RCSキッカー用半導体スイッチ電源

Semiconductor switch power supply for RCS kicker

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

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

J-PARCの3GeVシンクロトロン(RCS)キッカー電源を代替する半導体スイッチ電源の開発を進めている。パワー半導体の素子には、現在の主流であるシリコン(Si)製より高周波特性に優れ低損失なシリコンカーバイド(SiC)製の半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を採用し、回路基板の主要な部分は、低ノイズと低インダクタンスを実現した放射対称型のLinear transformer driver(LTD)回路で構成した。また、電源全体は、既存のキッカー電源の機能を有する回路に新たに追加する周回中の大強度ビームの誘導電流低減を目的として反射波吸収回路を1枚のモジュール基板で実装する主回路基板と、フラットトップの時間的一様性を要求仕様に合わせて補正する低電圧出力の補正基板の2種類の組み合わせで構成する。主回路基板は一枚で800V/2kA出力が可能であり、52枚の主回路基板と20枚の補正基板を用いて、RCSキッカー電源に必要な高電圧40kVとフラットトップ平坦度0.2%以下の出力試験に成功した。更に、既設のキッカー電源の実構成を想定した2並列回路による予備試験を実施した。評価結果と今後の展望について報告する。

We have been developing a semiconductor switch power supply to replace the RCS kicker power supply in J-PARC. A SiC MOSFET is used as a power semiconductor element, and a radially symmetric LTD circuit is used for the circuit board. The power supply consists of a combination of two types of circuit boards: a main circuit board, which includes the circuits of the thyratron, PFN and end clipper provided in RCS kicker power supplies, on a single module board, and a correction board, which compensates for flat-top droop. A single main circuit board can provide 800V/2kA output, and 52 main circuit boards and 20 correction boards have been used to successfully achieve the high voltage of 40kV and flat-top flatness of less than 0.2%. Furthermore, a preliminary test of the dual-parallel circuit was conducted for a twin kicker power supply configuration, which is required for the RCS kicker power supply. The evaluation results and prospects are presented.