The paper presents a long-pulse modulator for klystron using a high-voltage solid-state switch and a droop compensator. The modulator guarantees the safe of klystron by limiting the amount of energy transferred to klystron in case of arc. The high performance of the modulator is also achieved by the fast transition time, high flatness and average power. The proposed prototype has produced pulses with a flat-top voltage -90[kV], pulse width 1ms and pulse frequency 200[Hz]. The validity of the long-pulse modulator for klystron has been verified by the simulation and experimental works.
Jang Sung-Duck;Kwon Sei-Jin;Bae Young-Soon;Oh Jong-Seok;Cho Moo-Hyun;Namkung Won;Son Yoon-Kyoo
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.54
no.3
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pp.120-126
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2005
The Korean Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) tokamak device is being constructed to perform long-pulse, high-beta, advanced tokamak fusion physics experiments. The long-pulse operation requires the non-inductive current drive system such as the Lower-Hybrid Current Drive (LHCD) system. The LHCD system drives the non-inductive plasma current by means of C-band RF with 2-MW CW power and 5-GHz frequency. For the LHCD test experiments, an RF test system is developed. It is composed of a 5-GHz, 1.5-MW pulsed magnetron and a compact pulse modulator with $4\;{\mu}s$ of pulse width. The pulse modulator provides the maximum output voltage of 45 kV and the maximum current of 90 A. It is composed of 7 stages of Pulse Forming Network (PFN), a thyratron tube (E2V, CX1191D), and a pulse transformer with 1:4 step-up ratio. In this paper, the detailed design and the performance test of the pulse modulator are presented.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.26
no.1
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pp.25-31
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2021
This paper describes the design of a power cell-based pulsed power modulator with fast rise times. The pulse-generating section of the pulse power modulator is a series stack of power cells. Each power cell is composed of a storage capacitor, a pulse switch, and a bypass diode. When the pulse switches are turned on, the capacitors are connected in series and the sum of voltages is applied to the load. For output pulses with fast rise times, an IGBT with fast turn-on characteristics is adopted as a pulse switch and the optimized gate driving method is used. Pspice simulation is performed to account for the gate driving method. A 10 kV, 12-power cell-based pulsed power modulator is tested under resistive load and plasma reactor load. The rise times of output pulses less than 20 ns are confirmed, showing that the pulsed power modulator can be effectively applied to pulsed power applications with fast rise times.
200-MW pulse modulators(total 11units) for the PLS linac employ the SCR phase control circuit. It controls 3-phase AC line voltage for the high-voltage DC power supply (DCPS, maximum of 25kVDC, 4.2A) which charges the pulse forming network(PFN). The PFN delivers 400kV, 500A, ESW $7.5{\mu}s$ pulse power to the 80-MW klystron amplifier tube. The SCR regulates 3-phase AC power and feeds to the high voltage transformer. Two different types of the transformer configurations namely ${\Delta}-{\Delta}$ and ${\Delta}-Y$, are alternatively installed to 11 modulator units for the suppression of harmonic noises. RC filters and reactors are also installed. Currently, approximately 110-kW of average AC power per unit is consumed at the normal operation level of the modulator with 30pps. This paper presents the operational characteristics of the high power pulse modulator, especially the experimental results of the AC line harmonic components generated by the operation of the high power pulse modulator to suppress the switching noises from the SCR and rectifying diode arrays.
A pulse generator of one stage magnetic pulse compression modulator was simulated by electromagnetic transients program (EMTP). The pulse generator was expected to generate ${\sim}80kV$ peak voltage, ${\sim}140ns$ pulse width and about $70{\sim}75%$ energy delivery efficiency from initial charge capacitor $(0.2{\mu}F)$ to dummy load $(25{\Omega})$. From this simulation, the scheme of pulse circuit could be estimated as a practically reasonable design.
Microwave heating system of KSTAR consists of ECH and LHCD. ECH and LHCD offer the reliability of operation in the beginning of plasma formation and non-inductive current drive for long time steady state operation with maintaining MHD stability, respectively. LHCD demands 5 GHz of frequency and consists of c-band waveguide, 4-port circuitor, dry dummy load, dual directional coupler, E-bend, arc detector. Our system is a lineup type pulse modulator that has 45 kV of output pulse voltage, 90 A of pulse current, 4 us of pulse width. 1:4 step-up pulse transformer, 7 stages of PFN and thyratron tube (E2V, CX1191D) are used in this modulator. The purpose of this paper is to show the modulator design and experimental result.
Jang, Sung-Duck;Son, Yoon-Gyu;Oh, Jong-Seok;Bae, Young-Soon;Cho, Moo-Hyun;NamKung, Won
Nuclear Engineering and Technology
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v.38
no.8
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pp.785-792
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2006
The microwave heating system of KSTAR consists of ECH and LHCD. ECH and LHCD offer the benefits ofa reliable operation at the start of plasma formation and a non-inductive current drive durable steady state operation, respectively. LHCD uses a C-band microwave system with a frequency of 5 GHz. A pulsed power modulator with a power of 3.6 MW, $4{\mu}S$, 200 pps is required to drive the high-powered magnetron. The development of a pulse modulator with 1:4 pulse transformers is the focus of the research in this study. The peak power handling capability is 3.6 MW (45 kV, 90 A at load side with a pulse width of $4{\mu}S$). This paper describes the system overview and test results of the pulsed modulator. In particular, a simulated waveform is compared with the tested waveform.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.10
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pp.872-880
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2017
Usually, on/off control method is a way to control the thruster. Bang-Bang Control, PWM(Pulse Width Modulator) and PWPF(Pulse Width Pulse Frequency) are widely used as a typical way. When we are designing PWPF, the incorrectly designed parameters($K_m$, ${\tau}$, $U_{on}$, $U_{off}$, $U_m$) make trouble, such as the phase lag, the wasted fuel, the reduced system life. Therefore, the effect of parameters on the system performance should be analyzed before the proper parameters are selected. In this paper, we suggest the PWPF parameters design method by performing a static analysis, and analyze the interactive effects on design parameters by performing a dynamic analysis and simulation.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.45
no.7
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pp.17-22
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2008
This paper presents a low-power and small-area pulse width modulator by light intensity for photoflash. Light intensity controller is achieved by using capacitor, photodiode, and comparator. The proposed circuit designs digital circuit to reduce static power consumption except comparator. And IGBT driver has short circuit protection using delay cell. The pulse width modulator has the operating range of $V_{MS}$ from 0.5V to 2.5V and pulse width of output from 0.14ms to 1.65ms at 300Hz. The pulse width modulator fabricated in $0.35-{\mu}m$ CMOS technology occupies $0.85mm{\times}0.56mm$. This circuit consumes 3.0mW at 300Hz and 3.0V.
Ryoo, Hong-Je;Kim, Jong-Soo;Rim, Geun-Hie;Goussev, G.I.;Sytykh, D.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.1
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pp.88-99
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2007
In this paper, a novel new pulse power generator based on IGBT stacks is proposed for pulse power application. Because it can generate up to 60kV pulse output voltage without any step- up transformer or pulse forming network, it has advantages of fast rising time, easiness of pulse width variation and rectangular pulse shape. Proposed scheme consists of series connected 9 power stages to generate maximum 60kV output pulse and one series resonant power inverter to charge DC capacitor voltage. Each power stages are configured as 8 series connected power cells and each power cell generates up to 850VDC pulse. Finally pulse output voltage is applied using total 72 series connected IGBTs. To reduce component for gate power supply, a simple and robust gate drive circuit is proposed. For gating signal synchronization, full bridge invertor and pulse transformer generates on-off signals of IGBT gating with gate power simultaneously and it has very good characteristics of short circuit protection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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