JP2011188593A

JP2011188593A - Cooling device for power conversion device

Info

Publication number: JP2011188593A
Application number: JP2010049513A
Authority: JP
Inventors: Hideji Sakashita; 秀爾阪下
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device for a power conversion device which can reduce power consumption by a cooling fan and achieving lowered power consumption of the device. <P>SOLUTION: A fan control part 28 changes over the on-off drive of the cooling fan 26 based on temperature detection of a heat sink 25 by a temperature sensing means 27. Specifically, the on-off drive of the cooling fan 26 is changed over suitably based on a heat sink temperature, so that a temperature rise due to the on-off operation of a semiconductor switching element Tr, which constitutes the heat sink 25, that is, an inverter circuit 20, can be suppressed and the suitable temperature of the element Tr can be kept. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体スイッチング素子を用いて構成される電力変換装置の冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for a power conversion device configured using a semiconductor switching element.

従来、例えば直流−交流電力変換を行うインバータ回路においては、半導体スイッチング素子のブリッジにて構成されるが、その変換の際のスイッチング動作にて素子が発熱する。そのため、例えば特許文献１にて示されているように、インバータ回路等を備える電源装置の筐体に冷却ファンが備えられ、発熱源であるスイッチング素子や該素子の放熱を行うヒートシンク等に向けてファンで生成した冷却風が当てられ、素子の冷却が行われている。 Conventionally, an inverter circuit that performs DC-AC power conversion, for example, is configured by a bridge of semiconductor switching elements, and the elements generate heat by a switching operation during the conversion. Therefore, for example, as shown in Patent Document 1, a cooling fan is provided in a casing of a power supply device including an inverter circuit and the like toward a switching element that is a heat source, a heat sink that radiates the element, and the like. Cooling air generated by the fan is applied to cool the element.

特開２０００−１６６２１７号公報JP 2000-166217 A

ところで、特許文献１にて示されている電源装置では、起動スイッチのオンに基づいて冷却ファンが駆動され、少なくとも電源装置の稼働中においては連続してファンの駆動が行われるようになっている。そのため、ファンでの消費電力が多く、装置全体の低消費電力化の妨げとなることが懸念される。特に、太陽電池等、直流電力を生成する直流電源から交流電力を生成し、３相交流電力が流れる電力系統に併入させる電力変換装置においては、低消費電力化への要求は一層強く、装置が消費する電力の無駄を少しでも省きたいという要求があった。 By the way, in the power supply device shown in Patent Document 1, the cooling fan is driven based on the start switch being turned on, and the fan is continuously driven at least during operation of the power supply device. . For this reason, there is a concern that the power consumption of the fan is large and hinders the reduction of the power consumption of the entire apparatus. In particular, in power converters that generate AC power from a DC power source that generates DC power, such as solar cells, and that are inserted into a power system through which three-phase AC power flows, there is a stronger demand for lower power consumption. There was a request to save as much as possible of the waste of power consumed by.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、冷却ファンでの消費電力を低減し、装置の低消費電力化を図ることができる電力変換装置の冷却装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cooling device for a power conversion device that can reduce power consumption in a cooling fan and reduce power consumption of the device. It is to provide.

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、直流電力を生成する直流電源と、３相交流電力が流れる電力系統との間に設けられ、半導体スイッチング素子のスイッチング動作により直流−交流変換を行う電力変換装置の冷却装置であって、前記直流電力から生成した駆動電力の供給に基づいて駆動して、前記半導体スイッチング素子に密着配置されたヒートシンクに冷却風を供給する冷却ファンと、該ファンの駆動を制御するファン制御部とを備え、前記ファン制御部は、温度検知手段による前記ヒートシンクの温度検知に基づいて、前記冷却ファンのオンオフ駆動を切り替えることをその要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is provided between a DC power source that generates DC power and a power system through which three-phase AC power flows. A cooling device for a power conversion device that performs AC conversion, the cooling fan being driven based on the supply of driving power generated from the DC power and supplying cooling air to a heat sink disposed in close contact with the semiconductor switching element; And a fan control unit that controls driving of the fan, the fan control unit switching on / off driving of the cooling fan based on temperature detection of the heat sink by temperature detection means.

この発明では、温度検知手段によるヒートシンクの温度検知に基づいて、ファン制御部は冷却ファンのオンオフ駆動を切り替える。つまり、ヒートシンク温度に基づいて冷却ファンのオンオフ駆動が適宜切り替えられ、ヒートシンク、即ち半導体スイッチング素子が適温に維持される。これにより、冷却ファンにかかる消費電力が低減され、電力変換装置の低消費電力化が図られて、直流電源にて生成した電力の無駄な消費が防止される。 In the present invention, the fan control unit switches on / off driving of the cooling fan based on the temperature detection of the heat sink by the temperature detection means. That is, on / off driving of the cooling fan is appropriately switched based on the heat sink temperature, and the heat sink, that is, the semiconductor switching element is maintained at an appropriate temperature. Thereby, the power consumption applied to the cooling fan is reduced, the power consumption of the power converter is reduced, and the wasteful consumption of the power generated by the DC power supply is prevented.

本発明によれば、冷却ファンでの消費電力を低減し、装置の低消費電力化を図ることができる電力変換装置の冷却装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling device of the power converter device which can reduce the power consumption in a cooling fan and can aim at the low power consumption of an apparatus can be provided.

本実施形態の電力変換装置（系統連系インバータ装置）の構成図である。It is a block diagram of the power converter device (system connection inverter device) of this embodiment. 同装置に備えられる冷却ファンの制御態様を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the control aspect of the cooling fan with which the same apparatus is equipped.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の電力変換装置としての系統連系インバータ装置１０を示す。本実施形態の系統連系インバータ装置１０は、太陽電池１１と電力系統１２との間に設けられ、太陽電池１１で生成した直流電力を商用３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換する装置として構成されている。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a grid interconnection inverter device 10 as a power conversion device of the present embodiment. The grid-connected inverter device 10 of the present embodiment is provided between the solar cell 11 and the power system 12, and the DC power generated by the solar cell 11 is a commercial three-phase (U phase, V phase, W phase) AC. It is configured as a device that converts power.

系統連系インバータ装置１０は、直流−交流電力変換を行うべく、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子Ｔｒのフルブリッジよりなるインバータ回路２０を備えている。インバータ回路２０の入力側は太陽電池１１と接続され、太陽電池１１にて生成された直流電力が該インバータ回路２０に入力される。インバータ回路２０は、スイッチング素子Ｔｒの所定オンオフ動作に基づいて、入力された直流電力を電力系統１２に適合した所定の３相交流電力に変換している。 The grid interconnection inverter device 10 includes an inverter circuit 20 formed of a full bridge of a semiconductor switching element Tr such as an IGBT in order to perform DC-AC power conversion. The input side of the inverter circuit 20 is connected to the solar cell 11, and DC power generated by the solar cell 11 is input to the inverter circuit 20. The inverter circuit 20 converts the input DC power into predetermined three-phase AC power adapted to the power system 12 based on a predetermined on / off operation of the switching element Tr.

インバータ回路２０の出力側は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎に設けられるフィルタ回路２１を介して電力系統１２と接続されている。フィルタ回路２１は、コイルＬ及びコンデンサＣよりなる低域通過フィルタ回路（ＬＰＦ回路）にて構成されており、インバータ回路２０から出力される交流電力の内、商用の電力系統１２に適合する系統周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力を通過させ、該電力系統１２に適合しない周波数帯域のものはノイズとして吸収する。 The output side of the inverter circuit 20 is connected to the power system 12 via a filter circuit 21 provided for each of the U phase, the V phase, and the W phase. The filter circuit 21 is configured by a low-pass filter circuit (LPF circuit) including a coil L and a capacitor C, and among the AC power output from the inverter circuit 20, a system frequency suitable for the commercial power system 12. The AC power of (50 Hz or 60 Hz) is allowed to pass, and the frequency band that does not conform to the power system 12 is absorbed as noise.

インバータ回路２０のスイッチング素子Ｔｒは、そのオンオフ動作が制御装置２２のＰＷＭ制御により実施されている。制御装置２２は、起動スイッチ２３のオンに基づいて系統連系インバータ装置１０を稼働させ、そのインバータ回路２０のスイッチング制御や、太陽電池１１と電力系統１２との接続タイミングの制御等、各種の制御を行っている。 The switching element Tr of the inverter circuit 20 is turned on / off by PWM control of the control device 22. The control device 22 operates the grid-connected inverter device 10 based on the start switch 23 being turned on, and performs various controls such as switching control of the inverter circuit 20 and control of connection timing between the solar cell 11 and the power system 12. It is carried out.

また、インバータ回路２０のスイッチング素子Ｔｒは、そのスイッチング動作にて発熱することから、該素子Ｔｒの吸熱を行うヒートシンク２５に密着されて該回路２０の基板上に備えられている。また、インバータ装置１０の筐体には冷却ファン２６が備えられ、発熱源であるスイッチング素子Ｔｒ及びヒートシンク２５に向けてファン２６で生成した冷却風が供給されるようになっている。 Since the switching element Tr of the inverter circuit 20 generates heat by the switching operation, the switching element Tr is provided on the substrate of the circuit 20 in close contact with the heat sink 25 that absorbs heat of the element Tr. Further, the casing of the inverter device 10 is provided with a cooling fan 26, and the cooling air generated by the fan 26 is supplied toward the switching element Tr and the heat sink 25 which are heat generation sources.

ヒートシンク２５には、自身の温度（ヒートシンク温度）を検知すべくバイメタル式のサーマルリレー等よりなる温度検知手段２７が備えられている。このヒートシンク温度は、スイッチング素子Ｔｒの発熱温度でもある。また、ファン制御部２８には、冷却ファン２６を駆動するためのファン電源部２９が供給されている。ファン電源部２９は、前記太陽電池１１からの直流電力から冷却ファン２６の駆動に適した電力の生成を行っている。そして、ファン制御部２８は、インバータ装置１０の稼働期間中において、温度検知手段２７によるヒートシンク２５の温度検知に基づいて冷却ファン２６のオンオフ駆動を切り替える。 The heat sink 25 is provided with temperature detecting means 27 composed of a bimetallic thermal relay or the like in order to detect its own temperature (heat sink temperature). This heat sink temperature is also the heat generation temperature of the switching element Tr. The fan control unit 28 is supplied with a fan power supply unit 29 for driving the cooling fan 26. The fan power supply unit 29 generates power suitable for driving the cooling fan 26 from the DC power from the solar cell 11. The fan control unit 28 switches on / off driving of the cooling fan 26 based on the temperature detection of the heat sink 25 by the temperature detection means 27 during the operation period of the inverter device 10.

図２に示すように、インバータ回路２０（スイッチング素子Ｔｒ）がスイッチング動作を行っていると、スイッチング素子Ｔｒが発熱してヒートシンク温度が上昇していく。そして、ヒートシンク温度が第１閾値温度Ｔ１に到達すると、ファン制御部２８は冷却ファン２６をオンさせる。すると、冷却ファン２６が駆動されることでスイッチング素子Ｔｒ及びヒートシンク２５への冷却風の供給が行われてその冷却が行われることから、ヒートシンク温度が次第に低下していく。ヒートシンク温度が先の第１閾値温度Ｔ１よりも所定温度低い温度に設定された第２閾値温度Ｔ２に到達すると、ファン制御部２８は冷却ファン２６をオフに切り替える。そして、冷却ファン２６のオフに伴ってまたヒートシンク温度が上昇することで上記が繰り返され、ヒートシンク温度、即ちスイッチング素子Ｔｒがインバータ装置１０の稼働期間中、適温に維持される。 As shown in FIG. 2, when the inverter circuit 20 (switching element Tr) performs a switching operation, the switching element Tr generates heat and the heat sink temperature rises. Then, when the heat sink temperature reaches the first threshold temperature T1, the fan control unit 28 turns on the cooling fan 26. Then, since the cooling fan 26 is driven and cooling air is supplied to the switching element Tr and the heat sink 25 and the cooling is performed, the heat sink temperature gradually decreases. When the heat sink temperature reaches the second threshold temperature T2 set to a temperature lower than the first threshold temperature T1, the fan control unit 28 switches the cooling fan 26 off. The above is repeated as the heat sink temperature rises again as the cooling fan 26 is turned off, and the heat sink temperature, that is, the switching element Tr is maintained at an appropriate temperature during the operation period of the inverter device 10.

つまり、冷却ファン２６の適宜のオンオフによる冷却動作にて、スイッチング素子Ｔｒが破損に至るような高温になることが防止されるため、ファン２６にかかる消費電力の低減でき、ひいてはファン電源部２９は太陽電池１１からその電源を生成することから、太陽電池１１にて生成した電力の無駄な消費を防止できる。また、インバータ装置１０の稼働期間中は、スイッチング素子Ｔｒが好適温度に維持されるため、素子Ｔｒの長寿命化のみならず、スイッチング特性を良好に維持でき、電力の変換効率の向上に寄与できる。 That is, the cooling operation by appropriately turning on / off the cooling fan 26 prevents the switching element Tr from becoming a high temperature that causes damage, so that the power consumption of the fan 26 can be reduced, and the fan power supply unit 29 Since the power supply is generated from the solar cell 11, wasteful consumption of the power generated by the solar cell 11 can be prevented. Further, since the switching element Tr is maintained at a suitable temperature during the operation period of the inverter device 10, not only the life of the element Tr can be extended, but also the switching characteristics can be maintained well, and the power conversion efficiency can be improved. .

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、温度検知手段２７によるヒートシンク２５の温度検知に基づいて、ファン制御部２８は冷却ファン２６のオンオフ駆動を切り替えている。つまり、ヒートシンク温度に基づいて冷却ファン２６のオンオフ駆動が適宜切り替えられ、ヒートシンク２５、即ち半導体スイッチング素子Ｔｒが適温に維持されている。これにより、冷却ファン２６にかかる消費電力を低減でき、インバータ装置１０の低消費電力化を図ることができて、太陽電池１１にて生成した電力の無駄な消費を防止することができる。また、インバータ装置１０の稼働期間中は、スイッチング素子Ｔｒを好適温度に維持できるため、素子Ｔｒの長寿命化を図ることができ、またスイッチング特性を良好に維持できて、電力の変換効率の向上に寄与することができる。 Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In the present embodiment, the fan control unit 28 switches on / off driving of the cooling fan 26 based on the temperature detection of the heat sink 25 by the temperature detection means 27. That is, the on / off drive of the cooling fan 26 is appropriately switched based on the heat sink temperature, and the heat sink 25, that is, the semiconductor switching element Tr is maintained at an appropriate temperature. Thereby, the power consumption concerning the cooling fan 26 can be reduced, the power consumption of the inverter apparatus 10 can be reduced, and the wasteful consumption of the power generated by the solar cell 11 can be prevented. Further, since the switching element Tr can be maintained at a suitable temperature during the operation period of the inverter device 10, the life of the element Tr can be extended, the switching characteristics can be maintained well, and the power conversion efficiency is improved. Can contribute.

（２）本実施形態では、冷却ファン２６のオンオフ駆動の切り替えが２つの閾値温度Ｔ１，Ｔ２を以て切り替えられているので、冷却ファン２６の頻繁なオンオフを防止することができる。 (2) In this embodiment, since the switching of the on / off driving of the cooling fan 26 is switched with the two threshold temperatures T1 and T2, frequent on / off of the cooling fan 26 can be prevented.

（３）本実施形態では、冷却ファン２６の制御が単純なオンオフ駆動の切り替えよりなり、複雑な回転速度制御等を行わないため、ファン制御部２８を簡素に構成することができる。 (3) In this embodiment, the control of the cooling fan 26 consists of simple on / off switching, and complicated rotation speed control or the like is not performed. Therefore, the fan control unit 28 can be configured simply.

（４）本実施形態では、温度検知手段２７をバイメタル式のサーマルリレーで構成していることから、ファン制御部２８でのヒートシンク温度の算出等の必要がないため、ファン制御部２８を簡素に構成することができる。 (4) In this embodiment, since the temperature detection means 27 is composed of a bimetal thermal relay, there is no need to calculate the heat sink temperature or the like in the fan control unit 28, so the fan control unit 28 is simplified. Can be configured.

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、冷却ファン２６の制御を単純なオンオフ駆動の切り替えとしたが、冷却ファン２６のオン時において例えばヒートシンク温度に応じた回転速度制御を行って、その時々の送風量を調整するようにしてもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, the control of the cooling fan 26 is a simple on / off switching. However, when the cooling fan 26 is on, for example, the rotational speed is controlled according to the heat sink temperature to adjust the air flow rate at that time. You may do it.

・上記実施形態では、温度検知手段２７をサーマルリレーで構成したが、ヒートシンク温度に応じた検知信号を出力する温度検知センサを用い、該センサからの検知信号に基づいてファン制御部２８にヒートシンク温度を検出し、該検出に基づいて冷却ファン２６のオンオフ駆動を切り替えるようにしてもよい。 In the above embodiment, the temperature detection means 27 is constituted by a thermal relay, but a temperature detection sensor that outputs a detection signal corresponding to the heat sink temperature is used, and the heat sink temperature is supplied to the fan control unit 28 based on the detection signal from the sensor. May be detected, and on / off driving of the cooling fan 26 may be switched based on the detection.

・上記実施形態では、太陽電池１１を直流電源とした電力変換装置（系統連系インバータ装置１０）に適用したが、燃料電池等、その他の直流電源に置き換えた電力変換装置に適用してもよい。 -In the said embodiment, although applied to the power converter device (system connection inverter apparatus 10) which used the solar cell 11 as DC power supply, you may apply to the power converter device replaced with other DC power supplies, such as a fuel cell. .

１０…系統連系インバータ装置（電力変換装置）、１１…太陽電池（直流電源）、１２…電力系統、２５…ヒートシンク、２６…冷却ファン、２７…温度検知手段、２８…ファン制御部、Ｔｒ…半導体スイッチング素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Grid connection inverter apparatus (power converter device), 11 ... Solar cell (DC power supply), 12 ... Electric power system, 25 ... Heat sink, 26 ... Cooling fan, 27 ... Temperature detection means, 28 ... Fan control part, Tr ... Semiconductor switching element.

Claims

A cooling device for a power conversion device that is provided between a DC power source that generates DC power and a power system through which three-phase AC power flows, and performs DC-AC conversion by switching operation of a semiconductor switching element,
A cooling fan that is driven based on the supply of driving power generated from the DC power and supplies cooling air to a heat sink disposed in close contact with the semiconductor switching element; and a fan control unit that controls driving of the fan. ,
The said fan control part switches the on-off drive of the said cooling fan based on the temperature detection of the said heat sink by a temperature detection means, The cooling device of the power converter device characterized by the above-mentioned.