Bagaimana Penguat Arus Memantau Kesehatan Satelit

Bagaimana kita tahu bagaimana kinerja satelit di luar angkasa dari sini di Bumi? Pelajari bagaimana penguat arus atau CSA merupakan bagian penting dari beberapa sistem pemantauan satelit.

Beberapa perusahaan satelit komersial telah memasuki sektor luar angkasa dengan dampak besar, merevolusi kegiatan yang dulunya sebagian besar didanai oleh pemerintah ini. Perusahaan-perusahaan ini, bersama dengan banyak perusahaan lainnya, sedang mengembangkan mega-konstelasi telekomunikasi, jaringan radar yang kuat, dan platform pencitraan optik yang disempurnakan untuk orbit Bumi rendah, orbit Bumi sedang, dan orbit ekuator geostasioner.

Misi ini telah membuat banyak desainer beralih dari mendasarkan desain satelit pada komponen sederhana yang terpisah seperti penguat operasional (op-amp) atau transistor untuk mendukung sirkuit mikro yang lebih terintegrasi, yang membantu menghemat waktu dengan upaya desain, perakitan, dan pengujian.

Dalam artikel ini, kita akan membahas bagaimana CSA dapat memantau kesehatan dan fungsionalitas sistem distribusi daya satelit dan berbagai komponen listrik lainnya dengan menerapkan fitur seperti pemantauan arus rel daya, deteksi titik beban, dan kontrol penggerak motor. Penguat arus (CSA) sangat cocok untuk berbagai aplikasi di seluruh sistem elektronik satelit.

Dasar-dasar CSA

CSA memungkinkan desain penginderaan sisi tinggi dan rendah; Anda dapat mengkonfigurasi sistem untuk memiliki resistor shunt sebelum atau sesudah beban (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 ) untuk memantau anomali dalam arus beban terkirim yang diharapkan seperti peristiwa arus lebih.

Gambar 1. Implementasi tinggi dan rendah

Tabel 1 merangkum trade-off dari implementasi sisi tinggi dan rendah. Kedua konfigurasi memiliki kelebihan dan kekurangan, tergantung pada apa yang ingin dicapai oleh perancang sistem dengan CSA.

	Sisi Tinggi	Sisi Bawah
Implementasi	Masukan diferensial	Input tunggal atau diferensial
Rentan terhadap gangguan tanah	Tidak	Ya
Tegangan umum	Dekat dengan persediaan	Dekat dengan tanah
Persyaratan rasio penolakan mode umum	Lebih tinggi	Bawah
Muat deteksi singkat	Ya	Tidak

Tabel 1. Penginderaan sisi tinggi vs. sisi rendah

Pemantauan Kereta Api

Salah satu kasus penggunaan paling umum untuk CSA di satelit adalah untuk memantau arus input rel daya utama untuk mendeteksi transien peristiwa tunggal. Kemampuan CSA dapat menangani penerapan tegangan yang lebih besar daripada tegangan suplai ke pin inputnya menawarkan fleksibilitas desain yang lebih besar daripada op-amp tradisional atau pendekatan diskrit lainnya, di mana tegangan pin input mode umum terikat oleh tegangan suplai dari op-amp. ampli Saat menggunakan CSA untuk memantau rel daya utama, Anda dapat menempatkan resistor shunt pada sisi beban yang tinggi atau rendah. Sisi tinggi biasanya merupakan pengaturan yang lebih disukai saat memantau rel daya utama, sehingga Anda dapat memanfaatkan CSA untuk mendeteksi arus pendek beban untuk perlindungan sistem dan membantu menghindari kegagalan sistem total.

Deteksi Titik Muat

Dimungkinkan untuk memanfaatkan CSA untuk melakukan deteksi titik beban untuk perlindungan arus berlebih, pengoptimalan sistem, atau umpan balik loop tertutup, yang semuanya merupakan cara yang berguna untuk mengumpulkan data pada komponen sistem vital dan menentukan kesehatan atau konsumsi daya beban sistem tertentu . Dengan menggunakan data dari CSA, sistem dapat membuat keputusan berdasarkan data seperti kalibrasi otomatis, deteksi singkat, atau pembatasan aliran arus untuk memuat komponen seperti power amplifier (PA) dan berbagai sistem elektronik lainnya serta memastikan pengoperasian yang benar. Keakuratan CSA, rentang tegangan tinggi, dan rentang mode umum independen tegangan suplai memungkinkan pemantauan komponen penting misi dengan lebih mudah dan membantu memastikan keberhasilan misi.

Perlindungan Arus Lebih

Gambar 2 menunjukkan pengaturan diskrit umum dari CSA yang digabungkan dengan komparator, menggunakan tegangan referensi yang ditentukan untuk mengatur tingkat perjalanan. Dalam konfigurasi ini, CSA digunakan pada sisi tinggi dan mengukur tegangan diferensial yang dikembangkan melintasi resistor indera. CSA mengirimkan output ke input komparator dan konverter analog-ke-digital. Dengan konfigurasi ini, sistem dapat terus memantau arus ke beban; jika peristiwa tak terduga terjadi, komparator cepat akan memicu dan membuat keputusan berdasarkan data untuk mencekik atau mematikan sistem untuk menghindari kegagalan total.

Gambar 2. Proteksi arus lebih diskrit

INA901-SP dari Texas Instruments adalah CSA kelas V Kelas V yang memenuhi syarat untuk penginderaan sisi tinggi dan rendah, dengan tegangan input mulai dari –15 V hingga 65 V, 50-krad ( Si) spesifikasi radiation-hardened-assured (RHA) pada laju dosis rendah, dan kekebalan single-event latch-up (SEL) hingga LET_EFF =75 MeV-cm ² /mg SEL. INA901-SP membantu meminimalkan jumlah perangkat yang diperlukan untuk memantau kesehatan rel suplai dan melindungi sistem satelit dari peristiwa arus lebih.

Aplikasi Komunikasi Frekuensi Radio

Sistem komunikasi adalah aplikasi umum untuk deteksi titik beban, di mana CSA memainkan peran penting dalam mengendalikan operasi PA selama masa pakainya. Ketika peralatan komunikasi satelit memancarkan gelombang radio, menyesuaikan tegangan gerbang untuk titik bias tertentu dari transistor di PA mengontrol arus yang dikirim untuk membantu meningkatkan efisiensi sistem. Ada dua metode untuk mengontrol aliran arus melalui PA. Metode pertama, konsep loop terbuka, memiliki beberapa kelemahan termasuk tegangan kontrol tetap untuk bias, yang mengabaikan dampak variasi suplai, penuaan perangkat, dan fluktuasi yang disebabkan oleh perubahan suhu. Metode kedua adalah konsep umpan balik tertutup yang memanfaatkan CSA dan beberapa komponen lainnya, yang memungkinkan kontrol dinamis titik bias transistor PA tetapi menghasilkan jejak papan sirkuit tercetak yang lebih besar.

Gambar 3 adalah contoh sistem loop tertutup yang memantau aliran arus melalui saluran PA, memantau VDD dengan monitor bus, dan proteksi arus lebih dengan komparator. Tergantung pada batasan Anda mengenai ruang papan, biaya, presisi, atau jumlah antena, metode optimal untuk kontrol dinamis dapat bervariasi. Sebagian besar pendekatan menyertakan CSA sebagai bagian dari rantai umpan balik untuk menyesuaikan bias dan meningkatkan efisiensi.

Gambar 3. Tegangan bus, arus, dan umpan balik arus lebih

Aplikasi Penggerak Motor

Dalam aplikasi penggerak motor, sirkuit penggerak motor menghasilkan sinyal termodulasi lebar pulsa (PWM) untuk mengontrol operasi motor secara tepat. Sinyal termodulasi ini tunduk pada sirkuit pemantauan yang ditempatkan sejalan dengan setiap fase motor, yang memberikan informasi umpan balik untuk sirkuit kontrol. Karena amplifier dunia nyata (sebagai lawan dari amplifier teoretis) kurang dari sempurna, kegagalan amplifier untuk menolak langkah tegangan input besar yang digerakkan oleh PWM dari tegangan mode umum dapat mempengaruhi output. Amplifier dunia nyata tidak memiliki penolakan mode umum yang tak terbatas, dan fluktuasi yang tidak diinginkan muncul pada output amplifier yang sesuai dengan setiap langkah tegangan input.

Gambar 4 menunjukkan contoh CSA dalam aplikasi penggerak motor. Amplifier merah menunjukkan tempat untuk menempatkan CSA inline dalam sistem. Gambar 5 menunjukkan keluaran perangkat pesaing, sementara Gambar 6 menunjukkan output dari INA240-SEP.

Gambar 4. Implementasi CSA sebaris (hanya satu fase yang ditampilkan)

Gambar 5. Output perangkat yang bersaing vs. input PWM

Gambar 6. Keluaran INA240-SEP vs. masukan PWM

Fluktuasi keluaran ini dapat cukup besar, dan tergantung pada karakteristik penguat, dapat memerlukan waktu yang signifikan untuk diselesaikan setelah transisi masukan. Memanfaatkan teknologi penolakan PWM yang disempurnakan di INA240-SEP membantu memberikan penekanan tingkat tinggi untuk transien mode umum besar (ΔV/Δt) dalam sistem yang menggunakan sinyal PWM, yang sangat berguna dalam aplikasi penggerak motor dan solenoida. Fitur ini memungkinkan pengukuran arus yang akurat dengan transien yang berkurang dan riak pemulihan terkait pada tegangan output.

INA240-SEP dari Texas Instruments adalah perangkat ultra-presisi yang mampu tegangan mode umum –4-V hingga 80-V dengan kesalahan penguatan 0,2%, penyimpangan penguatan 2,5 ppm/°C, dan tegangan offset ±25 V. Perangkat ini merupakan bagian dari portofolio tahan radiasi Space-Enhanced Plastic (Space EP) TI hingga 30-krad(Si), dengan kekebalan SEL hingga 43 MeV-cm ² /mg pada 125°C, menargetkan aplikasi orbit Bumi rendah.

Kesimpulan

Penginderaan saat ini memberikan banyak manfaat bagi sistem, termasuk kinerja yang dioptimalkan, keandalan yang ditingkatkan, dan pemantauan kondisi untuk melindungi sistem vital. Karena CSA tingkat ruang memungkinkan pengukuran langsung dengan hasil yang sangat akurat, CSA membantu sistem bekerja dengan benar selama bertahun-tahun di lingkungan yang paling keras. Untuk produk luar angkasa Texas Instruments lainnya, lihat www.ti.com/applications/industrial/aerospace-defense/overview.html#.

Artikel Industri adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang bermanfaat dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang tidak sesuai dengan konten editorial. Semua Artikel Industri tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan tujuan menawarkan kepada pembaca berita, keahlian teknis, atau cerita yang bermanfaat. Sudut pandang dan pendapat yang diungkapkan dalam Artikel Industri adalah milik mitra dan belum tentu milik All About Circuits atau penulisnya.