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PCBKitNew board
2 layers96 × 90 mmTPP, the printed circuit board in 3D

Sistema de Gestión de Energía para Satélites Cubesat

Size
96 × 90 mm
Copper layers
2
Thickness
1.6 mm
Parts
212
Nets
245
Pads
737
Tracks, vias
1,874, 135
Pours
1
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 245 nets, routed with 1,874 tracks and 135 vias.

It is built around the MT3608, LM358 and MP5035GJ-P, with the CRS08, 1N4148W and DMG2301L among its other parts. Its parts include 72 capacitors, 67 resistors, 24 ICs, 21 diodes and 11 inductors. It belongs with the STM32 boards of this library.

Main components

8

README

README.md

EPS 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

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

Prototipo EPS CubeSat - Vista Principal

Prototipo EPS CubeSat - Detalle del Sistema

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.

Primer prototipo monolítico - Fallo

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.

Sistema de adquisición con ADC directo

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

text
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

  1. Revisar la documentación: Lee el informe técnico (TPP Informe.pdf)
  2. Explorar el hardware: Abre los esquemáticos en KiCad desde hardware/kikads/PowerSis-V5.0/
  3. Compilar un demo: Prueba el código MPPT desde firmware/demos/pruebasMppt/
  4. 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
QtyValueFootprintReferences
211K5Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR1, R2, R3, R21, R26, R36, R43, R47, R53, R57, R63, R64, R65, R66, R67, R68 +5
16100nFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC1, C2, C4, C5, C25, C26, C33, C44, C53, C56, C61, C64, C69, C70, C71, C72
1422uFCapacitor_SMD:C_0805_2012Metric_Pad1.18x1.45mm_HandSolderC6, C7, C8, C16, C17, C18, C24, C27, C31, C32, C34, C36, C39, C42
1222uFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC9, C10, C11, C20, C23, C30, C40, C48, C58, C63, C66, C67
11CRS08Diode_SMD:D_SMAD1, D4, D5, D6, D9, D10, D11, D12, D25, D26, D27
10100KResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR4, R5, R6, R7, R8, R9, R41, R44, R48, R58
101uFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC3, C12, C13, C14, C43, C45, C57, C59, C62, C65
810pFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC28, C29, C37, C38, C46, C47, C54, C60
8SMZxxxDiode_SMD:D_MELFD15, D17, D18, D21, D23, D24, D36, D37
7INA199xxDCKPackage_TO_SOT_SMD:SOT-363_SC-70-6U3, U4, U5, U14, U18, U21, U28
7RcsResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR10, R11, R12, R46, R49, R52, R60
610kResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR18, R19, R20, R28, R30, R32
6180kResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR15, R16, R17, R27, R29, R31
5330nFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC15, C19, C21, C22, C49
5MP5035GJ-PPackage_TO_SOT_SMD:TSOT-23-6U11, U12, U16, U25, U26
410uHInductor_SMD:L_Vishay_IHLP-2525_w_3dL6, L8, L10, L21
413k7Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR42, R45, R50, R59
46.8uHInductor_SMD:L_Vishay_IHLP-2525_w_3dL5, L7, L9, L14
4LMR51430Package_TO_SOT_SMD:SOT-23-6U13, U19, U27, U30
322pFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC50, C51, C52
322uHInductor_SMD:L_Vishay_IHLP-2525_w_3dL2, L3, L4
35k6Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR33, R34, R35
3MT3608Package_TO_SOT_SMD:SOT-23-6U8, U9, U10
20.47Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR23, R25
2100Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR13, R24
210nFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC35, C68
21K5Resistor_SMD:R_0603_1608MetricR22, R37
21N4148WDiode_SMD:D_SOD-123D7, D8
2Conn_02x26_Odd_EvenConnector_PinSocket_2.54mm:PinSocket_2x26_P2.54mm_VerticalH1, H2
2DMG2301LPackage_TO_SOT_SMD:SOT-23Q2, Q3
2LM358Package_SO:SOIC-8_3.9x4.9mm_P1.27mmU1, U2
10.1Resistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR14
1100kResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR39
12.2uFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC55
1220nFCapacitor_SMD:C_0603_1608Metric_Pad1.08x0.95mm_HandSolderC41
133kResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR38
156KResistor_SMD:R_0805_2012Metric_Pad1.20x1.40mm_HandSolderR73
1BQ76905Package_DFN_QFN:QFN-20-1EP_3x3mm_P0.4mm_EP1.65x1.65mm_ThermalViasU7
1Conn_01x02_PinVaristor:RV_Disc_D7mm_W4.2mm_P5mmJ9
1Conn_01x02_PinResistor_THT:R_Axial_DIN0309_L9.0mm_D3.2mm_P2.54mm_VerticalJ8
1Conn_01x03_PinConnector_PinHeader_2.54mm:PinHeader_1x03_P2.54mm_VerticalJ7
1CrystalCrystal:Crystal_SMD_FOX_FE-2Pin_7.5x5.0mmY2
1DMG2302UPackage_TO_SOT_SMD:SOT-23Q4
1Dual-Cell BatteryBattery:DualBatteryHolder_SMD-18650-PC2BT2
1MCP1700x-330xxMBPackage_TO_SOT_SMD:SOT-89-3U6
1ProgrammerConnector_PinHeader_2.54mm:PinHeader_1x05_P2.54mm_VerticalSWD
1RU8205GPackage_SO:TSSOP-8_4.4x3mm_P0.65mmQ1
1Rx TxConnector_JST:JST_XH_B4B-XH-A_1x04_P2.50mm_VerticalJ4
1STM32F405RGTxPackage_QFP:LQFP-64_10x10mm_P0.5mmU15
1USB_B_MicroConnector_USB:USB_Micro-B_Molex_47346-0001J6
1X Solar CellConnector_JST:JST_XH_B4B-XH-A_1x04_P2.50mm_VerticalJ1
1Y Solar CellConnector_JST:JST_XH_B4B-XH-A_1x04_P2.50mm_VerticalJ2
1Z Solar CellConnector_JST:JST_XH_B4B-XH-A_1x04_P2.50mm_VerticalJ3

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 MT3608, LM358, MP5035GJ-P and CRS08. 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-V4.4/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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