CN114556549A - 电力转换装置及其制造方法 - Google Patents

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CN114556549A CN201980101375.8A CN201980101375A CN114556549A CN 114556549 A CN114556549 A CN 114556549A CN 201980101375 A CN201980101375 A CN 201980101375A CN 114556549 A CN114556549 A CN 114556549A
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柴田尚哉
木下雅博
深泽一诚
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

电力转换装置具备电力转换模块、相变材料、散热部件、冷却机构和控制机构。半导体开关元件及回流二极管构成电力转换电路。相变材料设在壳体的主面上。散热部件具备散热面，散热面以夹着相变材料的方式被重叠在主面上。冷却机构将散热部件冷却。控制机构生成用来驱动电力转换电路的驱动信号并控制冷却机构。控制机构包括预先设定的加热运转。加热运转也可以在使冷却机构停止或间歇运转的状态下驱动电力转换电路以使半导体开关元件和回流二极管的两者发热。

Description

电力转换装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用相变材料的电力转换装置及其制造方法。
背景技术
以往，已知有例如如在日本专利第6540612号中记载那样具备热界面材料(TIM)的半导体装置。TIM减小半导体元件与散热体之间的热阻。在上述以往的技术中，作为TIM而使用相变材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6540612号
发明内容
发明要解决的课题
相变材料通过加热软化而密接性提高。通过使密接性提高，能够减小接触热阻。结果，经由相变材料从电力转换模块向散热部件效率良好地进行热传导。
为了有效地减小相变材料的接触热阻，在电力转换模块与散热部件的接触面中在面内发生较大的加热不均匀并非是优选的。关于这一点，上述以往的技术缺少关于在相变材料加热时发生的温度不均匀的研究，还有改良的余地。
本发明是为了解决上述那样的课题而做出，目的是进行了改良以抑制在相变材料的加热软化中发生不均匀的电力转换装置及其制造方法。
用来解决课题的手段
有关本发明的电力转换装置具备电力转换模块、相变材料、散热部件、冷却机构和控制机构。电力转换模块包括具有主面的壳体和被容纳在上述壳体中并在上述主面的平面方向上排列的半导体开关元件及回流二极管。上述半导体开关元件及上述回流二极管构成电力转换电路。相变材料设在上述壳体的上述主面上。散热部件具备散热面。上述散热面以夹着上述相变材料的方式被重叠在上述主面上。冷却机构将上述散热部件冷却。控制机构生成用来驱动上述电力转换电路的驱动信号并控制上述冷却机构。上述控制机构包括预先设定的加热运转。
上述加热运转也可以在使上述冷却机构停止或间歇运转的状态下驱动上述电力转换电路以使上述半导体开关元件和上述回流二极管的两者发热。
上述加热运转也可以在使上述冷却机构持续驱动的状态下执行低功率因数直交转换模式。低功率因数直交转换模式也可以驱动上述电力转换电路以使其以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力。
有关本发明的电力转换装置的制造方法具备：准备包括具有主面的壳体的电力转换模块和设在上述主面上的相变材料的工序；将散热部件的散热面和上述主面以夹着上述相变材料的方式重叠的工序；以及在制品出厂前试验中实施用来将上述相变材料加热的加热运转的工序。上述电力转换模块包括半导体开关元件及回流二极管。半导体开关元件及回流二极管被容纳在上述壳体中并在上述主面的平面方向上排列。上述半导体开关元件及上述回流二极管构成电力转换电路。
实施上述加热运转的工序也可以在使将上述散热部件冷却的冷却机构停止或间歇运转的状态下驱动上述电力转换电路以使上述半导体开关元件和上述回流二极管的两者发热。
实施上述加热运转的工序也可以在使将上述散热部件冷却的冷却机构持续驱动的状态下执行低功率因数直交转换模式。低功率因数直交转换模式也可以驱动上述电力转换电路以使其以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力。
发明效果
根据上述的电力转换装置及制造方法，能够实施使半导体开关元件及回流二极管发热的加热运转。根据加热运转，在抑制了主面上的半导体开关元件及回流二极管的附近的区域的温度不均匀的状态下将相变材料加热软化。结果，能够抑制在相变材料的加热软化中发生不均匀。
附图说明
图1是有关实施方式的电力转换装置的结构图。
图2是表示有关实施方式的电力转换装置和散热部件的图。
图3是有关实施方式的电力转换模块的俯视图。
图4是有关实施方式的电力转换模块的剖面图。
图5是表示有关实施方式的电力转换装置的电路结构的一例的电路图。
图6是表示有关实施方式的电力转换装置的试验装置的一例的图。
图7是用来说明有关实施方式的电力转换装置的制造方法的流程图。
图8是用来说明有关实施方式的电力转换装置的加热运转的流程图。
图9是用来说明有关实施方式的电力转换装置的加热运转的动作的曲线图。
图10是表示有关实施方式的电力转换装置的加热运转的变化的表。
图11是表示有关实施方式的电力转换装置的加热运转的变化的表。
图12是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置的加热运转的动作的曲线图。
图13是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置的加热运转的流程图。
图14是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置的加热运转的流程图。
图15是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置的加热运转的流程图。
具体实施方式
图1是有关实施方式的电力转换装置10的结构图。电力转换装置10具备电力转换单元1、散热部件50、冷却机构33、控制机构20和温度传感器31。电力转换装置10在箱体之中容纳着上述各构成部件。在该箱体上还设有通气孔等。
电力转换单元1具备电力转换电路1a及栅极驱动基板1b。电力转换电路1a是包括三个支路(arm)电路的电压型三相逆变器电路。对于电压型三相逆变器电路的具体的种类没有限定。电力转换电路1a具备多个在图2中后述的电力转换模块100。
冷却机构33将散热部件50冷却。实施方式的冷却机构33作为一例是空冷冷却风扇。作为冷却机构33的变形例，也可以代替空冷用的冷却风扇而使用制冷剂循环系统。变形例的制冷剂循环系统也可以包括与散热部件50接触的制冷剂通路、设在制冷剂通路的途中的散热器(radiator)和使制冷剂通路内的制冷剂循环的循环泵。通过空冷冷却风扇的转速控制或循环泵的驱动转速控制，能够调整冷却机构33的开启关闭及冷却量。
控制机构20包括电力转换控制部20a和温度控制部20b。电力转换控制部20a为了驱动电力转换电路1a，将PWM信号SPWM向电力转换单元1传递。温度控制部20b为了控制冷却机构33，将风扇控制信号Sf向冷却机构33传递。
控制机构20也可以由一个或多个个人计算机构建。关于控制机构20的具体的硬件构造的例子在后面叙述。
温度传感器31检测电力转换模块100的周围温度T1。温度传感器31的温度检测信号T1被向控制机构20传递。
图2是表示有关实施方式的电力转换装置10和散热部件50的图。在实施方式中，作为一例，散热部件50是热管(heat pipe)。另外，散热部件50也可以变形为热沉(heatsink)。
散热部件50具备散热面50a。在散热面50a之上，排列配置有3个电力转换模块100。散热面50a和主面101以夹着相变材料120的方式重叠。设在散热面50a上的这种热传导层也被称作热界面材料(TIM)。在TIM中，各种各样的材料是周知的，例如有脂膏(grease)等。在实施方式中，在该TIM中使用相变材料。
图3是有关实施方式的电力转换模块100的俯视图。图4是有关实施方式的电力转换模块100的剖面图。图4是沿着图3的I－II线的截面向视图。图3及图4图示了相变材料120的加热软化前的状态。
电力转换模块100包括壳体100a、被容纳在壳体100a中的基板112、和安装在基板112的半导体开关元件110及回流二极管111。
壳体100a由树脂封固件116和散热板114构成。壳体100a具有上表面102、下表面101和前后左右4个侧面103。散热板114的一个面相当于壳体100a的下表面101。在实施方式中，作为一例，将壳体100a的下表面101也称作“主面101”。
半导体开关元件110按照栅极驱动信号被开启关闭控制。半导体开关元件110既可以是IGBT，也可以是MOSFET，也可以是GTO。半导体开关元件110及回流二极管111的半导体材料既可以是硅，或者也可以是SiC等的宽带隙半导体。
在图3中，通过从主面101侧对散热板114进行透视观察，将半导体开关元件110及回流二极管111用虚线图示。如图3所示，半导体开关元件110及回流二极管111在主面101的平面方向上以规定的布局排列。在实施方式中，作为一例，壳体100a是树脂成形的封固树脂封装。但是，作为变形例，壳体100a也可以是具有盖和箱的树脂箱体。
电力转换模块100具备两个半导体开关元件110及三个回流二极管111。一个电力转换模块100构成一个支路电路。在实施方式中，如图2所示，通过设置三个电力转换模块100，作为三相逆变器电路而构建了电力转换电路1a。
相变材料120设在壳体100a的主面101上。在实施方式中，相变材料120作为一例被做成六边形的小片，在主面101上排列有多个相变材料120。但是，作为变形例，也可以将一个相变材料片粘贴在主面101上。当如图3那样对主面101透视观察时，优选的是将半导体开关元件110及回流二极管111用相变材料120充分地覆盖。
相变材料120具有因为热而软化的性质。如果通过软化而密接性提高，则接触热阻被减小。结果，向散热部件50的热传导性变高，所以能够提高散热性。相变材料120由于各种各样的材料已经是周知的，所以详细的说明省略。
图5是表示有关实施方式的电力转换装置10的电路结构的一例的电路图。在图5中，也图示了在图1中被省略的电路要素。
在电力转换装置10的直流输入端P、N，被从直流电源30输入直流电力。在实施方式中，作为一例，直流电源30是太阳能电池板。电力转换装置10的交流输出端U、V、W与电力系统40连接。
电力转换电路1a按照来自控制机构20的驱动信号，能够分别执行将直流电力转换为三相交流电力的逆变器驱动和将三相交流电力转换为直流电力的转换器驱动。
电力转换装置10具备与电力转换单元1的直流侧连接的直流侧电路以及与电力转换单元1的交流侧连接的交流侧电路。直流侧电路包括直流侧继电器3、计量用电流互感器(CT)8a和计量用电压互感器(VT)8b。
交流侧电路包括变压器2、保护继电器4、交流端继电器5、电抗器6、电容器7、计量用电流互感器(CT)9a、9c和计量用电压互感器(VT)9b、9d。变压器2与电力转换单元1的交流端连接。电抗器6与变压器2串联连接。电容器7的一端连接在变压器2与电抗器6之间，电容器7的另一端连接在地电位等的基准电位上。保护继电器4与电抗器6串联连接。交流端继电器5与保护继电器4串联连接。计量用电流互感器9a及计量用电压互感器9b设在保护继电器4与交流端继电器5之间。计量用电流互感器9c设在电力转换单元1的交流端与变压器2之间。计量用电压互感器9d设在变压器2与电容器7的连接点和电抗器6之间。另外，直流侧电路和交流侧电路可以是各种各样的结构，在实施方式中表示了一例。
控制机构20是控制电路。控制机构20的电力转换控制部20a具备PWM控制部21和电力控制部22。电力控制部22取得经由计量用电流互感器8a取得的直流侧电流值、经由计量用电压互感器8b取得的直流侧电压值、经由计量用电流互感器9a取得的交流侧电流值和经由计量用电压互感器9b取得的交流侧电压值。
电力控制部22基于所取得的参数，向PWM控制部21传递“电力控制信号”。在实施方式中，由于作为一例而电力控制部22具备MPPT控制模式(最大功率点跟随控制模式)，所以电力控制信号也可以是基于MPPT控制的控制指令值。此外，电力控制信号也可以是基于有功功率指令值和无功功率指令值的充放电控制指令值。
PWM控制部21取得经由计量用电流互感器9c取得的交流侧电流值和经由计量用电压互感器9d取得的交流侧电压值。PWM控制部21基于所取得的参数，按照来自电力控制部22的电力控制信号，生成开关元件的驱动信号。在实施方式中，该驱动信号是脉冲宽度调制信号(PWM信号)。
控制机构20的温度控制部20b具备冷却控制部20b1和模式控制部20b2。在温度控制部20b中，被输入来自温度传感器31的温度检测信号T1。冷却控制部20b1将冷却机构33(冷却风扇)的冷却控制模式在常时驱动(常时ON)、间歇驱动(间歇ON)和停止(OFF)间切换。
模式控制部20b2能够向冷却控制部20b1指示冷却控制模式，并向电力转换电路1a指示电力转换模式。模式控制部20b2对于电力转换电路1a指示“交直转换模式”和“低功率因数直交转换模式”中的至少一方的驱动。
交直转换模式是将电力转换电路1a驱动以从交流电力生成直流电力的模式。在交直转换模式下，由于使用回流二极管111作为整流器，所以在回流二极管111中流过电流。结果，能够使回流二极管111发热，能够通过该发热将相变材料120加热软化。
该交直转换模式在实施方式中为了方便也被称作“充电模式”。这是因为，由电力转换单元1从交流形成直流的模式通常被用作从电力系统40制作出直流电力而向蓄电池充电的模式。在图6中后述的试验装置200中的试验时，交直转换模式被用作充电模式。
“低功率因数直交转换模式”是将电力转换电路1a驱动以使其以小于预先设定的小于1的目标功率因数Φ从直流电力生成交流电力的模式。低功率因数直交转换模式由于进行低功率因数电力转换，所以比较多的无功电流流过电力转换电路1a。结果，能够使回流二极管111发热，能够通过该发热将相变材料120加热软化。
目标功率因数Φ的值没有限定，能够在0<Φ<1.0的范围中任意地设定目标功率因数。例如也可以是Φ＝0.9，0.8，0.7…，0.2，0.1等。例如也可以设定目标功率因数Φ的设定范围。上限目标功率因数例如也可以从Φ＝0.99～0.5中选择，下限目标功率因数例如也可以从Φ＝0.49～0.01中选择，也可以由任意的上限目标功率因数和任意的下限目标功率因数定义设定范围。
低功率因数直交转换模式在实施方式中为了方便也被称作“低功率因数放电模式”。这是因为，由电力转换单元1从直流制作出交流的模式被用作从蓄电池将电力向电力系统40侧放电的模式。在图6中后述的试验装置200中的试验时，使用低功率因数直交转换模式作为低功率因数放电模式。
控制机构20包括预先设定的“加热运转”。加热运转在使冷却机构33停止或间歇运转的状态下将电力转换电路1a驱动，以使半导体开关元件110和回流二极管111的两者发热。
在加热运转中，冷却机构33被设定为停止、间歇运转和常时驱动的某个冷却控制模式。在加热运转中，电力转换电路1a的电力转换模式被设定为“交直转换模式”和“低功率因数直交转换模式”中的至少一方。
作为一例，加热运转也可以在使冷却机构33停止或间歇运转的状态下执行“交直转换模式”。作为另一例，加热运转也可以在使冷却机构33停止或间歇运转的状态下执行“低功率因数直交转换模式”。
作为又一例，加热运转也可以构建为，在使冷却机构33停止或间歇运转的状态下从“第一电力转换模式”向“第二电力转换模式”切换。交直转换模式和低功率因数直交转换模式中的一方被设为第一电力转换模式，另一方被设为第二电力转换模式。切换的时刻既可以是在加热运转开始后经过了预先设定的时间的时刻，也可以是在加热运转开始后电力转换模块100的模块温度到达预先设定的温度的时刻。
在执行加热运转时的控制参数中，包括“加热运转时间”和“加热运转输出电力”。加热运转时间是将加热运转持续执行的时间的长度。
加热运转输出电力是进行加热运转时的电力转换电路1a的输出电力的大小。实际上，也可以通过调节用来控制电力转换电路1a的各种控制目标值，将加热运转输出电力可变设定。例如如果是充电模式，则加热运转输出电力也可以通过调节充电电力及充电电流(有功电流)的大小来可变设定。例如如果是低功率因数放电模式，则加热运转输出电力也可以通过进行放电电流(有功电流)及无功电流的大小调节来可变设定。
图6是表示有关实施方式的电力转换装置10的试验装置200的一例的图。试验装置200具有电力回流型的系统结构。
电力回流型的系统结构是以环状连接着电源机201、交流电源Vs、作为试验对象的电力转换装置10和直流电容器202的结构。通过保持电源机201和电力转换装置10的输出平衡，能够使电力的大部分回流。结果，能够抑制试验时的耗电。
在图6中图示了交直转换模式即充电模式，如中空箭头所示，电源机201输出的三相交流电力被传递给电力转换装置10的交流端。电力转换装置10从三相交流电力生成直流电力，向直流电容器202侧输出。另一方面，在低功率因数直交转换模式即低功率因数放电模式的情况下，电力向与图6相反方向循环。
图7是用来说明有关实施方式的电力转换装置10的制造方法的流程图。如图7所示，首先进行部件准备及组装(步骤S100)。在该步骤中，准备在主面101上设有相变材料120的电力转换模块100。进而，散热部件50的散热面50a和主面101以夹着相变材料120的方式被重叠。
接着，实施在步骤S101～S103中记载的制品出厂前试验。制品出厂前试验中的至少步骤S102由上述的图6的试验装置200进行。
首先，对于电力转换单元1及电力转换装置10，进行耐压试验及控制电压试验(步骤S101)。
接着，执行主电路通电及加热运转(步骤S102)。在该步骤中，电力转换单元1开始主电流的通电。步骤S102的加热运转是在使将散热部件50冷却的冷却机构33停止或间歇运转的状态下将电力转换电路1a驱动以使半导体开关元件110和回流二极管111的两者发热的运转。例如，也可以在加热运转模式信号SM1被输入到控制机构20中的情况下，响应于此而执行加热运转。由此，通过相变材料120被加热软化，能够使密接性提高。
接着，实施电力转换装置10的稳态性能试验(steady-state performance test)(步骤S103)。然后，试验结束(步骤S104)，进行制品出厂(步骤S105)。
图8是用来说明有关实施方式的电力转换装置10的加热运转的流程图。图8是详细地记载了图7中的步骤S102的内容的图。图8的例程是模式控制部20b2为主体而执行的处理。
在图8的例程中，首先，将冷却机构33停止(步骤S1021)。作为变形例，也可以不是停止，而是实施以一定间隔切换动作和停止的间歇运转。
接着，经由温度传感器31检测电力转换模块100的周围温度T1(步骤S1022)。
接着，计算加热运转时间TOP(步骤S1023)。加热运转时间的具体的计算处理内容使用图9在后面叙述。
接着，在充电模式下使电力转换电路1a驱动(步骤S1024)。由此，在使将散热部件50冷却的冷却机构33停止或间歇运转的状态下，使半导体开关元件110和回流二极管111的两者发热。
半导体开关元件110将通过加热运转而分别将其正下方的相变材料120加热时的相变材料120的温度也称作“第一温度”。将回流二极管111通过加热运转而分别将其正下方的相变材料120加热时的相变材料120的温度也称作“第二温度”。
在实施方式中，作为一例，第一温度和第二温度是相变材料120的软化温度以上，第一温度和第二温度大致相同。例如1℃～几℃左右的误差范围也可以看作大致相同的温度。只要作为主面101的整体产生将相变材料120没有不均匀地加热软化的程度的热量就可以。因而，第一热量和第二热量也可以相同，但并不限于此，也可以是第一热量和第二热量中的一方比另一方大。也可以在第一温度与第二温度之间有例如几℃左右或其以上的温度差。
接着，判定是否经过了在步骤S1023中设定的加热运转时间(步骤S1025)。在经过加热运转时间之前，处理向S1025返回，在经过了加热运转时间的情况下，此次的例程结束。
图9是用来说明有关实施方式的电力转换装置10的加热运转的动作的曲线图。具体而言，图9是用来说明加热运转时间的计算处理的图。
控制机构20也可以构成为，基于由温度传感器31检测到的周围温度T1可变地设定作为执行加热运转的时间的加热运转时间TOP。控制机构20也可以包括设定为周围温度T1越高则将加热运转时间TOP计算得越短的第一规定函数或第一规定模型。
对于上述第一规定函数或第一规定模型，设定了与周围温度T1对应的加热运转时间TOP的趋势f1。在图9中图示了该趋势f1的一例。趋势f1也可以如图9的特性那样以一定的变化率即一次函数设定。作为变形例，也可以代替图9的特性而使用二次以上的函数那样的曲线状的趋势，也可以使用如台阶状那样周围温度T1每上升一定温度就以台阶状使加热运转时间TOP缩短化的趋势，也可以使用将具有不同的变化率的多个直线组合的折线曲线图状的趋势。
如以上说明，根据有关实施方式的电力转换装置10及其制造方法，在制品出厂前试验等的特定的时刻执行加热运转。通过加热运转，能够在抑制冷却机构33驱动的同时形成使半导体开关元件110和回流二极管111的两者发热的运转状态。
根据该加热运转，能够在抑制了主面101中的半导体开关元件110及回流二极管111的附近的区域的温度不均匀的状态下将相变材料120加热软化。结果，能够抑制在相变材料120的加热软化中发生不均匀。
另外，在相变材料120的加热方法中，有通过电力转换模块100的驱动发热进行的加热和通过加热器等的外部设备进行的加热。这里，在MPPT驱动模式等中，向半导体开关元件110的通电占主导，回流二极管111的发热量通常与半导体开关元件110相比是微小的。结果，在MPPT驱动模式等中，有在加热时容易形成温度不均匀的问题。此外，由加热器等的外部设备进行的加热由于专用设备及作业工作量增大，所以有生产效率下降的问题。对于这一点，根据有关实施方式的加热运转，能够以较高的生产效率可靠地抑制相变材料120的加热软化不均匀。
以下，追加说明实施方式的变形例。图10及图11是表示有关实施方式的电力转换装置10的加热运转的变化的表。
在图10及图11中，表示了加热运转模式号(No.1～No.50)、冷却控制模式的类别、电力转换模式的类别、加热运转时间的决定方法和加热运转输出电力的决定方法的组合变化。电力转换模式的类别包括模式数和第一电力转换模式及第二电力转换模式的内容。
例如在No.1的加热运转模式中，将冷却机构33停止(OFF)，电力转换模式只是充电模式的一个，加热运转时间按照上述的步骤S1023计算，加热运转输出电力被设定为预先设定的固定值。能够按照与其同样的规则，能够将其他的No.2～50的模式内容从图10及图11各个的表读取。
(加热运转输出电力的可变设定)
在No.6～15、No.21～30、No.36～40和No.46～50的加热运转模式下，通过计算而可变设定“加热运转输出电力”。以下说明将加热运转输出电力可变设定的变形例。
图12是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置10的加热运转的动作的曲线图。图13是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置10的加热运转的流程图。在该变形例中，控制机构20以基于由温度传感器31检测到的周围温度T1将加热运转输出电力可变设定的方式，运算各种控制目标值。
各种控制目标值也可以包括有功功率目标值、无功电流目标值和目标功率因数中的至少一个。控制机构20也可以包括设定为周围温度T1越高则将加热运转输出电力计算为越小的第二规定函数或第二规定模型。对于第二规定函数或第二规定模型，设定了决定与周围温度T1对应的各种控制目标值的趋势f2。在图12中图示了该趋势f2的一例。
本变形例通过执行图13的流程图而达成。图13是将图8的步骤S1023的内容变更为步骤S1123的图。在步骤S1123中，通过参照图12的趋势f2，调节与周围温度T1对应的各种控制目标值。作为步骤S1123的一例，控制机构20也可以是周围温度T1越高则交直转换模式(充电模式)下的有功电流目标值越增大。此外，作为步骤S1123的另一例，控制机构20优选的是周围温度T1越高越使低功率因数直交转换模式下的无功电流目标值越增大，换言之也可以使目标功率因数越降低。
趋势f2也可以如在图12中例示那样，以一定的变化率即一次函数设定。作为趋势f2的变形例，也可以使用二次以上的函数那样的曲线状的趋势，也可以使用如台阶状那样每当周围温度T1上升一定温度就以台阶状将加热运转输出电力缩短的趋势，也可以使用将具有不同变化率的多个直线组合的折线图状的趋势。
(冷却机构的持续驱动及低功率因数放电模式)
图10中的No.3、8、13、18、23和图11中的No.28、33、38、43、48是将冷却机构33设为持续运转(常时ON)的加热运转模式。以下，说明该变形例。
图14是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置10的加热运转的流程图。在该变形例中，上述的步骤S1021及S1024被替换为步骤S1121及S1124。在该变形例中，在步骤S1121中将冷却机构33持续驱动。进而，在步骤S1124中，在使冷却机构33持续驱动的状态下执行低功率因数直交转换模式。
作为有关实施方式的制造方法的变形例，也可以将步骤S102的内容变形以使冷却机构33持续驱动。即，在制品出厂前试验中，在使将散热部件50冷却的冷却机构33持续驱动的状态下，也可以执行将电力转换电路1a驱动以使其以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力的低功率因数直交转换模式。
(基于模块保护温度的加热停止)
图11中的No.31～No.50的加热运转模式不是通过计算来决定加热运转时间，而是基于模块保护温度决定加热运转时间。图15是用来说明有关实施方式的变形例的电力转换装置10的加热运转的流程图。
在图15的变形例中，上述的步骤S1025被置换为步骤S1125。在步骤S1125中，控制机构20对于电力转换模块100执行加热运转以使其达到预先设定的模块保护温度，一旦电力转换模块100的温度达到模块保护温度就结束加热运转。模块保护温度被预先设定为电力转换模块100的规格。也可以在温度传感器31之外另外设置用来精度良好地检测电力转换模块100的温度的模块温度传感器。
另外，也有在图10及图11中没有记载的其他的代替变形例。例如，也可以将加热运转时间和加热运转时间的两者固定。这是因为，能够基于计算等预先设定相变材料120被充分软化的程度的时间及输出。
另外，也可以从由在图10及图11中记载的变化及上述的代替变形例构成的组中选择不同的多个加热运转模式。也可以将所选择的多个加热运转模式存储在模式控制部20b2中。由此，例如也可以根据电力转换装置10的制品规格，或者根据试验装置200的规格、试验条件等来区分使用不同的加热运转的变化。
电力转换装置10的用途没有限定。电力转换装置10也可以作为太阳能发电系统用的电力转换装置10提供，也可以作为电动机驱动系统用的电力转换装置10提供，也可以作为不间断电源装置系统用的电力转换装置10提供。即，并不限定于直流电源30，可以应用各种各样的结构。直流电源30也可以是蓄电池。直流电源30也可以是由风力发电机和转换器构成的直流电源。直流电源30也可以是由交流电源和转换器构成的直流电源。也可以代替电力系统40而连接电动机或其以外的负荷。
控制机构20的功能也可以由处理电路实现。处理电路也可以是专用硬件。处理电路也可以具备处理器及存储器。处理电路也可以一部分被形成为专用硬件，也可以还具备处理器及存储器。
在处理电路的至少一部分是至少1个专用硬件的情况下，处理电路例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC、FPGA或将它们组合的结构。
在处理电路具备至少1个处理器及至少1个存储器的情况下，控制机构20的各功能由软件、固件或软件与固件的组合实现。软件及固件被作为程序记述，被保存到存储器中。通过处理器将存储在存储器中的程序读出并执行，实现各部的功能。处理器也称作CPU(Central Processing Unit)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、DSP。存储器例如对应于RAM、ROM、闪存存储器、EPROM、EEPROM等的非易失性或易失性的半导体存储器等。
这样，处理电路可以由硬件、软件、固件或它们的组合实现控制机构20的各功能。
标号说明
1电力转换单元；1a电力转换电路；1b栅极驱动基板；2变压器；3直流侧继电器；4保护继电器；5交流端继电器；6电抗器；7电容器；8a、9a、9c计量用电流互感器(CT)；8b、9b、9d计量用电压互感器(VT)；10电力转换装置；20控制机构；20a电力转换控制部；20b温度控制部；20b1冷却控制部；20b2模式控制部；21 PWM控制部；22电力控制部；30直流电源；31温度传感器；33冷却机构(冷却风扇)；40电力系统；50散热部件；50a散热面；100电力转换模块；100a壳体；101主面(下表面)；102上表面；103侧面；110半导体开关元件；111回流二极管；112基板；114散热板；116树脂封固件；120相变材料；200试验装置；201电源机；202直流电容器；Sf风扇控制信号；SM1加热运转模式信号；SPWM PWM信号；T1温度检测信号(周围温度)；TOP加热运转时间。

Claims (10)

1.一种电力转换装置，其特征在于，
具备：
电力转换模块，包括具有主面的壳体和被容纳在上述壳体中并在上述主面的平面方向上排列的半导体开关元件及回流二极管，上述半导体开关元件及上述回流二极管构成电力转换电路；
相变材料，设在上述壳体的上述主面上；
散热部件，具备散热面，上述散热面以夹着上述相变材料的方式被重叠在上述主面上；
冷却机构，对上述散热部件进行冷却；以及
控制机构，生成用来驱动上述电力转换电路的驱动信号并控制上述冷却机构；
上述控制机构包括预先设定的加热运转；
上述加热运转在使上述冷却机构停止或间歇运转的状态下驱动上述电力转换电路以使上述半导体开关元件和上述汇流二极管双方发热。
2.根据权利要求1记载的电力转换装置，其特征在于，
还具备检测上述电力转换模块的周围温度的温度传感器，
上述控制机构被构建为，根据上述温度传感器检测到的上述周围温度，可变地设定执行上述加热运转的时间即加热运转时间。
3.根据权利要求1记载的电力转换装置，其特征在于，
还具备检测上述电力转换模块的周围温度的温度传感器，
上述控制机构被构建为，根据上述温度传感器检测到的上述周围温度，可变地设定上述加热运转中上述电力转换电路的加热运转输出电力。
4.根据权利要求1记载的电力转换装置，其特征在于，
上述控制机构在达到针对上述电力转换模块预先设定的模块保护温度之前执行上述加热运转，在上述电力转换模块的温度达到上述模块保护温度之后结束上述加热运转。
5.根据权利要求1记载的电力转换装置，其特征在于，
上述加热运转在使上述冷却机构停止或间歇运转的状态下，执行对上述电力转换模块进行驱动以从交流电力生成直流电力的交直转换模式。
6.根据权利要求1记载的电力转换装置，其特征在于，
上述加热运转在使上述冷却机构停止或间歇运转的状态下，执行对上述电力转换电路进行驱动以便以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力的低功率因数直交转换模式。
7.根据权利要求1记载的电力转换装置，其特征在于，
上述加热运转被构建为，在使上述冷却机构停止或间歇运转的状态下将交直转换模式和低功率因数直交转换模式从一方切换为另一方；
上述交直转换模式对上述电力转换电路进行驱动，以从交流电力生成直流电力；
上述低功率因数直交转换模式对上述电力转换电路进行驱动，以便以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力。
8.一种电力转换装置，其特征在于，
具备：
电力转换模块，包括具有主面的壳体和被容纳在上述壳体中并在上述主面的平面方向上排列的半导体开关元件及回流二极管，上述半导体开关元件及上述回流二极管构成电力转换电路；
相变材料，设在上述壳体的上述主面上；
散热部件，具备散热面，上述散热面以夹着上述相变材料的方式被重叠在上述主面上；
冷却机构，对上述散热部件进行冷却；以及
控制机构，生成用来驱动上述电力转换电路的驱动信号并控制上述冷却机构；
上述控制机构包括预先设定的加热运转；
上述加热运转在使上述冷却机构持续驱动的状态下，执行对上述电力转换电路进行驱动以便以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力的低功率因数直交转换模式。
9.一种电力转换装置的制造方法，其特征在于，
包括：
准备包括具有主面的壳体的电力转换模块和设在上述主面上的相变材料的工序，上述电力转换模块包括被容纳在上述壳体中并在上述主面的平面方向上排列的半导体开关元件及回流二极管，上述半导体开关元件及上述回流二极管构成电力转换电路；
将散热部件的散热面和上述主面以夹着上述相变材料的方式重叠的工序；以及
在制品出厂前试验中实施用来将上述相变材料加热的加热运转的工序；
上述加热运转在使对上述散热部件进行冷却的冷却机构停止或间歇运转的状态下驱动上述电力转换电路以使上述半导体开关元件和上述汇流二极管双方发热。
10.一种电力转换装置的制造方法，其特征在于，
包括：
准备包括具有主面的壳体的电力转换模块和设在上述主面上的相变材料的工序，上述电力转换模块包括被容纳在上述壳体中并在上述主面的平面方向上排列的半导体开关元件及回流二极管，上述半导体开关元件及上述回流二极管构成电力转换电路；
将散热部件的散热面和上述主面以夹着上述相变材料的方式重叠的工序；以及
在制品出厂前试验中实施用来将上述相变材料加热的加热运转的工序；
上述加热运转在使对上述散热部件进行冷却的冷却机构持续驱动的状态下，执行驱动上述电力转换电路以便以预先设定的小于1的目标功率因数从直流电力生成交流电力的低功率因数直交转换模式。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP4070714B2 (ja) * 2003-12-25 2008-04-02 電気化学工業株式会社 樹脂組成物及び相変化型熱伝導部材
JP6222209B2 (ja) * 2015-12-04 2017-11-01 日立化成株式会社 樹脂組成物、樹脂シート、金属箔付き樹脂シート、樹脂硬化物シート、構造体、および動力用又は光源用半導体デバイス
JP6853147B2 (ja) * 2017-09-06 2021-03-31 株式会社日立製作所 電力変換装置、電動機制御システム、および電力変換装置の診断方法

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