大電力クローバー回路用半導体スイッチ

Development of semiconductor switches for high-power crowbar circuits

小野 礼人; 高柳 智弘   ; 不破 康裕   ; 篠崎 信一 ; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 杉田 萌 ; 山本 風海   ; 金正 倫計  ; 生駒 直弥*; 亀崎 広明*; 森 均*; 徳地 明*

Ono, Ayato; Takayanagi, Tomohiro; Fuwa, Yasuhiro; Shinozaki, Shinichi; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki*; Sugita, Moe; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu; Ikoma, Naoya*; Kamezaki, Hiroaki*; Mori, Hitoshi*; Tokuchi, Akira*

J-PARCでは、直線型加速器の加速用高周波を増幅する真空管型高周波増幅器(クライストロン)電源の短絡保護装置(クローバー装置)に水銀整流器(イグナイトロン)を用いている。イグナイトロンは、世界的に使用が制限されている水銀を使用しており、将来的に製造中止が見込まれる。そこで、大電力半導体素子(MOSゲートサイリスタ)を用いたクライストロン短絡保護用の半導体クローバー装置を開発している。基板1枚当たり、3kV, 40kA, 50sの動作出力を実現するオーバル型基板モジュールを製作した。120kVの高電圧を想定した各基板モジュールへの制御電源供給は、基板ごとに高圧トランスが必要となり、トランスの設置場所や部分放電(コロナ放電)を考慮する必要がある。本機器では、高圧トランスを用いず、各基板モジュール1枚に分担充電される電圧(3kV)から高圧DCDCコンバータで制御電源を作り出す自己給電方式を採用した。この基板モジュール20枚を20直列で接続し、既設機器(120kV, 40kA)の電圧に対して1/2スケール(60kV, 40kA)での動作性能を確認することができた。その出力試験結果について報告する。

At J-PARC, an ignitron is used for the crowbar device of the klystron power supply for high-frequency acceleration of a linear accelerator. Ignitron uses mercury, which is of limited use worldwide, and is expected to be discontinued in the future. Therefore, we designed a semiconductor crowbar switch for short-circuit protection of klystron using a MOS gate thyristor. We have manufactured an oval-type board module that realizes an operating output of 3 kV, 40 kA, and 50 s per board. For the control power supply to each board module assuming a high voltage of 120 kV, we adopted a self-power supply method that creates a control power supply with a high-voltage DCDC converter from the voltage shared and charged by each board module. It was possible to confirm the operating performance on a 1/2 scale (60 kV, 40 kA) against the voltage of the existing equipment (120 kV, 40 kA) by connecting twenty oval board modules in series. The output test result will be reported.