Protection and control of accelerator microwave sources using a high power IGBT switch

IGBTスイッチを用いた加速器用マイクロ波源の保護と制御

Loring, M.*; 森山 伸一; 春日井 敦; 寺門 正之; 中山 伸好*; 飯山 俊光*

Loring, M.*; Moriyama, Shinichi; Kasugai, Atsushi; Terakado, Masayuki; Nakayama, Nobuyoshi*; Iiyama, Toshimitsu*

大電力高周波源において電子管の保護と制御は重要な問題である。ここでは、この問題の解決にむけて進められた開発の概要をまとめるとともに、最近の核融合研究,加速器及び工業用分野での実例について議論する。特にJT-60Uのメガワット級ジャイロトロンの制御と保護のために用いられる高電圧IGBTスイッチの設計,開発、及び性能向上の過程について述べる。このIGBTスイッチは数年間稼働しており、システム運用時間20,000時間(素子運用時間2,000,000時間)が示すその長寿命は、注意深く設計されたシステムが適切に運用されたことによる装置信頼性の高さを示している。このスイッチは最近、他の高電力システムでも広く使われており、直流100kV, 100A級の電流を扱うことが可能である。この成果は原研と東京電子(株)の共同開発によるものである。

The control and protection of high power electron tubes has been a serious problem throughout the history of power electronics. This paper briefly covers the history of approaches used to meet these needs and discusses a modern solution which has uses in fusion research, accelerator, and commercial applications. The paper describes the design, development and performance history of a family of high voltage IGBT switches used for the control and protection of megawatt level gyrotrons in the JT60U facility. The switch systems described have been in use for several years. The demonstrated long, {over 20,000 system hours. (over 2,000,000 device hours)} life shows the inherent reliability of a well designed, properly operated HV DC IGBT switch system. This device has many other uses in modern high power electronic systems. In the application described, the switch carries current of the order of 100 amperes DC at 100 kV DC. The development was a joint effort of the Japan Atomic Energy Research Institute and the switch manufacturer, IDX Corporation.