Low-Noise, High-Precision Linear Power Supply with Thermal Foldback Protection

A low-noise, high-precision linear power supply with thermal foldback protection P. Carniti, L. Cassina, C. Gotti, a) M. Maino and G. Pessina INFN, Italian National Academy of Sciences Yard Milan Nuclear Laboratories, Piazza Bicocca 3, I-20126 Milan, Italy and Italian Corse Division, University of Milan, Piazza della Scientia 3, I-20126 Milan, Italy (Received February 22, 2016; Accepted April 18, 2016; Published online May 9, 2016) A low-noise, high-precision linear power supply is designed for use in rare event search experiments on high-power bolometers. The circuit accepts \"noisy\" dual-supply voltages up to ±15 V at the input and provides a precise, low-noise and stable voltage at the output that can be set between ±3.75 V and ±12.5 V in eight steps of 1.25 V. When the outputs are set to ±5 V, careful attention during circuit design, component selection, and proper filtering results in a noise spectral density of 50 nV/√Hz at 1 Hz and 20 nV/√Hz in the white. This equates to 125 nV RMS (0.8 μV peak-to-peak between 0.1 Hz and 10 Hz) and 240 nV RMS (1.6 μV peak-to-peak) between 0.1 Hz and 100 Hz. Thanks to proper compensation design, the circuit has a power supply rejection ratio (PSRR) of 100 dB at low frequencies and greater than 40 dB at high frequencies. Calibration can achieve an accuracy of ±70 ppm in the absolute value of the output voltage and ±350 μV at ±5 V, and reduces thermal drift to less than ±1 ppm/? C over the expected operating range. The maximum peak output current for each output is approximately 6 A. An original foldback protection scheme was developed that dynamically limits the maximum output current to keep the temperature of the output transistors within their safe operating range. An add-on card based on an ARM Cortex-M3 microcontroller is dedicated to monitoring and controlling all circuit functions and provides remote communications via the CAN bus. Published by AIP Publishing. A low noise and high precision linear power supply with thermalfoldback protectionP. Carniti, L. Cassina, C. Gotti,a) M. Maino, and G. Pessina za 3, I-20126 Milano, Italy(Received 22 February 2016; accepted 18 April 2016; published online 9 May 2016)A low noise and high precision linear power supply was designed for use in rare event searchexperiments with bolometers. The macro circuit accepts at the input a “noisy” dual supply voltage up to ±15 V and gives at the output precise, low noise, and stable voltages that can be set between±3.75 V and ±12.5 V in eight 1.25 V steps. Particular care in circuit design, component selection, and proper filtering results in a noise spectral density of 50 nV/√Hz at 1 Hz and 20 nV/√Hz whitewhen the output is set to ±5 V. This corresponds to 125 nV RMS (0.8 μV peak to peak) between0.1 Hz and 10 Hz, and 240 nV RMS (1.6 μV peak to peak) between 0.1 Hz and 100 Hz. The powersupply rejection ratio (PSRR) of the circuit is 100 dB at low frequency, and larger than 40 dB up to high frequency, thanks to a proper compensation design. Calibration allows to reach a precision in the absolute value of the output voltage of ±70 ppm, or ±350 μV at ±5 V, and to reduce thermal driftsbelow ±1 ppm/?C in the expected operating range. The maximum peak output current is about 6 Afrom each output. An original foldback protection scheme was developed that dynamically limits themaximum output current to keep the temperature of the output transistors within their safe operating range. An add-on card based on an ARM Cortex-M3 microcontroller is devoted to the monitoring and control of all circuit functionalities and provides remote communication via CAN bus. Published by AIP Publishing.