JP2014090102A - Dew condensation prevention structure of electrical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーデバイスなどの電子部品を実装した電装装置の結露防止構造に関するものである。 The present invention relates to a dew condensation prevention structure for an electrical device on which an electronic component such as a power device is mounted.
従来、IPM(Intelligent Power Module)やダイオードブリッジなどのパワーデバイスをプリント基板に実装し、インバータなどの電装装置を構成している。パワーデバイスは高発熱部品であるため、冷却する必要がある。冷却方法として、冷媒を利用した冷却が挙げられる。冷媒の流れる配管を冷媒ジャケットで覆い、伝熱板を介してパワーデバイスを冷却する。冷媒を利用することによって冷却能力が高くなり、電装装置の小型化および配置の自由度が増す。 Conventionally, a power device such as an IPM (Intelligent Power Module) or a diode bridge is mounted on a printed circuit board to constitute an electrical equipment such as an inverter. Since power devices are highly heat-generating parts, they need to be cooled. An example of the cooling method is cooling using a refrigerant. The piping through which the refrigerant flows is covered with a refrigerant jacket, and the power device is cooled via the heat transfer plate. By using the refrigerant, the cooling capacity is increased, and the degree of freedom of the downsizing and arrangement of the electrical equipment is increased.
冷媒ジャケットから伝熱板を介してパワーデバイスを冷却するが、冷媒温度が空気温度よりも低くなる場合にパワーデバイスのリードを介してプリント基板が周囲空気温度以下に冷却される場合がある。たとえば、パワーデバイスの出力が小さいときや、複数の電装装置やパワーデバイスを有し、その一部を停止させたりする場合がある。プリント基板が結露すると、導体パターン間で絶縁不良が生じたり、プリント基板が腐食したりするなどの問題が生じる。 Although the power device is cooled from the refrigerant jacket via the heat transfer plate, when the refrigerant temperature becomes lower than the air temperature, the printed circuit board may be cooled below the ambient air temperature via the lead of the power device. For example, when the output of the power device is small, there are cases where a plurality of electrical devices and power devices are provided and some of them are stopped. If the printed circuit board is condensed, problems such as defective insulation between the conductive patterns and corrosion of the printed circuit board occur.
特許文献1は、空気調和機の電気品箱に対して熱交換できる補助クーラーを設け、補助クーラーを圧縮機に対してバイパス回路を介して接続している。流量調節手段によって補助クーラーへの冷媒の流量を調節し、電気品箱の中の結露を防止する。しかし、冷媒の流量調節のためにアクチュエーターなどが必要であり、装置が大型化するため、好ましくない。
In
特許文献2は、2つの平行な流路を有する冷媒回路を設け、パワー半導体に対する各流路の熱抵抗が異なるヒートポンプ装置が開示されている。ヒートポンプ装置の運転状態に応じて流路切り換え手段が流路を切り替え、パワー半導体の結露を防止している。しかし、流路を切り換えるための構成が複雑になり、装置が大型化される。 Patent Document 2 discloses a heat pump device in which a refrigerant circuit having two parallel flow paths is provided and the thermal resistance of each flow path with respect to a power semiconductor is different. The flow path switching means switches the flow path according to the operating state of the heat pump device to prevent dew condensation of the power semiconductor. However, the configuration for switching the flow path becomes complicated, and the apparatus is increased in size.
特許文献3は、プリント基板の部品搭載面を樹脂で覆うことで結露を防止する技術を開示している。しかし、樹脂の硬化に時間を要し、製造時間が長くなる。部品が樹脂で覆われるため、部品を交換する修理ができない。 Patent Document 3 discloses a technique for preventing condensation by covering a component mounting surface of a printed board with a resin. However, it takes time to cure the resin, and the manufacturing time becomes long. Since parts are covered with resin, repairs that replace parts are not possible.
特許文献4は、半導体パッケージを基板に実装し、冷媒冷却によって結露の生じる箇所を気密カバーする構成を開示している。しかし、結露を防止するために完全な気密構造を形成するのは困難である。完全な気密構造を形成できたとしても、かなりのコストアップとなる。 Patent Document 4 discloses a configuration in which a semiconductor package is mounted on a substrate and a portion where condensation occurs due to cooling of the refrigerant is hermetically covered. However, it is difficult to form a complete airtight structure to prevent condensation. Even if a complete hermetic structure can be formed, the cost is considerably increased.
特許文献5は、加熱ヒーターを配管上に配置し、機器内外の露点温度と配管表面温度を用いて、冷却水の加熱をおこなう構成を開示している。しかし、冷却水を加熱するため、多くの熱量が必要になり、エネルギー効率的に好ましくない。 Patent Document 5 discloses a configuration in which a heater is disposed on a pipe, and cooling water is heated using a dew point temperature inside and outside the apparatus and a pipe surface temperature. However, since the cooling water is heated, a large amount of heat is required, which is not preferable in terms of energy efficiency.
特許文献6は、冷凍サイクルの中間圧力の冷媒が発熱機器から吸熱し、蒸発する構成を開示している。電気膨張弁の開閉度を制御することで、中間圧力を変化させ、発熱機器からの冷却量を調節し、結露を防止する。しかし、発熱機器の動作状態で冷却量が変化するため、制御が難しくなる。 Patent Document 6 discloses a configuration in which an intermediate pressure refrigerant in a refrigeration cycle absorbs heat from a heat generating device and evaporates. By controlling the degree of opening and closing of the electric expansion valve, the intermediate pressure is changed, the amount of cooling from the heating device is adjusted, and condensation is prevented. However, since the amount of cooling changes depending on the operating state of the heat generating device, control becomes difficult.
本発明は、構成の複雑化や難しい制御を無しに、プリント基板に結露を生じさせないための電装装置の結露防止構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dew condensation prevention structure for an electrical device that does not cause dew condensation on a printed circuit board without complicating the configuration and difficult control.
電装装置は、基板と、前記基板に実装されたパワーデバイスと、冷媒の流れる配管を取り付けた冷却部材と、前記冷却部材に対して基板を取り付ける取り付け具とを備える。 The electrical equipment includes a substrate, a power device mounted on the substrate, a cooling member to which a pipe through which a refrigerant flows is attached, and an attachment for attaching the substrate to the cooling member.
本発明の電装装置の結露防止構造は、前記基板におけるパワーデバイスのリード付近、取り付け具付近、またはその両方に設けた発熱部と、前記基板の結露の可能性を検出するためのセンサと、前記センサで計測された値から、発熱部のオンとオフを切り替える制御部とを備える。 A dew prevention structure for an electrical device according to the present invention includes a heat generating portion provided near a lead of a power device on the board, a fixture, or both, a sensor for detecting the possibility of dew condensation on the board, And a control unit that switches on and off the heat generating unit from the value measured by the sensor.
センサで結露になるか否かを検出し、結露すると判定した場合、制御部で発熱部を発熱させる。温度上昇によって結露を防止する。結露しない場合、発熱部を発熱させない。 The sensor detects whether or not condensation occurs, and if it is determined that condensation occurs, the control unit causes the heat generating unit to generate heat. Prevents condensation due to temperature rise. If there is no condensation, the heat generating part will not generate heat.
前記センサは、基板および基板の周囲雰囲気の温度、湿度、またはその両方を計測する。温度や湿度によって結露になるか否かを検出する。 The sensor measures the temperature and / or humidity of the substrate and the ambient atmosphere around the substrate. Detects whether condensation occurs due to temperature and humidity.
前記発熱部は、基板に形成した導体パターンまたは基板に取り付けたヒーターである。発熱部は、基板の導体パターンを使用したり、基板に取り付けたりする。 The heat generating portion is a conductor pattern formed on the substrate or a heater attached to the substrate. The heat generating part uses a conductor pattern of the substrate or is attached to the substrate.
前記電装装置またはパワーデバイスが複数である。電装装置またはパワーデバイスの中で、停止したり低電力駆動になる場合に、基板が冷やされやすくなるが、発熱部で加熱して、結露を防止する。 There are a plurality of the electrical equipment or power devices. When the electric device or power device is stopped or driven at low power, the substrate is easily cooled, but is heated by the heat generating portion to prevent dew condensation.
前記制御部は、発熱部のオンとオフの切り替えにヒステリシス制御を利用する。発熱部のオンとオフが頻繁に切り替わるのを防止する。 The control unit uses hysteresis control to switch the heat generating unit on and off. Prevents the heat generating part from switching on and off frequently.
本発明は、センサで結露するか否かを検出し、発熱部をオンまたはオフするだけであり、簡単な構成と制御で結露を防止できる。発熱部が導体パターンで形成された場合、基板の製造過程で発熱部を製造することができ、製造を複雑化させない。 In the present invention, it is only necessary to detect whether or not condensation occurs with a sensor and to turn on or off the heat generating portion, and condensation can be prevented with a simple configuration and control. When the heat generating portion is formed of a conductor pattern, the heat generating portion can be manufactured in the process of manufacturing the substrate, and the manufacturing is not complicated.
本発明の電装装置の結露防止構造について図面を用いて説明する。電装装置は、インバータ回路を始めとして、パワーデバイスなどの高発熱部品を使用するものである。 A dew condensation preventing structure for an electrical equipment according to the present invention will be described with reference to the drawings. The electrical equipment uses high heat-generating parts such as power devices including an inverter circuit.
図1に示すように、電装装置12は、基板14、基板14に実装されたパワーデバイス16、冷媒の流れる配管18を備えた冷却部材20、および冷却部材20に対して基板14を取り付ける取り付け具22を備える。
As shown in FIG. 1, the
基板14は、樹脂基板24の表面に銅箔などの導体で導体パターン26を形成したプリント基板である。樹脂基板24の代わりに金属板の表面に絶縁体を積層した金属基板であっても良い。基板14の冷却部材側の面を対向面28、その反対側の面を反対面30として説明する。図1では基板14の対向面28に、導体パターン26が形成されている。基板14の反対面30にも適宜導体パターン26が形成される。
The
導体パターン26にパワーデバイス16のリード32が接続される。パワーデバイス16は、IPMやダイオードブリッジなどの高発熱の電子部品である。パワーデバイス16のリード32が基板14の導体パターン26に半田付けなどされて接続される。
The
パワーデバイス16が、冷却部材20によって冷却される。冷却部材20は、冷媒の流れる配管18、冷媒ジャケット34および伝熱板36を備える。配管18は直方体形状の冷媒ジャケット34で覆われ、冷媒ジャケット34に板状の伝熱板36が取り付けられる。冷媒は、フロン類、アンモニア、水などである。伝熱板36とパワーデバイス16とが接する。基板14と冷却部材20とが取り付け具22で取り付けられる。取り付け具22は、ネジなどであり、熱膨張しにくい材質のものが好ましい。
The
図1、2、3に示す本発明の電装装置12の結露防止構造10は、基板14に設けた発熱部38、基板14の結露の可能性を検出するためのセンサ40a,40b、および発熱部38を制御する制御部42を備える。
The dew
発熱部38は、基板14におけるパワーデバイス16のリード32の付近に設けられる。パワーデバイス16のリード32の付近はパワーデバイス16が停止したり、低電力駆動になった場合に、リード32も冷却され、基板14におけるその付近も冷却される。そのため、冷却されて結露しやすい箇所を発熱部38で加熱する。
The
発熱部38は、導体パターン26と同じ基板14の表面の銅箔などの導体を利用する。たとえば図2(a)のように、リード32が接続された導体パターン26の近くに発熱部38になる線状の導体パターン26'を形成する。導体パターン26'の線幅を細くし、導体パターン26'で抵抗を形成する。発熱部38の両端を制御部42に接続する。発熱部38となる導体パターン26'は抵抗であるため、電流を流すと発熱する。
The
導体パターン26'が細くなりすぎると発熱する領域が小さくなり、基板14を加熱できない場合がある。そのため、図2(b)のように、発熱部38となる線状の導体パターン26'を蛇行させ、発熱される領域を大きくしても良い。発熱部38の熱量が大きくなり、基板14を加熱しやすくなる。
If the
基板14の導体パターン26をエッチングなどで形成するときに、同時に発熱部38になる導体パターン26'も形成できる。そのため、発熱部38を形成するための特別な製造工程を追加することがない。
When the
図1では、基板14における冷却部材20の対向面28が反対面30よりも冷却され易いため、基板14の対向面28に発熱部38を設けている。基板14の反対面30も冷却される場合、その反対面30にも発熱部38を設けても良い。発熱部38の数は限定されず、冷却される箇所に適宜形成する。
In FIG. 1, since the facing
センサ40a,40bは、基板14および基板14の周囲雰囲気の温度を計測する温度センサを使用する。センサ40a,40bとしては、白銀測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、IC温度センサなどが挙げられる。センサ40a,40bは、基板14の温度を計測する第1センサ40aと、基板14の周囲雰囲気中の温度を計測する第2センサ40bとを備える。
As the
センサ40a,40bで測定した値は、基板12の結露の可能性を判定するために使用される。第1センサ40aは、基板14におけるパワーデバイス16のリード32の付近に取り付けられる。結露の起きやすい部分の温度を測定する。第2センサ40bは、基板14に取り付けられて周囲雰囲気の温度を計測しても良いし、他の部材によって基板14の周囲に配置されて温度を計測しても良い。図1では基板12の反対面30側の空間に第2センサ40bが配置されているが、基板12の対向面28側の空間に配置されても良い。
The values measured by the
図3の制御部42は、センサ40a,40bで計測された値から、発熱部38のオンとオフの切り替えをおこなう回路やプログラムである。たとえば制御部42は、発熱部38に電流を流すための電源44、発熱部38と電源44を接続または切断するための制御リレー46、2つのセンサ40a,40bの値を比較して制御リレー46にオンまたはオフの信号を出力する比較回路48を備える。電装装置12がインバータ回路などの場合、インバータ回路などに使用されるマイコンに制御部42を組み込んでも良い。
The
2つのセンサ40a,40bによって基板14の表面温度と基板14の周囲雰囲気の温度が計測される。比較回路48で2つの値が比較され、第1センサ40aの値が高ければ結露する可能性が無く、制御リレー46はオフになって、電源44と発熱部38は切断される。発熱部38に電流が流れず、発熱しない。
The surface temperature of the
第2センサ40bの値が第1センサ40aの値より高ければ、基板14が周囲雰囲気より冷えており、結露する可能性がある。制御リレー46をオンにして、電源44と発熱部38とを接続する。発熱部38に電流が流れ、発熱する。発熱部38を中心として、その周囲が加熱される。発熱部38はパワーデバイス16のリード32の付近などに設けられているため、結露の起きやすい場所が加熱される。基板14の温度を周囲雰囲気の温度よりも高くして、結露を防止する。
If the value of the
上記のように、本発明は簡単な構成であり、従来技術に示したような装置の大型化などはない。発熱部38の形成は、基板14と同時におこなうことができ、製造が複雑化しない。2つのセンサ40a,40bの値を比較するだけであり、制御が簡単である。
As described above, the present invention has a simple configuration, and there is no increase in the size of the apparatus as shown in the prior art. The
取り付け具22を介して基板14が冷却され、結露する場合がある。図4のように、基板14における取り付け具22の付近に発熱部38および第1センサ40aを配置しても良い。第1センサ40aと第2センサ40bは各発熱部38ごとに設けても良いし、いずれかの発熱部38にのみ第1センサ40aと第2センサ40bを設けても良い。第1センサ40aまたは第2センサ40bが複数になる場合、各センサ40a,40bの計測した値の平均値を使用してもよい。
There is a case where the
また、図5のように、基板14におけるパワーデバイス16のリード32の付近および取り付け具22の付近の両方に発熱部38および第1センサ40aを配置しても良い。図1、4、5のように、電装装置12ごとに結露の生じやすいところに発熱部38を設け、さらに結露を検出するための各センサ40a,40bを配置する。
In addition, as shown in FIG. 5, the
実施例1ではセンサ40a,40bとして温度センサを使用したが、湿度センサを使用してもよい。湿度センサとしては、多孔質のセラミックスまたは吸湿性の高分子膜を利用した容量性のセンサが挙げられる。湿度センサも基板14に取り付けたり、基板14の周囲雰囲気中に配置する。湿度センサであるので、センサ40a,40bの数は1つであっても良い。
In the first embodiment, temperature sensors are used as the
図6に示すように、湿度センサ40cを使用した場合、制御部42'は、発熱部38に電流を流すための電源44、発熱部38と電源44を接続または切断するための制御リレー46を備える。制御リレー46は、湿度センサ40cの値によってオンまたはオフになる。湿度が100%になると結露が生じているので、湿度が100%になる前の所定値で制御リレー46をオンにするようにする。
As shown in FIG. 6, when the
また、結露を検出するためのセンサとして、温度センサ40a,40bと湿度センサ40cの両方を使用してもよい。温度センサは実施例1のように第1センサ40aと第2センサ40bを使用する。たとえば、第2センサ40bの値が第1センサ40cよりも高く、かつ湿度センサ40cが所定値以上になれば、制御部42が発熱部38をオンにする。
Moreover, you may use both
基板14を加熱するための構成として、導体パターンで形成された発熱部38に限定されない。たとえば図7のように、面状ヒーターの発熱部38'が挙げられる。面状ヒーターの発熱部38'として、ラバーヒーターやリボンヒーターが挙げられる。面状ヒーターは導体パターン26に取り付けても良い。面状ヒーターと導体パターン26とは絶縁する。
The configuration for heating the
図7では導体パターン26の上に発熱部38'を設けたが、この態様に限定されない。実施例1などのように樹脂基板24の上に面状ヒーターの発熱部38'を設けても良い。
In FIG. 7, the
パワーデバイス16が複数であっても良い。一部のパワーデバイス16が停止している場合、停止しているパワーデバイス16は、冷却されやすく、リード32を介して基板14が冷却され、その部分が結露しやすい。発熱部38によって結露を防止する。
There may be a plurality of
また、複数のインバータを備える空気調和機など、電装装置12が複数であってもよい。一部の電装装置12が停止している場合、その電装装置12のパワーデバイス16が冷却され、リード32を介して基板14が冷却されやすい。冷却されやすい場所を発熱部38によって加熱し、結露を防止する。
Moreover, there may be a plurality of
制御リレー46のオンとオフを切り替えるとき、ヒステリシス制御を利用しても良い。温度や湿度が細かに変動し、センサ40a、40b、40cで計測された値が一定でなければ、オンとオフが頻繁に切り替わる場合がある。制御リレー46にヒステリシス制御をおこなう回路を組み込み、頻繁にオンとオフが切り替わらないようにする。
When switching the
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。各実施例は独立的または排他的なものではなく、適宜組み合わせて実施しても良い。 In addition, the present invention can be carried out in a mode in which various improvements, modifications, and changes are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Each embodiment is not independent or exclusive, and may be implemented in combination as appropriate.
10:電装装置の結露防止構造
12:電装装置
14:基板
16:パワーデバイス
18:配管
20:冷却部材
22:取り付け具
24:絶縁基板
26:導体パターン
28:対向面
30:反対面
32:リード
34:冷媒ジャケット
36:伝熱板
38:発熱部
40a、40b、40c:センサ
42、42':制御部
44:電源
46:制御リレー
48:比較回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Dew
Claims (5)
前記基板に実装されたパワーデバイスと、
冷媒の流れる配管を備えた冷却部材と、
前記冷却部材に対して基板を取り付ける取り付け具と、
を備えた電装装置の結露防止構造であって、
前記基板におけるパワーデバイスのリード付近、取り付け具付近、またはその両方に設けた発熱部と、
前記基板の結露の可能性を検出するためのセンサと、
前記センサで計測された値から、発熱部のオンとオフを切り替える制御部と、
を備えた電装装置の結露防止構造。 A substrate,
A power device mounted on the substrate;
A cooling member provided with a pipe through which the refrigerant flows;
An attachment for attaching the substrate to the cooling member;
An anti-condensation structure for an electrical equipment comprising:
Near the lead of the power device on the substrate, near the fixture, or both, and
A sensor for detecting the possibility of condensation of the substrate;
From the value measured by the sensor, a control unit that switches the heating unit on and off,
Condensation prevention structure for electrical equipment equipped with
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EP3562137A4 (en) * | 2016-12-21 | 2020-05-27 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Wiring board for mounting optical element |
CN112702886A (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-23 | 华为技术有限公司 | Liquid cooling heat dissipation system, heat dissipation control method and control chip |
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