2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a new module type switch using next generation semiconductors
| Project/Area Number |
17K06334
|
|---|
| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
|---|
Principal Investigator |
高柳 智弘 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (10354755)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | パルス出力 / 半導体スイッチ / 次世代半導体 / モジュール型回路 / 大電力高速短パルス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
パワー半導体を用いた大電力高速短パルス出力スイッチの実現を目的とする。大電力用の回路においては、複数のパワー半導体素子を直並列に多重化するため、電流路の回路長の違いに起因した波形歪の大きさと回路インダクタンスの大きさに依存する波形の立ち上がり遅れが問題になる。そこで、回路長の等長化を実現する並列回路を放射対称型に配置したモジュール型スイッチ回路を設計した。更に、パワー半導体の素子に次世代半導体の一つである高周波特性に優れ且つ低損失を実現したSiC-MOSFETを採用することで、波形の立ち上がり時間の高速化を追求した。
本設計で開発した放射対称型のモジュール型スイッチ回路は、想定した通りにパルス出力に依存したリンギングを抑え波形歪みが小さい理想的な形状のパルス波形出力を実現した。そして、励磁波形の立ち上がり時間の高速化を実測で確認することができた。また、試験の過程において、放射対称型回路の特有な形状に合わせた環状型銅リング形状を電流出力回路に適用させること思い付いた。本方式によって回路インダクタンスを約10%低減化させることに成功し、この低減効果を実測の出力波形で確認することができた。
これらの成果は、大電力高速短パルス用半導体スイッチを現実化し、そして、今後の実用化に向けて非常に有意義な結果である。
研究期間全体を通じて得た成果は、国内の加速器学会と加速器国際会議のIPACで発表した。そのうち、2018年の成果は「Development of a new modular switch using a next-generation semiconductor」、2019年の成果は「Development of low inductance circuit for radially symmetric circuit」として査読論文として発表した。
|
