パワー半導体を用いたキッカー用パルス電源とイグナイトロン代替スイッチの開発

Development of pulse power supply for kicker using power semiconductor and alternative switch for ignitron

高柳 智弘   ; 小野 礼人; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 山本 風海   ; 金正 倫計  

Takayanagi, Tomohiro; Ono, Ayato; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki*; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu

サイラトロンやイグナイトロンなどの放電型スイッチを、より安定した動作を可能とする半導体スイッチに更新する高度化を進めている。キッカー電源で使用しているサイラトロンの代替スイッチとして、SiC-MOSFETを用いた800V/2kA出力のモジュール基板を製作した。高電圧出力用に積み重ねたモジュール基板間の電力伝送構造を同軸リング型とすることで、更なる低インダクタンス化を実現した。その結果、キッカーシステムに必要な立ち上がり250ns以下、フラットトップ1.0us以上を20kV/1kAで実現した。他方のイグナイトロンは、大電力クライストロンの短絡スイッチとして使用されているが、世界的に使用が制限される水銀を用いているため、今後生産中止になる可能性がある。LINACのクライストロン用短絡スイッチは、120kV/40kAを50usでの動作出力が必要である。今回は、MOSゲートサイリスタを用いた3kV/40kAのオーバル型モジュール基板を試作し評価をした結果、動作仕様を満足することを確認した。

We will replace the Thyratron and Ignitron discharge type switch with a semiconductor switch capable of more stable operation. The thyratron alternative switch used by the kicker power supply manufactured the radial symmetric module substrate of the 800V/2kA output which was built by LTD circuit using SiC-MOSFET. By making the power transfer structure between module substrates stacked for high voltage output into a coaxial ring type, a further reduction in inductance is realized. We report the results of evaluating a pulse output of 20kV/1kA (final specification is 40kV/2kA). Ignitron, which is used as a high-power klystron clover switch, has the potential to be discontinued in the future because it uses mercury, which has limited use worldwide. LINAC's klystron clover switches require a working output of 50kV at 120kV/40kA. We fabricated 3kV/40kA oval type module substrate using MOS gate thyristor. Report on preliminary test results.