JP3855970B2 - 半導体素子の冷却装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高発熱の半導体素子の冷却装置であって、冷媒を用いて、高効率且つ小型で、取扱いが容易な冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放熱装置およびその制御方法としては、下記のようなものがあった。（例えば、特許文献１参照）。図３は前記特許文献に記載された従来の沸騰冷却装置の構成図である。この沸騰冷却装置には、インバータ式ポンプは設置されておらずファンの回転数のみを変化させ、必要冷却能力を制御する構成となっていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２０８６８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成は自然循環型の沸騰冷却装置であり、強制的に冷媒を循環させるインバータ式ポンプを設置していないので、半導体素子の発熱量の変化に対してコンデンサー冷却用のファンの回転数を変化させることでしか対応できない課題があった。また、異常事態が発生した場合の回避手段および伝達方法が明記されていなかった。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、インバータ式ポンプを搭載し、半導体素子の冷却に大きな影響力のある冷媒の循環量を任意に変化させることが可能なため適切な制御を行うことができ、しかも低騒音で信頼性の高い半導体素子の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、発熱体である半導体素子を冷却する冷却板と、コンデンサーと、インバータ式ポンプと、コンデンサーに風を当てるファンと、冷却板の半導体素子の近傍或いは半導体素子自身に設けられた温度検出手段と、温度検出手段の測定値によりインバータ式ポンプの回転数とファンの回転数を制御する制御部とを備え、インバータ式ポンプによって冷媒を循環させ、冷媒にて冷却板から吸熱し、冷媒をコンデンサーに輸送し、ファンにてコンデンサーを冷却する半導体素子の冷却装置であって、制御部は、半導体素子の発熱量が所定のレベル以下の場合におけるインバータ式ポンプの回転数よりもファンの回転数を優先的に低下させる制御を行うとともに、温度検出手段の測定値が所定の時間内に所定値以上上昇した場合に、ファンの回転数を最大にし、しかる後に温度検出手段の測定値と設定値を比べながらインバータ式ポンプの回転数を段階的に増加させ、インバータ式ポンプの回転数が最大値に至ったのちも温度検出手段の測定が設定値より下がらない場合と、インバータ式ポンプの電流値を監視し、電流値が設定値よりも大きくなった場合と、インバータ式ポンプの運転時間を制御機器で監視を行い、寿命設定の運転時間が経過した場合には、アラーム信号を半導体素子の搭載されているコンピュータに送ることを特徴とし、信頼性の高い冷凍サイクルを確保できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【０００８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体冷却装置の構成図である。図１において、高発熱体である半導体素子５を冷却するための冷却板１とコンデンサー２、インバータ式ポンプ３を繋いで冷却サイクルを構成している。またコンデンサー２は、ファン４により風を当て冷却される構成になっており、冷却サイクル内には冷媒が封入されている。
【０００９】
冷媒の流れは、まずコンデンサー２より流出した冷媒をインバータ式ポンプ３により送出し、冷却板１に送り込まれる。冷却板１では、高発熱の半導体素子５の熱を奪い（吸熱し）続いてコンデンサー２に送られ、ファン４で発生する風により冷却される。以上のように上記の現象が繰返される。
【００１０】
そして、前記冷却板１の半導体素子５の近辺に温度センサー６が取りつけられており制御部９に接続されている。一方、インバータ式ポンプ３にはインバータ制御部７、また前記ファン４には電源制御部８が接続され、それぞれの信号線が制御部９に接続されている。
【００１１】
かかる構成において、循環式の冷却装置内にインバータ式ポンプ３を搭載し、冷却板１の半導体素子５の近辺に温度センサー６を設置し、前記温度センサー６の測定値を基に前記インバータ式ポンプ３の回転数と前記ファン４の回転数を適正に制御する制御部９を備えることにより、半導体素子５の発熱量が所定のレベル以下の場合に前記インバータ式ポンプ３の回転数よりも前記ファン４の回転数を優先的に低下させる制御を前記制御部９で行い低騒音の冷却装置が得られる。また、前記温度センサー６の測定値が急激に上昇した場合には、前記ファン４の回転数を最大にして前記温度センサー６の測定値と設定値を前記制御部９で比べながら前記インバータ式ポンプ３の回転数を段階的に増加させ、前記インバータ式ポンプ３の回転数が最大値になっても前記温度センサー６の測定が設定値よりも下がらない場合にはアラーム信号を前記半導体素子５の搭載されているコンピュータに送り信頼性の高い冷却装置の制御を得ることが出来る。
なお、本実施の形態において温度センサー６を用いたが半導体素子５自身で温度測定を行い、その信号を制御部９に送っても良い。
【００１２】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の構成図である。本実施の形態は、温度を検知する手段を半導体素子の内部に設けたものである。同図において、インバータ式ポンプ３の電流値をインバータ制御部７より取り出しその信号を制御部９で監視を行い、前記電流値が設定値よりも大きくなった場合アラーム信号を半導体素子５の搭載されているコンピュータに送ることによりインバータ式ポンプ３の寿命が来る前に交換することが可能となり信頼性の高い冷却装置を得ることができる。
【００１３】
また、前記インバータ式ポンプ３の運転時間を前記制御部９で監視を行い、寿命設定の運転時間が経過した場合アラーム信号を前記半導体素子５の搭載されているコンピュータに送ることによりインバータ式ポンプ３の寿命が来る前に交換することが可能となり信頼性の高い冷却装置を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の冷却装置および制御方法によれば、低騒音で信頼性の高い冷却装置の制御を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却サイクルおよび制御システム図
【図２】本発明の実施の形態２における冷却サイクルおよび制御システム図
【図３】従来の沸騰冷却装置の構成図
【符号の説明】
１ 冷却板
２ コンデンサー
３ インバータ式ポンプ
４ ファン
５ 半導体素子
６ 温度センサー
７ インバータ制御部
８ 電源制御部
９ 制御部

Claims (1)

  1. 発熱体である半導体素子を冷却する冷却板と、コンデンサーと、インバータ式ポンプと、前記コンデンサーに風を当てるファンと、前記冷却板の半導体素子の近傍或いは前記半導体素子自身に設けられた温度検出手段と、前記温度検出手段の測定値により前記インバータ式ポンプの回転数と前記ファンの回転数を制御する制御部とを備え、前記インバータ式ポンプによって冷媒を循環させ、前記冷媒にて前記冷却板から吸熱し、前記冷媒を前記コンデンサーに輸送し、前記ファンにて前記コンデンサーを冷却する半導体素子の冷却装置であって、前記制御部は、半導体素子の発熱量が所定のレベル以下の場合における前記インバータ式ポンプの回転数よりもファンの回転数を優先的に低下させる制御を行うとともに、前記温度検出手段の測定値が所定の時間内に所定値以上上昇した時に、前記ファンの回転数を最大にし、しかる後に前記温度検出手段の測定値と設定値を比べながら前記インバータ式ポンプの回転数を段階的に増加させ、前記インバータ式ポンプの回転数が最大値に至ったのちも前記温度検出手段の測定が前記設定値より下がらない場合と、前記インバータ式ポンプの電流値を監視し、前記電流値が設定値よりも大きくなった場合と、インバータ式ポンプの運転時間を制御機器で監視を行い、寿命設定の運転時間が経過した場合には、アラーム信号を前記半導体素子の搭載されているコンピュータに送ることを特徴とする半導体素子の冷却装置。
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