Comparison of the pulsed power supply systems using the PFN switching capacitor method and the IGBT chopping method for the J-PARC 3-GeV RCS injection system

J-PARC 3GeV RCSにおけるPFNのコンデンサースイッチ方式とIGBTチョッピング方式を用いたパルス電源システムの比較

高柳 智弘   ; 植野 智晶; 堀野 光喜; 富樫 智人; 林 直樹  ; 金正 倫計  ; 入江 吉郎*

Takayanagi, Tomohiro; Ueno, Tomoaki; Horino, Koki; Togashi, Tomohito; Hayashi, Naoki; Kinsho, Michikazu; Irie, Yoshiro*

J-PARC 3GeV RCSの入射エリアにあるペインティング入射用偏向電磁石のパルス電源を設計して製作した。シフトバンプ電磁石とパルス偏向電磁石は台形波形の出力電流を出力し、そのフラットトップ部分がビーム入射に使用される。水平と垂直のペイントバンプ電磁石は、減衰波形を使用して動的にビーム軌道を変更する。PFN方式はフラットトップ部に電流リプルを作らないが、IGBTチョッピング方式は、スイッチングによる電流リプルが生じてしまう。しかしながら、IGBTチョッピング方式は、要求された任意波形を形成することできる有利な点を持っている。回路構成,スイッチングノイズ,波形形成の制御における2つのシステムの比較について述べる。適材適所で電源を開発し運用することで、ビーム試験と運転を効率的に実施することが可能となり加速器施設の稼働率が上がる。これにより、J-PARC加速器の長期的な安定運転が可能となる。

Each pulse power supply of the bending magnets at the J-PARC 3-GeV RCS injection area has been designed and manufactured for the painting injection in the transverse plane. The shift bump and pulse steering magnets generate a trapezoidal waveform, the flat-top part of which is used for beam injection. The horizontal and vertical painting bump magnets dynamically change the beam orbit using a decaying waveform. The PFN switching capacitor system does not produce a current ripple at the flat top, although the IGBT chopping system cannot be free from ripple generation due to switching. However, the IGBT chopping system has an advantage of producing an arbitrary wave pattern as required. This paper summarizes the comparison of both power supply system from view point of the circuit structure, the switching noise and the control of the wave pattern formation.