JPH10327573A - 電力変換装置の半導体スタック - Google Patents
電力変換装置の半導体スタックInfo
- Publication number
- JPH10327573A JPH10327573A JP13266797A JP13266797A JPH10327573A JP H10327573 A JPH10327573 A JP H10327573A JP 13266797 A JP13266797 A JP 13266797A JP 13266797 A JP13266797 A JP 13266797A JP H10327573 A JPH10327573 A JP H10327573A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力変換装置の半導体スタックにおいて、各
半導体素子間の電流アンバランスを軽減する。 【解決手段】 配線基板３を交流端子層（Ｕ）と正極端
子層（Ｐ）と負極端子層（Ｎ）の３層構造とし、これら
を互いに近接して平行に配置し、正極端子層から交流端
子層に流れる電流の方向、交流端子層から負極端子層に
流れる電流の方向をそれぞれ互いに逆方向となるように
することで、各半導体素子１相互の磁界の干渉を無く
し、電流アンバランスを少なくする。符号２は、半導体
素子１を載置するためのベース面を示す。
半導体素子間の電流アンバランスを軽減する。 【解決手段】 配線基板３を交流端子層（Ｕ）と正極端
子層（Ｐ）と負極端子層（Ｎ）の３層構造とし、これら
を互いに近接して平行に配置し、正極端子層から交流端
子層に流れる電流の方向、交流端子層から負極端子層に
流れる電流の方向をそれぞれ互いに逆方向となるように
することで、各半導体素子１相互の磁界の干渉を無く
し、電流アンバランスを少なくする。符号２は、半導体
素子１を載置するためのベース面を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、無停電電源装置
（ＵＰＳとも略記する）の電力変換装置などに用いて好
適な半導体スタックに関する。
（ＵＰＳとも略記する）の電力変換装置などに用いて好
適な半導体スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に従来の半導体スタックの回路構成
例を、図７にその構造例を示す。すなわち、ここでは合
計８個の半導体素子１が冷却体のベース面２に取り付け
られており、上下２個の半導体素子によって１つの上下
アームを構成し、４アームを並列接続してある。構造的
には図７に示すように、大電流配線用基板３を半導体素
子１の端子に固定することにより、４アーム並列接続を
実現している。
例を、図７にその構造例を示す。すなわち、ここでは合
計８個の半導体素子１が冷却体のベース面２に取り付け
られており、上下２個の半導体素子によって１つの上下
アームを構成し、４アームを並列接続してある。構造的
には図７に示すように、大電流配線用基板３を半導体素
子１の端子に固定することにより、４アーム並列接続を
実現している。
【０００３】図８は図７の側面図である。この図８から
明らかなように、交流端子としてのＵ層（Ｕ相）を半導
体素子側に、正端子層（Ｐ相）を上アーム側に、また負
端子層（Ｎ相）を下アーム側にそれぞれ配置している。
なお、図示はしていないが、各層間には絶縁のためのシ
ートが挟み込んである。符号４は電解コンデンサを示
す。また、Ｕ相端子は電力変換装置が整流器の場合には
入力端子、インバータの場合には出力端子となるが、い
ずれにしても交流端子である。
明らかなように、交流端子としてのＵ層（Ｕ相）を半導
体素子側に、正端子層（Ｐ相）を上アーム側に、また負
端子層（Ｎ相）を下アーム側にそれぞれ配置している。
なお、図示はしていないが、各層間には絶縁のためのシ
ートが挟み込んである。符号４は電解コンデンサを示
す。また、Ｕ相端子は電力変換装置が整流器の場合には
入力端子、インバータの場合には出力端子となるが、い
ずれにしても交流端子である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図９（ａ）に上アーム
素子の１つがスイッチングしたときの電流の流れる方向
を示し、図９（ｂ）に下アーム素子の１つがスイッチン
グしたときの電流の流れる方向をそれぞれ示す。これら
の図から、大電流配線用基板３では破線部分に磁界が発
生し、これが図７，図８のような４素子タイプのもので
は磁界の相互干渉により、各アーム間に流れる電流のバ
ランスが悪くなり、１つの素子に電流集中するという問
題が生じる。
素子の１つがスイッチングしたときの電流の流れる方向
を示し、図９（ｂ）に下アーム素子の１つがスイッチン
グしたときの電流の流れる方向をそれぞれ示す。これら
の図から、大電流配線用基板３では破線部分に磁界が発
生し、これが図７，図８のような４素子タイプのもので
は磁界の相互干渉により、各アーム間に流れる電流のバ
ランスが悪くなり、１つの素子に電流集中するという問
題が生じる。
【０００５】図１０は半導体素子を冷却するためのヒー
トパイプ冷却体の従来例を示す概要図である。同（ａ）
は平面図、同（ｂ）は側面図である。図示のように、半
導体素子１を取り付けるベース面２と、ベース面２に挿
入されたヒートパイプ５および放熱用フィン６等から構
成される。このような構成において、半導体素子１が発
熱してベース面２に熱が伝達されると、ヒートパイプ５
内の液が蒸発し、放熱用フィン６側に移動する。放熱用
フィン６側で液が冷却されると液が凝固しベース面２側
に移動する、といった具合で熱の移動が行なわれる。
トパイプ冷却体の従来例を示す概要図である。同（ａ）
は平面図、同（ｂ）は側面図である。図示のように、半
導体素子１を取り付けるベース面２と、ベース面２に挿
入されたヒートパイプ５および放熱用フィン６等から構
成される。このような構成において、半導体素子１が発
熱してベース面２に熱が伝達されると、ヒートパイプ５
内の液が蒸発し、放熱用フィン６側に移動する。放熱用
フィン６側で液が冷却されると液が凝固しベース面２側
に移動する、といった具合で熱の移動が行なわれる。
【０００６】図１０のように構成するメリットとして
は、ベース面２で局部的熱集中が起きても全体的に熱が
分散することが挙げられる。このため、上述のごとき１
つの素子に電流集中し、発熱が集中することを緩和させ
るために上記のようなヒートパイプ冷却体を採用してい
る。ただ、このようなヒートパイプ冷却体では、ベース
面と放熱用フィン部がヒートパイプを介して連結されて
いるため、コンパクトさに欠けるという問題がある。し
たがって、この発明の課題は、各アーム間に流れる電流
にアンバランスを生じないようにすること、さらには、
局部熱集中を分散し半導体素子冷却体のコンパクト化を
図ることにある。
は、ベース面２で局部的熱集中が起きても全体的に熱が
分散することが挙げられる。このため、上述のごとき１
つの素子に電流集中し、発熱が集中することを緩和させ
るために上記のようなヒートパイプ冷却体を採用してい
る。ただ、このようなヒートパイプ冷却体では、ベース
面と放熱用フィン部がヒートパイプを介して連結されて
いるため、コンパクトさに欠けるという問題がある。し
たがって、この発明の課題は、各アーム間に流れる電流
にアンバランスを生じないようにすること、さらには、
局部熱集中を分散し半導体素子冷却体のコンパクト化を
図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、複数の半導体素子と、これ
らを並列接続するための正端子層，負端子層および交流
端子層からなる配線基板と、前記半導体素子を冷却する
ための冷却体とからなる電力変換装置の半導体スタック
において、前記配線基板の正端子層，負端子層および交
流端子層を互いに平行にかつ近接して積層し、交流端子
層と正端子層，負端子層間を流れる電流方向がそれぞれ
互いに逆となるようにしている。この請求項１の発明で
は、前記交流端子層を２分割し、両者をコア結合とする
ことができる（請求項３の発明）。
べく、請求項１の発明では、複数の半導体素子と、これ
らを並列接続するための正端子層，負端子層および交流
端子層からなる配線基板と、前記半導体素子を冷却する
ための冷却体とからなる電力変換装置の半導体スタック
において、前記配線基板の正端子層，負端子層および交
流端子層を互いに平行にかつ近接して積層し、交流端子
層と正端子層，負端子層間を流れる電流方向がそれぞれ
互いに逆となるようにしている。この請求項１の発明で
は、前記交流端子層を２分割し、両者をコア結合とする
ことができる（請求項３の発明）。
【０００８】請求項２の発明では、複数の半導体素子
と、これらを並列接続するための正端子板，負端子板お
よび交流端子板からなる配線基板と、前記半導体素子を
冷却するための冷却体とからなる電力変換装置の半導体
スタックにおいて、前記冷却体を、半導体素子が取り付
けられるベース面の、半導体素子が並列接続される並び
の方向に沿ってヒートパイプを挿入し、かつ、前記ベー
ス面の裏側に放熱用フィンを配置している。
と、これらを並列接続するための正端子板，負端子板お
よび交流端子板からなる配線基板と、前記半導体素子を
冷却するための冷却体とからなる電力変換装置の半導体
スタックにおいて、前記冷却体を、半導体素子が取り付
けられるベース面の、半導体素子が並列接続される並び
の方向に沿ってヒートパイプを挿入し、かつ、前記ベー
ス面の裏側に放熱用フィンを配置している。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す外観図である。ここでは、１６個の半導体素子
１が冷却体のベース面２に取り付けられ、上下２個の半
導体素子からなる１アームを８個並列接続して構成して
いる。図２に図１の側面図を示す。図２から明らかなよ
うに、ここでは、Ｕ相を下側に、Ｎ相を中側に、Ｐ相を
上側にした３層構造とし、各層は互いに平行で近接して
配置した点が特徴である。また、各層間には絶縁のため
のシートが挟み込んである。
態を示す外観図である。ここでは、１６個の半導体素子
１が冷却体のベース面２に取り付けられ、上下２個の半
導体素子からなる１アームを８個並列接続して構成して
いる。図２に図１の側面図を示す。図２から明らかなよ
うに、ここでは、Ｕ相を下側に、Ｎ相を中側に、Ｐ相を
上側にした３層構造とし、各層は互いに平行で近接して
配置した点が特徴である。また、各層間には絶縁のため
のシートが挟み込んである。
【００１０】図３（ａ）に、図１において下アーム素子
の１つがスイッチングしたときの電流の流れる方向を示
し、図３（ｂ）に上アーム素子の１つがスイッチングし
たときの電流の流れる方向を示す。図３からも明らかな
ように、各層が平行に近接して配置されていることか
ら、下アーム素子または上アーム素子の１つがスイッチ
ングしたときに、配線基板３を流れる電流は（ａ）また
は（ｂ）のように互いに逆方向になるため、電流によっ
て発生する磁界がキャンセルされる。その結果、半導体
素子１が複数並列接続されていても、各アーム間の磁界
による相互干渉が無くなるため、各アーム間に流れる電
流バランスが良くなり、１つの半導体素子に電流集中す
ることが抑制される。
の１つがスイッチングしたときの電流の流れる方向を示
し、図３（ｂ）に上アーム素子の１つがスイッチングし
たときの電流の流れる方向を示す。図３からも明らかな
ように、各層が平行に近接して配置されていることか
ら、下アーム素子または上アーム素子の１つがスイッチ
ングしたときに、配線基板３を流れる電流は（ａ）また
は（ｂ）のように互いに逆方向になるため、電流によっ
て発生する磁界がキャンセルされる。その結果、半導体
素子１が複数並列接続されていても、各アーム間の磁界
による相互干渉が無くなるため、各アーム間に流れる電
流バランスが良くなり、１つの半導体素子に電流集中す
ることが抑制される。
【００１１】図４はこの発明の第２の実施の形態を示す
外観図である。これは、半導体素子の冷却装置を示すも
ので、半導体素子１を取り付けるベース面２と、このベ
ース面２に対して半導体素子１が並列接続されている並
び方向に沿ってヒートパイプ５を挿入して構成されてい
る。また、ベース面２の裏側には、放熱のためのフィン
６が設けられている。このように、半導体素子１が並列
接続の並び方向に沿ってヒートパイプ５を挿入されてい
るため、一部の半導体素子に局部発熱が発生しても、半
導体素子の並び方向に熱が分散され、半導体素子の電流
アンバランスを緩和させるという効果が得られる。
外観図である。これは、半導体素子の冷却装置を示すも
ので、半導体素子１を取り付けるベース面２と、このベ
ース面２に対して半導体素子１が並列接続されている並
び方向に沿ってヒートパイプ５を挿入して構成されてい
る。また、ベース面２の裏側には、放熱のためのフィン
６が設けられている。このように、半導体素子１が並列
接続の並び方向に沿ってヒートパイプ５を挿入されてい
るため、一部の半導体素子に局部発熱が発生しても、半
導体素子の並び方向に熱が分散され、半導体素子の電流
アンバランスを緩和させるという効果が得られる。
【００１２】特に、半導体素子が絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子の場合、その一部に電
流が集中し加熱されるとその電気抵抗値が下がり、さら
に電流が集中するという悪循環が生じるので、上記のよ
うな熱の分散は有効である。また、図１０に示す従来例
とは異なり、ベース面のすぐ裏側に放熱フィンを配置す
るようにしているので、発熱部と放熱部どほぼ一体とな
りコンパクト化が可能となる利点もある。
ラトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子の場合、その一部に電
流が集中し加熱されるとその電気抵抗値が下がり、さら
に電流が集中するという悪循環が生じるので、上記のよ
うな熱の分散は有効である。また、図１０に示す従来例
とは異なり、ベース面のすぐ裏側に放熱フィンを配置す
るようにしているので、発熱部と放熱部どほぼ一体とな
りコンパクト化が可能となる利点もある。
【００１３】図５はこの発明の第３の実施の形態を示す
外観図である。基本的な構成は図１と同じであるが、Ｕ
層部分を図示のように２分割し、各端子までの基板を電
流方向が逆となるように配置し、これらをコア７によっ
て磁気結合したものである。この例も図１の場合と同じ
く、各アーム間の磁界の干渉が少ないので、電流アンバ
ランスの要因として残るのは、半導体素子内部のインピ
ーダンスの差と、各端子（Ｕ端子，Ｐ端子，Ｎ端子）と
半導体素子間の配線距離の違いによるインピーダンスの
差である。ただ、コア７による磁気結合により２分割さ
れたそれぞれの相に流れる電流が等しくなるから、図１
に示すものに比べて上記配線距離が１／２程度に短くな
ることから、さらに電流アンバランスが小さくなる。そ
の結果、１部の半導体素子の加熱も小さくなるので、冷
却体を小さくできるという利点がある。
外観図である。基本的な構成は図１と同じであるが、Ｕ
層部分を図示のように２分割し、各端子までの基板を電
流方向が逆となるように配置し、これらをコア７によっ
て磁気結合したものである。この例も図１の場合と同じ
く、各アーム間の磁界の干渉が少ないので、電流アンバ
ランスの要因として残るのは、半導体素子内部のインピ
ーダンスの差と、各端子（Ｕ端子，Ｐ端子，Ｎ端子）と
半導体素子間の配線距離の違いによるインピーダンスの
差である。ただ、コア７による磁気結合により２分割さ
れたそれぞれの相に流れる電流が等しくなるから、図１
に示すものに比べて上記配線距離が１／２程度に短くな
ることから、さらに電流アンバランスが小さくなる。そ
の結果、１部の半導体素子の加熱も小さくなるので、冷
却体を小さくできるという利点がある。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、配線基板の正端子
層，負端子層および交流端子層を互いに平行にかつ接近
して積層し、交流端子層と正端子層，負端子層間を流れ
る電流方向が互いに逆となるようにすることで、各半導
体素子の電流アンバランスを小さくする。また、上記の
ような構成において交流端子層を２分割し、両者をコア
結合することで、電流アンバランスをさらに小さくし、
熱集中を回避することができるという利点が得られる。
半導体素子が取り付けられるベース面の、半導体素子が
並列接続される並びの方向に沿ってヒートパイプを挿入
し、かつ、前記ベース面の裏側に放熱用フィンを配置す
ることで、局部熱集中が分散されコンパクト化が可能に
なる、などの利点が得られる。
層，負端子層および交流端子層を互いに平行にかつ接近
して積層し、交流端子層と正端子層，負端子層間を流れ
る電流方向が互いに逆となるようにすることで、各半導
体素子の電流アンバランスを小さくする。また、上記の
ような構成において交流端子層を２分割し、両者をコア
結合することで、電流アンバランスをさらに小さくし、
熱集中を回避することができるという利点が得られる。
半導体素子が取り付けられるベース面の、半導体素子が
並列接続される並びの方向に沿ってヒートパイプを挿入
し、かつ、前記ベース面の裏側に放熱用フィンを配置す
ることで、局部熱集中が分散されコンパクト化が可能に
なる、などの利点が得られる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す外観図であ
る。
る。
【図２】図１の側面図である。
【図３】この発明における電流経路説明図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す外観図であ
る。
る。
【図５】この発明の第３の実施の形態を示す外観図であ
る。
る。
【図６】半導体スタックの従来例を示す回路図である。
【図７】半導体スタックの従来例を示す構成図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】図７の場合の電流経路説明図である。
【図１０】冷却体の従来例を示す概要図である。
１…半導体素子、２…ベース面、３…配線基板、４…電
解コンデンサ、５…ヒートパイプ、６…放熱フィン、７
…コア。
解コンデンサ、５…ヒートパイプ、６…放熱フィン、７
…コア。
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の半導体素子と、これらを並列接続
するための正端子層，負端子層および交流端子層からな
る配線基板と、前記半導体素子を冷却するための冷却体
とからなる電力変換装置の半導体スタックにおいて、 前記配線基板の正端子層，負端子層および交流端子層を
互いに平行にかつ近接して積層し、交流端子層と正端子
層，負端子層間を流れる電流方向がそれぞれ互いに逆と
なるようにしたことを特徴とする電力変換装置の半導体
スタック。 - 【請求項２】 複数の半導体素子と、これらを並列接続
するための正端子板，負端子板および交流端子板からな
る配線基板と、前記半導体素子を冷却するための冷却体
とからなる電力変換装置の半導体スタックにおいて、 前記冷却体を、半導体素子が取り付けられるベース面
の、半導体素子が並列接続される並びの方向に沿ってヒ
ートパイプを挿入し、かつ、前記ベース面の裏側に放熱
用フィンを配置したことを特徴とする電力変換装置の半
導体スタック。 - 【請求項３】 前記交流端子層を２分割し、両者をコア
結合したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装
置の半導体スタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13266797A JPH10327573A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 電力変換装置の半導体スタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13266797A JPH10327573A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 電力変換装置の半導体スタック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10327573A true JPH10327573A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15086688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13266797A Pending JPH10327573A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 電力変換装置の半導体スタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10327573A (ja) |
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- 1997-05-23 JP JP13266797A patent/JPH10327573A/ja active Pending
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