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高電圧半導体スイッチ

バックグラウンド

日本原子力研究開発機構殿(以下原研殿)が開発依頼元。 ITER計画(*)で使用する核融合装置の技術開発を原研殿で行っている。その装置を動かす巨大発振器ジャイロトロンを制御する高電圧スイッチを原研殿から技術指導を受け製品化を行った。
(*)核融合装置を使った新エネルギー開発の超大型国際プロジェクトの名称

開発経緯

1.製品化依頼

原研殿で開発・試作された装置を製品化しダウンサイジングすることが命題。基盤技術を原研殿より指導・供与頂き受託開発として取り組んだ。

2.スイッチユニット基板の設計・開発

仕様を伺い印可電圧90KVの耐圧を達成するためにFETを合計90段直列に配置。

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3. スイッチユニットの製作・調整

90段に直列配置したFETゲート信号のタイミング合わせが技術的なポイント。数十nsecオーダーにタイミングを調整出来る回路を開発。

スイッチユニット内部

スイッチユニット内部

スイッチユニット完成

スイッチユニット完成

 

4. 冷却システムの製作

高電圧、高速、でスイッチングするスイッチユニットの冷却方法としてフロリナートで液冷を採用。
またフロリナートをポンプにより循環させラジエータで強制空冷。

ラジエータ

ラジエータ

フロリナート循環系

フロリナート循環系

 

5. 全体製作・調整試験

パネル内部/全体外観

パネル内部/全体外観

最終目的である小型化を実現。 出荷検査は模擬抵抗負荷での高電圧ON/OFF動作の確認試験で90個各々のFETの高電圧分圧特性の確認

 

 

 

 

高電圧半導体スイッチ構成図
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開発技術者コメント
真空技術部 主任 辺見修一

真空技術部 主任 辺見修一

私は現在まで、コールドカソードゲージ「CG-20」ペニングゲージ「PEG-10」、イオンポンプ電源などの設計・開発を担当してきました。これら分野については、ノウハウも自信もあったのですが、本製品は私がこれまで携わってきた製品とは大きく異なり、高電圧の扱いや冷却システム等、自分にとって新たな挑戦となる技術が多かった為、当初はどこから取り掛かれば良いか戸惑いが多々ありました。しかし、原研ご担当者様方との共同開発ということもあり、多くの助言を頂きながら仕事を進め、その過程で様々な知識も得ながら開発を進めていくことが出来ました。開発終盤は時間に余裕がなく、特にゲート信号のタイミング調整は、厳しい作業となりましたが、一つ一つ成果が積み重なっていくことで、非常に大きな充実感・達成感を味わえました。 今後は、本開発で得られた知識・ノウハウを生かし、次期新製品の開発につなげていく計画です。現在、高電圧半導体スイッチのモジュール化を検討しています。モジュールの組合せにより、高電圧・大電流の広い定格レンジに対応可能になる為、当社にとっても新たなお客様の開拓につながるはずです。

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