200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun
This paper describes a new 200 kV pulse modulator for the VEPP-5 complex preinjector electron gun. The pulse
 former is based on the solid state IGBT-switch and the new high turn ratio pulse transformer (PT). New design
 allows to simplify the performance of charge device due to the...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79332 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun / V.E. Akimov, I.V. Kazarezov, A.A. Korepanov // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 2. — С. 67-68. — Бібліогр.: 1 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860012572279832576 |
|---|---|
| author | Akimov, V.E. Kazarezov, I.V. Korepanov, A.A. |
| author_facet | Akimov, V.E. Kazarezov, I.V. Korepanov, A.A. |
| citation_txt | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun / V.E. Akimov, I.V. Kazarezov, A.A. Korepanov // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 2. — С. 67-68. — Бібліогр.: 1 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | This paper describes a new 200 kV pulse modulator for the VEPP-5 complex preinjector electron gun. The pulse
former is based on the solid state IGBT-switch and the new high turn ratio pulse transformer (PT). New design
allows to simplify the performance of charge device due to the decrease of primary voltage and decrease of power
consumption because of partial energy recuperation to the primary circuit.
Описується нова версія 200 кB-го модулятора електронної гармати для інжекційного комплексу ВЕПП-5.
Формувач імпульсів виконаний на твердотільному IGBT ключі; для зниження напруги на ключі при
порівняно малому імпульсному струмі імпульсний трансформатор виконаний зі збільшеним числом витків
вторинної обмотки і великим коефіцієнтом трансформації.
Описывается новая версия 200 кВ-го модулятора электронной пушки для инжекционного комплекса
ВЭПП-5. Формирователь импульсов выполнен на твердотельном IGBT ключе; для снижения напряжения на
ключе при сравнительно малом импульсном токе импульсный трансформатор выполнен с увеличенным числом витков вторичной обмотки и большим коэффициентом трансформации.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:42:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
200 KV PULSE MODULATOR FOR POWER SUPPLY OF VEPP-5
INJECTION COMPLEX ELECTRON GUN
V.E. Akimov, I.V. Kazarezov, A.A. Korepanov, Budker INP, SB RAS
Lavrentiev ave.11, 630090 Novosibirsk, Russia,
E-mail: i.v.kazarezov@inp.nsk.su
This paper describes a new 200 kV pulse modulator for the VEPP-5 complex preinjector electron gun. The pulse
former is based on the solid state IGBT-switch and the new high turn ratio pulse transformer (PT). New design
allows to simplify the performance of charge device due to the decrease of primary voltage and decrease of power
consumption because of partial energy recuperation to the primary circuit.
PACS: 29.25.Bx
1. PULSE FORMER
The electron gun is required to generate electron
bunches with energy 200 kV, pulse current 10 A and
pulse duration 2 ns. As the equivalent capacitance of
secondary circuit including the gun and PT capacitance
is equal to 100 pF then it is discharged with pulse cur-
rent only by 200 V that is by 0.1% of nominal voltage.
Thus the load of the modulator is capacitance. Similarly
to the previous modulator variant [1] high voltage pulse
forming is based on the resonant charge of secondary
capacitance through the step up pulse transformer. Pulse
former circuit is presented in fig.1. After IGBT gate
drive pulse comes the primary capacitor C1 discharges
through PT with the turns ratio k=72.3 and generates a
voltage pulse with the cosine rising edge on the sec-
ondary capacitance. When the first half-wave of prima-
ry current is completed the energy returns from the sec-
ondary capacitance to the primary storage C1 through
the reverse diode D1 mounted into the IGBT module
and pulse trailing edge of cosine wave of the same dura-
tion as the rising one is generated (fig.2 curve 1). How-
ever, as the flux density in PT core is limited by the sat-
uration flux density then at the voltage
фр
S
t
SWBU 2
2
2∆
>
( SB∆ is the PT core flux density swing from the initial
value rB−≈ up to the saturation induction SB ) the pulse
fall time is shortened at the expense of magnetization
inductance quick decrease (fig.2 curve 2). After the
pulse reverse overshoot is limited by the diode D4 and
D3R3 circuit. R1C2 circuit decreases the voltage rise
rate at the IGBT collector protecting in this way the
switch from overshootings which are occurred during
reverse diode D1 recovery. Figure 3 shows the wave-
forms of PT primary current (curve 1) and the IGBT
collector (curve 2) and gate (curve 3) voltages at the
nominal secondary voltage.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 2.
Series: Nuclear Physics Investigations (43), p.67-68. 67
Fig.2. Voltage waveform on the PT secondary winding
at different voltage levels
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000
-220
-200
-180
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
2
1
U
2, k
V
T, ns
Fig.3. Waveforms of collector (2) and gate (3)
voltages and current (1) of 200kV gun modulator
switch
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
2 1
U
IG
B
T,
kV
t, ns
I pr
im
ar
y, k
A
3
U
G
E, V
t, ns
Fig.1. Pulse former circuit
С1 С5
С6
PT
W2W1
R3
L1
D3
Ucharge
+3kV
сathode heat and
grid control unit
to the injector
to ADC
HV divider
IGBT module
FF400R33KF2
PT DC bias
DC power supply
resistive
current
monitor
200kev
electron gun
Gate
driver
magnetic
lenses
D1 D2 D4C2
R1
R2
C3 SF6 filled tank
gate
triggering
Gate
driver
DC PS
C4
C7
mailto:i.v.kazarezov@inp.nsk.su
2. MODULATOR DESIGN
200kV gun together with the pulse modulator design
is shown in fig.4. To decrease the primary circuit induc-
tance the primary capacitance (12) and switch (1) are
placed in common SF6 filled tank (2) with PT (3) and
gun under pressure 1.7 atm. (see fig.4). Water cooling is
provided in the design of the IGBT module
FF400R33KF2 support cover. Triggering pulse at the
input of the IGBT driver is removed when the module
temperature exceeds 70оС. Decreasing of PT bias cur-
rent less than 9A is registered with the help of a shunt
and is also led to IGBT triggering removal. Secondary
voltage measurement is carried out with the help of the
capacitive divider (4 in fig.4). The divider upper arm is
constructive capacitance of the high-voltage electrode
(11 in fig.4) onto the foil-clad glass reinforced textolite
plate and lower arm is the lumped capacitance placed
outside of tank. PT design is similar to the design de-
scribed in [1]. Secondary winding is winded with a
polyethylene isolated wire of an external diameter
0.8 mm. Use of two parallel branches of secondary
winding lets to transfer the supply voltage to the gun
control unit.
3. TEST RESULTS
The modulator behavior was tested on the equivalent
capacitance in nominal mode during 8 hours.
REFERENCES
1. V.E.Akimov, I.V.Kazarezov et al. 200 keV electron
beam pulse source for the complex VEPP-5
preinjector // VANT. Series “Nuclear physics
research”. 2001, № 3.
200 КВ ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР ДЛЯ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ
ИНЖЕКЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ВЭПП-5
В.Е. Акимов, И.В. Казарезов, А.А. Корепанов
68
Fig.4. 200 kV gun and pulse modulator design
1 – IGBT module, 2 – SF6 filled tank, 3 – PT, 4 – capacitive divider, 5 – magnetodischarge pump, 6,8 – magnetic
lenses, 7 – beam current resistive monitor, 9 – gate, 10 – accelerating tube, 11 – cathode heat and grid control
unit, 12 – primary circuit capacitive storage unit, 13 – biasing choke
Описывается новая версия 200 кВ-го модулятора электронной пушки для инжекционного комплекса
ВЭПП-5. Формирователь импульсов выполнен на твердотельном IGBT ключе; для снижения напряжения на
ключе при сравнительно малом импульсном токе импульсный трансформатор выполнен с увеличенным чис-
лом витков вторичной обмотки и большим коэффициентом трансформации.
200 КВ ІМПУЛЬСНИЙ МОДУЛЯТОР ДЛЯ ЖИВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОННОЇ ГАРМАТИ
ІНЖЕКЦІЙНОГО КОМПЛЕКСУ ВЕПП-5
В.Є. Акимов, І.В. Казарезов, А.А. Корепанов
Описується нова версія 200 кB-го модулятора електронної гармати для інжекційного комплексу ВЕПП-5.
Формувач імпульсів виконаний на твердотільному IGBT ключі; для зниження напруги на ключі при
порівняно малому імпульсному струмі імпульсний трансформатор виконаний зі збільшеним числом витків
вторинної обмотки і великим коефіцієнтом трансформації.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 2.
Series: Nuclear Physics Investigations (43), p.67-68. 69
200 kv pulse modulator for power supply of vepp-5
injection complex electron gun
1. pulse former
3. test results
references
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79332 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T16:42:59Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Akimov, V.E. Kazarezov, I.V. Korepanov, A.A. 2015-03-31T09:39:33Z 2015-03-31T09:39:33Z 2004 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun / V.E. Akimov, I.V. Kazarezov, A.A. Korepanov // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 2. — С. 67-68. — Бібліогр.: 1 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.25.Bx https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79332 This paper describes a new 200 kV pulse modulator for the VEPP-5 complex preinjector electron gun. The pulse
 former is based on the solid state IGBT-switch and the new high turn ratio pulse transformer (PT). New design
 allows to simplify the performance of charge device due to the decrease of primary voltage and decrease of power
 consumption because of partial energy recuperation to the primary circuit. Описується нова версія 200 кB-го модулятора електронної гармати для інжекційного комплексу ВЕПП-5.
 Формувач імпульсів виконаний на твердотільному IGBT ключі; для зниження напруги на ключі при
 порівняно малому імпульсному струмі імпульсний трансформатор виконаний зі збільшеним числом витків
 вторинної обмотки і великим коефіцієнтом трансформації. Описывается новая версия 200 кВ-го модулятора электронной пушки для инжекционного комплекса
 ВЭПП-5. Формирователь импульсов выполнен на твердотельном IGBT ключе; для снижения напряжения на
 ключе при сравнительно малом импульсном токе импульсный трансформатор выполнен с увеличенным числом витков вторичной обмотки и большим коэффициентом трансформации. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Элементы ускорителей 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun 200 кВ імпульсний модулятор для живлення електронної гармати інжекційного комплексу ВЕПП-5 200 кВ импульсный модулятор для питания электронной пушки инжекционного комплекса ВЭПП-5 Article published earlier |
| spellingShingle | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun Akimov, V.E. Kazarezov, I.V. Korepanov, A.A. Элементы ускорителей |
| title | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun |
| title_alt | 200 кВ імпульсний модулятор для живлення електронної гармати інжекційного комплексу ВЕПП-5 200 кВ импульсный модулятор для питания электронной пушки инжекционного комплекса ВЭПП-5 |
| title_full | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun |
| title_fullStr | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun |
| title_full_unstemmed | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun |
| title_short | 200 kV pulse modulator for power supply of VEPP-5 injection complex electron gun |
| title_sort | 200 kv pulse modulator for power supply of vepp-5 injection complex electron gun |
| topic | Элементы ускорителей |
| topic_facet | Элементы ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79332 |
| work_keys_str_mv | AT akimovve 200kvpulsemodulatorforpowersupplyofvepp5injectioncomplexelectrongun AT kazarezoviv 200kvpulsemodulatorforpowersupplyofvepp5injectioncomplexelectrongun AT korepanovaa 200kvpulsemodulatorforpowersupplyofvepp5injectioncomplexelectrongun AT akimovve 200kvímpulʹsniimodulâtordlâživlennâelektronnoígarmatiínžekcíinogokompleksuvepp5 AT kazarezoviv 200kvímpulʹsniimodulâtordlâživlennâelektronnoígarmatiínžekcíinogokompleksuvepp5 AT korepanovaa 200kvímpulʹsniimodulâtordlâživlennâelektronnoígarmatiínžekcíinogokompleksuvepp5 AT akimovve 200kvimpulʹsnyimodulâtordlâpitaniâélektronnoipuškiinžekcionnogokompleksavépp5 AT kazarezoviv 200kvimpulʹsnyimodulâtordlâpitaniâélektronnoipuškiinžekcionnogokompleksavépp5 AT korepanovaa 200kvimpulʹsnyimodulâtordlâpitaniâélektronnoipuškiinžekcionnogokompleksavépp5 |