CN102780386B - 电子设备和具有电子设备的功率变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子设备和具有电子设备的功率变换装置。该电子设备包括：滤波器电路，其包括线圈、电阻器和电容器；以及散热部件，其与滤波器电路的线圈和电阻器接近地设置并且散发由线圈和电阻器产生的热。

Description

电子设备和具有电子设备的功率变换装置

技术领域

本发明涉及电子设备和具有电子设备的功率变换装置，更具体地，涉及一种包括滤波器电路的电子设备和具有电子设备的功率变换装置。

背景技术

大体上已知一种包括滤波器电路的电子设备。日本专利特开No.2006-60928公开了一种逆变器装置和在该逆变器装置与交流电源之间设置的噪声滤波器装置(电子设备)。在前述日本专利特开No.2006-60928中公开的噪声滤波器装置包括第一基板和以预定间隔与该第一基板相对的第二基板。在第一基板的上表面上，设置有连接到交流电源的输入端子部和诸如构成滤波器电路的电容器(condenser)的电路元件。在第二基板的上表面上设置有连接到逆变器装置的输出端子部，并且在第二基板的下表面上设置有诸如构成滤波器电路的电容器的电路元件。在第一基板和第二基板之间，与第一基板的下表面和第二基板的上表面分开预定间隔地设置有构成滤波器电路的线圈。该线圈是在噪声滤波器装置工作时发热的发热元件。在前述日本专利特开No.2006-60928中公开的噪声滤波器装置中，没有提供与诸如线圈的发热元件接近地设置的、从线圈等传导热量以有效散热的散热元件。

近年来，已经提出了一种高耐压、低损耗、快速响应和高耐热的功率装置。这种功率装置加速了切换动作，由此增加了从包括线圈等的噪声滤波器装置产生的热量，并且工作环境的温度可以想到地超过150℃。然而，在前述日本专利特开No.2006-60928中公开的噪声滤波器装置中，没有提供与诸如线圈的发热元件接近地设置的、从线圈等传导热量以有效散热的散热元件，因而该噪声滤波器装置有时不能够有效散发由诸如线圈的发热元件产生的热。期望对由包括线圈等的噪声滤波器装置产生的热进行有效散热。

发明内容

本发明的提出是为了解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种能够有效散发由散热元件产生的热以使得即使在相对高温的工作环境下也能稳定保持可靠性的电子设备和具有电子设备的功率变换装置。

为了达到前述目的，根据本发明的第一方面的一种电子设备包括：滤波器电路，其包括线圈、电阻器和电容器；以及散热部件，其与所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器接近地设置，并且散发由所述线圈和所述电阻器产生的热。

如上所述，在根据第一方面的电子设备中，提供了与滤波器电路的线圈和电阻器接近地设置并散发由线圈和电阻器产生的热的散热部件。因此，与没有设置散发由线圈和电阻器产生的热的机构的情况不同，从线圈和电阻器产生的热可以传导到该散热部件，因而能够由该散热部件有效地散发由诸如线圈和电阻器的发热部件产生的热。因此，即使在较高温的工作环境下，该散热部件也能够有效地散发由如线圈和电阻器的发热部件产生的热，以稳定地保持电子设备的可靠性。根据本发明，措词“与线圈和电阻器接近地设置”是指一个宽泛的概念，它不仅包括与线圈和电阻器直接接触地设置散热部件的情况，而且还包括隔着一个部件与线圈和电阻器间接接触地设置散热部件的情况。

根据本发明的第二方面的设置有电子设备的功率变换装置包括：功率变换电路，其具有包含SiC或GaN的半导体芯片；电子设备，其设置在所述功率变换电路的前级或后级中。所述电子设备包括：滤波器电路，其包括线圈、电阻器和电容器；以及散热部件，其与所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器接近地设置并且散发由所述线圈和所述电阻器产生的热。

如上所述，在根据第二方面的设置有电子设备的功率变换装置中，在具有包含SiC或GaN的半导体芯片的功率变换电路的前级或后级中与滤波器电路的线圈和电阻器接近地设置了电子设备，该电子设备包括用于散发由线圈和电阻器产生的热的散热部件，由此能够使从线圈和电阻器产生的热传导到该散热部件，使得能够对诸如线圈和电阻器的发热部件产生的热进行有效散热。因此，即使在较高温的工作环境下，该散热部件也能够有效地散发由诸如线圈和电阻器的发热部件产生的热，以稳定地保持电子设备的可靠性。因此，可以形成能够保持在功率变换电路的前级或后级中设置的由于半导体芯片中包括SiC或GaN而温度变得较高的电子设备的可靠性的功率变换装置。

结合附图，根据下面对本发明的详细说明，本发明的上述及其他目的、特征、方面及优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是根据实施方式的功率变换装置的从上方观看到的立体图；

图2是根据实施方式的功率变换装置的从下方观看到的立体图；

图3是根据实施方式的滤波器模块的从上方观看到的立体图；

图4是根据实施方式的滤波器模块的从下方观看到的立体图；

图5是根据实施方式的滤波器模块的分解立体图；

图6是根据实施方式的滤波器模块的顶视图图；

图7是根据实施方式的滤波器模块的底视图；

图8是沿着图6中的线200-200截取的截面图；

图9是沿着图6中的线300-300截取的截面图；

图10是根据实施方式的功率变换装置的电路图；

图11是根据实施方式的第一变形例的设置有具有多个散热片的散热件的功率变换装置的从上方观看到的立体图；

图12是根据实施方式的第一变形例的设置有具有多个散热片的散热件的功率变换装置的从下方观看到的立体图；以及

图13是根据实施方式的第二变形例的滤波器模块的截面图；

具体实施方式

现在参照附图来描述实施方式。

首先，参照图1到图9来描述根据本实施方式的功率变换装置100的结构。

如图1所示，根据本实施方式的功率变换装置100包括三相滤波器模块101(见图3)和具有三相变换器电路102a和三相逆变器电路102b的功率变换电路102。滤波器模块101是“电子设备”的示例。变换器电路102a和逆变器电路102b是“功率变换电路”的示例。

在该功率变换装置100中，滤波器模块101和功率变换电路102彼此邻接地设置。向功率变换电路102供电的电源电路103等与滤波器模块101和功率变换电路102邻接地设置。从上方(沿方向Z1)观察时，整个功率变换装置100大致为矩形。

功率变换电路102的变换器电路102a和逆变器电路102b都包括各设置有包含SiC(碳化硅)或GaN(氮化镓)的半导体芯片的功率模块。这些功率模块加速了切换动作，由此增加了从滤波器模块101产生的热量。

如图2所示，在滤波器模块101和功率变换电路102的后表面上安装有稍后描述的用于冷却由滤波器模块101和功率变换电路102产生的热的水冷型冷却套6。冷却套6是“冷却部”的示例。

如图5所示，滤波器模块101包括布线板1、构成滤波器电路的三个电阻器2和三个电容器3、由金属制成的双头螺栓(stud)4、包含导热树脂(硅基铝填料)等的导热片5和水冷型冷却套6。滤波器模块101还包括由诸如铜的金属制成的板状散热板7、散热油脂8(见图8)、包含导热树脂(硅基铝填料)等的导热片9、由树脂制成的用于收纳各部件的框形壳体10、构成滤波器电路的三个线圈11、母线(busbar)12、母线13、螺钉14、15和16以及盖部17。

三个电阻器2、三个电容器3和三个双头螺栓4以预定间隔布置在布线板1的表面上。三个双头螺栓4呈U形，并且在双头螺栓4的上表面(沿Z2方向)形成螺孔4a。如图4和图7所示，在布线板1侧上(沿Z1方向)的各个双头螺栓4的部分形成有四个连接部4b。四个连接部4b装配在布线板1上，由此将各双头螺栓4和布线板1彼此电连接。

如图8所示，具有热传导性和弹性的导热片5沿Z2方向设置在电阻器2的表面上。导热片5的弹性可以通过调节导热片5中硅的含量来进行调节。导热片5是“第一热传导部件”的示例。电阻器2是在滤波器模块101工作时发热的发热部件。电阻器2还被设置成与导热片5发生紧密地面接触。电阻器2布置在冷却套6的Y1方向侧。如图7所示，冷却套6被布置成当从上方(沿Z1方向)观看时不与电阻器2和电容器3交迭。

根据本实施方式，由诸如铜的金属制成的板状散热板7设置在导热片5的表面上，如图8所示。该散热板7被设置成散发由线圈11和电阻器2产生的热。根据本实施方式，散热板7隔着导热片5与电阻器2接近，并且被设置成使得热从电阻器2传导到散热板7。散热板7是“散热部件”的示例。

散热板7在Y1方向上具有第一部分7a，并且在Y2方向上具有厚度小于第一部分7a的厚度的第二部分7b。散热板7的第一部分7a的后表面(沿Z1方向)被设置成与设置在电阻器2的表面上的导热片5发生紧密地面接触。换句话说，散热板7的第一部分7a隔着导热片5与电阻器2接近，并且被设置成使得热从电阻器2传导到散热板7的第一部分7a。散热板7的第二部分7b隔着导热片9与线圈11接近，并且被设置成使得热从线圈11传导到散热板7的第二部分7b。

具有热传导性和弹性的散热油脂8被施敷到散热板7的第二部分7b的后表面上(沿Z1方向)。散热油脂8包含硅等，并且散热油脂8的弹性可以通过调节硅的含量来调节。散热板7的第二部分7b的后表面隔着散热油脂8与冷却套6接近，并且被设置成使得热从散热板7的第二部分7b的后表面传导到冷却套6。散热油脂8是“第二热传导部件”的示例。

如图9所示，散热板7形成有从散热板7的后表面向下方(沿Z1方向)突出的多个突起部7c。散热板7还设置成覆盖住设置在布线板1上的三个电阻器2。

如图8所示，具有热传导性和弹性的导热片9沿Z2方向设置在散热板7的表面上。导热片9的弹性可以通过调节导热片9中硅的含量来调节。导热片9是“第一热传导部件”的示例。散热板7的表面在Z2方向上设置成与导热片9发生紧密地面接触。

三个线圈11是在滤波器模块101工作时发热的发热元件，并且线圈11产生的热量大于电阻器2产生的热量。如图6和图9所示，三个线圈11沿X方向以预定间隔设置。如图9所示，三个线圈11中的每一个线圈都设置成与三个电阻器2中的各个电阻器2交迭。

如图8所示，三个线圈11都由以金属制成的矩形铁芯11a和缠绕在该铁芯11a上的导线11b构成。在单个铁芯11a上设置两根导线11b，并且两根导线11b沿与铁芯11a的延伸方向(Y方向)大体垂直的方向(X方向)缠绕。线圈11被设置成隔着导热片9、散热板7和散热油脂8与冷却套6交迭。散热板7形成在设置有线圈11的区域上和设置有电阻器2的区域上。

线圈11被设置成在Z2方向上与导热片9的表面发生紧密地面接触。换句话说，线圈11隔着导热片9与散热板7接近，并且设置成使得热从线圈11传导到散热板7。根据本实施方式，线圈11产生的热主要沿与散热板7的表面垂直的方向(Z方向)传导，而电阻器2产生的热主要沿散热板7的表面的方向(Y方向)传导。具体地说，线圈11产生的热通过作为热传导路径A的导热片9、散热板7(第二部分7b)和散热油脂8传导到冷却套6以散热。电阻器2产生的热通过作为热传导路径B的导热片5、散热板7(第一部分7a)和散热油脂8传导到冷却套6以散热。

通常，线圈11产生的热量大于电阻器2产生的热量，因此对线圈11产生的热进行散热优先于对电阻器2产生的热进行散热是合理的。因此，在本实施方式中，冷却套6与线圈11之间的散热板7中的热传导路径A的长度小于冷却套6与电阻器2之间的散热板7中的热传导路径B的长度。电容器3的耐热性较弱，因此可取的是将电容器3定位为尽可能地远离产生大量的热的线圈11。因此，在本实施方式中，电容器3被设置在布线板1的表面上，使得线圈11与电容器3之间的距离D1大于电阻器2与电容器3之间的距离D2。设置在布线板1的表面上的电容器3沿Y1方向与散热板7和电阻器2(以预定间隔)间隔开。

在线圈11的沿Y1方向侧的端部上设置有由金属制成的板状母线12，这些板状母线12都充当输入交流电的输入端子。在线圈11的沿Y2方向侧的端部上设置有由金属制成的板状母线13，这些板状母线13都充当输出端子。母线12和13被铆接在线圈11的铁芯11a上以便牢固地装配。

设置在线圈11的沿Y1方向侧上的母线12形成有螺孔12a。螺钉14连接到母线12的螺孔12a和双头螺栓4的螺孔4a，藉此将母线12固定到双头螺栓4。因此，输入到母线12的交流电通过母线12提供给线圈11，并通过双头螺栓4和布线板1提供给电容器3和电阻器2。

螺孔12b形成在母线12的沿Y1方向侧的端部上。螺钉15连接到母线12的螺孔12b和壳体10的螺孔10a，藉此将母线12固定到壳体10。螺孔13a形成在母线12的沿Y2方向侧的端部上。螺钉16连接到母线13的螺孔13a和壳体10的螺孔10b，藉此将母线13固定到壳体10。由树脂制成的盖部17(沿Z2方向)接合在线圈11上。线圈11在壳体10中被树脂等密封，以便与外部的电子部件电绝缘。

接着，参照图10描述根据本实施方式的功率变换装置100中的电连接关系。

在功率变换装置100中，充当滤波器模块101的输入端子18的三个母线12连接到三个线圈11和三个电容器3。三个电容器3连接到三个电阻器2。三个电阻器2彼此相连。

功率变换电路102的变换器电路102a的三个功率模块连接到逆变器电路102b的三个功率模块的前级。

滤波器模块101连接到变换器电路102a的前级，而充当滤波器模块101的输出端子的三个母线13连接到变换器电路102a的三个功率模块。

根据本实施方式，如上所述，由金属制成的、对由线圈11和电阻器2产生的热进行散热的板状散热板7以隔着导热片9和5的间接接触的方式与线圈11和电阻器2接近地设置。因此，线圈11和电阻器2产生的热可以通过导热片9和5传导到散热板7。因此，诸如线圈11和电阻器2的发热部件产生的热可以由散热板7有效散热。因此，即使在相对高温的工作环境下，诸如线圈11和电阻器2的发热部件产生的热可以由散热板7有效散热。因而，可以稳定地保持滤波器模块101的可靠性。因此，可以保持设置在变换器电路102a和逆变器电路102b的前级中的、由于包含SiC或GaN而温度变得相对高的滤波器模块101的可靠性。

根据本实施方式，如上所述，对由线圈11和电阻器2产生并传导到散热板7的热进行冷却的水冷型冷却套6按照与散热板7间接接触的方式设置。因而，传导到散热板7的热可以传导到冷却套6。因此，由诸如线圈11和电阻器2的发热部件产生的热可以由冷却套6有效散热。

根据本实施方式，如上所述，冷却套6与线圈11之间的散热板7中的热传导路径A的长度小于冷却套6与电阻器2之间的散热板7中的热传导路径B的长度。因此，由线圈11产生的热(热量大于由电阻器2产生的热量)可以容易地传导到冷却套6。

根据本实施方式，如上所述，线圈11被设置成隔着散热板7与冷却套6交迭，并且电阻器2设置在冷却套6侧。因而，用于将由线圈11产生的热传导到冷却套6的传导路径和用于将由电阻器2产生的热传导到冷却套6的传导路径可以制造得彼此不同。因此，由线圈11和电阻器2产生的热可以通过不同的传导路径传导到冷却套6。

根据本实施方式，如上所述，电容器3被设置成使得线圈11与电容器3之间的距离大于电阻器2与电容器3之间的距离。因而，由线圈11产生的热(热量大于由电阻器2产生的热量)几乎不传导到耐热性弱的电容器3。

根据本实施方式，如上所述，线圈11与散热板7的第一表面接近地设置，而电阻器2与散热板7的第二表面接近地设置。因而，能够抑制由线圈11和电阻器2产生的热局部地集中在散热板7的第一表面或第二表面上，因此可以有效散发传导到散热板7的热。

根据本实施方式，如上所述，电阻器2的上表面(与布线板1相反一侧的表面)隔着导热片5设置在散热板7的下表面上。因而，布线板1不设置在电阻器2和散热板7之间，因此由电阻器2产生的热容易通过导热片5传导到散热板7。

根据本实施方式，如上所述，电容器3与电阻器2和散热板7在设置有电阻器2的布线板1上隔开地设置。因而，由电阻器2产生的热几乎不传导到电容器3。此外，电容器3隔着散热板7与线圈11相对，因此可以使线圈11产生的热到电容器3的传导减到最小。

根据本实施方式，如上所述，电阻器2和线圈11分别隔着导热片5和导热片9与散热板7间接接触。因而，在电容器2与散热板7以及线圈11与散热板7之间，由于设置了导热片5和导热片9而没有形成气室(非接触空间)，因此由电阻器2和线圈11产生的热容易传导到散热板7。

根据本实施方式，如上所述，散热板7设置成隔着散热油脂8间接地接触冷却套6。因而，在散热板7与冷却套6之间，由于设置了散热油脂8而没有形成气室(非接触空间)，因此能够容易将热从散热板7传导到冷却套6。

根据本实施方式，如上所述，电阻器2和散热板7被设置成与具有弹性的导热片5发生紧密地面接触，而线圈11和散热板7被设置成与具有弹性的导热片9发生紧密地面接触。此外，散热板7和冷却套6被设置成与具有弹性的散热油脂8紧密地面接触。因而，即便电阻器2和线圈11的表面和散热板7的表面不平坦，都具有弹性的导热片5和导热片9也可以使电阻器2与散热板7以及线圈11与散热板7彼此紧密接触。因此，能够改善电阻器2与散热板7之间以及线圈11与散热板7之间的热传导性。此外，即便散热板7的表面和冷却套6的表面不平坦，具有弹性的散热油脂8也能够使散热板7和冷却套6彼此紧密接触。因此，能够改善散热板7和冷却套6之间的热传导性。

尽管已经详细描述并说明了本公开，但可以清楚理解的是，这只是通过说明和示例的方式，而不是通过限制的方式，精神和范围仅由所附权利要求的条款限定。

例如，尽管在前述实施方式中，水冷型冷却套6设置在散热板7的后表面上，该实施方式并不限于此。例如，如图11和图12中的第一变形例所示，可以另选地在功率变换装置100a的滤波器模块101以及功率变换电路102的后表面上设置具有沿Y方向延伸的多个散热片106a的气冷型散热件106。

尽管在前述实施方式中冷却套6设置在散热板7的后表面上，但该实施方式并不限于此。例如，冷却套6或散热件106可以不设置在散热板1的后表面上。在这种情况下，由线圈11和电阻器2产生的热可以从散热板7散发。

尽管在前述实施方式中散热板被设置为隔着导热片与线圈和电阻器间接接触，但本实施方式并不限于此。例如，另选地，散热板可以设置为与线圈和电阻器直接接触。

尽管在前述实施方式中应用了包含导热树脂(硅基铝填料)等的导热片作为第一热传导部件的示例，但是本实施方式并不限于此。例如，另选地，也可以应用不包含导热树脂(硅基铝填料)等的导热片，只要导热片是热传导部件即可。或者，可以应用除导热片之外的热传导部件。

尽管在前述实施方式中应用了具有弹性的散热油脂作为第二热传导部件的示例，但本实施方式并不限于此。例如，可以应用诸如不具有弹性的散热油脂或导热片的热传导部件。

尽管在前述实施方式中设置了由铜制成的散热板，但本实施方式并不限于此。例如，另选地，可以设置由铜之外的铝等制成的散热板。

尽管在前述实施方式中设置了由金属制成的板状散热板，但本实施方式并不限于此。例如，另选地，可以形成由金属制成的箱形散热板107，以覆盖线圈的周围，如在根据图13中所示的第二变型例的滤波器模块101a中那样。因此，覆盖线圈的周围的散热板107阻止了从线圈发出的电磁波噪声，从而可以抑制该电磁波噪声对外围电子部件的影响。结果，能够抑制外围电子部件的运行稳定性的降低。

Claims (13)

1.一种电子设备，该电子设备包括：

滤波器电路，其包括线圈、电阻器和电容器；

散热部件，其与所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器接近地设置，并且散发由所述线圈和所述电阻器产生的热；以及

冷却部，其与所述散热部件接近地设置，并且冷却由所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器产生并传导到所述散热部件的热，

所述冷却部与所述线圈之间的所述散热部件中的热传导路径的长度小于所述冷却部与所述电阻器之间的所述散热部件中的热传导路径的长度。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，

所述滤波器电路的所述线圈被设置成隔着所述散热部件与所述冷却部交迭，并且

所述滤波器电路的所述电阻器被设置在所述冷却部侧。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，

所述滤波器电路的所述电容器被设置成使得所述线圈与所述电容器之间的距离大于所述电阻器与所述电容器之间的距离。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，

所述滤波器电路的所述线圈与所述散热部件的第一表面接近地设置，并且

所述滤波器电路的所述电阻器与所述散热部件的第二表面接近地设置。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其中，

所述滤波器电路的所述电阻器被设置在布线板上，并且

所述电阻器的与所述布线板相反的一侧的表面与所述散热部件的所述第二表面接近地设置。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述电容器在设置有所述电阻器的所述布线板上与所述电阻器以及所述散热部件隔开。

7.根据权利要求1所述的电子设备，该电子设备还包括第一热传导部件，所述第一热传导部件被设置在所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器中的一方或两方与所述散热部件之间，其中，

所述线圈和所述电阻器中的一方或两方隔着所述第一热传导部件与所述散热部件接近地设置。

8.根据权利要求7所述的电子设备，该电子设备还包括：

冷却部，其冷却由所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器产生并传导到所述散热部件的热；以及

第二热传导部件，其设置在所述散热部件和所述冷却部之间，其中，

所述线圈和所述电阻器中的一方或两方隔着所述散热部件和所述第二热传导部件与所述冷却部接近地设置。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中，

所述第一热传导部件和所述第二热传导部件具有弹性，并且

所述线圈和所述电阻器中的一方或两方与所述散热部件被设置成与具有弹性的所述第一热传导部件紧密地面接触，并且所述散热部件和所述冷却部被设置成与具有弹性的所述第二热传导部件紧密地面接触。

10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述散热部件包括由金属制成的板状散热板。

11.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述散热部件被形成为覆盖所述线圈的周围。

12.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述冷却部包括水冷型冷却套或具有多个散热片的散热件。

13.一种具有电子设备的功率变换装置，该功率变换装置包括：

功率变换电路，其具有包含SiC或GaN的半导体芯片；以及

电子设备，其设置在所述功率变换电路的前级或后级中，其中，

所述电子设备包括：

滤波器电路，其包括线圈、电阻器和电容器；

散热部件，其与所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器接近地设置，并且对由所述线圈和所述电阻器产生的热进行散热；以及

冷却部，其与所述散热部件接近地设置，并且冷却由所述滤波器电路的所述线圈和所述电阻器产生并传导到所述散热部件的热，

所述冷却部与所述线圈之间的所述散热部件中的热传导路径的长度小于所述冷却部与所述电阻器之间的所述散热部件中的热传导路径的长度。