KR20070067065A - Power converter cooling structure - Google Patents
Power converter cooling structureInfo
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Abstract
Description
본 발명은, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서를 사용한 전력 변환 장치의 냉각 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling structure of a power conversion device using a power semiconductor element and a smoothing capacitor.
종래의 전력 변환 장치의 냉각 구조에 관하여, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 인버터 전원 장치의 방열 방법으로서 다음과 같은 기술이 개시되어 있다. 즉, 인버터 전원 장치를 수납하는 케이스의 저부 중앙에 단부가 돌출 형성되고, 상기 단부에는 냉각 유체용 통로가 형성되어 있다. 단부의 상면에 컨버터 모듈 및 인버터 모듈을 실장하여 장착하고, 컨버터 모듈에는 평활용 컨덴서가 동(銅)바를 통하여, 또한, 쵸크 코일이 단자를 통하여 각각 접속되고, 인버터 모듈에는 전해 컨덴서가 동바를 통하여 접속되어 있다. 평활용 컨덴서, 쵸크 코일 및 전해 컨덴서는, 각각 측면이 단부의 단차면에 맞닿고, 저면이 케이스의 지지면에 맞닿는 상태에서 고정되어 있다. 그리고, 각 접속면의 높이가 동일해지도록, 단부의 높이가 설정되어 있다(특허 문헌 1 참조).Regarding the cooling structure of the conventional power converter, for example,
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2003-243865호 공보(제3 페이지, 도 1)[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-243865 (Second page, Fig. 1)
특허 문헌 1에서는, 인버터 모듈 및 컨버터 모듈로 이루어지는 전력 반도체 소자를 하나의 그룹으로 구성하고, 케이스 중앙부에 단차를 두어 높게 배치하고 있고, 상기 단차의 한쪽 측면에 평활 컨덴서와 전해 컨덴서가 맞닿도록 배치되고, 다른 쪽 측면에 쵸크 코일이 맞닿도록 배치되어 있으므로, 양쪽 컨덴서 및 쵸크 코일은, 단차의 측면에 접하고 있는 면이 주로 냉각된다.In
예를 들면, 자동차 등에 적용되는 전력 변환 장치와 같이, 소형화나 고온의 환경하에서의 사용이 필요한 경우, 컨덴서의 발열에 의한 온도 상승을 무시할 수 없게 되어, 충분히 냉각시키는 것이 매우 중요하게 된다. 상기와 같은 종래의 케이스 구조에 의한 냉각 구조에서는, 단차 측면에 접한 면만 주로 냉각되므로, 단차부에 설치하는 컨덴서 등의 전자 부품은, 전력 변환 장치의 소형화나 고온 환경하에서 사용이 필요한 경우, 잘 냉각되지 않는 문제점이 있었다.For example, when miniaturization or use in a high temperature environment is required, such as a power conversion device applied to an automobile or the like, the temperature rise due to the heat generation of the capacitor cannot be ignored, and it is very important to cool sufficiently. In the conventional cooling structure by the case structure as described above, only the surface in contact with the stepped side surface is mainly cooled, so that an electronic component such as a capacitor installed in the stepped portion is cooled well when the power converter is required to be reduced in size or in a high temperature environment. There was a problem.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 간단한 냉매 유로로 냉매 유량이나 압력 손실을 최소한으로 억제하면서, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서의 양쪽을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 전력 변환 장치의 냉각 구조를 얻는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and the cooling of the power conversion device capable of efficiently cooling both the power semiconductor element and the smoothing capacitor while minimizing the refrigerant flow rate and pressure loss with a simple refrigerant flow path. The purpose is to obtain a structure.
본 발명에 따른 전력 변환 장치의 냉각 구조는, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서를 가지고, 직류로부터 교류로, 또는 교류로부터 직류로 전력 변환하는 전력 변환 장치에 있어서, 전력 반도체 소자를 평활 컨덴서의 한쪽에 인접시켜서 접속하여 그룹을 구성하고, 복수개의 그룹을 전력 반도체 소자와 평활 콘덴서가 교대로 정렬되도록 냉각 플레이트 상에 배치하고, 전력 반도체 소자의 바로 아래의 냉각 플레이트에 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서를 냉각시키기 위한 냉매 유로를 설치한 것이다.A cooling structure of the power converter according to the present invention has a power semiconductor element and a smoothing capacitor, and in a power converter that converts power from direct current to alternating current, or alternating current from direct current to direct current, the power semiconductor element is adjacent to one of the smoothing capacitors. A plurality of groups are arranged on a cooling plate such that the power semiconductor element and the smoothing capacitor are alternately aligned, and the cooling plate immediately below the power semiconductor element cools the power semiconductor element and the smoothing capacitor. A refrigerant flow path is provided.
본 발명의 전력 변환 장치의 냉각 구조, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서를 가지는 복수개의 그룹을, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서가 교대로 정렬되도록 냉각 플레이트 상에 배치하고, 전력 반도체 소자의 바로 아래의 냉각 플레이트에 냉매 유로를 설치하였으므로, 전력 반도체 소자는 그 바로 아래에 설치된 냉매 유로로 냉각되고, 전력 반도체 소자 사이에 위치하여 방열시키기 곤란한 평활 컨덴서는 그 양쪽의 전력 반도체 소자 바로 아래의 냉매 유로에 의해 양쪽으로부터 냉각되므로, 간단한 구성의 냉매 유로로 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서의 양쪽을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.A plurality of groups having a cooling structure, a power semiconductor element and a smoothing capacitor of the power converter of the present invention are disposed on the cooling plate so that the power semiconductor element and the smoothing capacitor are alternately aligned, and the cooling plate immediately below the power semiconductor element. Since a coolant flow path is provided in the power semiconductor element, the power semiconductor element is cooled by the coolant flow path provided directly below it, and the smoothing capacitor which is located between the power semiconductor elements and is difficult to dissipate from both sides by the coolant flow paths directly below the power semiconductor elements on both sides. Since it is cooled, it is possible to efficiently cool both the power semiconductor element and the smoothing capacitor by the refrigerant passage having a simple configuration.
도 1은 본 발명의 실시예1 내지 실시예 5에 따른 전력 변환 장치의 회로 구성도이다.1 is a circuit configuration diagram of a power conversion device according to the first to fifth embodiments of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전력 변환 장치의 구조도이다.2 is a structural diagram of a power conversion apparatus according to
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 전력 변환 장치의 구조도이다.3 is a structural diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 전력 변환 장치의 구조도이다.4 is a structural diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 전력 변환 장치의 구조도이다.5 is a structural diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예 5에 따른 전력 변환 장치의 구조의 부분 단면도이다.6 is a partial cross-sectional view of a structure of a power conversion device according to
[부호의 설명][Description of the code]
1a ∼ 1f: 전력 반도체 소자 2a ∼ 2c: 평활 컨덴서1a to 1f:
3a ∼ 3c: 그룹 5: 냉각 플레이트3a to 3c: group 5: cooling plate
6a ∼ 6c: 냉매 유로 8: 보조 냉매 유로6a to 6c: refrigerant passage 8: auxiliary refrigerant passage
9: 접속 유로 10: 오목부9: connection flow path 10: recessed part
11: 전열 그리스11: electrothermal grease
[실시예 1]Example 1
도 1은, 실시예 1에 따른 전력 변환 장치의 회로 구성도이다. 도 2는 그 구조도이며, 도 2의 (a)는 평면도, 도 2의 (b)는 정면도이며, 도 2의 (a)의 화살표 A에서 바라보았을 때의 A-A부를 도 2의 (b)에 일부 단면으로서 나타내고 있다.1 is a circuit configuration diagram of a power conversion device according to the first embodiment. FIG. 2 is a structural diagram thereof, (a) of FIG. 2 is a plan view, and (b) of FIG. 2 is a front view, and part AA of the part viewed from arrow A of (a) of FIG. 2 is partially shown in (b) of FIG. It is shown as a cross section.
먼저, 도 1에 따라 회로 구성을 설명한다. 그리고, 도면은 전력 변환 장치로서 3상 인버터 장치의 예를 나타내고 있다.First, the circuit configuration will be described with reference to FIG. In addition, the figure has shown the example of the three-phase inverter apparatus as a power converter.
인버터 장치를 구성하는 전력 반도체 소자(1a ∼ 1f)는, 예를 들면 IGBL로 이루어지는 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 패키지화된 것이며, 상기 전력 반도체 소자를 용량에 따라 복수개 병렬로 접속하여 사용한다. 본 실시예에서는 하나의 상에 대해 2개 병렬로 접속한 경우를 나타내고 있다. 예를 들면, U상이면, 전력 반도체 소자(1a와 1b)가 병렬로 접속되어 있고, 상기 전력 반도체 소자(1a, 1b)에 평활 컨덴서(2a)가 병렬로 접속되어 하나의 그룹(3a)이 구성된다. 그리고, 3상 분의 그룹(3a ∼ 3c)이 직류 인력 단자 P, N에 병렬로 접속되어 있다.The
또한, 직류 입력 단자 P, N에는, 방전 저항(4)이 접속되어 있고, 인버터 장치가 정지될 때, 평활 컨덴서(2a ∼ 2c)에 저장된 전력을 방전하도록 되어 있다. 각각의 그룹(3a ∼ 3c)의 교류 출력 단자 U, V, W로부터 3상 교류가 출력되도록 제어되어, 예를 들면, 자동차나 차량의 전동기의 구동 전원으로서 사용된다.The discharge resistor 4 is connected to the DC input terminals P and N, and when the inverter device is stopped, the electric power stored in the
다음에, 도 2에 따라 구조를 설명한다. U상분으로 설명하면, 2개의 전력 반도체 소자(1a, 1b)는, 각각 평활 컨덴서(2a)의 한쪽에 인접시켜서 횡으로 배열되어 있다.Next, the structure will be described with reference to FIG. In the U phase description, the two
이 때, 배선이 최단이 되도록, 평활 컨덴서(2a)의 길이 방향으로 2개의 전력 반도체 소자(1a, 1b)를 따라서, 바로 근방에서 접속하여 그룹(3a)을 구성하고 있다. 마찬가지로, 전력 반도체 소자(1c, 1d)와 평활 컨덴서(2b)로 V상의 그룹(3b)을, 전력 반도체 소자(1e, 1f)와 평활 컨덴서(2c)로 W상의 그룹(3c)을 구성한다. 이들 그룹(3a ∼ 3c)을, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서가 교대로 배열되도록, 즉, 각 그룹의 방향을 도 2에 나타낸 바와 같이 동일한 방향으로 횡으로 배열하고, 냉각 플레이트(5) 상에 배치하여 고정한다. 또한, U상의 평활 컨덴서(2a)의 좌측 인접부에는, 방전 저항(4)이 배치되고, 평활 컨덴서(2a)에 병렬로 접속되어 있다.At this time, in order to make the wiring shortest, in the longitudinal direction of the
그리고, 이하의 설명에 있어서, 전력 반도체 소자(1a ∼ 1f)와 같이, 알파벳 첨자가 있는 부호는, 일괄적으로 설명하는 경우에는 첨자를 생략하고, 예를 들면, 전력 반도체 소자(1)과 같이 간략하게 표기한다.In the following description, like the
냉각 플레이트(5)는, 실장하는 전자 부품을 고정하는 동시에, 전자 부품으로부터 발생하는 열을 방열시키는 역할을 하므로, 열전도성이 높은 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 냉각 플레이트(5)에는 냉각을 더욱 촉진하기 위하여, 전력 반도체 소자(1)의 바로 아래의 위치에, 각 상마다 소자를 배열시키는 방향인 정면 측으로 부터 배면측의 방향으로 냉매 유로(6)를 형성하고 있다. 도 2의 (b)의 정면도내의 단면도에 나타낸 바와 같이, 냉매 유로(6)의 단면 형상은, 표면적을 넓히기 위해, 직사각형의 구멍을 복수개 배열시킨 형태로 형성되어 있다. 냉매 유로(6)의 출입구가 되는 냉매구(7)는, 도면에서는 냉각 플레이트(5)의 상면에 설치하고 있지만, 냉각 플레이트(5)의 정면측과 배면측에 설치해도 된다. 냉매로서는, 예를 들면, 부동액을 혼입한 물을 사용한다.Since the
그리고, 도 2에서는, 냉매 유로의 전체의 접속 및 각 그룹 사이의 직류 입력의 접속은 생략되어 있다. 또한, 전력 변환 장치 전체를 덮는 케이스나 제어부 등, 본 발명의 기술에 직접 관계가 없는 부분도 생략되어 있다.2, the connection of the whole refrigerant | coolant flow path and the connection of the direct current | flow input between each group are abbreviate | omitted. In addition, parts which are not directly related to the technology of the present invention, such as a case and a control unit covering the entire power converter, are also omitted.
다음에, 동작에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 직류 입력 단자 P, N으로부터 입력된 직류 전력은, 일단, 평활 콘덴서(2)를 통하여, 각 전력 반도체 소자(1)의 온(on), 오프(off) 동작에 의해 교류 출력 단자 U, V, W로부터 출력되고, 교류 전력으로서 부하(도시하지 않음)에 공급된다. 이 때, 각 전력 반도체 소자(1)에는 손실이 발생한다. 또한, 각 평활 컨덴서(2)에도 손실이 발생한다. 용량에 따라 다르지만, 예를 들면, 전력 반도체 소자(1)의 열손실은 수 kW나 되고, 냉각 플레이트(5)와 접촉되는 접촉면에서 90˚C정도까지 상승한다. 평활 컨덴서(2)의 열손실은 전력 반도체 소자(1)에 비해 적어서 수 W정도이지만, 역시 표면 온도는 매우 상승하여, 냉각 플레이트(5)와 접촉되는 접촉면에서는 예를 들면 85℃ 정도까지 상승하는 경우가 있다. 평활 컨덴서(2)는 고온에 약한 재질을 사용한 것이나, 온도에 의해 허용 리플 전류가 제한되는 것이 있으므로, 충분히 냉각에 대한 배려가 필요하다.Next, the operation will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The DC power input from the DC input terminals P and N is, once through the smoothing capacitor 2, by the ON and OFF operations of the respective
따라서, 본 실시예에 의한 발명에서는, 전력 반도체 소자(1)는, 바로 아래에 배치한 냉매 유로(6)에 흐르는 냉매에 의해 효율적으로 냉각되도록 구성된다. 그리고, 평활 컨덴서(2)는, 냉각 플레이트(5)에 열을 전도하여 바로 근방에 있는 냉매 유로(6)에 흐르는 냉매에 의해 냉각되도록 구성된다. 평활 컨덴서(2) 중에서도, 전력 반도체 소자(1) 사이에 배치된 평활 컨덴서(2)가 특히 축열되어 온도 조절이 곤란하지만, 전력 반도체 소자(1)와 평활 컨덴서(2)가 교대로 정렬되도록 배치하고, 전력 반도체 소자(1)의 바로 아래에 냉매 유로(6)를 설치하였으므로, 평활 컨덴서(2)로부터 냉각 플레이트(5)에 전달된 열은, 도 2의 (b)에 굵은 화살표로 나타낸 바와 같이, 양측으로 나뉘어서 냉매 유로(6)에 전달되어 냉각된다. 예를 들면, 평활 컨덴서(2c)는, 바로 근방의 냉매 유로(6b와 6c)에 흐르는 냉매에 의해 냉각된다. 그리고, 도면의 좌측단에 위치하는 U상의 평활 컨덴서(2a)는 한쪽의 냉매 유로(6a)에 의해서만 냉각되지만, 전력 반도체 소자(1a, 1b)가 한쪽에만 있으므로, 그 양쪽에 전력 반도체 소자가 위치하는 평활 컨덴서(2b, 2c)보다 열 조절이 곤란하지 않게 된다.Therefore, in the invention according to the present embodiment, the
또한, 방전 저항(4)에서도 발열하지만, 이 열은 냉각 플레이트(5)에 전달되어, 거기에 가장 가까운 냉매 유로(6a)에 의해 냉각된다.In addition, although the discharge resistance 4 also generates heat, this heat is transferred to the
이상과 같이, 본 실시예의 발명에 의하면, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서를 가지는 복수개의 그룹을, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서가 교대로 정렬되도록 냉각 플레이트 상에 배치하고, 전력 반도체 소자의 바로 아래의 냉각 플레이트에 냉매 유로를 설치하였으므로, 전력 반도체 소자는 그 바로 아래에 설치된 냉매 유로로 냉각되고, 또한, 전력 반도체 소자에 사이에 배치되어 방열되기 곤란한 평활 컨덴서는 그 양쪽의 전력 반도체 소자의 바로 아래의 냉매 유로에 의해 양쪽으로부터 냉각되므로, 평활 컨덴서를 위한 특별한 냉매 유로를 형성하지 않고, 압력 손실이 적은 간단한 구성에 의해, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서의 양쪽을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.As described above, according to the invention of the present embodiment, a plurality of groups having the power semiconductor element and the smoothing capacitor are arranged on the cooling plate so that the power semiconductor element and the smoothing capacitor are alternately aligned, and cooling immediately below the power semiconductor element. Since the coolant flow path is provided in the plate, the power semiconductor element is cooled by the coolant flow path provided directly below, and the smoothing capacitor disposed between the power semiconductor elements and difficult to radiate heat is the coolant immediately below the power semiconductor elements on both sides. Since it is cooled by both flow paths, both the power semiconductor element and the smoothing capacitor can be cooled efficiently by the simple structure with little pressure loss, without forming the special refrigerant | coolant flow path for a smoothing capacitor.
또한, 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서로 그룹을 구성하였으므로, 그룹을 평면형이며 규칙적으로 배열할 수 있으므로, 조립 시의 작업 효율이 뛰어나며, 냉매 배관의 인출이 용이하도록 구성되고, 또한, 용량의 증감에 따라 실장 설계를 자유롭고 용이하게 실현할 수 있는 전력 변환 장치를 실현할 수 있다.In addition, since the group is composed of the power semiconductor element and the smoothing capacitor, the groups can be arranged in a flat and regular manner, so that the work efficiency at the time of assembling is excellent and the refrigerant pipe can be easily drawn out and the capacity is increased or decreased. A power converter that can freely and easily implement a mounting design can be realized.
[실시예 2]Example 2
도 3은, 실시예 2에 의한 전력 변환 장치의 구조도이다. 도 3의 (a)는 평면도, 3의 (b)는 정면도를 나타내고, 도 3의 (a)의 화살표 방향에서 보았을 때 A-A부를 도 3의 (b)에 일부 단면으로서 나타내고 있다. 실시예 1의 도 2와 동일한 부분은 동일한 부호로 부여하여 그에 대한 설명은 생략한다. 또한, 전력 변환 장치의 회로도는 실시예 1의 도 1과 동일하다. 실시예 1과 상이한 점을 중심으로, 도 3에 따라 설명한다.3 is a structural diagram of a power conversion device according to a second embodiment. (A) is a top view, (b) has shown the front view, and A-A part is shown as a partial cross section in (b) of FIG. 3 when seen from the arrow direction of FIG. The same parts as those in FIG. 2 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. The circuit diagram of the power converter is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment. It demonstrates based on FIG. 3 centering on a different point from Example 1. FIG.
실시예 1의 도 2와 마찬가지로, 전력 반도체 소자(1)와 평활 컨덴서(2)로 이루어지는 그룹(3)을, 전력 반도체 소자(1)와 평활 컨덴서(2)가 교대로 횡으로 배열되도록, 냉각 플레이트(5)에 배치하고 있다. 도 2와 상이한 것은, 복수개의 그 룹(3) 중, 평활 컨덴서(2)가 제일 끝이 되는 측의 그룹, 즉, 도 3의 경우에는, U상의 그룹(3a)이 이에 해당되고, 상기 그룹(3a)의 평활 콘덴서(2a)의 근방에서, 말단의 그룹(3a)의 전력 반도체 소자(1a, 1b)와 반대측에 위치하는 냉각 플레이트(5)에, 보조 냉매 유로(8)를 설치한 점이다. 방전 저항(4)은 상기 보조 냉매 유로(8)의 바로 위에 배치한다. 보조 냉매 유로(8)의 단면 형상 및 유로 방향을 다른 냉매 유로(6a ∼ 6c)와 동일하게 하면, 동일하게 가공할 수 있으므로 제작이 용이하게 된다.As in FIG. 2 of
다음에 작용에 대하여 설명한다. 도 3의 (b)의 도면 중에 각 부품의 전열 경로를 굵은 화살표로 나타낸다. 보조 냉매 유로(8)는, 그 바로 상측에 위치하는 방전 저항(4)을 냉각시키는 동시에, U상의 평활 컨덴서(2a)의 한쪽을 냉각시키는 역할을 하고 있다. 이 결과, 모든 평활 컨덴서(2)의 양측에 냉매 유로가 설치되게 된다. 따라서, 모든 평활 컨덴서(2a ∼ 2c)를, 냉각 플레이트(5)를 통하여 그 양쪽으로 거의 균등하게 냉각시킬 수 있다.Next, the operation will be described. In the figure of FIG.3 (b), the heat-transfer path of each component is shown with the thick arrow. The
이상과 같이, 본 실시예의 발명에 의하면, 복수개의 그룹 중 말단에 배치되어서, 평활 컨덴서가 제일 끝이 되는 측의 그룹의 평활 컨덴서의 근방에서, 그 외측에 위치하는 냉각 플레이트에 보조 냉매 유로를 설치하였으므로, 모든 평활 컨덴서를, 냉각 플레이트를 통해 양쪽으로부터 냉각시킬 수 있으므로, 그룹 사이에서의 냉각 능력의 편차가 적고, 냉각 효율이 양호한 전력 변환 장치를 얻을 수 있다. 또한, 보조 냉매 유로에 의해 발열체인 방전 저항 등의 전자 부품을 냉각시킬 수 있다.As described above, according to the invention of the present embodiment, an auxiliary coolant flow path is provided in the cooling plate which is disposed at the end of the plurality of groups, and located near the smoothing capacitor of the group on the side where the smoothing capacitor is at the end. Since all the smoothing capacitors can be cooled from both sides through a cooling plate, the power converter which has little variation in the cooling capacity between groups and has good cooling efficiency can be obtained. In addition, the electronic component such as a discharge resistor, which is a heating element, can be cooled by the auxiliary refrigerant flow path.
[실시예 3]Example 3
도 4는 실시예 3에 의한 전력 변환 장치의 구조도이다. 도 4의 (a)는 평면도, 4의 (b)는 정면도를 나타내고, 도 4의 (a)의 화살표 A 방향에서 보았을 때 A-A부를 4의 (b)에 일부 단면으로서 나타내고 있다. 실시예 2의 도 3과 동일한 부분은 동일한 부호로 나타내어 그에 대한 설명은 생략한다. 또한, 전력 변환 장치의 회로도는 실시예 1의 도 1과 동일하다. 실시예 2와 상이한 점을 중심으로, 도 4에 따라 설명한다.4 is a structural diagram of a power conversion device according to the third embodiment. Fig. 4A is a plan view, and Fig. 4B is a front view, and the A-A portion is shown in Fig. 4B as a partial cross section when viewed from the arrow A direction in Fig. 4A. The same part as FIG. 3 of Example 2 is represented by the same code | symbol, and description is abbreviate | omitted. The circuit diagram of the power converter is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment. It demonstrates based on FIG. 4 centering on a different point from Example 2. FIG.
전력 반도체 소자(1)와 평활 컨덴서(2)를 냉각 플레이트(5) 상에 교대로 배치하는 것은 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하다. 또한, 전력 반도체 소자(1)의 바로 아래, 및, 단말기의 그룹(3a)의 평활 컨덴서(2a)의 외측 근방에 보조 냉매 유로(8)를 설치하고 있는 점은, 실시예 2와 동일하다. 실시예 2와 상이한 것은, 각 냉매 유로(6a ∼ 6c)와 보조 냉매 유로(8)를 연결하여, 전체를 하나의 직렬 경로로 설정하기 위한 접속 유로(9)를, 냉각 플레이트(5) 내에 형성한 점이다.The alternate arrangement of the
이와 같은 구성에 의해, 냉매의 경로는, 도 4의 (a)에 굵은 화살표로 나타낸 바와 같이, 한쪽의 냉매구(7)로부터 유입된 냉매는 방전 저항(4)과 각 그룹의 전력 반도체 소자(1) 및 평활 컨덴서(2)를 냉각시키고, 다른 쪽의 냉매구(7)로부터 유출된다. 이 때, 3상 출력 인버터의 1상분을 하나의 그룹으로 설정하여 홀수개의 그룹으로 구성하고, 일단에 보조 냉매 유로를 설치하면, 도면에 나타낸 바와 같이, 냉매구(7)를 냉각 플레이트(5)의 일단 측에 배치할 수 있다.With such a configuration, the path of the coolant is represented by a thick arrow in Fig. 4A, and the coolant introduced from one of the coolant holes 7 includes the discharge resistor 4 and the power semiconductor element of each group ( 1) and the smoothing capacitor 2 are cooled, and it flows out from the other
이상과 같이, 본 실시예의 발명에 의하면, 냉매 유로와 보조 냉매 유로를 하 나의 경로로 직렬로 접속하기 위한 접속 유로를 냉각 플레이트 내에 형성하였으므로, 실시예 1 또는 2의 효과에 더하여 전력 변환 장치에 대한 냉매 입출력의 접속을 간단하게 할 수 있다. 특히, 냉매 유로의 개수를 (보조 냉매 유로도 합하여) 짝수개로 하면, 냉매구를 장치의 한쪽에 배치할 수 있으므로, 외부로부터의 접속이 더욱 간단해진다.As described above, according to the invention of the present embodiment, since a connection flow path for connecting the refrigerant flow path and the auxiliary refrigerant flow path in series with one path is formed in the cooling plate, in addition to the effect of
[실시예 4]Example 4
도 5는 실시예 4에 의한 전력 변환 장치의 구조도이다. 도 5의 (a)는 평면도, 5의 (b)는 정면측을 나타내고, 도 5의 (a)의 화살표 B에서 보았을 때 B-B부를 도 5의 (b)에 일부 단면으로서 나타내고 있다. 실시예 3의 도 4와 동일한 부분은 동일한 부호로 나타내어 그에 대한 설명은 생략한다. 또한, 전력 변환 장치의 회로도는 실시예 1의 도 1과 동일하다. 실시예 3과 상이한 점을 중심으로, 도 5에 따라 설명한다.5 is a structural diagram of a power conversion device according to the fourth embodiment. FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B shows a front side, and the B-B part is shown as a partial cross section in FIG. 5B when seen from the arrow B of FIG. 5A. The same parts as those in FIG. 4 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. The circuit diagram of the power converter is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment. A different point from the third embodiment will be described with reference to FIG. 5.
본 실시예의 전력 변환 장치는, 도 5의 (b) 내의 단면도에 나타낸 바와 같이, 평활 컨덴서(2)를, 평활 컨덴서(2)의 형상에 맞추어서 냉각 플레이트(5)에 형성된 오목부(10)에 끼워서 고정하고 있으며, 이 점이 실시예 3과 상이하다. 이와 같은 구성에 의해, 평활 컨덴서(2)와 냉각 플레이트(5)는, 저면과 측면에서 접촉하므로 접촉 면적이 커진다. 상기 접촉 면적의 증가에 더하여, 도 5의 (b)에 굵은 화살표로 나타낸 바와 같이, 평활 컨덴서(2)로부터 냉매 유로(6)(또는 보조 냉매 유로(8))까지의 열전도 경로의 길이가 짧아지므로, 평활 콘덴서(2)의 냉각 효과가 커진다.In the power conversion device of the present embodiment, as shown in the cross-sectional view in FIG. 5B, the smoothing capacitor 2 is formed in the
또한, 일반적으로, 평활 컨덴서(2)의 높이는 전력 반도체 소자(1)의 높이보다 높다. 실시예 1 ∼ 3에 나타낸 평활 컨덴서(2)는, 평활 컨덴서(2)와 전력 반도체(1)를 냉각 플레이트에 장착할 때, 양쪽의 단자를 그대로 접속할 수 있는 높이 로 설정하였으나, 실제로는 단자의 높이가 상이한 경우가 많다. 그런 경우라 하더라도, 냉각 플레이트(5)에 설치하는 오목부(10)의 깊이를 조절함으로써, 예를 들면 도 5에 나타낸 평활 컨덴서(2)와 같은 위치만큼의 단자 높이라 하더라도, 전력 반도체 소자(1)의 단자의 높이에 평활 컨덴서(2)의 단자의 높이를 맞출 수 있으므로, 도체의 접속 길이를 가장 짧게 설정할 수 있다.Also, in general, the height of the smoothing capacitor 2 is higher than the height of the
그리고, 도 5의 냉매 유로는, 실시예 3와 마찬가지로 직렬로 접속한 것을 나타내고 있지만, 실시예 1 또는 실시예 2의 경우와 마찬가지로, 각각 독립체일 수도 있다.In addition, although the coolant flow path of FIG. 5 shows that it connected in series similarly to Example 3, similarly to the case of Example 1 or Example 2, each may be independent.
이상과 같이, 본 실시예의 발명에 따르면, 평활 콘덴서를, 평활 컨덴서의 형상에 맞추어서 냉각 플레이트에 형성된 오목부에 끼워서 고정하였으므로, 평활 컨덴서와 냉각 플레이트의 접촉 면적이 증가하고, 또한, 냉매 유로까지의 전열 경로가 짧아지므로, 평활 컨덴서의 냉각 효과를 크게 할 수 있다.As described above, according to the invention of the present embodiment, since the smoothing condenser is fixed to the concave portion formed in the cooling plate in accordance with the shape of the smoothing capacitor, the contact area between the smoothing condenser and the cooling plate increases, and furthermore, Since the heat transfer path is shortened, the cooling effect of the smoothing capacitor can be increased.
또한, 일반적으로 전력 반도체 소자보다 높이가 높은 평활 컨덴서의 저부를 냉각 플레이트에 끼워서 높이 방향의 위치를 조절함으로써, 전력 반도체 소자의 단자의 높이에 평활 컨덴서의 단자의 높이를 근접시켜서 전력 반도체 소자와 평활 컨덴서 사이의 배선 인덕턴스를 저감시켜서, 전력 반도체 소자의 턴오프 시의 서지(surge) 전압을 억제시킬 수 있으므로, 낮은 전압 정격의 전력 반도체 소자를 사 용할 수 있는 효과도 있다.In addition, the bottom of the smoothing capacitor having a height higher than that of the power semiconductor device is generally inserted into the cooling plate to adjust the position in the height direction, thereby making the height of the terminal of the smoothing capacitor close to the height of the terminal of the power semiconductor device to smooth the power semiconductor device. Since the wiring inductance between the capacitors can be reduced, and the surge voltage at the time of turning off the power semiconductor device can be suppressed, there is also an effect that a power semiconductor device having a low voltage rating can be used.
[실시예 5]Example 5
도 6은 실시예 5에 의한 전력 변환 장치의 구조도의 부분 단면도이다. 전체의 구조도는, 실시예 4와 동일하며, 도 6은 도 5의 B-B 단면도에 해당하는 부분을 나타내고 있다. 따라서, 그 이외는 실시예 4와 동일하므로, 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다.6 is a partial sectional view of a structural diagram of a power conversion device according to a fifth embodiment. The whole structural diagram is the same as that of Example 4, and FIG. 6 has shown the part corresponding to B-B cross section of FIG. Therefore, since it is the same as that of Example 4 except the other, description of the same part is abbreviate | omitted and it demonstrates centering around a different point.
본 실시예의 전력 변환 장치는, 평활 컨덴서(2c)와 냉각 플레이트(5)에 형성된 오목부(10) 사이에 간극을 형성하고, 상기 간극에 전열 그리스(11)가 충전되어 있다. 상기 간극은, 예를 들면 1mm정도로 설정한다. 그리고, 도 6은 W상 부분을 대표하여 나타내고 있지만, U상 및 U상도 마찬가지이다.In the power converter of the present embodiment, a gap is formed between the smoothing
이와 같은 구성에 의해, 전력 변환 장치의 통전 시에 평활 컨덴서(2)에서 발생한 열은, 도면 중에 굵은 화살표로 나타낸 바와 같이, 전열 그리스(11)를 통하여 냉각 플레이트(5)에 열전도되고, 바로 근방의 냉매 유로(6)에 흐르는 냉매에 의해 냉각된다.With this configuration, the heat generated from the smoothing capacitor 2 at the time of energization of the power converter is heat-conducted to the
이상과 같이, 본 실시예의 발명에 따르면, 평활 컨덴서와 냉각 플레이트에 형성된 오목부 사이에 간극을 형성하고, 상기 간극에 전열 그리스를 충전하고 있으므로, 평활 컨덴서의 열팽창에 의한 치수 변화를 그리스부에서 흡수할 수 있고, 또한, 냉각 플레이트와의 접촉 열저항을 줄일 수 있으므로, 평활 컨덴서의 냉각 효과를 높일 수 있다.As described above, according to the invention of the present embodiment, a gap is formed between the smoothing capacitor and the concave portion formed in the cooling plate, and the gap is filled with electrothermal grease, so that the dimensional change due to thermal expansion of the smoothing capacitor is absorbed by the grease portion. In addition, since the contact heat resistance with the cooling plate can be reduced, the cooling effect of the smoothing capacitor can be enhanced.
그리고, 상기에서 설명한 실시예 1 ∼ 5의 어느 발명에 있어서도, 전력 반도 체 소자는 각 상 1개라도 되고, 또 3개 이상 병렬로 접속한 것이라도 된다. 또한, 각 그룹을 횡으로 1열로 배열한 경우에 대하여 설명하였으나, 더 대용량이 되면, 교대로 배치하여 횡으로 2열로 배열해도 된다. 또한, 전력 반도체 소자는 IGBT로서 설명하였으나, GTO나 트랜지스터 등, 다른 스위칭 소자를 사용해도 된다. 또한, 전력 변환 장치는 인버터 장치의 경우에 대하여 설명하였으나, 컨버터 장치라도 된다.In any of the inventions described in Examples 1 to 5 described above, one power semiconductor element may be used in each phase, or three or more may be connected in parallel. Moreover, although the case where each group was arrange | positioned by one column horizontally was demonstrated, when it becomes more large capacity, you may arrange | position alternately and arrange | position in two columns horizontally. In addition, although the power semiconductor element was demonstrated as IGBT, you may use another switching element, such as GTO and a transistor. In addition, although the case of the inverter apparatus was demonstrated about the power converter, you may be a converter apparatus.
본 발명은, 예를 들면, 전기 자동차 등에 사용되는 전력 변환 장치로, 전력 반도체 소자를 멀티 패키지로 한 경우의 전력 변환 장치의 냉각 구조에 적용하기에 적합하다.The present invention is, for example, a power conversion device for use in electric vehicles and the like, and is suitable for application to the cooling structure of the power conversion device in the case where the power semiconductor element is multipacked.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020077000643A KR20070067065A (en) | 2007-01-10 | 2005-03-25 | Power converter cooling structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020077000643A KR20070067065A (en) | 2007-01-10 | 2005-03-25 | Power converter cooling structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070067065A true KR20070067065A (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=38365921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020077000643A KR20070067065A (en) | 2007-01-10 | 2005-03-25 | Power converter cooling structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20070067065A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101294077B1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-08-07 | 현대자동차주식회사 | Cooling system power conversion device |
| KR20240029354A (en) | 2022-08-26 | 2024-03-05 | 현대자동차주식회사 | Busbar assembly cooling apparatus and electric power inverter module having the same |
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2005
- 2005-03-25 KR KR1020077000643A patent/KR20070067065A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR101294077B1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-08-07 | 현대자동차주식회사 | Cooling system power conversion device |
| KR20240029354A (en) | 2022-08-26 | 2024-03-05 | 현대자동차주식회사 | Busbar assembly cooling apparatus and electric power inverter module having the same |
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