THOMX Specifications Techniques Cartes Switchs_VF_DA

SYNCHROTRON SOLEIL – Société Civile au capital de 12.000 €
439 684 903 R.C.S. EVRY – NAF 7219Z – SIRET 439 684 903 00016
Division xxx – L’Orme des Merisiers – Saint-Aubin – BP 48 – 91192 GIF S/YVETTE Cedex
Tél. : [phone] xx – Fax : [phone] xx - Web http://www.synchrotron-soleil.fr/
Référence : ThomX-K-P-CartesHT
I
SPECIFICATIONS TECHNIQUES POUR LA FOURNITURE
D’ENSEMBLES DE COMMUTATION HT POUR LES PULSERS DE
KICKERS DE THOMX.
Date de diffusion
Rédacteur
Vérificateur
Approbateur
Visa de
l’approbateur
Modifications
Indice
Novembre 2016
P.
Alexandre
D. Muller
Création
0

Synchrotron SOLEIL
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ThomX-K-P-CartesHT
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TABLE DES MATIERES
1. Introduction ....................................................................................... 3
2. Spécifications ..................................................................................... 5
2.1. Cartes IGBT haute tension (carte switch) .............................................. 5
2.2. Modules de déclenchement (drivers) ................................................... 5
2.3. Cartes diodes HT. ........................................................................... 6
2.4. Fonctionnement et autres attentes. .................................................... 6
3. quantités et livraison ............................................................................ 7

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ThomX-K-P-CartesHT
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1. INTRODUCTION
L’objectif de ce projet est de concevoir deux systèmes d’aimants kickers. Chacun des
systèmes comporte un pulser haute tension délivrant des impulsions de courant qui sont
transmises, via une liaison coaxiale, à un aimant dipolaire kicker. Ces deux systèmes servent
à injecter et extraire les paquets d’électrons de l’accélérateur circulaire de la source
compacte de rayons X dénommée ThomX.
Le courant requis pour assurer les déviations des électrons est une impulsion quasi
semi-sinusoïdale, de valeur crête 800 A, un temps de montée de moins de 60 ns et un temps
de descente de moins de 60 ns également. Cela correspond donc à une impulsion dont la
largeur, mesurée aux zéros de courant est inférieure à 120 ns.
L’aimant kicker est modélisé par une inductance de 252 nH et une résistance série,
modélisant les pertes par effet Joule.
Etant donné la courte durée de l’impulsion de courant, il est nécessaire de considérer
un maximum d’élément parasites (inductances et résistances de connexions, pertes dans la
transmission, etc.) afin d’arriver aux performances requises.
Le schéma ci-dessous représente le modèle du système complet, à savoir
l’alimentation pulsée (à gauche de la transmission coaxiale), la transmission et l’aimant.
La génération des impulsions repose sur le phénomène de résonance. Un banc de
condensateur haute tension (HT) est chargé par une alimentation HT. Lorsque l’interrupteur
à semi-conducteur est fermé, la résonance apparait entre les condensateurs chargés et
l’inductance de l’aimant. Un courant sinusoïdal amorti est généré et transmis à l’aimant par
la liaison coaxiale.
Il est nécessaire que l’interrupteur à semi-conducteur soit ouvert après qu’une
impulsion de courant sinusoïdale complète (lobe positif + lobe négatif) soit passée dans
l’interrupteur. La première courbe ci-dessous (rouge) montre l’allure de courant dans
l’interrupteur, telle que nous désirons l’obtenir (simulation).

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Allure de courant dans l’interrupteur à semi-conducteur.
La résonance de l’aimant soumis à cette excitation, ajouté au phénomène de
réflexion (aimant non adapté) permet de gagner en courant crête et en forme d’onde.
On obtient alors l’allure suivante (simulation) :
Allure de courant dans l’inductance de l’aimant.

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L’objet de ces spécifications techniques est de détailler les paramètres importants
du système de commutation HT sur le pulser. Ce système comprend un étage de
commutation HT (module IGBT), un module de déclenchement (driver) et une carte
diodes HT.
2. SPECIFICATIONS
2.1. CARTES IGBT HAUTE TENSION (CARTE SWITCH)
Les cartes switchs IGBT devront avoir les caractéristiques suivantes :
- Elles devront pouvoir être utilisées en service jusqu’à 15 kV (d’après des essais
sur prototypes). Une tension maximale de service supérieure (16 kV) serait
souhaitable.
- Les cartes devront faire de la commutation ON et OFF (OFF à courant quasi-nul),
la durée totale du cycle de commutation étant de l’ordre de 350 ns (au maximum
450 ns, correspondant à la durée aller-retour de l’onde de courant dans la ligne
de transmission), la fermeture du switch étant typiquement de l’ordre de 40 ns.
- La capacité en courant crête doit être de l’ordre de 3 kA, afin d’avoir une
impédance « pulsée » du switch suffisamment faible pour permettre l’oscillation sur
le pulseur.
- Dimensions de la carte :
o Longueur : 30,5 cm.
o Largeur : 18,5 cm.
o Plans de cuivre de connexion, dorés sur les 2 faces avec 12 vias métallisés
diamètre 3,2mm intérieur tous les 15mm (le premier à 10mm d’un des 2 bords
de la carte).
o Sérigraphie HV in et HV out, à minima.
- La liaison entre le switch IGBT et le driver sera de l’ordre de 50 à 60 cm maximum
(par fibre optique ou liaison câble haute tension).
2.2. MODULES DE DECLENCHEMENT (DRIVERS)
Les aspects importants sont les suivants :
- Capacité de gérer la commutation ON-OFF de la carte switch dans les critères
précédemment définis.
- La liaison entre le switch IGBT et le driver sera de l’ordre de 50 à 60 cm maximum.