キッカー電磁石用SiC半導体スイッチ電源

SiC-based semiconductor switch power supply for kicker magnets

高柳 智弘   ; 小野 礼人; 堀野 光喜*; 植野 智晶*; 杉田 萌 ; 金正 倫計  ; 徳地 明*; 生駒 直弥*; 中田 恭輔*; 亀崎 広明*; 隅田 博之*

Takayanagi, Tomohiro; Ono, Ayato; Horino, Koki*; Ueno, Tomoaki*; Sugita, Moe; Kinsho, Michikazu; Tokuchi, Akira*; Ikoma, Naoya*; Nakata, Kyosuke*; Kamezaki, Hiroaki*; Sumida, Hiroyuki*

加速ビームの入射や取り出しに用いるキッカーシステムには、指定したビームのバンチのみに作用する短パルスの高速性と高繰り返し性に優れたパルス電源が必要である。J-PARC/JAEAでは、次世代パワー半導体の一つであるSiC-MOSFETを用いて、サステナブルな半導体スイッチ電源の開発に取り組み、定格出力40kV/2kAの半導体スイッチ電源を開発した。そして、本半導体スイッチ電源を20kV/2kA出力の2台に組み替え、実機のキッカー電磁石を用いた通電試験も実施した。また、本電源のフラットトップ補正機能を用いて、波形に生じるリンギングを半分以下に抑制できることを磁場波形で実証した。この成果により、ビームロスの要因となるリンギングに起因した蹴り角差を低減することができる。発表では、開発したSiC半導体スイッチ電源の仕様、試験装置、及び、評価結果について報告する。

The kicker system used for injection and extraction of accelerated beams requires a pulsed power supply with high speed and high repetition rate of short pulses acting only on a specified bunch of beams. We have developed a semiconductor switch power supply with a rated output of 40kV/2kA using SiC-MOSFETs, one of the next-generation power semiconductors. Then, we reconfigured this semiconductor switch power supply into two units with 20kV/2kA output and conducted energization tests using an actual kicker electromagnet. It was also demonstrated with magnetic field waveforms that the flat-top correction function of this power supply can suppress ringing in the waveform by less than half. This achievement enables the reduction of the kick angle difference caused by ringing, which is a factor in beam loss. In the presentation, specifications, test equipment, and evaluation results of the developed SiC semiconductor switch power supply will be reported.