JP2005261075A - Dc/dc converter device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流変換）装置に関する。 The present invention relates to a DC / DC converter (direct current / direct current conversion) device using a semiconductor element.
半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路から構成されるＤＣ／ＤＣコンバータ装置では、装置に用いられている半導体素子を冷却するため、例えば特許文献１に開示されているように、半導体スイッチング素子に冷却体を設置し、それを冷却ファンによって冷却する方法が一般的に採用されている。
In a DC / DC converter device composed of a semiconductor DC / AC conversion circuit and a semiconductor rectifier circuit, a semiconductor switching element is used for cooling a semiconductor element used in the device, for example, as disclosed in
図５に冷却機能付きＤＣ／ＤＣコンバータ装置の従来例を示す。
図５において、１は直流電源、２は半導体ＤＣ／ＡＣ（直流／交流）変換回路、３は高周波変圧器、４は半導体整流回路、７はリアクトル５とコンデンサ６により構成されたＬＣフィルタ、８は負荷、９はＤＣ／ＤＣコンバータ装置筺体、１０は冷却体、１１は冷却ファンをそれぞれ示す。
FIG. 5 shows a conventional example of a DC / DC converter device with a cooling function.
In FIG. 5, 1 is a DC power source, 2 is a semiconductor DC / AC (DC / AC) conversion circuit, 3 is a high-frequency transformer, 4 is a semiconductor rectifier circuit, 7 is an LC filter composed of a
図５において、直流電源１から半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２にて変換した交流出力を高周波変圧器３の一次側に入力し、高周波変圧器３の二次側から半導体整流回路４にて整流し、ＬＣフィルタ７にて平滑した直流電圧を出力する。半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２と、半導体整流回路４で用いられている半導体スイッチング素子の発生損失による熱破壊を防ぐために、半導体スイッチング素子を冷却体１０と冷却ファン１１により冷却するようにしている。上記半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２では、半導体スイッチング素子として一般的にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜電界効果トランジスタ）が、また、半導体整流回路４では一般的にダイオードが用いられる。
In FIG. 5, the AC output converted from the
図６に一般的なＭＯＳＦＥＴのオン電圧特性を、図７に一般的なダイオードの順電圧特性をそれぞれ示す。
図６から、ＭＯＳＦＥＴはドレイン電流ＩＤを流した場合、ＭＯＳＦＥＴの温度Ｔｊが高くなるとオン電圧Ｖｏｎが高くなる、いわゆる正の温度特性を持っていることが分かる。
一方、ダイオードは順方向電流ＩＦを流した場合、図７に示すようにダイオードの温度Ｔｊが高いと順電圧ＶＦが低くなる、いわゆる負の温度特性を持っている。
FIG. 6 shows an on-voltage characteristic of a general MOSFET, and FIG. 7 shows a forward voltage characteristic of a general diode.
FIG. 6 shows that the MOSFET has a so-called positive temperature characteristic that when the drain current ID flows, the ON voltage Von increases as the MOSFET temperature Tj increases.
On the other hand, when a forward current IF flows, the diode has a so-called negative temperature characteristic in which the forward voltage VF decreases as the diode temperature Tj increases as shown in FIG.
これらの特性から、図５のように半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２と半導体整流回路４を均一に冷却すると、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２におけるＭＯＳＦＥＴのオン電圧による発生損失は低減するが、半導体整流回路４におけるダイオードの順電圧による発生損失は増加する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置全体の発生損失に対して、半導体整流回路４の占める割合が大きい場合には、装置効率が低下するという問題がある。
したがって、この発明の課題は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置全体の発生損失を低減し、装置効率を向上させることにある。
From these characteristics, when the semiconductor DC /
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the generation loss of the entire DC / DC converter device and improve the device efficiency.
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路とを有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路には第１の冷却体、前記半導体整流回路には第２の冷却体をそれぞれ設け、前記第１の冷却体の温度を前記第２の冷却体の温度よりも低くすることを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記第２の冷却体の熱抵抗値を前記第１の冷却体の熱抵抗値よりも大きくすることができる（請求項２の発明）。
In order to solve such a problem, in the invention of
The semiconductor DC / AC conversion circuit is provided with a first cooling body, and the semiconductor rectifier circuit is provided with a second cooling body, and the temperature of the first cooling body is lower than the temperature of the second cooling body. It is characterized by doing.
In this invention of
また、請求項１の発明においては、前記第１の冷却体にのみ冷却ファンを設置することができ（請求項３の発明）、または、前記第１，第２の冷却体には冷却ファンをそれぞれ設け、冷却ファンの冷却性能を第１の冷却体よりも第２の冷却体の方を低くすることができる（請求項４の発明）。この請求項４の発明においては、前記各冷却ファンは冷却体温度の監視調整機能を有することができる（請求項５の発明）。
In the invention of
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を構成する半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路のそれぞれに冷却体を設け、冷却体の温度を前者よりも後者の方が高くなるよう冷却体の熱抵抗，冷却ファンの風速，風量設計を変えることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the cooling body is provided in each of the semiconductor DC / AC conversion circuit and the semiconductor rectifier circuit constituting the DC / DC converter device, and the temperature of the cooling body is set higher in the latter than in the former. The device efficiency of the DC / DC converter device can be improved by changing the thermal resistance, the cooling fan wind speed, and the air volume design.
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図５の従来例と同様の機能を有するものには同様の記号を付し、その説明等も省略する。
図１において、１２は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体であり、１３は半導体整流回路４に設置する冷却体である。ここでは、半導体整流回路４の冷却体１３の熱抵抗値を、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２の冷却体１２のそれよりも大きくする。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. Components having the same functions as those of the conventional example of FIG. 5 are denoted by the same symbols, and the description thereof is omitted.
In FIG. 1, 12 is a cooling body installed in the semiconductor DC /
したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置が動作すると、半導体整流回路４の冷却体１３の温度Ｔｆ１３は、その冷却体１３の熱抵抗値が大きいために、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２の冷却体１２の温度Ｔｆ１２よりも高くなる。半導体整流回路４の冷却体１３の温度Ｔｆ１３が高くなると、図７で説明した負の温度特性の効果によって、ダイオードの発生損失が減少する。このように、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路のそれぞれに、Ｔｆ１２＜Ｔｆ１３となるような熱抵抗値の異なる冷却体を設置し、２つの冷却体に温度差が生じるようにすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
Therefore, when the DC / DC converter device operates, the temperature Tf13 of the
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
図２において、１４は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体、１５は半導体整流回路４に設置する冷却体、１６は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４に取付ける冷却ファンである。このような構成でＤＣ／ＤＣコンバータ装置が動作すると、半導体整流回路４の冷却体１５の温度Ｔｆ１５は、冷却ファンが取付けられていないため、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２の冷却体１４の温度Ｔｆ１４よりも高くなる。その結果、Ｔｆ１４＜Ｔｆ１５となり、図１と同じく２つの冷却体に温度差が生じるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
In FIG. 2, 14 is a cooling body installed in the semiconductor DC /
図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
図３において、１４は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体、１５は半導体整流回路４に設置する冷却体、１６は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４に取付ける冷却ファン、１７は半導体整流回路４に設置する冷却体１５に取付ける冷却ファンである。ここで、半導体整流回路４に設置する冷却体１５に取付ける冷却ファン１７は、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４に取付ける冷却ファン１６よりも、冷却性能が低い（風速または風量が小さい）ものを選ぶようにする。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
In FIG. 3, 14 is a cooling body installed in the semiconductor DC /
このような構成でＤＣ／ＤＣコンバータ装置が動作すると、半導体整流回路４に設置する冷却体１５の温度Ｔｆ１５は冷却性能が低いため、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４の温度Ｔｆ１４よりも高くなる。その結果、Ｔｆ１４＜Ｔｆ１５となり、図１と同じく２つの冷却体に温度差が生じるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
When the DC / DC converter device operates in such a configuration, the temperature Tf15 of the
図４はこの発明の第４の実施の形態を示す構成図である。
これは、図３の冷却ファン１６，１７に、冷却体温度の監視調整装置１８，１９を付加したものである。冷却体温度の監視調整機能を設けることで、半導体整流回路４に用いられているダイオードを、素子最大温度で利用することが可能となる。これにより、２つの冷却体温度をＴｆ１４＜＜Ｔｆ１５のようにでき、図３の場合よりもさらにダイオードの発生損失を減少させることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率をさらに向上させることが可能となる。また、冷却体それぞれの温度を監視しているので、半導体スイッチング素子の熱破壊を防止することも可能である。なお、以上の発明は冷却風が逆向きの場合も、効果は同じである。
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
This is obtained by adding cooling body temperature monitoring and adjusting
１…直流電源、２…半導体ＤＣ／ＡＣ（直流／交流）変換回路、３…高周波変圧器、４…半導体整流回路、５…リアクトル、６…コンデンサ、７…ＬＣフィルタ、８…負荷、９…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置筺体、１０，１２，１３，１４，１５…冷却体、１１，１６，１７…冷却ファン、１８，１９…冷却体温度の監視調整装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路には第１の冷却体、前記半導体整流回路には第２の冷却体をそれぞれ設け、前記第１の冷却体の温度を前記第２の冷却体の温度よりも低くすることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。 In a DC / DC converter device having a semiconductor DC / AC conversion circuit and a semiconductor rectifier circuit,
The semiconductor DC / AC conversion circuit is provided with a first cooling body, and the semiconductor rectifier circuit is provided with a second cooling body, and the temperature of the first cooling body is lower than the temperature of the second cooling body. A DC / DC converter device characterized by:
5. The DC / DC converter device according to claim 4, wherein each of the cooling fans has a function of monitoring and adjusting a cooling body temperature.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007151382A (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | General Electric Co <Ge> | Ultra-low temperature exciter |
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| JP2000278936A (en) * | 1999-03-19 | 2000-10-06 | Idec Izumi Corp | Switching power supply device |
| JP2002369528A (en) * | 2001-06-08 | 2002-12-20 | Toyota Industries Corp | Dc-dc converter |
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2004
- 2004-03-11 JP JP2004069057A patent/JP2005261075A/en active Pending
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