Alimentations MAXIDISCAP J.M. CRAVERO 10.02.2005

1. Alimentations MAXIDISCAP J.M. CRAVERO 10.02.2005 Alimentations Maxidiscap

2. Plan de la présentation • Le projet I-LHC • Cahier des charges et topologies étudiées • alimentation programmée ? • différentes topologies pour la partie décharge • charge des condensateurs • Boucles de régulation • schéma général • régulation Im flat-top • Etudes mécaniques et fabrication • Points particuliers • Conclusion Alimentations Maxidiscap

3. Le Projet I-LHC • Le projet I-LHC • construire une nouvelle machine LEIR pour fournir des ions dans LHC • fonctionnement du Linac III à 5Hz • remplacement des alimentations des quadripôles de ITF, ITH et ITE (10 alimentations) Alimentations Maxidiscap

4. Le cahier des charges • Le cahier des charges pour les alimentations Maxidiscap • courant de sortie Imax=320A – flat-top de 500ms – 5 Hz - ppm • alimentations unipolaires • deux types d’aimant (type VII L=1.3mH et type IX L=0.8mH) • tension maxi sur l’aimant =1kV • minimiser le courant RMS dans l’aimant au maximum • type 7 : Irms = 20A  35°C • type 9 : Irms = 20A  55°C • possibilité d’utiliser ces convertisseurs pour la consolidation Linac II • courant idéal : Alimentations Maxidiscap

5. Topologies étudiées • alimentations programmées • alimentation 1kV-350A ? • rien d’existant ne semble assez rapide • la solution décharge de condensateurs semble la plus adaptée • topologies d’alimentations à décharge de condensateurs • décharge simple avec régulation linéaire - Irms=26A - ppm : oui - C=320uF (non polarisé) - courbe bleue Alimentations Maxidiscap

6. Topologies étudiées • décharge avec pont en H et régulation linéaire - Irms=21A - ppm : oui - C=1000uF (chimique) - courbe rouge • décharge avec pont en H et régulation linéaire indirecte - Irms=21A - ppm : oui mais... - C=1000uF (chimique) - Pigbt - courbe verte Alimentations Maxidiscap

7. Topologies étudiées Alimentations Maxidiscap

8. Topologies étudiées • on adopte la topologie pont en H + régulation linéaire mais... • le système est incontrôlable, il faut pouvoir bloquer la deuxième branche du pont • il faut pouvoir amortir les surtensions sur l’IGBT flat-top • cette topologie plus complexe permet d’utiliser des modules IGBT standards • il est nécessaire d’avoir 4 drivers isolés pour les IGBT du pont en H Alimentations Maxidiscap

9. Résultats en simulation Alimentations Maxidiscap

10. Charge des condensateurs • Spécifications du chargeur - Umax = 1kV - P=750J/s - charge des condensateurs à courant constant – alimentation switching - précision ~5% - produit réellement OEM - correction du facteur de puissance - encombrement minimum - produit "européen" • HITEK CC1000 - P= 1kJ/s - FP corrigé - rendement >75% @ pleine charge - existe en version 2.5kJ/s et 2kV Alimentations Maxidiscap

11. Tests avec le chargeur • charge d’un banc de condensateurs de 900uF • reproductibilité excellente <0.5% Alimentations Maxidiscap

12. Tests avec le chargeur • comportement vis-à-vis du réseau Alimentations Maxidiscap

13. Boucles de régulation Alimentations Maxidiscap

14. Boucles de régulation • Topologie de la boucle de régulation Im • difficulté pour contrôler ce type d’IGBT en linéaire • nécessité d’implémenter un intégrateur mais... Alimentations Maxidiscap

15. Boucles de régulation • Im(t) : Iref=150A – type 7 - sans intégrateur Alimentations Maxidiscap

16. Boucles de régulation • Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur Alimentations Maxidiscap

17. Boucles de régulation • Im(t) : Iref=150A – type 7 - avec intégrateur – limitation SOA Alimentations Maxidiscap

18. Réalisation pratique • Etudes mécaniques • Maxidicap (EDA-00347) : châssis puissance 6U - Autocad 3D • Maxidiscap Control Crate (EDA-00398): châssis électronique 3U • Fabrication • fabrication chez EFACEC pour la puissance et TELSA pour l’électronique Alimentations Maxidiscap

19. Points particuliers • Définition de deux points de fonctionnement selon les aimants • but : minimiser les pertes dans l’IGBT en mode linéaire - aimant type 7 : L=1.3mH – Uc=900V – Imax= 200A - aimant type 9 : L=0.8mH – Uc=600V – Imax= 320A • Régulation de la température du radiateur • but : améliorer la fiabilité en économisant les ventilateurs • carte FAN CONTROL (EDA-00421) • Drivers isolés pour le pont en H • problèmes avec les Drivers Concept • carte IGBT Bridge Driver (EDA-00420) • Mesure du courant avec un transformateur Pearson • les DCCT ont une bande passante trop limitée • coût Alimentations Maxidiscap

20. Points particuliers • Transitoire important lors de la commutation du pont en H. • lorsque le courant s’inverse dans l’IGBT flat-top, on a un dI/dt important • perturbations sur le chargeur et le OV • amélioration du cablage de la puissance Alimentations Maxidiscap

21. Conclusion • Installation de 10 convertisseurs pour I-LHC • fiabilité ? • châssis très compact • étude mécanique en 3D indispensable • se méfier des simulations ! • le design a permis de conserver les aimants • perspectives de nouvelles séries pour Linac II et Linac IV • Reste à essayer d’améliorer • EMC du chargeur • étudier en détails la boucle de régulation Im • étudier le fonctionnement avec un capteur de courant type DCCT • voir si on peut limiter le dI/dt lors de la commutation du pont Alimentations Maxidiscap