Consuntivo APOLLOConsuntivo APOLLOAlimentatori di POtenza per aLti Livelli di radiaziOne

2011 – 2012

Attivita’ di ricerca:

Alimentatore DC/DC principale (MI, PV)

Materiali per alti campi magnetici (PV)Materiali per alti campi magnetici (PV)

Alimentatori DC/DC secondari (PD)

Irraggiamenti di dispositivi (RM, MI)

CollaborazioneCollaborazione

Conferenze e pubblicazioni

20 giugno 2012 1Consiglio di Sezione ‐ Pavia

Convertitore principale (MI, PV)• Test termici effettuati a Milano per ottimizzare ildimensionamento della piastra di raffreddamento. Una seconda serie di test e’ prevista a giorni, e irisultati saranno utilizzati per la costruzione del 

d t tisecondo prototipo• In corso le simulazioni Ansys per modificare ildisegno della piastra e migliorare lo scambiotermico fra i vari componentitermico fra i vari componenti.

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ Pavia 2

Materiali per alti campi magnetici (PV)Individuata la polvere ottimale: FeSi 68 HQ (tenore di Si nel 

range 6.5 – 6.9 % e granulometria < 45 um), fornitore Hoganas

Studiata estrusione con 6 diverse “ricette” di compound

Fatte prove di stampaggio ad iniezione con pressa costruita “ad hoc”

Necessari processi di deceratura e sinterizzazione in forno adNecessari processi di deceratura e sinterizzazione in forno ad atmosfera riducente di H2 puro a ~ 1300 °C

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ Pavia 3

Materiali per alti campi magnetici (PV) – cont.Primi campioni ottenuti non sempre buoni (vedi figura a 

destra)destra)Per ottimizzare lo stampaggio si sono introdotte

parecchie modifiche allo stampo, la maggiore delle quali e’ stata l’introduzione di resistenze di riscaldamentoaggiuntiveDifficolta’ a reperire forni adatti alla sinterizzazione in 

atmosfera riducenteCaratterizzazione fisica del materiale effettuata (SEM)Alcuni campioni irraggiati alla Casaccia con γ fino a 5k Gy

≈ 5 anni di sLHC. Evidenza di un inizio di fusione locale dellacomponente polimerica ma nessuna alterazionecomponente polimerica ma nessuna alterazionesignificativa nei granuliAncora da effettuare una caratterizzazione magnetica

dettagliata, pianificata per l’autunnoCampioni non irraggiati

g , p p

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ PaviaCampioni irraggiati in γCampioni commerciali (ferrite)

Convertitori secondari POL (PD)E’ continuata la caratterizzazione di dispositivi GaN reperibili sul mercato:

Ci sono difficolta’ di reperimento dei dispositivi da 200V di drain prodotti dalla EPC con unanuova tecnologia che dovevano essere disponibili dalla fine di aprile Al momento non e’nuova tecnologia, che dovevano essere disponibili dalla fine di aprile. Al momento non e  nota la data entro cui saranno consegnati

Gli stampati prodotti per la caratterizzazioni elettriche sono pronti, ma non ancoraassemblati in attesa della disponibilita’ dei dispositivi da 200V

Per le prove di radiazione con protoni al CN di Legnaro sono utilizzabili i vecchi componenti, che pero’ dovranno essere installati da una ditta esterna per le difficolta’ tecniche legate allaloro saldatura sugli stampati modificati per ridurre l’attenuazione dei protoni a bassa energia

Sotto studio le modifiche topologiche al POL in topologia Interleaved Buck with Voltage Divider, per poter utilizzare dispositivi GaN al posto dei MOSFET

In corso la modellizzazione dei package dei GaN per la simulazione termicaIn corso la modellizzazione dei package dei GaN per la simulazione termica

La campagna di irraggiamenti al CN di Legnaro, con studio degli effettidell’annealing con trattamenti termici in funzione della polarizzazione

li d l’i i ’ i d ll di ibili ’ d ll h dapplicata dopo l’irraggiamento, e’ in attesa della disponibilita’ delle schedeassemblate

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ Pavia 5

Irraggiamenti di dispositivi (RM, MI)Irraggiamenti di dispositivi (RM, MI)Effettuate campagne di irraggiamento con neutroni (Tapiro, Casaccia), con gamma (Calliope, Casaccia) e con ioni pesanti di bromo (LNS, Catania)(Calliope, Casaccia) e con ioni pesanti di bromo (LNS, Catania)Primo irraggiamento con protoni effettuato a dicembre 2011 ai LNS, a cui ne seguira’ una seconda prevista per il prossimo autunno

D t li i i ti t t tiDurante gli irraggiamenti vengono testatidiversi dispositivi polarizzati con un numeroelevato di campioni per ciascuno, installati sut ti tt ti it t lstampati progettati appositamente per le dimensioni di fascio disponibili. La figura a latomostra ad esempio l’attrezzature realizzata

il T i iper il test a Tapiro con neutroniE’ stata effettuata, fra i primi al mondo, 

una serie di irraggiamenti combinati per di l ibili ’ l S di istudiare la sensibilita’ al SEE di componenti

gia’ irraggiati con γ, e i risultati sarannopresentati a NSREC 2012

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ Pavia 6

Collaborazione 2012Carmine Abbate3,2, Monica Alderighi10,4, Stefania Baccaro1,2,B, Giovanni Busatto3,2, Paolo Cova5,6, Nicola Delmonte5,6, Francesco Iannuzzo3,2, Agostino Lanza6,A, Roberto Menozzi5, Alessandro Paccagnella8,9, Marco Riva7,4,B, Annunziata Sanseverino3,2, Francesco Sichirollo8,9, Giorgio Spiazzi8,9,B__________________________________________________

• 1 – ENEA UTMATT Casaccia• 2 – INFN Sezione di Roma• 3 – Dipartimento di Automazione, Elettromagnetismo, Ingegneria dell’Informazione e Matematica 

I d i l U i i ’ di C iIndustriale – Universita’ di Cassino• 4 – INFN Sezione di Milano• 5 – Dipartimento dell’Ingegneria dell’Informazione – Universita’ di Parma• 6 – INFN Sezione di Pavia• 7 – Dipartimento di Fisica – Universita’ di Milano• 8 – Dipartimento dell’Ingegneria dell’Informazione – Universita’ di Padova• 9 – INFN Sezione di Padova

10 INAF/IASF Mil• 10 – INAF/IASF MilanoA – Responsabile nazionaleB – Responsabili locali

C’e’ stata una certa contrazione nel numero dei collaboratori, dell’ordine del 30%. Molto critica la situazione a Milano, dove il responsabile locale ha lasciato l’universita’ all’inizio

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ Pavia 7

del 2012.

Conferenze e pubblicazioniSito web disponibile: http://www2 pv infn it/~servel/apollo/index htmlSito web disponibile: http://www2.pv.infn.it/ servel/apollo/index.html

Pubblicazioni• Power supply distribution system for calorimeters at the LHC beyond the nominal 

l i it JINST 6 P06005 2011luminosity, JINST 6 P06005 – 2011• Power converters for future LHC experiments, JINST 7 C03012 ‐ 2012Conferenze• ICAPPT 2011 ‐ Como Italy: Radiation damage in soft ferromagnetic materials for enhanced inductorICAPPT 2011  Como, Italy: Radiation damage in soft ferromagnetic materials for enhanced inductor 

cores operating in extreme environments ‐ speaker A. Morici• ICAPPT 2011 ‐ Como, Italy: Energy Distribution in Hostile Environment: Power Converters and Devices, 

speaker M. Citterio• ICAPPT 2011 ‐ Como, Italy: Power Distribution Architecture for High Energy Physics Hostile Environment, , y g gy y ,

speaker M. Riva• TWEPP 2011 ‐ Vienna, Austria: Power converters for future LHC experiments, speaker M. Citterio• NSREC 2012 ‐Miami, USA: Single Event Effects in Power MOSFETs during Heavy Ions Irradiations 

performed after g‐rays degradation ‐ accepted as oral presentation• ESREF 2012 ‐ Cagliari, Italy: Reliability oriented design of power supplies for high energy physics 

applications ‐ accepted as poster presentation• ESREF 2012 – Cagliari, Italy: Thermal modeling and design of power converters with tight thermal 

constraints – accepted  as oral presentation• ESREF 2012 – Cagliari, Italy: Behaviour of power MOSFETs during heavy ions irradiation performed after 

gamma‐rays exposure – accepted as oral presentation• RADECS 2012 ‐ Biarritz, France: Radiation Issues about Power MOSFETs for Distributed Power Systems 

Suitable for High Energy Physics Experiments – submittedJ S 2012 I l A S f i i l f S l S f Hi h h i• JEMS 2012 ‐ Parma, Italy: A Soft Magnetic Material for Power Supply Systems of High Energy Physics Experiments ‐ accepted as oral presentation

20 giugno 2012 Consiglio di Sezione ‐ Pavia 8