Fonte de Alta Tensão para o Sistema de Veto de

VII ENCONTRO DO PROJETO NEUTRINOS ANGRA
2011
Fonte de Alta Tensão para o Sistema de Veto de
Múons do Detector Neutrinos Angra
Gabriel Luis Azzi 1
Mário Vaz da Silva Filho 2
1
Laboratório Eletrônica - CAT – CBPF
2 LAFEX - CBPF
1
Protótipo de fonte de alta tensão negativa
Especificações:
•
•
•
•
•
•
•
•
Tensão de saída: -500V a -1000V
Corrente de saída máxima: 0,5mA
Tensão de Alimentação: 10V a 14V
Consumo máximo de potência: 0,5 W
Tensão de ondulação (ripple) < 10mV
Regulação de linha < 0,1%
Regulação de carga < 0,2%
Estabilidade: melhor que 0,1%
2
Projeto da Fonte Chaveada
Diagrama de Blocos
3
Protótipo da fonte de alta tensão negativa - 3
4
5
Caracterização da Fonte: Equipamentos Utilizados
• Multimetro : ICEL Escort , modelo MD6700
•Fonte de alimentação ICEL, modelo PS 5000
•Osciloscópio Tektronics, modelo TDS1012
•Osciloscópio Agilent
•Data Logger de Temperatura e Umidade, Instrutherm,
modelo HT-500
6
Regulação de Linha e de Carga
Regulação de Linha
900,6
Ensaio a 900V para 380uA
900,4
Regulação de Linha: ± 0.12 %
900,2
900
899,8
899,6
899,4
899,2
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
Te n sã o d e a l i me n t a ç ã o ( V)
Regulação de Carga
Gráfico : I saída(uA) X Tensão de saída (V)
para 50%,75% 100% da corrente de carga
Tensão de Saída (-V)
Condições: Ventrada:12V
Vsaída = 900,0V
900,4
900,3
900,2
Vout (V)
900,1
Regulação de carga: ± 0,033%
900
899,9
180
205
230
255
280
305
Corrente de Saída (uA)
330
355
380
7
Ripple x Variação da Tensão de Entrada
Tensão de Entrada de 9,5V até 14,5V, com carga constante: 380uA
Tensão de Ripple (mVpp)
55
50
45
40
35
30
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
Tensão de Alim entação (V)
O ripple variou 14,4mV para tensões de entrada entre 9,5V e 14,5V.
8
4:30 AM
5:05 AM
5:40 AM
6:15 AM
6:50 AM
7:25 AM
8:00 AM
8:35 AM
4:30 AM
5:05 AM
5:40 AM
6:15 AM
6:50 AM
7:25 AM
8:00 AM
8:35 AM
1:00 AM
12:25 AM
11:50 PM
11:15 PM
10:40 PM
10:05 PM
9:30 PM
8:55 PM
8:20 PM
7:45 PM
7:10 PM
6:35 PM
6:00 PM
5:25 PM
4:50 PM
4:15 PM
3:55 AM
900
3:20 AM
900,1
3:55 AM
900,2
2:45 AM
900,3
3:20 AM
900,4
2:10 AM
900,5
2:45 AM
900,6
2:10 AM
900,7
1:35 AM
HORA
1:35 AM
1:00 AM
12:25 AM
11:50 PM
11:15 PM
10:40 PM
10:05 PM
9:30 PM
8:55 PM
8:20 PM
7:45 PM
7:10 PM
6:35 PM
6:00 PM
5:25 PM
4:50 PM
V entrada = 12Volts
I saída= 380uA
Período:18 horas
4:15 PM
Estabilidade: ± 0.1%
TEMP (C)
Ensaio: com carga p/ 380uA
TENSÃO DE SAÍDA (V)
Caracterização da Fonte: Estabilidade
Gráfico da Temperatura
27,5
27
26,5
25,5
26
24,5
25
HORA
Gráfico da estabilidade no período de 18 horas
9
Tensão de Saída em função da Tensão de Ajuste
Ensaio: Aumentamos a tensão de saída desde 250 V até 1000V com passo de 50 Volts.
Medimos a Tensão de Set proporcional a cada aumento
- Carga: 380uA;
-V entrada:12V;
-I entrada: 0,12A
- Alta Tensão monitorada diretamente no conector de alta tensão
1100
1000
900
Vsaída (-V)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0,7
0,87
1,04
1,21
1,38
1,55
1,72
1,89
2,06
2,23
2,4
2,57
2,74
2,91
3,08
3,25
3,42
Vset (V)
10
Formas de onda de Ripple + Ruído
Condições : V saída = -900V Corrente na carga = 380uA Valimentação = 12V Osciloscópio:1Mohm
Osciloscópio Agilent DSO90256A 2.5GHz, 50 ohms
OsciloscópioTDS1012B 100MHz, 1Mohm
11
Ripple + Noise nas saídas dos amplificadores
Condições : MAPMT a -900V, background de saídas de amplificadores observados com Osciloscópio DSO90256B
12
Efeito insignificante de Ripple + Noise nas saídas dos amplificadores
Condições : Osciloscópio:Agilent DSO90256B, escala vertical 10mV/div, horizontal 100ns/div
Observando saída de um canal de amplificador com fonte de alta tensão desligada.
13
Sinais de raios cósmicos detectados e amplificados, ruido insignificante
Condições : MAPMT a -900V Osciloscópio DSO90256B observando diretamente 3 anodos da MAPMT
com fotocatodos recebendo sinais de cintiladores FNAL + fibra WLS Kuraray YS-11 sob raios cósmicos.
14
Conclusões
•
Projetou-se e construiu-se fontes de alta tensão negativas na
faixa de utilização esperada para os tubos fotomultiplicadores
– PMTs do detector de múons do detector Neutrinos Angra.
•
As fontes foram usadas no CBPF em testes de PMTs ( dois
anos com a Hamamatsu R5912 e um ano com a H7546A) que
duravam vários dias, sem nenhuma falha, mantendo-se a
estabilidade melhor que 0,1%.
•
Custo das partes é inferior a 300 reais.
• Determinou-se as características principais das fontes,
que apresentaram baixo ruído, alta estabilidade e
regulação e baixo consumo.
15