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Kicker power supply for J-PARC 3-GeV RCS with SiC-MOSFET

SiC-MOSFETを用いたJ-PARC 3-GeV RCSのキッカー電源

高柳 智弘  ; 小野 礼人; 植野 智晶*; 堀野 光喜*; 富樫 智人; 山本 風海  ; 金正 倫計 ; 小泉 勲*; 川又 俊介*

Takayanagi, Tomohiro; Ono, Ayato; Ueno, Tomoaki*; Horino, Koki*; Togashi, Tomohito; Yamamoto, Kazami; Kinsho, Michikazu; Koizumi, Isao*; Kawamata, Shunsuke*

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)では、ビーム加速後の取出しに使用するキッカー電磁石の電源に、真空管の一種であるサイラトロンを使用してきた。しかし、より高耐圧、低損失かつ、高周波特性に優れた次世代電力用半導体であるSiC-MOSFETを使用することにより、電源の安定動作,小型化、及び省エネ化の高度化を進めている。RCSキッカー電源で採用されているサイラトロンスイッチ、同軸ケーブルタイプのPFN回路、および、反射波吸収用のエンドクリッパー等の主要な回路は、パワー半導体と蓄積用コンデンサーなどを用いることで一枚の回路基板上に実装可能とした。この回路基板は、単一で800V/2kAを出力できるため、複数枚の回路基板を直列多段に積み重ねることにより、必要な高電圧パルスを出力する。回路設計の詳細と、40kV/2kAの目標仕様に対して半分の20kV/2kAの出力を達成した結果を発表する。

We are developing a new kicker power supply for J-PARC 3-GeV RCS (Rapid-Cycling Synchrotron) using the next generation power semiconductor SiC-MOSFET with high withstand voltage, low loss, and superior high frequency characteristics. The three major circuits adopted for the RCS kicker power supply, the thyratron switch, the PFN circuit of coaxial cable type, and the end clipper for reflection wave absorption, has been realized with a single modular circuit board based on the LTD circuit. The new kicker power supply realizes stable operation, miniaturization and energy saving by using power semiconductors. The required high voltage can be output by stacking the 800V/2kA modular circuit board in series. The details of circuit design and the results of achieving an output of half 20kV/2kA against the target specification of 40kV/2kA are presented here.

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