広いダイナミックレンジを持つ高精度パルス電磁石電源の設計

Design of a high-precision and wide dynamic range pulsed magnet power supply

渡辺 泰広  ; 谷 教夫  ; 井上 圭吾*

Watanabe, Yasuhiro; Tani, Norio; Inoue, Keigo*

J-PARC 3-GeVシンクロトロンでは、ビーム入射時に励磁するバンプ電磁石の端部から生じる四極成分を補正するため、パルス四極電磁石の設置を検討している。パルス四極電磁石の電流パターンは、前段のリニアックからのビーム入射が開始されるまでに電流を一定の値に立ち上げておき、ビーム入射期間である500usは一定を維持する。この時に必要となる電源電圧は12Vであり、電流精度は0.1%以下が要求されている。一方、ビーム入射完了後200usの間に急速に電流を立ち下げるが、この時に必要となる電源電圧は2200Vである。このように、パルス四極電磁石を励磁するための電源は、0.1%以下の電流精度と広いダイナミックレンジを同一の回路で実現する必要がある。本論文では、広いダイナミックレンジと低電圧時の電流精度向上を目的としてチョッパ回路を多段直列接続したパルス電源を検討する。この電源は、所要電圧が大きな場合はすべての多段直列回路をスイッチングモードで運転し、逆に所要電圧が小さく高精度が要求される場合には、多段直列のうち1回路のみをスイッチング動作させ、残りの回路はスイッチングを止めて還流モードで運転する。これにより、電流立ち下げ期間に必要となる大電圧を確保しつつ、フラットトップ期間の小電圧時の電流精度向上を図っている。本発表ではパルス四極電磁石電源の検討結果を紹介し、大強度陽子加速器を安定に運転するうえでの有効性について議論する。

In order to compensate a quadrupole component caused by edge filed in bump magnets, pulsed quadrupole magnets will be installed in the J-PARC RCS. The pulsed quadrupole-magnet power supply is required large voltage and low current ripple. This paper proposes a high-precision and wide dynamic range pulsed power supply.