SiC-MOSFETのLTD回路を用いたRCSキッカー用新電源の開発

Development of a new power supply for the RCS kicker magnet with the LTD circuit of SiC-MOSFETs

高柳 智弘   ; 金正 倫計  ; 山本 風海   ; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 徳地 明*; 虫邊 陽一*

Takayanagi, Tomohiro; Kinsho, Michikazu; Yamamoto, Kazami; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki*; Tokuchi, Akira*; Mushibe, Yoichi*

J-PARC RCSは、運転開始から10年が経過し機器の更新が必要となっている。そこで、スイッチング損失が小さく高耐圧の次世代パワー半導体(SiC-MOSFET)を適用したパルス電源の検討を行っている。このパルス電源は、複数の半導体と大容量コンデンサを1枚の基板上で直並列に多重化した回路基板(LTD)で構築する。出力800V/2kAのLTDを主基板とし、並列多段済みにした階層構造とすることで、RCSキッカー電源として必要な電圧40kV、電流4kA、矩形波のパルス幅1500nsの仕様を満足することができる。また、出力電圧が40Vの補基板を複数枚追加し、かつ、その補基板回路の動作トリガの入力タイミングを各々任意に設定することで、矩形波の平坦度補正調整も可能となる。主基板5枚と補基板4枚による最大出力4kV/2kAの予備試験の結果において、RCSの大強度ビーム出力の安定運転の維持に有効であることが確認できた。発表では、回路設計の構造と予備試験結果について報告する。

J-PARC RCS needs updating of equipment after 10 years since the start of operation. Therefore, a pulse power supply applying a next generation semiconductor (SiC-MOSFET) with low switching loss and high breakdown voltage are investigated This supply constructs a serial / parallel multiplexing circuit using a SiC-MOSFET and a plurality of large capacity capacitors with one circuit board (LTD). By using this board as a main board and adopting a multistage hierarchical structure, it is possible to satisfy the specifications of the RCS kicker power supply with a voltage of 40 kV, a current of 4 kA and a rectangular wave pulse width of 1500 ns. Moreover, by adding a plurality of correction boards of 40 V and arbitrarily setting the operation trigger of the board, flatness correction is also possible. It was confirmed that the results of the preliminary test with the maximum output of 4 kV / 2 kA by are effective for maintaining stable operation at the RCS high intensity beam output.