J-PARCキッカー用LTD半導体スイッチ電源

LTD semiconductor switch power supply for J-PARC kicker

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

Takayanagi, Tomohiro; Ono, Ayato; Horino, Koki*; Ueno, Tomoaki*; Sugita, Moe; 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。今回、1.7kVのSiC-MOSFETを使用した主回路基板を32枚と、100VのMOSFETによる補正基板を20枚使用し、キッカー電源として必要な定格40kVの出力を実現した。評価結果について報告する。

We are developing the LTD semiconductor switch power supply, which combines SiC-MOSFET semiconductors and Linear Transformer Drivers (LTD) circuit to replace the kicker power supply in J-PARC. This power supply consists of two types of circuit boards: a main circuit board for forming rectangular pulses and a correction circuit board for compensating for flat-top droop, which enables high-voltage output and droop compensation for the number of stages connected in a hierarchical series. In addition to the main circuits of the thyratron, PFN, and end-clipper, which are the main circuit board is a single 400 mm 430 mm board with a reflected wave absorption circuit that can reduce the beam impedance from the kicker magnet. In this study, we used 32 main circuit boards with 1.7 kV SiC-MOSFETs and 20 compensation boards with 100V MOSFETs to achieve the required 40 kV output rating as a kicker power supply. The evaluation results will be reported.