+ All Categories
Home > Documents > Low Voltage Power Supply Filter Box - Home | CTIO Voltage Power Supply Filter Filter Box Revision...

Low Voltage Power Supply Filter Box - Home | CTIO Voltage Power Supply Filter Filter Box Revision...

Date post: 27-May-2018
Category:
Upload: phamtruc
View: 213 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
26
20110223 1 Filter Box Operating and Service Manual.doc Operating and Service Manual Front End Electronics Crate Low Voltage Power Supply Filter Filter Box Revision – D
Transcript

2011‐02‐23 

1 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Operating and Service Manual 

 

Front End Electronics Crate 

 

 

Low Voltage Power Supply Filter 

Filter Box Revision – D 

2011‐02‐23 

2 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

TABLE OF CONTENTS 

Contents SPECIFICATION ........................................................................................................................................................................ 5 

Monitor Port ........................................................................................................................................................................... 7 

Input Output Terminals ........................................................................................................................................................... 8 

THEORY of OPERATION ......................................................................................................................................................... 10 

Filter Frequency Response .................................................................................................................................................... 12 

Assembly Notes: .................................................................................................................................................................... 13 

Primary Shield/Cover Removal ............................................................................................................................................. 13 

Primary Shield/Cover Replacement ...................................................................................................................................... 13 

PCB Assembly ........................................................................................................................................................................ 14 

Schematic .............................................................................................................................................................................. 15 

Single Filter Section ............................................................................................................................................................... 16 

Mechanical Drawings ............................................................................................................................................................ 24 

Bill Of Materials ..................................................................................................................................................................... 25 

APPENDIX .............................................................................................................................................................................. 26 

Title  Document # ............................................................................................................................................................... 26 

 

Figure 1: Filter Box with Primary Shield removed .................................................................................................................. 3 

Figure 2: Filter with Primary Cover Installed .......................................................................................................................... 4 

Figure 3 Filter Box Monitor Port Pinout .................................................................................................................................. 7 

Figure 4 Filter Box PCB Top ..................................................................................................................................................... 8 

Figure 5 Vicor OUT to Filter IN ................................................................................................................................................ 8 

Figure 6 Filter Box OUT to Analog Backplane with G10 Cover installed ................................................................................. 9 

Figure 7: Single Filter Schematic ........................................................................................................................................... 10 

Figure 8: Typical Ripple reduction with current increase. .................................................................................................... 11 

Figure 9: Attenuation ............................................................................................................................................................ 12 

2011‐02‐23 

3 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

Figure 1: Filter Box with Primary Shield removed 

2011‐02‐23 

4 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 Figure 2: Filter with Primary Cover Installed 

2011‐02‐23 

5 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

SPECIFICATION  

• Eight (8) Independent channels 

• Voltage Rating  100V 

• Current Rating  15A 

• Resistance (each leg)  13 to 19 milliOhms 

• Attenuation Common & Differential Modes45db/decade starting at 30KHz 

• Monitor Port  2.00V @ Normal Operating Levels 

o 8 Analog Channels 

o 1 Over Temperature Switch 

2011‐02‐23 

6 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

o GENERAL INFORMATION 

The Filter Box is designed to be part of the Low Voltage Power Supply for the Front End Electronics (FEE) and Heater Crates. The filter removes most of the switching noise produced by the commercial Vicor power supply. The Filter Box also provides a voltage monitor port and over temperature signal for the Internal Crate Controller (ICC). The over temperature switch closes a 60°C. 

The FEE crates require eight (8) voltage rails, two for digital and six for analog circuitry. The Heater crates require four (4) rails, two for control circuits and two for power circuits.  Each rail has its own filter and each filter is electrically identical. 

The filter uses feed‐through capacitors for input and output connections to the main box. The main box is a Faraday shield.  The top, bottom and center layers of the circuit board will act as EMI shields and will be connected to chassis ground. Each filter section or channel within the box has individual shields.  The box dimensions are approximately 12”x6”x0.75”. The box is mounted directly to the Vicor power supply. The outputs of the Vicor connect directly to the inputs of the filter box.  The output of the Filter Box connects directly to the Analog Backplane that distributes power to the Front‐End Electronics Transition cards. 

The filter is a differential /common mode filter and all components are rated to handle a minimum of 15 Amps continuous. 

Thermal management is handled by conduction from components to the PCB, then from secondary shield through thermal pad to the primary shields attached to the Vicor chassis. 

 

PCB Details: 

• The PCB will require a minimum of 8 layers. Power plane layer require 2 ounce copper while all other layers can be 1 ounce. 

• The PC board itself will act as one side of the EMI chassis of the Filter Box. • All electrical connections into and out of the Filter Box are made through filtered barrier strips. • Power planes will transfer the voltages to and from the individual filters. • Inputs (noisy) to and Outputs (quiet) from the filter box will be separated by the center ground plane. 

2011‐02‐23 

7 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Monitor Port This port provides a way to monitor the output voltages of the Filter Box. The signals are current limited and scaled such that at normal operating voltages the output is 2.00 volts.  

 

Figure 3 Filter Box Monitor Port Pinout 

+++

+

+

++

+

++

Blue ovals indicate Heater Monitoring 

Red ovals indicate Front End Electronics Monitoring 

2011‐02‐23 

8 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Input Output Terminals The Filter Box is installed on the Vicor supply so the terminals on the end are above the supply terminals. We are trying to make the wiring short in length. 

 

Figure 4 Filter Box PCB Top 

 

 

Figure 5 Vicor OUT to Filter IN 

2011‐02‐23 

9 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

Figure 6 Filter Box OUT to Analog Backplane with G10 Cover installed 

2011‐02‐23 

10 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

THEORY of OPERATION Several conditions require the use of switching power supplies in the DECam project. The primary restriction is the limited space available. Switching supplies are however inherently noisy and cannot be uses with sensitive electronics without removing as much switching noise as possible. 

The filter box uses a standard differential and common mode filter arrangement. The lowest current component can handle a maximum current of 19Amps. 

 

Figure 7: Single Filter Schematic 

Measurements show that the Vicor supply produces larger amounts of common‐mode noise than differential‐mode noise.  The filter addresses both issues. 

The filter box is a six sided enclosure that forms a Faraday shield.  The box is electrically tied to the Vicor chassis allowing the common mode noise to return to the source (Vicor outputs) as quickly as possible.  Inputs to the box are minimum length twisted pairs. Output lengths are also minimized going directly to the Analog Backplane. 

Each output from the Vicor is isolated until it reaches the Analog backplane. There all the returns are connected together and through a large braid tied to the FEE crate chassis. This is our single point star connection. Any other connections of the power rails will form a ground loop and must be avoided. 

The common mode choke inside the filter must have current flowing to work properly. In fact the more current that flows the better the filter works. There is a tradeoff between the maximum current and the inductance of the choke.  

Figure 8 shows a typical reduction in noise ripple from no current on the top trace to 5 Amps on the bottom trace  in 1 Amp steps.  

2011‐02‐23 

11 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

Figure 8: Typical Ripple reduction with current increase. 

2011‐02‐23 

12 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Filter Frequency Response  

 

Figure 9: Attenuation 

2011‐02‐23 

13 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Assembly Notes: There are a few procedures that must be preformed to yield a box that will fit properly into the final FEE crate. 

Primary Shield/Cover Removal The primary shield and PCB are held together by 16 brass screws, two on each of the terminal blocks. These screws sandwich the shield between the terminal block and its mounting bracket. The Primary shield has slotted holes so they only need to be loosened to remove the cover. There is also two nuts on the subminiature ‘D’ connector that need to be removed before the shield can be separated from the PCB. At this point the shield will be held by the EMI fence on the monitor end (‘D’ sub) and in the space on each side. It is best to pry the cover off with a screwdriver to avoid bending it or the fencing. 

Primary Shield/Cover Replacement Assembling the Primary shield/cover requires some adjustments to ensure proper fit with the mounting brackets. The thermal pads on the Secondary shields press against the Primary shield and must be compressed slightly during assembly. The Primary shield is first attached to the Vicor top. Next the PCB is carefully positioned so all the fingers on each EMI fence engage before seating the four mounting bracket stops to contact the cover. 

2011‐02‐23 

14 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

PCB Assembly 

 

2011‐02‐23 

15 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Schematic 

 

2011‐02‐23 

16 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Single Filter Section 

2011‐02‐23 

17 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Data Sheets 

 

2011‐02‐23 

18 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

2011‐02‐23 

19 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

2011‐02‐23 

20 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

2011‐02‐23 

21 Filter Box Operating and Service Manual.doc  

2011‐02‐23 

22 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

 

2011‐02‐23 

23 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

2011‐02‐23 

24 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Mechanical Drawings 

 

DES FRONT END DC FILTER BOX SCHEMATIC/PCB  ED‐173687‐1/2 

DES FRONT END DC FILTER BOX ASSEMBLY  MD‐173688‐A 

DES FRONT END DC FILTER BOX PRIMARY EMI SHIELD  MD‐173689‐D 

DES FRONT END DC FILTER BOX EMI 1.5IN 3‐PIN FENCE  MD‐173690‐1 

DES FRONT END DC FILTER BOX EMI 2.25IN 4‐PIN FENCE  MD‐173691‐1 

DES FRONT END DC FILTER BOX EMI 2.25IN 5‐PIN FENCE   MD‐173691‐2 

DES FRONT END DC FILTER BOX BARRIER STRIP BRACKET  MD‐173692‐D 

DES FRONT END DC FILTER BOX PCB MOUNTING BRACKET  MD‐173693‐D 

DECAM FRONT END ELECTRONICS FITLER BOX G10 INSULATOR  MD‐173735‐1

2011‐02‐23 

25 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

Bill Of Materials

Filte

r B

ox A

ssem

bly

Uni

t Qua

ntity

CA

D N

ame

Par

t #M

anuf

actu

reD

escr

iptio

nP

CB

1P

CB

112

x6_p

cbE

D-1

7368

7-2

Ferm

i-Des

ign

Filte

r Boa

rd P

CB

81-

1/2

x 2-

1/4

EMI C

over

11.

5-2.

25_s

hiel

d1.

5x2.

25x0

.5FO

TOFA

BS

econ

dary

EM

I Shi

eld

1-1/

2 x

2-1/

48

Cap

10.

01uF

-sm

0603

PA

N E

CJ-

2VB

2A10

3KP

anas

onic

0.01

uf C

0805

10%

100

wvd

c8

Fenc

e2

EM

I_1.

5in-

3pin

_fen

ce29

-CB

SLe

ader

Tec

hE

MI F

ence

29

per M

D-1

7369

x8

Fenc

e1

EM

I_2.

25in

-4pi

n_fe

nce

29-C

BS

Lead

er T

ech

EM

I Fen

ce 2

9 pe

r MD

-173

690

8Fe

nce

1E

MI_

2.25

in-5

pin_

fenc

e29

-CB

SLe

ader

Tec

hE

MI F

ence

29

per M

D-1

7369

18

Cap

4c5

750x

7r2a

475m

TDK

C57

50X7

R2A

475M

TDK

4.7u

f C22

20 2

0% 1

00w

vdc

8C

hoke

1P

ulse

P05

02P

0502

NL

Pul

seP

ulse

P05

02 C

omm

on M

ode

Cho

ke8

Pad

1Th

erm

alP

ad 1

.5x2

.25

BG

4079

55B

erqu

ist

0.12

5" T

herm

al P

ad B

erq

1M

onito

ring

Rec

pt.

1am

p745

78-3

AM

P 7

4578

3-4

Am

pD

-Typ

e R

ecpt

Ass

y 25

pin

RA

1R

esis

tor

1G

ener

ic R

esis

tor

RN

732B

TTD

K57

60B

25K

OA

576o

hms_

1%_.

1W

1

Res

isto

r2

Gen

eric

Res

isto

rR

N73

2BTT

DK

1241

B25

KO

A1.

24K

ohm

s_1%

_.12

5W

1R

esis

tor

1G

ener

ic R

esis

tor

RN

732B

TTD

K13

00B

25K

OA

130o

hms_

1%_.

125W

1R

esis

tor

1G

ener

ic R

esis

tor

RN

732B

TTD

K15

01B

25K

OA

1.50

Koh

ms_

1%_.

125W

1

Res

isto

r4

Gen

eric

Res

isto

rR

N73

2BTT

DK

2000

B25

KO

A20

0ohm

s_1%

_.12

5W

1

Res

isto

r3

Gen

eric

Res

isto

rR

N73

2BTT

DK

3010

B25

KO

A30

1ohm

s_1%

_.12

5W

1

Res

isto

r1

Gen

eric

Res

isto

rR

N73

2BTT

DK

3162

B25

KO

A*3

1.2K

ohm

s_1%

_.12

5W

1R

esis

tor

1G

ener

ic R

esis

tor

RN

732B

TTD

K33

21B

25K

OA

3.32

Koh

ms_

1%_.

125W

1

Res

isto

r1

Gen

eric

Res

isto

rR

N73

2BTT

DK

6650

B25

KO

A66

5ohm

s_1%

_.12

5W

1

Res

isto

r3

Gen

eric

Res

isto

rR

N73

2BTT

DK

8061

B25

KO

A8.

06K

ohm

s_1%

_.12

5W

1Th

erm

al S

witc

h1

Airp

ax_6

700

67F0

60A

IRP

AX

Nor

mal

ly O

pen

Clo

se @

60C

8Fe

edth

ru C

aps

1T7

602

T760

4-60

2Tu

soni

xFe

edTh

ru C

ap8

Bar

rier

Str

ip B

rack

et1

barri

er_s

trip_

brac

ket-d

MD

-173

692-

DFe

rmi-D

esig

nB

arrie

r Stri

p M

ount

ing

Bra

cket

84-

40 x

5/1

6" P

anH

d2

4-40

_5_1

6pan

hd-b

r4-

40 x

5/1

6 pa

nhd

bras

s sc

rew

88-

32 x

3/4

" P

anH

d2

8_32

_3_4

panh

d-br

8-32

x 3

/4 p

anhd

bra

ss s

crew

4M

ount

ing

Bra

cket

1m

ount

-brk

t-dM

D-1

7369

3-D

Ferm

i-Des

ign

PC

B M

ount

ing

Bra

cket

44-

40 x

1/4

" P

anH

d2

4-40

_1_4

panh

d4-

40 x

1/4

" pa

nhd

scre

w s

sC

over

112

x 6

EM

I Cov

er1

12x6

_shi

eld

MD

-173

689-

DFe

rmi-D

esig

nP

rimar

y E

MI S

hiel

d

* re

quire

s 31

.6K

||2.4

9Meg

= 3

1.2K

Single Filter Assembly Monitoring Circuit

Bar

rier

Stri

p A

ssem

bly

Mou

ntin

g B

rack

et

2011‐02‐23 

26 Filter Box Operating and Service Manual.doc 

APPENDIX 

Other documents available on DES Document Database   http://des‐docdb.fnal.gov:8080/ 

Title  Document # 

Vicor Filtering for Monsoon Crate Use  765 

Vicor Switching Supply Noise Studies  902 

DECam‐Vicor Filter Box  1969 

Master Reference List ‐ Power Supply Filter Box  2932 

Power Supply Filter Box Testing  2927 

Power Supply Filter Box   1380 

ICC Front End Electronics Over Voltage Circuit  4264 

DECam‐Vicor Filter Box Testing  4379 

 


Recommended