TWI493817B - 反相器裝置 - Google Patents

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TWI493817B
TWI493817B TW101141745A TW101141745A TWI493817B TW I493817 B TWI493817 B TW I493817B TW 101141745 A TW101141745 A TW 101141745A TW 101141745 A TW101141745 A TW 101141745A TW I493817 B TWI493817 B TW I493817B
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河內勇樹
松田健作
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三菱電機股份有限公司
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Description

反相器裝置
本發明係關於一種反相器(inverter)裝置。
在專利文獻1中已有記載以下之技術：在電氣裝置中，於上部安裝有發熱量大之電氣零件的框體內部之空洞側設置複數個鰭片(fin)，將成為電磁雜訊(noise)之產生源的電氣零件配置於框體之內部，且將框體上部之電氣零件與框體內部之電氣零件藉由電線而電性連接。藉此，依據專利文獻1可實現以下之電氣裝置：發熱量大之電氣零件的散熱佳，並且從成為電磁雜訊之產生源的電氣零件朝向外部之電磁雜訊的輻射小。
(專利文獻1)日本特開平10-51912號公報
在專利文獻1所載之技術中，為了將來自框體上部之電氣零件的熱予以散熱而有必要在框體之內部設置複數個鰭片，並且為了減小從成為電磁雜訊之產生源的電氣零件朝向外部之電磁雜訊的輻射而有必要將框體作成箱型並於其內部以不與複數個鰭片碰撞的方式收容成為電磁雜訊之 產生源的電氣零件。因此，電氣裝置全體容易變為大型，且難以減低零件安裝空間(space)。
本發明係有鑒於上述課題而完成者，其目的在於獲得一種可減低零件安裝空間的反相器裝置。
為了解決上述課題且達成目的，本發明之一態樣的反相器裝置，其特徵為包括：散熱框體，具有主面、散熱鰭片、第1凹部及第2凹部，該散熱鰭片係配置於前述主面之相反側，該第1凹部係與前述主面中之對應前述散熱鰭片的區域鄰接而設置，該第2凹部係與前述主面中之對應前述散熱鰭片的區域鄰接而設置；半導體模組(module)，配置於前述主面中之對應前述散熱鰭片的區域，且具有二極體模組(diode module)及反相器模組(inverter module)；突波電流抑制電阻，由封閉材封閉於前述第1凹部內，且電性連接於前述二極體模組與前述反相器模組之間；以及再生電阻，由前述封閉材封閉於前述第2凹部內，且電性連接於前述二極體模組與前述反相器模組之間。
依據本發明，由於可抑制散熱框體之高度因超過散熱鰭片之前端的高度而變高，所以可減低零件安裝空間。
1、1i、1j‧‧‧反相器裝置
10、10j‧‧‧半導體模組
10a‧‧‧二極體模組
10b‧‧‧反相器模組
20‧‧‧突波電流抑制電阻
30‧‧‧再生電阻
40‧‧‧散熱框體
40a‧‧‧主面
40a1、40a2、40a3‧‧‧區域
40b‧‧‧第1凹部
40c‧‧‧第2凹部
51、52‧‧‧封閉材
61i、62i‧‧‧溫度感測器(第1、第2溫度感測器)
C‧‧‧平滑電容器
CT‧‧‧電流檢測器
CTRL‧‧‧控制部
D‧‧‧再生二極體
F1至F6‧‧‧散熱鰭片
H‧‧‧高度
M‧‧‧馬達
PCB‧‧‧印刷配線基板
PS‧‧‧電源
P-T11、P-T12、P-T13、P-T14、P-T111j、P-T112j、P-T131j、P-T132j、P-Tr、P-Ts、P-Tt、P-Tu、P-Tv、P-Tw‧‧‧端子接腳
RL‧‧‧繼電器
SNS‧‧‧電壓感測器
TR‧‧‧再生電晶體
T11、T12‧‧‧輸出端子
T13、T14‧‧‧輸入端子
T21、T31‧‧‧一端
T22、T32‧‧‧另一端
T111j、T112j、T131j、T132j‧‧‧端子
TR1至TR7‧‧‧溝槽
Tr、Ts、Tt‧‧‧輸入端子
Tu、Tv、Tw‧‧‧輸出端子
W‧‧‧寬度
WL1、WL2‧‧‧壁部
第1圖係顯示實施形態1之反相器裝置之構成的圖。
第2圖(a)至(c)係顯示實施形態1之反相器裝置之構成的圖。
第3圖係顯示實施形態2之反相器裝置之構成的圖。
第4圖(a)至(c)係顯示實施形態2之反相器裝置之構成的圖。
第5圖係顯示實施形態3之反相器裝置之構成的圖。
第6圖(a)至(c)係顯示實施形態3之反相器裝置之構成的圖。
以下，根據圖式詳細說明本發明之反相器裝置的實施形態。另外，本發明並不因該實施形態而被限定。
實施形態1
使用第1圖就實施形態1之反相器裝置1的電路構成加以說明。第1圖係顯示反相器裝置1之電路構成的圖。
反相器裝置1係具備半導體模組10、平滑電容器(condenser)C、電流檢測器CT、控制部CTRL、突波電流抑制電阻20、繼電器RL、再生電阻30、再生二極體D、再生電晶體(transistor)TR及電壓感測器(sensor)SNS。半導體模組10，係具有二極體模組10a及反相器模組10b。
反相器裝置1係將從電源PS供應來的交流電力在二極體模組10a轉換成直流電力，將直流電力在平滑電容器C平滑化，且將經平滑化後之直流電力在反相器模組10b藉由複數個切換元件之切換(switching)動作來轉換成交流電力，並將經轉換後之交流電力供應至馬達(motor)M以驅動馬達M。
此時，為了使平滑電容器C所作之平滑化能有效率地 進行，有時會在平滑電容器C使用大容量的電容器。因此，在輸入電源PS時有可能對反相器模組10b流入較大的突波電流，當流入較大的突波電流時就有可能使反相器模組10b內之複數個切換元件劣化。
為了抑制該突波電流，而在二極體模組10a與反相器模組10b之間的P線路(line)上並聯連接突波電流抑制電阻20及繼電器(relay)RL，而控制部CTRL係在輸入電源PS時使繼電器RL呈斷開狀態而可使二極體模組10a之輸出電流在突波電流抑制電阻20消耗。亦即，突波電流抑制電阻20，係電性連接於二極體模組10a與反相器模組10b之間。例如，突波電流抑制電阻20之一端T21係連接於二極體模組10a之P側輸出端子T11，而突波電流抑制電阻20之另一端T22係連接於反相器模組10b之P側輸入端子T13。
又，馬達M係當從高速運轉變成減速運轉時由於會當作發電機來動作，所以母線電壓有可能因來自馬達M之再生電力而上升，當母線電壓上升時反相器裝置1就難以進行適當的電力轉換動作。
為了抑制該母線電壓之上升，而在二極體模組10a與反相器模組10b之間，於P線路與N線路之間連接再生二極體D及再生電晶體TR且在其中間節點與P線路之間連接再生電阻30，而控制部CTRL係在藉由電壓感測器SNS而檢測出的反相器模組10b之輸入側電壓超過了預定電壓的情況時使再生電晶體TR接通以使來自馬達M之再生電 力可在再生電阻30消耗。亦即，再生電阻30係電性連接於二極體模組10a與反相器模組10b之間。例如，再生電阻30之一端T31係連接於二極體模組10a之P側輸出端子T11，而再生電阻30之另一端T32係透過再生二極體D而連接於反相器模組10b之P側輸入端子T13，且透過再生電晶體TR而連接於反相器模組10b之N側輸入端子T14。
如此，突波電流抑制電阻20及再生電阻30，由於電性連接於半導體模組10中的二極體模組10a與反相器模組10b之間，所以在安裝時，較佳是配置於半導體模組10之附近。
其次，使用第2圖就反相器裝置1之安裝構成加以說明。第2圖係顯示反相器裝置1之實施形態的圖，第2圖(b)係顯示反相器裝置1之安裝構成的俯視圖，第2圖(a)係以A-A線切斷第2圖(b)之俯視圖時的剖視圖，第2圖(c)係以C-C線切斷第2圖(b)之俯視圖時的剖視圖。
反相器裝置1係具備散熱框體40、半導體模組10、突波電流抑制電阻20及再生電阻30。
散熱框體40係收容突波電流抑制電阻20及再生電阻30，並且在散熱框體40之主面40a上搭載有半導體模組10，而複數個散熱鰭片F1至F6係與散熱框體40之本體一體成型。突波電流抑制電阻20及再生電阻30，係由封閉材51、52封閉於散熱框體40內。
具體而言，如第2圖(a)至(c)所示，散熱框體40係以大致長方體形狀作為其基本構成，且形成有延伸於C-C線 方向的溝槽TR1至TR6和延伸於A-A線方向的溝槽TR7。散熱框體40係例如以鋁壓鑄法(aluminum die-casting)一體成形為如第2圖(a)至(c)所示的形狀。
更具體而言，散熱框體40係在主面40a之相反側形成有溝槽TR1至TR6和溝槽TR7，且在主面40a之相反側配置有複數個散熱鰭片F1至F6。在散熱框體40之主面40a中，於與對應散熱鰭片F1至F6之區域40a1鄰接的區域40a2，係設置有第1凹部40b。在散熱框體40中，包圍第1凹部40b之壁部WL1，係從複數個散熱鰭片F1至F6隔著溝槽TR1而隔開。第1凹部40b係具有對應區域40a2的形狀，例如形成大致長方體形狀。又，在散熱框體40之主面40a中，於與對應散熱鰭片F1至F6之區域40a1鄰接的區域40a3，係設置有第2凹部40c。在散熱框體40中，包圍第2凹部40c之壁部WL2，係從複數個散熱鰭片F1至F6隔著溝槽TR7而隔開。第2凹部40c係具有對應區域40a3的形狀，例如形成大致長方體形狀。
半導體模組10，係配置於散熱框體40之主面40a中之對應散熱鰭片F1至F6的區域40a1。藉此，半導體模組10中之因複數個切換元件之切換動作等而產生的熱可從主面40a中的區域40a1透過散熱鰭片F1至F6而有效率地散熱。
突波電流抑制電阻20係收容於第1凹部40b內，且由封閉材51封閉於第1凹部40b內。封閉材51係例如具有熱傳導性的膠合劑(cement)，用以將在突波電流抑制電阻 20產生的熱傳遞至散熱框體40之壁部WL1。藉此，在突波電流抑制電阻20產生的熱可從封閉材51透過壁部WL1而有效率地散熱。又，由於壁部WL1係從散熱鰭片F1至F6隔開，所以可將在突波電流抑制電阻20產生的熱，與在半導體模組10產生的熱之散熱路徑無干涉地進行散熱。
再生電阻30係收容於第2凹部40c內，且由封閉材52封閉於第2凹部40c內。封閉材52係例如具有熱傳導性的膠合劑，用以將在再生電阻30產生的熱傳遞至散熱框體40之壁部WL2。藉此，在再生電阻30產生的熱可從封閉材51透過壁部WL2而有效率地散熱。又，由於壁部WL2係從散熱鰭片F1至F6隔開，所以可將在再生電阻30產生的熱，與在半導體模組10產生的熱之散熱路徑無干涉地進行散熱。
又，半導體模組10係具有端子接腳(pin)P-Tr、P-Ts、P-Tt作為二極體模組10a之輸入端子Tr、Ts、Tt(第1圖)，而端子接腳P-Tr、P-Ts、P-Tt，係經由印刷配線基板(printed circuit board)PCB而連接於電源PS(參照第1圖)。半導體模組10，係具有端子接腳P-T11、P-T12作為二極體模組10a之輸出端子T11、T12(參照第1圖)，而端子接腳P-T11，係經由印刷配線基板PCB而連接於突波電流抑制電阻20之一端T21及再生電阻30之一端T31(參照第1圖)。端子接腳P-T12，係經由印刷配線基板PCB而連接於反相器模組10b之N側輸入端子T14(參照第1圖)。
半導體模組10係具有端子接腳P-T13、P-T14作為反 相器模組10b之輸入端子T13、T14(參照第1圖)，而端子接腳P-T13，係經由印刷配線基板PCB而連接於突波電流抑制電阻20之另一端T22(參照第1圖)，並且經由印刷配線基板PCB及再生二極體D(參照第1圖)而連接於再生電阻30之另一端T32(參照第1圖)。半導體模組10係具有端子接腳P-Tu、P-Tv、P-Tw作為反相器模組10b之輸出端子Tu、Tv、Tw，而端子接腳P-Tu、P-Tv、P-Tw係經由印刷配線基板PCB而連接於馬達M(參照第1圖)。
另外，第2圖所示的端子接腳之配置係為例示，並未被限定於第2圖所示的情況。又，第1圖所示的平滑電容器C、繼電器RL、再生二極體D、再生電晶體TR及電壓感測器SNS，雖然未圖示於第2圖，但是例如既可安裝於印刷配線基板PCB上，又可在鄰接於印刷配線基板PCB之位置進行安裝。
在此，假設考慮以下的情況：將半導體模組10配置於主面上的散熱框體形成箱型且在其內部安裝有突波電流抑制電阻20及再生電阻30。在該情況下，為了將來自散熱框體主面上的半導體模組10之熱予以散熱而有必要在散熱框體之內部設置複數個散熱鰭片，並且有必要以不與複數個散熱鰭片碰撞的方式收容突波電流抑制電阻20及再生電阻30。因此，反相器裝置全體容易變為大型，且難以減低零件安裝空間。
相對於此，在實施形態1中，突波電流抑制電阻20係由封閉材51封閉於與主面40a中之對應散熱鰭片F1至 F6的區域鄰接而設置的第1凹部40b內，而再生電阻30係由封閉材52封閉於與主面40a中之對應散熱鰭片F1至F6的區域鄰接而設置的第2凹部40c內。藉此，由於可抑制散熱框體40之高度H(參照第2圖(a))因超過散熱鰭片F1至F6之前端的高度而變高，所以可減低零件安裝空間。
或是，假設考慮以下的情況：將突波電流抑制電阻20及再生電阻30安裝於印刷配線基板PCB上。在該情況下，此等的電阻係為了在位置固定或電阻線斷線時可獲得保護，而有必要收納在陶瓷(ceramic)或金屬之盒子(case)內且由膠合劑所封閉。如此，突波電流抑制電阻20及再生電阻30之製造成本(cost)容易變高，且反相器裝置之製造成本亦有可能變高。
相對於此，在實施形態1中，由於是將突波電流抑制電阻20及再生電阻30埋入第1凹部40b內及第2凹部40c內，而沒有必要為了保護內置之電阻而進行覆蓋的陶瓷或鋁製框體，所以廉價就可獲得再生電阻與突波電流抑制電阻之功能。藉此，可降低突波電流抑制電阻20及再生電阻30之製造成本，且可降低反相器裝置之製造成本。又，由於是將突波電流抑制電阻20及再生電阻30埋入第1凹部40b內及第2凹部40c內，所以沒有必要藉由固定之螺釘等來進行安裝，且可削減組裝工時。
又，在實施形態1中，電性連接於二極體模組10a與反相器模組10b之間的突波電流抑制電阻20，係被封閉於位在與半導體模組10鄰接之位置的的第1凹部40b內，而 電性連接於二極體模組10a與反相器模組10b之間的再生電阻30，係被封閉於位在與半導體模組10鄰接之位置的的第2凹部40c內。藉此，可輕易地縮短突波電流抑制電阻20及再生電阻30之各個與二極體模組10a及反相器模組10b之各個的配線長度。
又，在實施形態1中，散熱框體40係例如以鋁壓鑄法一體成形。由於散熱鰭片F1至F6與散熱框體40一體化，所以沒有必要將散熱鰭片F1至F6連接於散熱框體40，而可削減組裝工時。
或是，假設考慮以下的情況：將半導體模組10配置於主面上的散熱框體形成箱型且在其內部設置複數個散熱鰭片，進而在散熱鰭片之間以具熱傳導性之固定材來固定並安裝突波電流抑制電阻20及再生電阻30。在該情況下，當在半導體模組10產生之熱從散熱框體之主面透過散熱鰭片而散熱時，在突波電流抑制電阻20及再生電阻30產生之熱就容易干涉，例如有可能產生與從散熱框體之主面朝向散熱鰭片之方向呈相反方向的熱之流動，且就半導體模組10、突波電流抑制電阻20及再生電阻30之各個而言變得難以進行有效率的散熱。
相對於此，在實施形態1中，包圍第1凹部40b之壁部WL1係隔著溝槽TR1而從複數個散熱鰭片F1至F6隔開。藉此，在突波電流抑制電阻20產生的熱，可與在半導體模組10產生的熱之散熱路徑不干涉地進行散熱。又，包圍第2凹部40c之壁部WL2係隔著溝槽TR7而從複數個散 熱鰭片F1至F6隔開。藉此，在再生電阻30產生的熱，可與在半導體模組10產生的熱之散熱路徑不干涉地進行散熱。因而，就半導體模組10、突波電流抑制電阻20及再生電阻30之各個而言可輕易地進行有效率的散熱。
實施形態2
其次，就實施形態2之反相器裝置1i加以說明。以下，係以與實施形態1不同之部分為中心來加以說明。
在實施形態1中，雖然並未特別就突波電流抑制電阻20及再生電阻30之溫度加以考慮，但是在實施形態2中，可監視突波電流抑制電阻20及再生電阻30之溫度。
具體而言，如第3圖所示，反相器裝置1i，復具備溫度感測器(第1溫度感測器)61i及溫度感測器(第2溫度感測器)62i。第3圖係顯示反相器裝置1i之電路構成的圖。溫度感測器61i係偵測突波電流抑制電阻20之溫度，且將偵測結果供應至控制部CTRL。溫度感測器62i係偵測再生電阻30之溫度，且將偵測結果供應至控制部CTRL。控制部CTRL係按照溫度感測器61i之偵測結果和溫度感測器62i之偵測結果，並藉由例如比較突波電流抑制電阻20之溫度與預定之第1臨限值且比較再生電阻30之溫度與預定之第2臨限值等，而判斷在突波電流抑制電阻20及再生電阻30之至少一方是否已產生異常發熱。控制部CTRL係當在突波電流抑制電阻20及再生電阻30之至少一方已產生異常發熱的情況時，藉由使電源PS斷開等，而使反相器裝置1i停止。藉此，可抑制突波電流抑制電阻20及再生 電阻30之至少一方的燒損等。
又，如第4圖所示，反相器裝置1i之安裝構成係在下述之點與實施形態1不同。第4圖係顯示反相器裝置1i之安裝構成的圖。
溫度感測器61i係與突波電流抑制電阻20一起收容於第1凹部40b內，且與突波電流抑制電阻20一起由封閉材51封閉於第1凹部40b內。藉此，溫度感測器61i係可偵測突波電流抑制電阻20之溫度。又，溫度感測器61i係將未圖示之配線透過印刷配線基板PCB而連接於控制部CTRL(參照第3圖)。溫度感測器61i係例如為熱敏電阻(thermistor)、測溫電阻器及熱電偶等。
溫度感測器62i係與再生電阻30一起收容於第2凹部40c內，且與再生電阻30一起由封閉材52封閉於第2凹部40c內。藉此，溫度感測器62i係可偵測再生電阻30之溫度。又，溫度感測器62i係將未圖示之配線透過印刷配線基板PCB而連接於控制部CTRL(參照第3圖)。溫度感測器62i，係例如為熱敏電阻、測溫電阻器及熱電偶等。
如此，在實施形態2中，溫度感測器61i係與突波電流抑制電阻20一起由封閉材51封閉於第1凹部40b內，而溫度感測器62i係與再生電阻30一起由封閉材52封閉於第2凹部40c內。藉此，既可抑制零件安裝空間之增大，又能監視突波電流抑制電阻20及再生電阻30之溫度。
實施形態3
其次，就實施形態3之反相器裝置1j加以說明。以下， 係以與實施形態1不同之部分為中心來加以說明。
在實施形態1中，雖然在半導體模組10與突波電流抑制電阻20及再生電阻30之間的電性連接中夾介存在有印刷配線基板PCB，但是在實施形態3中，在半導體模組10與突波電流抑制電阻20及再生電阻30之間的電性連接中並未夾介存在有印刷配線基板PCB。
具體而言，在反相器裝置1j中，係如第5圖所示，半導體模組10j除了具有二極體模組10a及反相器模組10b以外，復包含再生二極體D、再生電晶體TR及電壓感測器SNS。藉此，在半導體模組10j中，係能夠設置端子T111j及端子T131j，作為用以直接連接於突波電流抑制電阻20之一端T21及另一端T22的端子，且能夠設置端子T112j及端子T132j，作為用以直接連接於再生電阻30之一端T31及另一端T32的端子。
又，如第6圖所示，反相器裝置1j之安裝構成係在以下之點與實施形態1不同。第6圖係顯示反相器裝置1j之安裝構成的圖。
半導體模組10j係具有端子接腳P-T111j、P-T131j作為端子T111j、T131j(參照第5圖)，而端子接腳P-T111j、P-T131j係從半導體模組10j延伸至第1凹部40b內並連接於突波電流抑制電阻20之兩端T21、T22(參照第5圖)。
半導體模組10j係具有端子接腳P-T112j、P-T132j作為端子T112j、T132j(參照第5圖)，而端子接腳P-T112j、P-T132j係從半導體模組10j延伸至第2凹部40c內並連接 於再生電阻30之兩端T31、T32(參照第5圖)。
如此，在實施形態3中，端子接腳P-T111j、P-T131j係從半導體模組10j延伸至第1凹部40b內並連接於突波電流抑制電阻20之兩端，而端子接腳P-T112j、P-T132j係從半導體模組10j延伸至第2凹部40c內並連接於再生電阻30之兩端。藉此，可輕易地減低散熱框體40之平面方向的寬度W，且可更進一步減低零件安裝空間。
又，在實施形態3中，係可減低突波電流抑制電阻20及再生電阻30之各個與二極體模組10a及反相器模組10b之各個之間的配線數，且可更進一步削減組裝工時。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之反相器裝置，係有用於半導體模組之安裝。
理由：須用整個圖式[第2圖(a)至(c)]才能顯示完整技術特徵。
10‧‧‧半導體模組
20‧‧‧突波電流抑制電阻
30‧‧‧再生電阻
40‧‧‧散熱框體
40a‧‧‧主面
40a1、40a2、40a3‧‧‧區域
40b‧‧‧第1凹部
40c‧‧‧第2凹部
51、52‧‧‧封閉材
C‧‧‧平滑電容器
F1至F6‧‧‧散熱鰭片
H‧‧‧高度
PCB‧‧‧印刷配線基板
P-T11、P-T12、P-T13、P-T14、P-Tr、P-Ts、P-Tt、P-Tu、 P-Tv、P-Tw‧‧‧端子接腳
TR1至TR7‧‧‧溝槽
WL1、WL2‧‧‧壁部

Claims (4)

  1. 一種反相器裝置，係包括：散熱框體，具有主面、散熱鰭片、第1凹部及第2凹部，該散熱鰭片係配置於前述主面之相反側，該第1凹部係與前述主面中之對應前述散熱鰭片的區域鄰接而設置，該第2凹部係與前述主面中之對應前述散熱鰭片的區域鄰接而設置；半導體模組，配置於前述主面中之對應前述散熱鰭片的區域，且具有二極體模組及反相器模組；突波電流抑制電阻，由封閉材封閉於前述第1凹部內，且電性連接於前述二極體模組與前述反相器模組之間；以及再生電阻，由前述封閉材封閉於前述第2凹部內，且電性連接於前述二極體模組與前述反相器模組之間，前述突波電流抑制電阻及前述再生電阻係未施以為了保護內置之電阻之覆蓋。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之反相器裝置，其中，前述散熱框體係以鋁壓鑄法一體成形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之反相器裝置，其中，復具備：第1溫度感測器，由前述封閉材封閉於前述第1凹部內，用以偵測前述突波電流抑制電阻之溫度；以及 第2溫度感測器，由前述封閉材封閉於前述第2凹部內，用以偵測前述再生電阻之溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之反相器裝置，其中，前述半導體模組復具有：第1端子接腳，連接於前述二極體模組；第2端子接腳，連接於前述反相器模組；第3端子接腳，連接於前述二極體模組；第4端子接腳，連接於前述反相器模組，前述第1端子接腳及前述第2端子接腳，係從前述半導體模組延伸至前述第1凹部內並連接於前述突波電流抑制電阻之兩端，前述第3端子接腳及前述第4端子接腳，係從前述半導體模組延伸至前述第2凹部內並連接於前述再生電阻之兩端。
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