New SiC kicker power supply for J-PARC

J-PARC用新SiCキッカー電源

高柳 智弘   ; 小野 礼人; 杉田 萌 ; 山本 風海   ; 小栗 英知  ; 金正 倫計  ; 堀野 光喜*; 植野 智晶*; 小田 航大*; 徳地 明*; 生駒 直弥*

Takayanagi, Tomohiro; Ono, Ayato; Sugita, Moe; Yamamoto, Kazami; Oguri, Hidetomo; Kinsho, Michikazu; Horino, Koki*; Ueno, Tomoaki*; Oda, Kodai*; Tokuchi, Akira*; Ikoma, Naoya*

J-PARCでは、次世代パワー半導体(SiC-MOSFET)を用いたキッカー電源の高度化を進めている。SiC-MOSFETは、既設のキッカー電源で使用している大電力用放電型サイロトロンスイッチを、寿命に優れた半導体スイッチに代替することを可能とする。新電源のベース回路は、このSiC-MOSFETと、誘導電圧を重畳して高電圧を出力するLTD方式を採用し、また、出力時の低ノイズ化を実現する放射対称型構造とした。さらに、キッカー電源の主要回路であるサイラトロン、充電用のPFN回路、反射波を吸収するエンドクリッパーの3つの機器をモジュール化して1つの回路で構成した。出力波形のパルス型を形成する主回路モジュール基板の32枚と、平坦部の垂れを補正する補正回路モジュール基板の20枚を階層的に直列接続し、キッカー電源に求められる出力電圧40kV、出力電流2kA、パルス幅1.2usを実現した。さらに、コロナ放電を抑制し、長時間の連続運転に耐える導体用絶縁筒を開発した。

A new kicker power supply using SiC-MOSFETs is under development at J-PARC. The base circuit uses an induction voltage superposition circuit of the LTD method, and the semiconductor module circuit consists of a radial symmetry type that achieves low noise. The three main parts of an existing kicker power supply, the thyratron, PFN circuit, and end clipper, can be configured in a single module circuit. The power supply consists of a main circuit module board that forms a trapezoidal pulse and a correction circuit module board that compensates for droop of the flat section. The thirty-two main circuit module boards and twenty correction circuit module boards are connected in series in a hierarchical manner to achieve the waveform specifications required for J-PARC RCS kicker power supplies. In addition, an insulating cylinder for conductors has been developed that suppresses corona discharge and withstands continuous operation for long periods of time.