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...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Вопросы атомной науки и техники
Date:2004
Main Authors: Akimov, V.E., Kazarezov, I.V., Korepanov, A.A.
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