Federico PaolettiINFN-EGO Scopi del meeting - Coil Driver requirements summary (F.Paoletti) - - Coil Driver preliminary design (F.Paoletti) Vista la platea.

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1 Federico PaolettiINFN-EGO Scopi del meeting - Coil Driver requirements summary (F.Paoletti) - - Coil Driver preliminary design (F.Paoletti) Vista la platea abbastanza eterogenea direi di concentrarci principalemente sulle specifiche ad alto livello (massima corrente, operation, monitoring...). Direi che potremo fare una prima parte di chiacchere tipo brainstorm sulle specifiche e poi velocemente ci fai vedere l'implementazione che hai in mente praticamente senza discussione rimandandola eventualemente ad una sessione ristretta. Alberto 02/02/2012

2 Federico PaolettiINFN-EGO Carico da Pilotare Al momento ci sono QUATTRO diversi sotto-sistemi che hanno bisogno di un CoilDriver: 1) TOP STAGE (fino ad oggi e' stato utilizzato un amplificatore di potenza, il vecchio Coil Driver cosi' come lo conosciamo sin dal 1998) SA top-stage (load 15 Ohm Hor 25 Ohm Vert) 2) FILTRO 7 (idem come sopra, vecchio Coil Driver di potenza) Filter #7 (load will vary from ? to ?) 3) MARIONETTA (fino ad oggi sempre il vecchio Coil Driver di potenza, ma modificato con alcuni filtri di shaping al suo ingresso per poter ridurre il rumore dei DAC) Marionetta (actually is 20 Ohm, planned 15 Ohm) 4) SPECCHIO - MASSA DI RIFERIMENTO (da alcuni anni sono usati i cosidetti "NUOVI" Coil Driver, che hanno comunque una sezione di potenza utilizzata per il locking e poi 4 sezioni "Low-Noise") Mirror/Reference-mass (load 10 Ohm) 5 (cable) + 5 (coil)

3 Federico PaolettiINFN-EGO AdVCD brainstorming Come accennato durante il meeting (SAT-PAY control electronics meeting 13Dec11), per i coil driver non cambia assolutamente niente rispetto alle ultime decisioni prese: svilupperemo un unico dispositivo. Alla luce dei dati raccolti durante il funzionamento di Virgo, 100 mA sono piu' che sufficienti e quindi sembrerebbe inutile sviluppare una sezione HighPower (ricordo che al momento siamo in grado di erogare fino a un massimo di 1A sulle bobine della parte bassa e 2A sulle bobine del top stage). Allo stesso tempo, visto che in AdvV sara' praticamente impossibile utilizzare i vecchi coil driver, confermo la decisione di progettare comunque una sezione HighPower (ad alto rendimento) in grado di erogare correnti dell'ordine dell'ampere. Il nuovo CoilDriver avra' quindi caratteristiche simili all'ultima versione realizzata con una sezione HighPower e una sezione LowNoise e verra' utilizzato per tutti gli attuatori magnete-bobina. Alberto 15/12/2011

4 Federico PaolettiINFN-EGO Topology

5 Federico PaolettiINFN-EGO Massima corrente (1) Per la richiesta di 1A ci sono 3 motivi principali: 1) quando sullo specchio hanno deciso di ridurre di un fattore 5 i magneti noi siamo stati gli ultimi ad essere informati. La stessa cosa potrebbe acccadere in futuro per altri attuatori e non vorrei correre il rischio di dover ri-progettare un coil driver di corsa. 2) Il progetto in uso attualmente per la parte highpower scalda troppo e potrebbe non essere compatibile con un cestello senza ventole e mi sembra che sia ora il momento migliore per pensare ad un nuovo schema. 3) In ogni caso lo schema di un'amplificatore in grado di erogare 1A ci puo' servire per esempio per i primari degli lvdt. Alberto 15/12/2011

6 Federico PaolettiINFN-EGO Massima corrente (2) Aggiungo che in fase di caratterizzazione e commissioning della sospensione si ha spesso la necessita' di applicare la massima forza disponibile nei vari punti di attuazione, e piu' ce ne e' piu' se ne usa. esempi : - funzioni di trasferimento - eccitazione di modi interni per la misura dei fattori di qualita' - controllo della sospensione in situazioni estreme - locking in situazioni estreme se limitiamo a priori la corrente erogabile, di fatto limitiamo la possibilita' di studiare e controllare efficemente la sospensione. Al massimo possiamo riconsiderare le modalita' con cui realizzare la transizione HP-LN; la possibilita' di loccare in low noise renderebbe meno stringente la necessita' di una trasizione smooth con doppio DAC... ma anche su questo andrei molto cauto Paolo 16/12/2011

7 Federico PaolettiINFN-EGO Specifiche ancora non definite (1) 1 Overview: same coils and magnets used in Virgo+ ( wrong assumption, 17/01/2012 Gennai ask for 3-times more current in low-noise operation for a decrease of magnets force: ~100mA, series resistor = 100 ohm/2W ) All inputs and outputs are exclusively on the back, i.e., no connectors (not even monitors ?) are available on the front panel. (possible conflict: see 3.2 for front-panel monitor) Monitors probably on front panel (meeting 31/01/2012) 2.1 High Power Section Minimum dissipation possible; 1 A output for considerable time length (~1 hour) on 10 ohm load If load >10 ohm, saturation/clipping due to max compliance is accepted (Gennai private communication 15/12/2011 + 16/02/2012) Tests on coils heating shows that max time must be limited @ 5minutes for 1A current (Dattilo private communication 6/2/2012)

8 Federico PaolettiINFN-EGO Alcune note sulla dissipazione V+ new Coil-Driver : 1 canale ~ 150mA @ +/- 24V = ~ 7.2W Di questi 1/3 (50mA Iq * 48V = 2.4W) sono per il chip di potenza (LM3886) anche quando non viene usato; Il resto e tutto richiesto dai chip di segnale (~6mA * 24V = 140mW ciascuno), dai relais (~6mA * 24V = 140mW ciascuno) e dagli stabilizzatori lineari onboard (~100mA * 24V = 2.4W) per un totale di circa 5W/canale AdV Coil-Driver : Nuovo chip di potenza: 20ma (ON), 5mA(idle) = 0.6W (ON), 0.15W(idle) Chip di segnale (~6mA = 140mW ciascuno) Relais (~12mA = 140mW ciascuno) Stabilizzatori low-noise low-drop (~100mA * 1V = 0.1W) Dissipazione ridotta da 7.2W/ch a <3W/ch (-60%)

9 Federico PaolettiINFN-EGO Vincenzos measurements Applicando una corrente di 1A, dopo 15 minuti la temperatura e compresa tra 100 e 150 gradi

10 Federico PaolettiINFN-EGO Specifiche ancora non definite (2) 2.2 Low Noise Section: 4 sections, ratios tbd (probably 1:4). Output is a voltage but with a series resistor. Output Max 10 V peak Output Max 100mA Input Referred Noise 100nV/rtHz, 1/f below 10 Hz (10 Vpp, +- 5Vp). (wrong: noise must be at least the same of the DAC below the shaping-filter fc; well below DAC noise above the shaping-filter fc) (DC gain = 2 ? possible conflict with 2.4.1and 2.4.2 – define gain and input level!) Input Single-ended (from DAC output ). Bandwidth as is (~ 100 Hz) Input Shaping filter: 2p, 2z (now can be twice as much) tbcf, maybe 3 rd order Output Shaping filter: no THD compatible with the DAC section (~ 120 dB ?)

11 Federico PaolettiINFN-EGO Specifiche ancora non definite (3) 2.3 Digital Interface Section: Probably EtherCAT with an ethernet cable (OBSOLETE ! See RapidIO) 2.6 Protections Protect board from external causes (?) Coil protection from high current for long time => disconnect coil (?) Measure current and voltage and set a threshold to the integral of their product (?) Level-1: DSP checks and decides what to do Level-2: supervisory chip with watchdog input driven from DSP (if DSP stops sending his ok signals, then it acts) Level-3: micro-controller in addition to DSP directly on board (independent) Assumption for now: DSP takes care of protection, something else verifies that the DSP does not stops working (?) 3.2 Panels and connectors All functional connectors will be located on the back of the unit (which kind of connector ?) while the monitor ones will instead be on the front panel.

12 Federico PaolettiINFN-EGO Specifiche ancora non definite (4) 2.4 Conversion Section 2.4.1 ADC Differential input, 20nV/rtHz referred to 10 Vpp, no common mode (AD7760), input dynamic 6.5 Vpp. PS: 5 V, 2.5 V Interface: +- 5V 2.4.2 DAC (AD1955) output balanced and in current. Interface: already single ended, +-5V (TBC!)