

Sistema de Gestión de Energía para Satélites Cubesat
- Size
- 96 × 90 mm
- Copper layers
- 2
- Thickness
- 1.6 mm
- Parts
- 212
- Nets
- 301
- Pads
- 789
- Tracks, vias
- 289, 0
- Routed
- Yes
- KiCad
- KiCad 8.0 (file 20240108)
- Created
- 26 Sep 2024
- Updated
- 7 Dec 2025
Overview
TPP is an open-source printed circuit board by juan-LARRAYA, from the juan-LARRAYA/TPP repository on GitHub. It is a 2-layer board of 96 × 90 mm with 212 parts on 301 nets, routed with 289 tracks and 0 vias.
It is built around the ATMEGA1284P-PU, MT3608 and LM2831YMF, with the LM358, MP5035GJ-P and CD74HC4067SM96 among its other parts. Its parts include 72 resistors, 47 capacitors, 35 diodes, 32 ICs and 16 inductors. It belongs with the STM32 and AVR (ATmega, ATtiny) boards of this library.
Main components
9ATMEGA1284P-PU
PDIP-40-40℃~+85℃ 1.8V~5.5V 10bit 128KB 16KB 20MHz 32 4KB 8 Bit AVR Built-in FLASH PDIP-40 Microcontrollers (MCU/MPU/SOC) ROHSMicrochip TechnologyMicrocontrollers (MCU/MPU/SOC)MT3608
SOT-23-6-40℃~+85℃ 1 1.2MHz 100uA、1.6mA 2A 2V~24V Adjustable Boost Boost Built-in No SOT-23-6 DC-DC Converters ROHS西安航天民芯DC-DC ConvertersLM2831YMF
SOT-23-5-40℃~+125℃@(TJ) 1 1.5A 3V~5.5V 550kHz 5mA 600mV~4.5V Adjustable Buck Buck Built-in SOT-23-5 DC-DC Converters ROHSTexas InstrumentsDC-DC ConvertersLM358
SOP-8-18V~18V 0℃~+70℃ 1.2MHz 10nA 2 24mA 3V~36V 500uA 50nA 5mV 80dB Built-in compensation SOP-8 Operational Amplifier ROHSMSKSEMIOperational AmplifierMP5035GJ-P
TSOT-23-6-40℃~+125℃ 1 2.9V~22V 2A 82mΩ Active High Load Switch TSOT-23-6 Power Distribution Switches ROHSMonolithic Power SystemsPower Distribution SwitchesCD74HC4067SM96
SSOP-24-208mil-55℃~+125℃ 15ns 16 16:1 2V~6V 5pF 70Ω 89MHz SSOP-24-208mil Analog Switches, Multiplexers ROHSTexas InstrumentsAnalog Switches, MultiplexersCRS08
SOD-123FL-55℃~+125℃ 1.5A 40V 500uA@40V 50A 550mV@2A Independent SOD-123FL Schottky Diodes ROHSShikuesSchottky Diodes1N4148W
SOD-123150mA 1A 1V@50mA 1uA@75V 400mW 4ns 75V Independent SOD-123 Switching Diodes ROHSSTMicroelectronicsSwitching DiodesRU8205G
TSSOP-81.5V@250uA 1.5W 2 N-Channel 20V 40mΩ@2.5V,5A 6A TSSOP-8 MOSFETs ROHSShenzhen ruichips SemiconMOSFET
README
README.mdEPS CubeSat - Sistema de Gestión de Energía
Sistema de gestión de energía (EPS - Electric Power System) para CubeSat, diseñado para cumplir con las especificaciones requeridas en tensiones de salida, tasas de datos para comunicación con periféricos y vida útil extendida.
Autores
- Larraya, Juan Cruz - 104162 - jlarraya@fi.uba.ar
- Stirparo, Nicolás - 105885 - nstirparo@fi.uba.ar
- Paulino Alaya, Diego - 104311 - dpaulino@fi.uba.ar
Director y Codirectores
- Director: Enrique Jorge Castelli
- Codirectores:
- Fernando Filippetti
- Monica Viviana Nitoli
Introducción
El EPS es uno de los subsistemas más críticos de un satélite, ya que de su correcto funcionamiento depende la operación continua de los demás módulos, tales como el sistema de comunicaciones, el control de actitud y el payload. Su rol principal es gestionar la energía captada por los paneles solares, regular y distribuir las tensiones necesarias, cargar las baterías y garantizar tanto la protección de las mismas como la seguridad de los circuitos asociados. Además, debe ser capaz de sensar parámetros eléctricos y térmicos para reportarlos al computador a bordo y así optimizar la eficiencia energética durante la misión.
Motivación
Este proyecto surge de la escasa oferta de módulos EPS en Sudamérica y de los elevados costos de los productos disponibles en el mercado internacional, que en muchos casos carecen de documentación abierta para su integración. Ante esta situación, se plantea la oportunidad de desarrollar un sistema propio que no solo satisfaga las necesidades técnicas del CubeSat propuesto, sino que también contribuya al crecimiento de la industria espacial argentina mediante la generación de conocimiento y tecnología local.
Objetivos
El proyecto entrega un prototipo operativo junto con:
- Documentación técnica completa
- Mediciones necesarias para su validación
- Circuito esquemático para realizar copias del circuito industrialmente a escala en un PCB bajo la norma PC104
Características Técnicas
El sistema EPS desarrollado cuenta con las siguientes características:
Diseño Modular
- PPC (Power Processing and Control): Optimizado con control digital directo
- BMS (Battery Management System): Sistema de gestión de baterías a medida
- PDU (Power Distribution Unit): Unidad de distribución de energía eficiente
Monitoreo y Sensado
- Bus I²C con sensores INA219 para monitoreo preciso y escalable
- Medición de tensión, corriente y temperatura en puntos críticos del sistema
- Telemetría completa de parámetros eléctricos y térmicos
Gestión Inteligente de Baterías (BMS)
- Protección integral contra sobre y baja tensión
- Protección contra sobrecorriente
- Monitoreo de temperatura
- Estado de carga (SOC)
- Capacidad de balanceo de celdas
Cargador de Baterías con MPPT
- Extracción de máxima potencia de los paneles solares
- Algoritmo MPPT para optimización de eficiencia de carga
- Tres canales de entrada fotovoltaica independientes
Regulación y Distribución de Energía
- Tres buses de alimentación regulados (3.3V, 5V)
- Redundancia en las salidas de 3.3V y 5V
- Limitadores de corriente en cada canal
- Compatibilidad con norma PC104
Interfaz de Comunicación
- Comunicación UART/USART con la computadora a bordo del CubeSat
- Comandos y lectura de registros de estado de todos los módulos
- Bus I²C para sensores y periféricos
Desarrollo del Proyecto
Prototipo Final
Fallos Encontrados y Soluciones Implementadas
Durante el desarrollo del proyecto se enfrentaron desafíos significativos que requirieron cambios en la metodología y arquitectura del sistema:
1. Fallo Funcional del Primer Prototipo Monolítico
Problema: El diseño inicial, concebido como una solución "todo en uno" y fabricado profesionalmente, falló en las pruebas iniciales. Esto se debió a la complejidad inherente de un sistema monolítico, donde la interdependencia de los componentes dificulta la depuración y la identificación de la causa raíz de los fallos.
Solución: Se adoptó una metodología de desarrollo modular e incremental. El sistema EPS se descompuso en sus bloques funcionales principales (PPC, BMS, PDU), y cada módulo se implementó y probó de forma aislada utilizando prototipos de bajo costo. Esta estrategia permitió una depuración más controlada y económica.
2. Ineficiencia en la Adquisición de Datos (Mapeo Directo por ADC)
Problema: El enfoque preliminar utilizaba divisores de tensión y amplificadores operacionales conectados directamente a las entradas ADC del microcontrolador. Esto resultaba en un alto consumo de pines, complejidad del circuito debido a la circuitería de acondicionamiento de señal para cada medición, y susceptibilidad al ruido en las largas pistas analógicas.
Solución: Se migró a una arquitectura de monitoreo digital y distribuida basada en el bus I²C, utilizando sensores de corriente y potencia INA219. Estos dispositivos integran un amplificador de precisión y un ADC de 12 bits, transmitiendo mediciones de forma digital. Esta solución redujo drásticamente el uso de pines del microcontrolador, simplificó la interconexión, aumentó la precisión y la robustez frente al ruido.
Estructura del Repositorio
TPP/
├── firmware/ # Código fuente del firmware
│ ├── TPP STM/ # Firmware principal para STM32
│ └── demos/ # Demostraciones y pruebas
│ ├── DuinoSTM32/ # Ejemplos con Arduino IDE para STM32
│ ├── STM32CubeIDE/ # Proyectos de STM32CubeIDE
│ ├── filmwareSTM32/ # Firmware de prueba STM32
│ └── pruebasMppt/ # Pruebas del algoritmo MPPT
│ ├── arduino/ # Versión Arduino
│ ├── esp32/ # Versión ESP32
│ └── bluePIlPrueba/ # Versión Blue Pill (STM32F103)
│
├── hardware/ # Diseños de hardware
│ ├── PowerSis-V0.0/ # Versión inicial del diseño
│ └── kikads/ # Diseños en KiCad
│ ├── PowerSis-V4.4+modFinales/ # Versión 4.4 con modificaciones finales
│ ├── PowerSis-V5.0/ # Versión 5.0 (última versión)
│ └── superados/ # Versiones anteriores superadas
│
├── utilidades/ # Herramientas y scripts de utilidad
│
├── Info util CubeSat ENERGIA/ # Información y documentación de referencia
│
└── TPP Informe.pdf # Informe técnico del proyecto¿Qué puedes hacer con este proyecto?
1. Explorar el Diseño de Hardware
Navega a la carpeta hardware/kikads/PowerSis-V5.0/ para encontrar:
- Esquemáticos del circuito completo
- Layout del PCB en formato PC104
- Lista de materiales (BOM)
- Archivos de fabricación (Gerbers)
2. Compilar y Cargar el Firmware
El firmware principal se encuentra en firmware/TPP STM/:
- Compatible con STM32
- Incluye implementación de BMS, MPPT y PDU
- Comunicación I²C y UART
- Drivers para sensores INA219
3. Probar Módulos Individuales
Utiliza los demos en firmware/demos/ para:
- Probar el algoritmo MPPT de forma aislada
- Verificar la comunicación con el BQ (BMS IC)
- Testear PWM y control de conversores
- Desarrollar sobre diferentes plataformas (Arduino, ESP32, STM32)
4. Replicar el Sistema
Con la documentación incluida puedes:
- Fabricar tu propio PCB siguiendo el diseño PC104
- Ensamblar el sistema con la lista de materiales
- Cargar el firmware en un microcontrolador STM32
- Integrar el EPS en tu propio CubeSat
5. Modificar y Adaptar
El proyecto es completamente abierto para:
- Adaptar las tensiones de salida a tus necesidades
- Modificar los algoritmos de control
- Agregar nuevos sensores o funcionalidades
- Optimizar para diferentes perfiles de misión
Documentación
- Informe Técnico Completo:
TPP Informe.pdf - Información de Referencia: Carpeta
Info util CubeSat ENERGIA/ - Esquemáticos:
hardware/kikads/PowerSis-V5.0/
Requisitos
Para el Hardware
- PCB fabricado según diseño PC104
- Componentes según BOM incluida
- Paneles solares compatibles
- Baterías LiPo/Li-Ion
Para el Firmware
- STM32 (recomendado STM32F103 o superior)
- IDE: Arduino IDE con soporte STM32 o STM32CubeIDE
- Programador ST-Link V2 o compatible
- Sensores INA219 para telemetría
Primeros Pasos
- Revisar la documentación: Lee el informe técnico (
TPP Informe.pdf) - Explorar el hardware: Abre los esquemáticos en KiCad desde
hardware/kikads/PowerSis-V5.0/ - Compilar un demo: Prueba el código MPPT desde
firmware/demos/pruebasMppt/ - Cargar el firmware principal: Desde
firmware/TPP STM/
Licencia
Este proyecto se desarrolla como Trabajo Práctico Profesional de la Facultad de Ingeniería - UBA, con el objetivo de contribuir al desarrollo de la tecnología espacial argentina.
Contacto
Para consultas sobre el proyecto, contactar a los autores a través de sus correos electrónicos listados arriba.
Universidad de Buenos Aires - Facultad de Ingeniería Trabajo Práctico Profesional - 2024
Parts
212| Qty | Value | Footprint | References |
|---|---|---|---|
| 29 | 1K5 | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R1, R2, R3, R22, R26, R36, R38, R42, R44, R46, R48, R55, R56, R57, R58, R59 +13 |
| 22 | 22uF | Capacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolder | C10, C11, C12, C16, C17, C18, C32, C33, C34, C35, C36, C37, C38, C39, C40, C41 +6 |
| 21 | CRS08 | Diode_SMD:D_SMA | D1, D2, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16, D17, D18, D25, D26, D27, D28, D29 +5 |
| 12 | 10pF | Capacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolder | C50, C51, C52, C53, C54, C55, C56, C57, C58, C59, C60, C61 |
| 12 | SMZxxx | Diode_SMD:D_MELF | D19, D20, D21, D22, D23, D24, D30, D31, D32, D33, D34, D35 |
| 9 | 10k | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R18, R19, R20, R28, R30, R32, R33, R34, R35 |
| 9 | INA199xxDCK | Package_TO_SOT_SMD:SOT-363_SC-70-6 | U3, U4, U5, U18, U19, U20, U21, U22, U23 |
| 9 | Rcs | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R10, R11, R12, R49, R50, R51, R52, R53, R54 |
| 8 | 56K | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R4, R5, R6, R7, R8, R9, R21, R37 |
| 7 | 100nF | Capacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolder | C1, C2, C3, C4, C5, C15, C19 |
| 6 | 10uH | Inductor_SMD:L_Abracon_ASPI-0630LR | L17, L18, L19, L20, L21, L22 |
| 6 | 180k | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R15, R16, R17, R27, R29, R31 |
| 6 | MP5035GJ-P | Package_TO_SOT_SMD:TSOT-23-6_HandSoldering | U24, U25, U26, U27, U28, U29 |
| 6 | MT3608 | Package_TO_SOT_SMD:SOT-23-6 | U6, U8, U9, U10, U15, U17 |
| 5 | 22uH | Inductor_SMD:L_Abracon_ASPI-0630LR | L2, L3, L4, L11, L12 |
| 4 | 110K | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R41, R43, R45, R47 |
| 4 | 22pF | Capacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolder | C62, C63, C64, C65 |
| 4 | 4.7uH | Inductor_SMD:L_Abracon_ASPI-0630LR | L13, L14, L15, L16 |
| 4 | Conn_01x04 | Connector_JST:JST_XH_S4B-XH-A-1_1x04_P2.50mm_Horizontal | J1, J2, J3, J4 |
| 4 | LM2831YMF | Package_TO_SOT_SMD:SOT-23-5 | U12, U13, U14, U16 |
| 2 | 0.47 | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R23, R25 |
| 2 | 100 | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R13, R24 |
| 2 | 1N4148W | Diode_SMD:D_SOD-123 | D7, D8 |
| 2 | 1uF | Capacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolder | C13, C14 |
| 2 | Battery_Cell | Battery:BatteryHolder_MPD_BH-18650-PC2 | BT1, BT2 |
| 2 | Conn_02x26_Odd_Even | Connector_PinSocket_2.54mm:PinSocket_2x26_P2.54mm_Vertical | H1, H2 |
| 2 | LM358 | Package_SO:SOIC-8_3.9x4.9mm_P1.27mm | U1, U2 |
| 1 | 0.1 | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R14 |
| 1 | 1K1 | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R40 |
| 1 | 220K | Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolder | R39 |
| 1 | 220uH | Inductor_SMD:L_Abracon_ASPI-0630LR | L1 |
| 1 | ATmega1284P-P | Package_QFP:TQFP-44_10x10mm_P0.8mm | U34 |
| 1 | BQ76905 | Package_DFN_QFN:QFN-20-1EP_3x3mm_P0.4mm_EP1.65x1.65mm_ThermalVias | U7 |
| 1 | CD74HC4067SM | Package_SO:SSOP-24_5.3x8.2mm_P0.65mm | U33 |
| 1 | Crystal | Crystal:Crystal_HC49-U_Vertical | Y1 |
| 1 | LM7805_TO220 | Package_TO_SOT_THT:TO-220-3_Vertical | U11 |
| 1 | RU8205G | Package_SO:TSSOP-8_4.4x3mm_P0.65mm | Q1 |
| 1 | STM32F103C8Tx | Package_QFP:LQFP-48_7x7mm_P0.5mm | U35 |
Questions
How big is the TPP PCB?
It measures 96 × 90 mm and has 2 copper layers, 1.6 mm thick.
What parts does the TPP use?
212 parts, built around the ATMEGA1284P-PU, MT3608, LM2831YMF and LM358. The full list of its parts is on this page, with links to each part's symbol and footprint where PCBKit's library has them.
Where can I download the TPP KiCad files?
From the juan-LARRAYA/TPP repository on GitHub, at the commit this page was made from: the board is hardware/power sistem/superados/PowerSis-V1.0/TPP.kicad_pcb and its schematic hardware/power sistem/superados/PowerSis-V0.0/TPP.kicad_sch. PCBKit opens the board in the browser, with nothing to install.
Can I use the TPP design in my own project?
Its repository states no licence, so its author keeps all rights: ask juan-LARRAYA before reusing the design.
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