JP2021125916A

JP2021125916A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2021125916A
Application number: JP2020016134A
Authority: JP
Inventors: 高明原田; Takaaki Harada
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-08-30
Also published as: KR20210098847A

Abstract

【課題】小型化が可能な無停電電源装置を提供する。【解決手段】無停電電源装置は、半導体素子を含み、第１の交流電圧を直流電圧に変換する複数の第１の半導体モジュールと、半導体素子を含み、直流電圧を第２の交流電圧に変換する複数の第２の半導体モジュールと、複数の第１および第２の半導体モジュールを冷却するためのヒートシンクとを備える。ヒートシンク上に複数の第１および第２の半導体モジュールのそれぞれを交互に配置する。【選択図】図２

Description

本開示は、無停電電源装置に関する。

従来より、無停電電源装置は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータからの直流電圧を再度、交流電圧に変換して負荷へ出力するインバータとを備えている。

コンバータ、インバータ等には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオード等で構成される電力用半導体モジュールが用いられている。

これらの電力用半導体モジュールは、無停電電源装置の動作に伴い、電流が流れることに起因する導通損と、スイッチングに起因するスイッチング損とにより発熱し、素子温度が上昇する。この電力用半導体モジュールの温度が定格温度を超えると、内部回路の劣化や破壊が発生する。

そのため、電力用半導体モジュールをヒートシンクの一方の面に配設して、ヒートシンクの他方の面に冷却フィンを設け、この冷却フィンに冷却ファンからの送風をあて、電力用半導体素子の熱を放熱することが行われており、ヒートシンク上に配置する種々の方式が提案されている（特許文献１参照）。

特許第５５５８４０１号公報

この点で、ヒートシンク上における、コンバータおよびインバータ用の電力用半導体モジュールの配置の点でさらなる改善が必要である。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型化が可能な無停電電源装置を提供する。

ある局面に従う無停電電源装置は、半導体素子を含み、第１の交流電圧を直流電圧に変換する複数の第１の半導体モジュールと、半導体素子を含み、直流電圧を第２の交流電圧に変換する複数の第２の半導体モジュールと、複数の第１および第２の半導体モジュールを冷却するためのヒートシンクとを備える。ヒートシンク上に複数の第１および第２の半導体モジュールのそれぞれを交互に配置する。

好ましくは、各第２の半導体モジュールは、複数のＩＧＢＴ素子を含む。

好ましくは、複数の第１および第２の半導体モジュールのそれぞれは、１つずつＩＧＢＴ素子を含む。

一実施例によれば、無停電電源装置は、小型化が可能である。

実施形態に基づく無停電電源装置１の回路構成を説明する図である。実施形態に従うコンバータＣＮＶと、インバータＩＮＶと、電解コンデンサ１１とを含む電力変換ユニット２００の構成を説明する図である。実施形態に従う電力変換ユニット２００と制御装置３０との接続関係を説明する図である。実施形態に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００上の複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウト構成について説明する図である。実施形態に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク上のレイアウトに基づく温度分布を説明する図である。比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク２０００上のレイアウトについて説明する図である。比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク上のレイアウトに基づく温度分布を説明する図である。実施形態の変形例に従うコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００＃上のレイアウトについて説明する図である。実施形態の変形例に従うコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００Ａ上のレイアウトについて説明する図である。

本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、実施形態に基づく無停電電源装置１の回路構成を説明する図である。

図１に示されるように、無停電電源装置１は、交流入力電源２、バイパス入力電源３および負荷４に接続される。また、無停電電源装置１は、スイッチ１４を介して蓄電池３１とも接続される。

交流入力電源２およびバイパス入力電源３は、無停電電源装置１に交流電力を供給する交流電源である。これらの入力電源の各々は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。

入力交流電源の一例として三相三線（３φ３Ｗ）式を示す。ただし、入力交流電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。

無停電電源装置１は、バイパス入力端子Ｔ１と、交流入力端子Ｔ２と、蓄電池端子Ｔ３と、出力端子Ｔ４とを含む。

バイパス入力端子Ｔ１は、バイパス入力電源３からの交流電力を受ける。交流入力端子Ｔ２は、交流入力電源２からの交流電力を受ける。蓄電池端子Ｔ３は、スイッチ１４を介して蓄電池３１の正極に接続されている。出力端子Ｔ４には、負荷４が接続される。

無停電電源装置１は、電磁接触器（コンタクタ）５，１５，１７と、リアクトル７,９と、コンバータＣＮＶと、電解コンデンサ１１と、インバータＩＮＶと、コンデンサ８，１０,１３と、サイリスタスイッチ１８と、制御装置３０とを備える。

このうち、コンタクタ５、リアクトル７，９、インバータＩＮＶ、コンバータＣＮＶ、コンタクタ１５は、交流入力端子Ｔ２と出力端子Ｔ４との間に直列に接続される。

コンタクタ５およびリアクトル７は、交流入力端子Ｔ２とコンバータＣＮＶとの間の通電経路に介挿接続される。コンデンサ８は、リアクトル７と並列にコンタクタ５と接続される。コンタクタ５は、制御装置３０からの指令に応答して開放（オン）および閉成（オフ）する。コンデンサ８およびリアクトル７は、コンバータＣＮＶに入力される交流電力の波形を成形するためのフィルタである。

コンバータＣＮＶは、交流入力電源２から供給される交流電力を直流電力に変換する。電解コンデンサ１１は、コンバータＣＮＶの出力電圧を平滑化する。インバータＩＮＶは、電解コンデンサ１１によって平滑化された直流電力を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換する。なお、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶの各々は、制御装置３０によって制御される。

コンタクタ１５およびリアクトル９は、出力端子Ｔ４とインバータＩＮＶとの間の通電経路に介挿接続される。コンデンサ１０は、リアクトル９と並列にコンタクタ１５と接続される。コンタクタ１５は、制御装置３０からの指令に応答して開放（オン）および閉成（オフ）する。コンタクタ１５およびリアクトル９は、インバータＩＮＶから出力される高周波成分を除去するためのフィルタである。

コンタクタ１５は、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータＩＮＶの出力と、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７からなるバイパス回路の出力との間で切換えるためのものである。

サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ４との間に並列に接続される。サイリスタスイッチ１８は、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータＩＮＶの出力からバイパス入力電源３からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。コンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１から出力端子Ｔ４までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ１７は、バイパス入力電源３からの交流電力を無停電電源装置から出力される交流出力として維持するためのものである。コンタクタ１５、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７は、制御装置３０の指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。

蓄電池３１は、交流入力電源２が交流電力を供給できないとき（たとえば停電時）において、インバータＩＮＶに直流電力を供給するための蓄電装置である。リアクトル１２およびスイッチ１４は、蓄電池３１と直列に接続される。コンデンサ１３は、リアクトル１２と並列にスイッチ１４と接続される。コンデンサ１３およびリアクトル１２は、蓄電池３１から入力される電力の波形を成形するためのフィルタである。

交流入力電源２から交流電力を供給されている通常時には、コンバータＣＮＶによって生成された直流電力が蓄電池３１に蓄えられるとともに、インバータＩＮＶによって交流電力に変換されて負荷４に供給される。一方、交流入力電源２からの交流電力の供給が停止した停電時には、コンバータＣＮＶの運転が停止され、蓄電池３１に蓄えられた直流電力がインバータＩＮＶによって交流電力に変換されて負荷４に供給される。したがって、無停電電源装置によれば、停電時でも蓄電池３１に蓄えられた電力を用いて負荷４の運転を継続することができる。

制御装置３０は、通常時および停電時において、負荷４に供給する交流電力を発生させるために、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを制御するための制御装置であり、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory)などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。そして、制御装置３０は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読出して実行することによって、コンバータＣＮＶ、インバータＩＮＶ等を制御する。

さらに、制御装置３０は、このコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶの制御に加えて、コンタクタ５，１５，１７およびバイパス回路を制御する。なお、制御装置３０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

図２は、実施形態に従うコンバータＣＮＶと、インバータＩＮＶと、電解コンデンサ１１とを含む電力変換ユニット２００の構成を説明する図である。

図２を参照して、電力変換ユニット２００は、複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）ＱＣ１〜ＱＣ３，ＱＩＵ１，ＱＩＵ２，ＱＩＶ１，ＱＩＶ２と、複数のコンデンサユニットＣＤと、母線Ｌ１〜Ｌ４とを含む。各半導体素子（ＩＧＢＴ）の構成は同様である。

電力変換ユニット２００は、３相交流のＡＣ＿Ｒ、ＡＣ＿Ｓ、ＡＣ＿Ｔ端子と、２相のＡＣ＿Ｕ端子と、ＡＣ＿Ｖ端子とを含む。

インバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）ＱＩＵ１，ＱＩＵ２は、母線Ｌ１と母線Ｌ２との間に互いに並列に接続され、その出力とＡＣ＿Ｕ端子とが共通に接続される。

インバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）ＱＩＶ１，ＱＩＶ２は、母線Ｌ３と母線Ｌ４との間に互いに並列に接続され、その出力とＡＣ＿Ｖ端子とが共通に接続される。

コンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）ＱＣ１は、入力端子ＡＣ＿Ｒと接続され、母線Ｌ１と母線Ｌ２との間ならびに母線Ｌ３と母線Ｌ４との間に接続される。

コンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）ＱＣ２は、入力端子ＡＣ＿Ｓと接続され、母線Ｌ１と母線Ｌ２との間ならびに母線Ｌ３と母線Ｌ４との間に接続される。

コンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）ＱＣ３は、入力端子ＡＣ＿Ｔと接続され、母線Ｌ１と母線Ｌ２との間ならびに母線Ｌ３と母線Ｌ４との間に接続される。

複数のコンデンサユニットＣＤは、母線Ｌ１と母線Ｌ２との間ならびに母線Ｌ３と母線Ｌ４との間に並列に接続される。母線Ｌ１と母線Ｌ３とは正極側の同一ノードで接続されている。母線Ｌ２と母線Ｌ４とは負局側の同一ノードで接続されている。

図３は、実施形態に従う電力変換ユニット２００と制御装置３０との接続関係を説明する図である。

図３に示されるように、複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）と、制御装置３０と、複数のコンデンサユニットＣＤと、各入出力端子とが上記の回路関係に基づいて接続されている場合が示されている。

また、複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が所定方向に沿って一列に配列されている場合が示されている。

図４は、実施形態に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００上の複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウト構成について説明する図である。

図４（Ａ）に示されるようにヒートシンク１００上には、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が配置される。

コンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）は、発熱量が異なる。特に無停電電源装置の場合には、過負荷運転時にはインバータＩＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の発熱量が大きくなる。

したがって、本実施形態においては、コンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置する。

具体的には、３相のＲ，Ｓ，Ｔ入力端子とそれぞれ接続されるコンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の間にＵ、Ｖの出力端子とそれぞれ接続されるインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を配置する。

図４（Ｂ）は、ヒートシンク１００を一方側の側面から見た場合が示されている。

当該図に示されるように冷却風を一方側の側面から受けて反対側の側面に排出することが可能なようにメッシュ状の空隙が設けられている。

図４（Ｃ）は、ヒートシンク１００を他方側の側面から見た場合が示されている。したがって、ヒートシンク１００は直方体形状である。

図４（Ｄ）は、ヒートシンク１００および上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

なお、ヒートシンクの構造は種々の構造があり、特に当該構造に限られず種々のヒートシンクを用いることが可能である。

図５は、実施形態に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク上のレイアウトに基づく温度分布を説明する図である。

図５に示されるように、インバータＩＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の領域がコンバータＣＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）よりも高くなる。また、コンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置することによりインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の温度が局所的に集中することなく分散された状態となる。

したがって、ヒートシンクの放熱能力を十分に活用することが可能であり、ヒートシンク自体の大きさを縮小することが可能である。

図６は、比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク２０００上のレイアウトについて説明する図である。

図６（Ａ）に示されるようにヒートシンク２００上には、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が配置される。

比較例においては、コンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を機能別にまとめて配置した場合が示されている。

具体的には、３相のＲ，Ｓ，Ｔ入力端子とそれぞれ接続されるコンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）をヒートシンク２００上の左側に、Ｕ、Ｖの出力端子とそれぞれ接続されるインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）をヒートシンク２００上の右側に配置する。

図６（Ｂ）は、ヒートシンク２００を一方側の側面から見た場合が示されている。

図６（Ｃ）は、ヒートシンク２００を他方側の側面から見た場合が示されている。したがって、ヒートシンク２００は直方体形状である。

図６（Ｄ）は、ヒートシンク２００および上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

図７は、比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク上のレイアウトに基づく温度分布を説明する図である。

図７に示されるように、インバータＩＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の領域がコンバータＣＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）よりも高くなる。これにより局所的に温度が右側に集中する。

本例では、ヒートシンク２００上の右側の領域が左側の領域に比べて高温になる状態が示されている。したがって、ヒートシンク２００上の右側の領域が高温となるため当該高温状態を回避するためにインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の配置間隔を調整する必要がある。そのため、ヒートシンク自体の大きさを縮小することができない。

本実施形態に従う方式は、コンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置することによりインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の温度が分散された状態となるため複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）の配置間隔を狭くすることが可能となる。すなわち、ヒートシンク自体の大きさを縮小することが可能であり、小型化を図ることが可能となる。

図８は、実施形態の変形例に従うコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００＃上のレイアウトについて説明する図である。

図８（Ａ）に示されるようにヒートシンク１００上には、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が配置される。

本実施形態の変形例においては、コンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置する。

具体的には、３相のＲ，Ｓ，Ｔ入力端子とそれぞれ接続されるコンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の間にＵ、Ｖ、Ｗの出力端子とそれぞれ接続されるインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を配置する。

図８（Ｂ）は、ヒートシンク１００＃を一方側の側面から見た場合が示されている。

図８（Ｃ）は、ヒートシンク１００＃を他方側の側面から見た場合が示されている。したがって、ヒートシンク１００は直方体形状である。

図８（Ｄ）は、ヒートシンク１００＃および上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

したがって、本実施形態に従う方式は、３相入力のコンバータＣＮＶと３相出力のインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置することによりインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の温度が分散された状態となるため複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）の配置間隔を狭くすることが可能となる。すなわち、ヒートシンク自体の大きさを縮小することが可能であり、小型化を図ることが可能となる。

なお、上記の構成においては、インバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）を例に挙げて説明したが、これに限られず、インバータＩＮＶを構成する単一の半導体素子（ＩＧＢＴ）とすることも可能である。

図９は、実施形態の変形例に従うコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００Ａ上のレイアウトについて説明する図である。

図９（Ａ）に示されるようにヒートシンク１００Ａ上には、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が配置される。

図９（Ｂ）は、ヒートシンク１００Ａを一方側の側面から見た場合が示されている。

図９（Ｃ）は、ヒートシンク１００Ａを他方側の側面から見た場合が示されている。したがって、ヒートシンク１００は直方体形状である。

図９（Ｄ）は、ヒートシンク１００Ａおよび上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバーＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１無停電電源装置、２交流入力電源、３バイパス入力電源、４負荷、５，１５，１７コンタクタ、７，９，１２リアクトル、８，１０，１３コンデンサ、１１電解コンデンサ、１４スイッチ、１８サイリスタスイッチ、３０制御装置、３１蓄電池。

ある局面に従う無停電電源装置は、第１の半導体素子を含み、第１の交流電圧を直流電圧に変換する複数の第１の半導体モジュールと、第２の半導体素子を含み、直流電圧を第２の交流電圧に変換する複数の第２の半導体モジュールと、複数の第１および第２の半導体モジュールを冷却するためのヒートシンクとを備える。ヒートシンク上に複数の第１および第２の半導体モジュールのそれぞれを交互に配置する。

実施形態に基づく無停電電源装置１の回路構成を説明する図である。実施形態に従うコンバータＣＮＶと、インバータＩＮＶと、電解コンデンサ１１とを含む電力変換ユニット２００の構成を説明する図である。実施形態に従う電力変換ユニット２００と制御装置３０との接続関係を説明する図である。実施形態に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００上の複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウト構成について説明する図である。実施形態に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク上のレイアウトに基づく温度分布を説明する図である。比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００Ｂ上のレイアウトについて説明する図である。比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク上のレイアウトに基づく温度分布を説明する図である。実施形態の変形例に従うコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００＃上のレイアウトについて説明する図である。実施形態の変形例に従うコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００Ａ上のレイアウトについて説明する図である。

コンタクタ５およびリアクトル７は、交流入力端子Ｔ２とコンバータＣＮＶとの間の通電経路に介挿接続される。コンデンサ８は、リアクトル７と並列にコンタクタ５と接続される。コンタクタ５は、制御装置３０からの指令に応答して開放（オフ）および閉成（オン）する。コンデンサ８およびリアクトル７は、コンバータＣＮＶに入力される交流電力の波形を成形するためのフィルタである。

コンタクタ１５およびリアクトル９は、出力端子Ｔ４とインバータＩＮＶとの間の通電経路に介挿接続される。コンデンサ１０は、リアクトル９と並列にコンタクタ１５と接続される。コンタクタ１５は、制御装置３０からの指令に応答して開放（オフ）および閉成（オン）する。コンデンサ１０およびリアクトル９は、インバータＩＮＶから出力される高周波成分を除去するためのフィルタである。

複数のコンデンサユニットＣＤは、母線Ｌ１と母線Ｌ２との間ならびに母線Ｌ３と母線Ｌ４との間に並列に接続される。母線Ｌ１と母線Ｌ３とは正極側の同一ノードで接続されている。母線Ｌ２と母線Ｌ４とは負極側の同一ノードで接続されている。

コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）は、発熱量が異なる。特に無停電電源装置の場合には、過負荷運転時にはインバータＩＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の発熱量が大きくなる。

したがって、本実施形態においては、コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置する。

図４（Ｄ）は、ヒートシンク１００および上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

図５に示されるように、インバータＩＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の領域がコンバータＣＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の領域よりも温度が高くなる。また、コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置することによりインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の温度が局所的に集中することなく分散された状態となる。

図６は、比較例に基づくコンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶのヒートシンク１００Ｂ上のレイアウトについて説明する図である。

図６（Ａ）に示されるようにヒートシンク１００Ｂ上には、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が配置される。

比較例においては、コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を機能別にまとめて配置した場合が示されている。

具体的には、３相のＲ，Ｓ，Ｔ入力端子とそれぞれ接続されるコンバータＣＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）をヒートシンク１００Ｂ上の左側に、Ｕ、Ｖの出力端子とそれぞれ接続されるインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）をヒートシンク１００Ｂ上の右側に配置する。

図６（Ｂ）は、ヒートシンク１００Ｂを一方側の側面から見た場合が示されている。

図６（Ｃ）は、ヒートシンク１００Ｂを他方側の側面から見た場合が示されている。したがって、ヒートシンク１００Ｂは直方体形状である。

図６（Ｄ）は、ヒートシンク１００Ｂおよび上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

図７に示されるように、インバータＩＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の領域がコンバータＣＮＶの半導体素子（ＩＧＢＴ）の領域よりも温度が高くなる。これにより局所的に温度が右側に集中する。

本例では、ヒートシンク１００Ｂ上の右側の領域が左側の領域に比べて高温になる状態が示されている。したがって、ヒートシンク１００Ｂ上の右側の領域が高温となるため当該高温状態を回避するためにインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の配置間隔を調整する必要がある。そのため、ヒートシンク自体の大きさを縮小することができない。

本実施形態に従う方式は、コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置することによりインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の温度が分散された状態となるため複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）の配置間隔を狭くすることが可能となる。すなわち、ヒートシンク自体の大きさを縮小することが可能であり、小型化を図ることが可能となる。

図８（Ａ）に示されるようにヒートシンク１００＃上には、コンバータＣＮＶおよびインバータＩＮＶを構成する複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）が配置される。

本実施形態の変形例においては、コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置する。

図８（Ｄ）は、ヒートシンク１００＃および上面に配置されたコンバータＣＮＶとインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

したがって、本実施形態に従う方式は、３相入力のコンバータＣＮＶと３相出力のインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）を交互に配置することによりインバータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の温度が分散された状態となるため複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）の配置間隔を狭くすることが可能となる。すなわち、ヒートシンク自体の大きさを縮小することが可能であり、小型化を図ることが可能となる。

図９（Ｄ）は、ヒートシンク１００Ａおよび上面に配置されたコンバータＣＮＶとイン
バータＩＮＶを構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）のレイアウトの斜視図である。

Claims

半導体素子を含み、第１の交流電圧を直流電圧に変換する複数の第１の半導体モジュールと、
前記半導体素子を含み、前記直流電圧を第２の交流電圧に変換する複数の第２の半導体モジュールと、
前記複数の第１および第２の半導体モジュールを冷却するためのヒートシンクとを備え、
前記ヒートシンク上に前記複数の第１および第２の半導体モジュールのそれぞれを交互に配置する、無停電電源装置。
各前記第２の半導体モジュールは、複数のＩＧＢＴ素子を含む、請求項１記載の無停電電源装置。
前記複数の第１および第２の半導体モジュールのそれぞれは、１つずつＩＧＢＴ素子を含む、請求項１記載の無停電電源装置。