en cas d'alims dédiées ça permet d'éliminer des sources de pertes d'autonomie.
  • Je n'ai pas compris la question. Si la question c'est de savoir si ça vaut le coup de mettre un régulateur, je dirais que sur une alimentation batterie c'est préférable pour la safety, car les régulateurs ont des protections sur-courant, donc ça permet d'éviter d'avoir un CC aggravé. Sinon un fusible ça marche aussi.
  • Des alims dédiées ça ne me semble pas forcément indispensable, effectivement. Par contre il faudra durcir le filtrage entre les différentes parties, vu qu'il va y avoir du bruit quand les jack vont être déconnectés. Évidemment ça rend le système moins robuste, mais ça le rend aussi plus fiable, ce qui est contre-intuitif. Dans tous les cas, il faut au minimum un fusible sur la batterie, c'est le minimum au niveau safety. En mettre un par partie permet de rendre pus robuste, car si une partie se met en CC ça ne bloque pas les autres.

Mais je pense qu'il me manque vraiment des billes.
Est-ce que les "expériences" sont sensées se déconnecter en fonctionnement ?

Flax
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Re: Aide pour le système d'alimentation FUSEX

Messagepar gstorto » 11 avr. 2018, 20:09

Hello Flax,

Merci pour l'aide.
Alors pour donner plus de détails à propos du projet, je montre ce que sera branché à l'alimentation cette année, les expériences:

  • Module de trajectométrie: STM32F7 + Arduino Mega + GPS + IMU 10 DoF + LoRa
    Consommation max estimée : 2A@5V. Prévoir un régulateur 5V/3A dedié.
  • Module de séparation premier/deuxième étage: (servo ou ventouses électromagnétiques) + contrôle
    Consommation max estimée : difficile à prévoir maintenant, mais comme c'est l'expérience principale, probablement batterie + régulateur dédiée
  • Module de télémesure : design par les radioamateurs du lab
    Prévoir un régulateur 5V/3A dedié
  • Capture transmission vidéo : quelques (RPi + caméra)
    Prévoir un régulateur 5V/3A dedié

Les deux séquenceurs (premier + deuxième étage) pour le déclenchement des parachutes auront leur propre système d'alimentation. C'est une contrainte du cahier de charge pour garantir leur déploiement.
Les modules du deuxième étage, seulement le deuxième séquenceur pour le moment, sont électriquement isolés du premier étage.

Pour répondre à tes questions:

  • Oui je suis d'accord. Moi, je pensais à avoir une batterie dédiée pour le module de télémesure à cause du RF et une autre pour la séparation à cause de la consommation et le fait d'être l'expérience principale.
    Les expériences capture/transmission vidéo et module de trajectométrie partageraient une seule batterie avec un régulateur 5V/3A pour chacune.
  • Non, je parlais plutôt de remplacer VBATEn sur le schématique par VBATA (batterie alimentation), eliminer l'opto-coupleur et prendre le VBATA d'une petite single-cell LiPo. Par contre, cela implique que tous les GNDs de toutes les batteries seront reliés à celui de la single-cell LiPo, sinon l'IRLZ44N ne marchera pas. De plus, l'IRLZ44N aurait un VGS de 3.7V dans le pire cas. Son Rds n'est pas super à cette voltage. Je voulais juste me débarrasser de l'opto-coupleur et simplifier le design, mais je ne vois pas de bonnes solutions.
  • Pour les fusibles, 100% d'accord. Quand tu parles de filtrage, tu parles des capacités pour filtrer le EMI/RFI et d'autres de bypass?

Alors, pour ta question de déconnexion lors du vol. La trajectométrie, la télémesure et la transmission vidéo fonctionneront en permanence. Le module de séparation et les deux séquenceurs feront un appel de courant lors du déclenchement de leur système (parachute ou séparation).

Gleison.
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Re: Aide pour le système d'alimentation FUSEX

Messagepar Flax » 12 avr. 2018, 11:30

Bonjour,

Filtrage je pensais à un peu plus large que le "simple" filtrage EMI/RFI en hautes fréquences. En fait vu qu'il y a déconnexion d'un connecteur en cours de fonctionnement, et que les systèmes doivent continuer à tourner malgré la déconnexion, il ne faut pas que la déconnexion provoque des malfonctions, et là avec des connecteurs qui se débranchent on est à des fréquences plus faibles, genre microcoupures dans l'ordre de la µs / ms. Dans ce cas, il ne faut pas que les bruits induits viennent mettre la zone sur les rails d'alims des sous-ensembles, donc : bien dimensionner les capas tank en entrée. Et si vous devez mettre des grosses capa électrolytiques, vu que vous allez vous manger des vibrations et des accélérations pas poss', préférablement les prendre en traversant, et dans tous les cas les coller à l'epoxy. D'ailleurs, d'une façon générale, tous les gros composants (selfs, capas) devront être collés, je dirais colle silicone minimum, idéalement à l'Epoxy. Nous sur les cartes qu'on fait pour Renault F1 on colle à la 3M 2032, c'est un peu cher (50€ le tube) mais ça tient la bombe. Mais c'est surtout pour tenir les hautes températures, dans votre cas c'est peut-être différent (haute atmosphère -> plutôt basses températures ?).

Autre souci à prévoir : quand un sous-ensemble se déconnecte, la charge sur le rail d'alim général va changer - l'on suppose qu'il y a une alim commune à tout le monde, s'pas ? - et cette variation de la charge - donc du courant consommé avec un profil potentiellement bien barbare - ne doit pas provoquer de malfonction de l'alim générale qu se répercuterait sur les autres modules. Surtout que vous parlez de solénoïdes à un moment, et justement les charge inductives sont un gros problème car quand on les déconnecte ça provoque une surtension (en automobile le cas typique c'est le load-dump, dans les normes 35V / 400ms sur le 12V batterie ... raison pour laquelle la plupart des circuits d'alim en AECQ tiennent 40V en nominal). En plus les courants consommés ne sont pas négligeables si je comprends bien (on parle d'ampères). Donc il faut voir l'archi générale, et vérifier que l'alim principale tien toujours, quel que soit le nombre de sous-éléments alimentés, idéalement vérifier les impédances des alims de chaque sous-ensemble pour identifier si il y a un risque d'instabilité (si l'alim générale est générée par un régulateur, mais peut-être ça peut aussi arriver avec une batterie ? Je ne sais pas trop, là je manque d'expérience dans le domaine). Et surtout vérifier quels sous-ensembles ont une charge inductive sur leur "primaire", et check quelle est la surtension provoquée, vérifier si elle risque de perturber d'autres sous-ensembles ou l'alim source, et le cas échéant mettre des contre-mesures de protection pour tenir ces sur-tensions.

Je suis d'accord que tout ce que je dis parait très lourd mais je ne fais que lister les pires problèmes que vous pouvez rencontrer. En vrai il n'y a surement que très peu de problèmes qui vont effectivement avoir lieu, mais la seule façon de savoir de quoi c'est d'analyser la spec et les use-case dans le détail. Et là, dans un topic de forum ... C'est un peu court.

Flax

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