電力変換装置

【課題】本発明の目的は、半導体素子の温度をより正確に検出することが出来る電力変換装置を提供することである。
【解決手段】電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子１と、この半導体素子１が取付けられる半導体素子取付けベースと、この半導体素子取付けベースの反半導体素子側の側面と接続される受熱ブロック２と、この受熱ブロック２の反半導体素子側の側面２２に接続され、前記半導体素子１を冷却する放熱部４と、前記半導体素子１の半導体素子チップの直近の受熱ブロック２に、温度を検知する温度センサ８とを備えたことを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図２２は、従来の電力変換装置の側面図である。図２３は、従来の電力変換装置のA矢視図である。図２４は従来の電力変換装置のB―B断面図である。図２５は、従来の電力変換装置の温度検出グラフで、縦軸は温度を表し、横軸は時間を表している。
【０００３】
従来の電力変換装置は、発熱体である半導体素子１を受熱ブロック２の一側面である半導体素子取付け面３に取付けられる。半導体素子１からの発熱は、受熱ブロック２を介し放熱部４に伝熱される。半導体素子１から放熱部４へ伝熱された熱は、冷却風によって、冷却される。
【０００４】
このように構成された電力変換装置装置において、半導体素子１の放熱面である半導体素子取付ベース７の外周部近傍の受熱ブロック２には、温度センサ８が取り付けられる。温度センサ８は、半導体素子１の温度上昇を検知し、その検知信号を制御ユニット９に伝送する。制御ユニット９は、ゲートアンプ１０へ半導体素子１のスイッチング周波数の低減または、電流入出力端子１１への電流量低減またはスイッチング停止の指令を出力する。
【０００５】
このように構成された電力変換装置は、半導体素子１の温度が所定値を超えた場合に、ゲートアンプ１０へ半導体素子のスイッチング周波数の低減又は、電流入出力端子１１への電流低減又はスイッチング停止の指令を出力し、半導体素子１の温度上昇を防止することが出来るので、半導体素子１の温度異常による破壊を事前に保護することができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２００８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、温度センサ８の取付位置が、受熱ブロック２の半導体素子取付ベース７の外周部近傍であるため、半導体チップ１２の真裏の位置にある半導体素子取り付けベース７の一点から温度センサー８と接する受熱ブロック２の一点迄の距離１５が長くなってしまう。そのため、半導体素子１の温度１６と温度センサ８により検知される温度１７と間には温度差１８が生じ、実際の半導体素子１の温度上昇に温度センサ８での温度が追随しないため、半導体素子１の温度が所定値を超えてから一定時間後にしか、半導体素子１の温度が所定値を超えたということを検知が出来なかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、半導体素子の温度をより正確に検出することが出来る電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子と、この半導体素子が取付けられる半導体素子取付けベースと、前記半導体素子が取付けられる前記半導体素子取付けベースの側面の反対側の側面と接続される受熱ブロックと、前記半導体素子取付けベースが接続される前記受熱ブロックの側面の反対側の側面に接続され、前記半導体素子を冷却する放熱部と、前記半導体素子の略真裏の位置にある前記受熱ブロックの一部に、温度を検知する温度センサとを備えたことによって達成できる。
【０００９】
上記課題は、電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子と、この半導体素子が取付けられる半導体素子取付けベースと、前記半導体素子が取付けられる前記半導体素子取付けベースの側面の反対側の側面と接続される受熱ブロックと、前記半導体素子取付けベースが接続される前記受熱ブロックの側面の反対側の側面に接続され、前記半導体素子を冷却する放熱部と、温度を検知する温度センサと、前記半導体素子の半導体素子チップの略真裏の位置にある前記受熱ブロックにその一端が埋め込まれ、他端には、前記温度センサが接続され、前記受熱ブロックよりも熱伝導性の良い材料で構成された棒材とを備えたことによって達成できる。
【００１０】
上記課題は、電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子と、この半導体素子が取付けられる半導体素子取付けベースと、前記半導体素子が取付けられる前記半導体素子取付けベースの側面の反対側の側面と接続される板板と、前記半導体素子取付けベースが接続される前記板板の側面の反対側の側面と接続され、前記板板よりも熱伝導性の低い材料で構成された受熱ブロックと、前記板板と接続される受熱ブロックの側面の反対側の側面に接続され、前記半導体素子を冷却する放熱部と、前記板板に設けられ、温度を検知する温度センサとを備えたことによって達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、半導体素子の温度をより正確に検出することが出来る電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の側面図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置のC矢視図である。図３は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置のD−D断面図である。図４は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置のE−E断面図である。図５は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の温度検出グラフである。図６は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の変形例の側面図である。図７は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の変形例のF矢視図である。図８は、本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置の変形例のG−G断面図である。尚、図２２乃至図２５に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００１３】
本発明に基づく第１の実施の形態の電力変換装置において、温度センサ８は、半導体チップ１２の略真裏に位置する受熱部２の放熱部取り付け面２２の一部に取付けられる。受熱ブロック２には、温度センサ８の信号線２３を半導体素子１側から引き込むための貫通穴２４が設けられている。尚、貫通穴２４には防水シールを充填し、防水処置も施されている。
【００１４】
このように構成された電力変換装置は、半導体チップ１２の略真裏に位置する受熱ブロック２のの一部に温度センサ８が取り付けられているので、半導体チップ１２の真裏の位置にある半導体素子取り付けベース７の一部１３から温度センサー８と接する受熱ブロック２の一部１４ａ迄の距離１５aが短くなる。そのため、半導体素子１の温度１６と温度センサ８により検知される温度１７aと間の温度差１８aが小さくなる（図４参照）。そのため、素子温度上昇に追随した値を温度センサ８が検知することができる。
【００１５】
このように構成された電力変換装置は、従来の電力変換装置と比較し、半導体素子１の温度１６と温度センサ８により検知が出来る温度１７ａとの温度差を小さくすることができ、半導体素子１の温度上昇を正確に検知し且つ検知速度を速くして半導体素子１の温度異常による破壊から事前に保護する制御の信頼性を向上した電力変換装置を実現することができる。
【００１６】
又、本実施の形態に基づく電力変換装置では、受熱ブロック２の放熱部取付面２３に温度センサ８を取り付けているが、図６乃至図８に示すように半導体素子取付面３の半導体取付けベース直近部２１に温度センサ８取付け、半導体素子取付ベース７の温度を直接測定できるように半導体素子取付ベース７外周部より直線状の溝２５を設け、その溝２５に温度センサ８を取付けても同様の効果を得ることができる。
【００１７】
尚、上記図６乃至図８に示した電力変換装置の構成の場合、温度センサ３が直接半導体素子取付ベース７側に触れていなくても同様な効果を得ることができる。
【００１８】
また、温度センサ８は、複数の半導体素子チップ１２の中で最も温度が高いと考えられる半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２に取付けられることが好ましい。また、温度が高いと考えられる複数の半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２に各々温度センサ８を取付け、複数の温度センサ８から検知される温度の平均を、半導体チップ１２の温度として使用しても良いし、複数の温度センサ出力を比較し、温度センサの故障を検知するようにするのようにするのも、信頼性の向上につながるので好ましい。
【００１９】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図９は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置の側面図である。図１０は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のＨ矢視図である。図１１は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のＩ−Ｉ断面図である。図１２は、本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置のＪ−Ｊ断面図である。尚、図１乃至図８に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２０】
本発明に基づく第２の実施の形態の電力変換装置は、温度センサ８を、半導体チップ１２の略真裏に相当する放熱部４の一部に温度センサ８を取付けたことを特徴としている。
【００２１】
このように構成された電力変換装置は、半導体素子１の温度が受熱ブロック２及び放熱部４を介して検知できるように温度センサ８を取付けてあり、半導体チップ１２の略真裏の位置にある受熱ブロック２の一部１３から温度センサ８の取り付けられている放熱部４の一部１４ｃまでの距離１５ｃが短くなる。そのため、半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２の一部１３の温度１６と温度センサ８により検知することが出来る温度１７ａとの温度差１８aが小さくなり、素子温度上昇に追随した値を温度センサ８が検知することができる。
【００２２】
このように構成された電力変換装置は、従来の電力変換装置装置と比較し、半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２の一部１３の温度１６と温度センサ８により検知することが出来る温度１７ａとの温度差を小さくすることができ、半導体素子１の温度上昇を正確に検知し且つ検知速度を速くして半導体素子１の温度異常による破壊から事前に保護する制御の信頼性を向上した電力変換装置を実現することができる。
【００２３】
尚、半導体取付けベース７と接続される放熱部４が、例えば冷却風６送風方向に対し直交する平面での放熱部４断面形状がくし型となるフィン２６タイプの放熱部４の場合、このフィン２６の放熱部取付面近傍に温度センサ８を取付けるのが好ましい。
【００２４】
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１３は、本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置の側面図である。図１４は、本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置のＫ矢視図である。図１５は、本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置のＬ−Ｌ断面図である。尚、図１乃至図１２に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２５】
本発明に基づく第３の実施の形態の電力変換装置では、受熱ブロック２に直線状の溝２５を設け、その溝２５に受熱ブロック３の材料より熱伝導率の優れた材料でできた棒材２７（例えばマイクロヒートパイプやカーボン繊維で構成されその繊維方向が棒材２７の長手方向と平行している棒材等）を挿入し、半導体素子取付けベース７外周部に棒材２７の端部２８が出るようにしてある。半導体素子取付けベース７外周部に出たその棒材２７の端部に、温度センサ８を取り付けている。
【００２６】
このように構成された電力変換装置は、半導体取付けベース直近部２１内の受熱ブロック２の温度を、熱伝導率の優れた棒材２７を介して検知できるように温度センサ８を取付けてあるので、半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２の一部１３の温度１６と温度センサ８により検知することが出来る温度１７aと間の温度差１８aが小さくなる。そのため、素子温度上昇に追随した値を温度センサ８が検知することができる。
【００２７】
このように構成された電力変換装置において、半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２の一部１３に受熱ブロック２の材料より熱伝導率の優れた材料でできた棒材２７を設け、半導体チップからの熱を棒材２７を介して温度センサ８に伝熱するため、温度センサ８を従来装置同様に半導体素子取付ベース７の外形の外周部近傍に配置しても従来装置と比較して本実施例の方が半導体素子チップ１２略真裏の受熱ブロック２の一部１３の温度１６と温度センサにより検知することが出来る温度１７ａの温度差１８ａを小さくすることができる。
【００２８】
このように構成された電力変換装置は、半導体素子１の温度上昇を正確に検知し且つ検知速度を速くして半導体素子１の温度異常による破壊から事前に保護する制御の信頼性を向上した電力変換装置を実現することができる。
【００２９】
尚、本実施の形態の電力変換装置の説明において、温度センサ８は、棒材２７と接続しているが、受熱ブロック２よりも熱伝導性の優れた材料で構成されていれば良いので、例えば、角材や板形状の物でも良い。
【００３０】
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１６は、本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置の側面図である。図１７は、本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置のＭ矢視図である。図１８は、本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置のＮ−Ｎ断面図である。図１９は、本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置の変形例の側面図である。図２０は、本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置の変形例のＯ矢視図である。図２１は、本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置の変形例のＰ−Ｐ断面図である。尚、図１乃至図１５に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００３１】
本発明に基づく第４の実施の形態の電力変換装置では、半導体素子取付ベース７と受熱ブロック２の半導体素子取付け面３との間に受熱ブロック２の材料より熱伝導率の優れた材料でできている板材２９を入れる。板材２９は、半導体素子１の取付けネジ３０で半導体素子１と同時に受熱ブロック２の半導体素子取付け面３に取付けられる。この板材２９には、半導体チップ１２の略真裏に位置する部位１４ｅから半導体素子取付ベース７の外周部にかけて直線状に溝２５ａが設けられている。半導体チップ２の略真裏に位置する部位１４ｅには、温度センサ８を取り付けられている。
【００３２】
このように構成された電力変換装置は、板材２９に直線状の溝２５ａを設け温度センサ８を取り付けているが、この板材２９の外形が半導体素子取付ベース７より大きい外形の場合、温度センサ８を従来装置同様に半導体素子取付ベース７の外形の外周部近傍のこの板材２９aに配置しても、熱伝導率の優れた材料でできた板材２９aを介して温度センサ８に伝えるため、従来の電力変換装置よりも正確な温度検出が可能となる。
【００３３】
このように構成された電力変換装置において、半導体素子チップ１２の略真裏の受熱ブロック２の温度上昇を受熱ブロック２の材料より熱伝導率の優れた材料でできた板材２９で伝熱して温度センサ８に伝えるため、温度センサ８を従来装置同様に半導体素子取付ベース７の外周部近傍に配置しても従来装置と比較して本実施の形態の電力変換装置の方が
温度センサ８は、正確に半導体素子１の温度を検知することが出来る。
【００３４】
このように構成された電力変換装置は、半導体素子１の温度上昇を正確に検知し且つ検知速度を速くして半導体素子１の温度異常による破壊から事前に保護する制御の信頼性を向上した電力変換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施の形態の電力変換装置の構成図（側面図）
【図２】第１の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１のＣ矢視図）
【図３】第１の実施の形態の電力変換装置の構成図（図２のＤ−Ｄ断面図）
【図４】第１の実施の形態の電力変換装置の構成図（図２のＥ−Ｅ断面図）
【図５】第１の実施の形態の電力変換装置の構成図（概略温度上昇カーブ）
【図６】第１の実施の形態の電力変換装置の変形例の構成図（側面図）
【図７】第１の実施の形態の電力変換装置の変形例の構成図（図６のＦ矢視図）
【図８】第１の実施の形態の電力変換装置の変形例の構成図（図７のＧ−Ｇ断面図）
【図９】第２の実施の形態の電力変換装置の構成図（側面図）
【図１０】第２の実施の形態の電力変換装置の構成図（図９のＨ矢視図）
【図１１】第２の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１０のＩ−Ｉ断面図）
【図１２】第２の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１０のＪ−Ｊ断面図）
【図１３】第３の実施の形態の電力変換装置の構成図（側面図）
【図１４】第３の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１３のＫ矢視図）
【図１５】第３の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１４のＬ−Ｌ断面図）
【図１６】第４の実施の形態の電力変換装置の構成図（側面図）
【図１７】第４の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１６のＭ矢視図）
【図１８】第４の実施の形態の電力変換装置の構成図（図１７のＮ−Ｎ断面図）
【図１９】第４の実施の形態の電力変換装置の変形例の構成図（側面図）
【図２０】第４の実施の形態の電力変換装置の変形例の構成図（図１９のＯ矢視図）
【図２１】第４の実施の形態の電力変換装置の変形例の構成図（図２０のＰ−Ｐ断面図）
【図２２】従来の電力変換装置の構成図（側面図）
【図２３】従来の電力変換装置の構成図（図２２のＡ矢視図）
【図２４】従来の電力変換装置の構成図（図２３のＢ−Ｂ断面図）
【図２５】従来の電力変換装置の構成図（概略温度上昇カーブ）
【符号の説明】
【００３６】
１…半導体素子
２…受熱ブロック
３…半導体素子取付面
４…放熱部
５…開放部
６…冷却風
７…半導体素子取付ベース
８…温度センサ
９…制御ユニット
１０…ゲートアンプ
１１…電流入出力端子
１２…半導体素子チップ
１３…半導体素子チップ直近の受熱ブロック部
１４、１４a〜e…温度センサ直近部
１５、１５a〜e…距離
１６…半導体素子チップ直近の受熱ブロック部の温度
１７、１７a…温度センサ直近部温度
１８、１８ａ…温度差
１９、１９ａ…時間差
２０…輪郭線
２１…半導体取付けベース直近部
２２…放熱部取付面
２３…信号線
２４…貫通穴
２５、２５a…溝
２６…フィン
２７…棒材
２８…端部
２９、２９a…板材
３０…取付ネジ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子と、
この半導体素子が取付けられる半導体素子取付けベースと、
前記半導体素子が取付けられる前記半導体素子取付けベースの側面の反対側の側面と接続される受熱ブロックと、
前記半導体素子取付けベースが接続される前記受熱ブロックの側面の反対側の側面に接続され、前記半導体素子を冷却する放熱部と、
前記半導体素子の略真裏の位置にある前記受熱ブロックの一部に、温度を検知する温度センサとを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の電力変換装置において、
前記温度センサは、前記受熱ブロック内に埋め込まれることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子と、
この半導体素子が取付けられる半導体素子取付けベースと、
前記半導体素子が取付けられる前記半導体素子取付けベースの側面の反対側の側面と接続される受熱ブロックと、
前記半導体素子取付けベースが接続される前記受熱ブロックの側面の反対側の側面に接続され、前記半導体素子を冷却する放熱部と、
温度を検知する温度センサと、
前記半導体素子の半導体素子チップの略真裏の位置にある前記受熱ブロックにその一端が埋め込まれ、他端には、前記温度センサが接続され、前記受熱ブロックよりも熱伝導性の良い材料で構成された棒材とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
電流入出力端子と半導体素子チップから構成される半導体素子と、
この半導体素子が取付けられる半導体素子取付けベースと、
前記半導体素子が取付けられる前記半導体素子取付けベースの側面の反対側の側面と接続される板板と、
前記半導体素子取付けベースが接続される前記板板の側面の反対側の側面と接続され、前記板板よりも熱伝導性の低い材料で構成された受熱ブロックと、
前記板板と接続される受熱ブロックの側面の反対側の側面に接続され、前記半導体素子を冷却する放熱部と、
前記板板に設けられ、温度を検知する温度センサとを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至請求項４記載の電力変換装置において、
前記温度センサーは、前記半導体チップの略真裏の位置に相当する受熱ブロックの一部に取付けられることを特徴とする電力変換装置。

【図１】