JP4340890B2 - Fever detection device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば半導体チップのような発熱素子の発熱状況を検出可能な発熱検出装置に関する。   The present invention relates to a heat generation detection device capable of detecting a heat generation state of a heat generation element such as a semiconductor chip.

例えば、特許文献1には、半導体チップとサーマルダイオードとを有する発熱検出装置が紹介されている。通電時のジュール熱により、半導体チップは発熱する。ここで、半導体チップ中央部よりも、半導体チップ周縁部の方が、拡散熱抵抗が小さい。このため、半導体チップの温度分布は、半導体チップ中央部を最高温度部分とする等高線状になる。半導体チップを過熱による損傷から保護するためには、当該最高温度部分の発熱状況を検出する必要がある。この点に鑑み、サーマルダイオードは、半導体チップの中央部に配置されている。
特開平10−116987号公報
For example, Patent Document 1 introduces a heat generation detection device having a semiconductor chip and a thermal diode. The semiconductor chip generates heat due to Joule heat during energization. Here, the diffusion thermal resistance is smaller in the peripheral portion of the semiconductor chip than in the central portion of the semiconductor chip. For this reason, the temperature distribution of the semiconductor chip becomes a contour line with the central portion of the semiconductor chip as the highest temperature portion. In order to protect the semiconductor chip from damage due to overheating, it is necessary to detect the heat generation state of the highest temperature portion. In view of this point, the thermal diode is arranged at the center of the semiconductor chip.
JP-A-10-116987

しかしながら、同文献記載の発熱検出装置によると、半導体チップを冷却するための流体に温度勾配がある場合、半導体チップの最高温度部分の発熱状況を検出しにくい。図7に、従来の発熱検出装置の半導体チップを、流体により冷却する場合の模式図を示す。図7(a)に示すように、発熱検出装置100は、半導体チップ101とサーマルダイオード102とを備えている。サーマルダイオード102は、半導体チップ101の中央部に配置されている。流体は、図中矢印で示すように、上流側から下流側に向かって流れ、半導体チップ101を冷却する。図7(b)に示すように、半導体チップ101の発熱(単位時間あたりの発熱量)は、半導体チップ101全面に亘り略均等である。図7(c)に示すように、半導体チップ中央部よりも、半導体チップ周縁部の方が、拡散熱抵抗が小さい。   However, according to the heat generation detection device described in the same document, if the fluid for cooling the semiconductor chip has a temperature gradient, it is difficult to detect the heat generation state of the highest temperature portion of the semiconductor chip. FIG. 7 shows a schematic diagram when a semiconductor chip of a conventional heat generation detecting device is cooled by a fluid. As shown in FIG. 7A, the heat generation detection device 100 includes a semiconductor chip 101 and a thermal diode 102. The thermal diode 102 is disposed at the center of the semiconductor chip 101. The fluid flows from the upstream side toward the downstream side as indicated by arrows in the figure, and cools the semiconductor chip 101. As shown in FIG. 7B, the heat generation (heat generation amount per unit time) of the semiconductor chip 101 is substantially uniform over the entire surface of the semiconductor chip 101. As shown in FIG. 7C, the diffusion thermal resistance is smaller in the peripheral portion of the semiconductor chip than in the central portion of the semiconductor chip.

ここで、図7(d)に示すように、流体の温度は、流体の流れ方向において、均等ではない。流体の温度は、上流側から下流側に向かって、徐々に高くなる。このため、冷却効率は、上流側から下流側に向かって、徐々に低下する。したがって、図7(e)に示すように、半導体チップ101の温度分布における最高温度部分T’は、流体の流れ方向における半導体チップ101の中央M’よりも、距離L’分だけ、下流側にずれてしまう。このため、サーマルダイオード102の位置と最高温度部分T’とがずれてしまう。したがって、サーマルダイオード102は、半導体チップ101の最高温度部分の発熱状況を検出しにくくなる。   Here, as shown in FIG. 7D, the temperature of the fluid is not uniform in the fluid flow direction. The temperature of the fluid gradually increases from the upstream side toward the downstream side. For this reason, the cooling efficiency gradually decreases from the upstream side toward the downstream side. Therefore, as shown in FIG. 7 (e), the maximum temperature portion T ′ in the temperature distribution of the semiconductor chip 101 is downstream by a distance L ′ from the center M ′ of the semiconductor chip 101 in the fluid flow direction. It will shift. For this reason, the position of the thermal diode 102 and the maximum temperature portion T ′ are shifted. Therefore, it becomes difficult for the thermal diode 102 to detect the heat generation state of the highest temperature portion of the semiconductor chip 101.

本発明の発熱検出装置は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、流体に温度勾配がある場合でも、発熱素子の高温部分の発熱状況を検出可能な発熱検出装置を提供することを目的とする。   The heat generation detection device of the present invention has been completed in view of the above problems. Therefore, an object of the present invention is to provide a heat generation detection device that can detect a heat generation state of a high temperature portion of a heat generating element even when the fluid has a temperature gradient.

(1)上記課題を解決するため、本発明の発熱検出装置は、通電により発熱し液体の流体により冷却される発熱素子と、該発熱素子に配置され該発熱素子の発熱状況を検出する少なくとも一つの感温素子と、を備えてなる発熱検出装置であって、前記流体の流れ方向において、少なくとも一つの前記感温素子の中央は、前記発熱素子の中央よりも下流側となるように前記発熱素子に配置され、少なくとも一つの前記感温素子は、前記発熱素子の温度分布における最高温度部分に配置されていることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, the heat generation detection device of the present invention includes a heat generation element that generates heat when energized and is cooled by a liquid fluid, and at least one that detects a heat generation state of the heat generation element disposed in the heat generation element. A heat generation detecting device comprising two temperature sensing elements, wherein the heat generation device is arranged such that a center of at least one of the temperature sensing elements is downstream of a center of the heat generation element in the fluid flow direction. The at least one temperature sensitive element arranged in the element is arranged in a maximum temperature portion in a temperature distribution of the heating element .

前述したように、発熱素子の最高温度部分は、発熱素子の中央よりも下流側にずれる(図7(e)参照)。そこで、流体の流れ方向において、本発明の発熱検出装置の感温素子のうち、少なくとも一つの感温素子の中央は、発熱素子の中央よりも下流側に配置されている。   As described above, the maximum temperature portion of the heating element is shifted downstream from the center of the heating element (see FIG. 7E). Therefore, in the fluid flow direction, the center of at least one of the temperature sensing elements of the heat generation detecting device of the present invention is disposed downstream of the center of the heating element.

本発明の発熱検出装置によると、感温素子の中央は発熱素子の中央よりも下流側となるよう発熱素子に配置されているので最高温度部分が的確に検出できるとともに、感温素子と最高温度部分との位置ずれを、小さくすることができる。このため、流体の流れ方向において、発熱素子の中央よりも高温部分(最高温度部分に限定されない)の発熱状況を、検出することができる。 According to the exothermic detection device of the present invention, since the center of the temperature sensing element is arranged on the heating element so as to be downstream from the center of the heating element, the maximum temperature portion can be accurately detected, and the temperature sensing element and the maximum temperature are detected. The positional deviation from the part can be reduced. For this reason, in the fluid flow direction, it is possible to detect a heat generation state in a portion higher than the center of the heat generating element (not limited to the highest temperature portion).

また、少なくとも一つの前記感温素子は、前記発熱素子の温度分布における最高温度部分に配置されている構成とする。本構成は、少なくとも一つの感温素子と、発熱素子の最高温度部分と位置ずれを、ゼロにするものである。本構成によると、感温素子により、最高温度部分の発熱状況を検出することができる。 Further, at least one of the temperature sensitive device shall be the structure that is arranged in a maximum temperature portion in the temperature distribution of the heating elements. In this configuration, at least one temperature sensitive element and the maximum temperature portion of the heating element and the positional deviation are made zero. According to this configuration, the heat generation state of the highest temperature portion can be detected by the temperature sensitive element.

)好ましくは、前記発熱素子は、半導体チップである構成とする方がよい。本構成によると、過熱による不具合から、半導体チップを保護することができる。 ( 2 ) Preferably, the heating element is a semiconductor chip. According to this configuration, the semiconductor chip can be protected from a failure due to overheating.

)好ましくは、前記流体は、冷却管の内部に区画された冷却通路を流れ、前記発熱素子は、該冷却管の管壁を介して、該流体により冷却される構成とする方がよい。本構成によると、発熱素子と流体とが、冷却管の管壁により隔離されている。このため、流体が発熱素子に接触する場合と比較して、流体に乱流などが発生しにくい。つまり、流体の流れを把握、制御しやすい。このため、感温素子の位置設定が比較的容易になる。 ( 3 ) Preferably, the fluid flows through a cooling passage partitioned inside a cooling pipe, and the heating element is cooled by the fluid via a wall of the cooling pipe. . According to this configuration, the heating element and the fluid are separated from each other by the wall of the cooling pipe. For this reason, compared with the case where a fluid contacts a heat generating element, a turbulent flow etc. are hard to generate | occur | produce in a fluid. That is, it is easy to grasp and control the flow of fluid. For this reason, the position setting of a temperature sensing element becomes comparatively easy.

)好ましくは、前記感温素子は、サーマルダイオードである構成とする方がよい。サーマルダイオードの順方向電圧は、温度によって変化する。具体的には、同じ順方向電流を流した場合、温度が高い方が、より順方向電圧が小さくなる。この順方向電圧から、発熱素子の発熱状況を検出することができる。本構成によると、比較的簡単に発熱素子の発熱状況を検出することができる。 ( 4 ) Preferably, the temperature sensitive element is a thermal diode. The forward voltage of the thermal diode varies with temperature. Specifically, when the same forward current flows, the higher the temperature, the smaller the forward voltage. From this forward voltage, the heat generation state of the heat generating element can be detected. According to this configuration, the heat generation state of the heat generating element can be detected relatively easily.

本発明によると、流体に温度勾配がある場合でも、発熱素子の高温部分の発熱状況を検出可能な発熱検出装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a heat generation detection device capable of detecting the heat generation state of the high temperature portion of the heat generating element even when the fluid has a temperature gradient.

以下、本発明の発熱検出装置を、パワースタックのスイッチングモジュールとして具現化した実施の形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the heat generation detection device of the present invention is embodied as a switching module of a power stack will be described.

まず、本実施形態のスイッチングモジュールを有するパワースタックの構成について説明する。図1に、本実施形態のスイッチングモジュールを有するパワースタックの分解斜視図を示す。図2に、同パワースタックの合体斜視図を示す。図3に、本実施形態のスイッチングモジュールの分解斜視図を示す。図4に、同パワースタックの断面図を示す。   First, the configuration of a power stack having the switching module of this embodiment will be described. FIG. 1 is an exploded perspective view of a power stack having the switching module of the present embodiment. FIG. 2 shows a combined perspective view of the power stack. FIG. 3 is an exploded perspective view of the switching module of the present embodiment. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the power stack.

これらの図に示すように、パワースタック1は、冷却チューブ2と導入管4と導出管5とスイッチングモジュール6とを備えている。冷却チューブ2は、本発明の冷却管に含まれる。スイッチングモジュール6は、本発明の発熱検出装置に含まれる。   As shown in these drawings, the power stack 1 includes a cooling tube 2, an introduction tube 4, a lead-out tube 5, and a switching module 6. The cooling tube 2 is included in the cooling tube of the present invention. The switching module 6 is included in the heat generation detection device of the present invention.

冷却チューブ2は、アルミニウム製であって、長さ方向両端部が丸い扁平角筒状を呈している。冷却チューブ2の長さ方向両端部には、導入口20と導出口21とが開設されている。これら導入口20と導出口21とは、冷却チューブ2内部に形成された冷却通路22により連通している。冷却通路22には、冷却通路22の長さ方向に沿って、冷却フィン(図略)が配置されている。冷却チューブ2は、合計十枚、互いに略平行に配置されている。隣り合う冷却チューブ2同士の間には、冷却チューブ2の長さ方向に沿って二個ずつ、スイッチングモジュール6が介装されている。   The cooling tube 2 is made of aluminum and has a flat rectangular tube shape with rounded end portions in the length direction. At both ends in the length direction of the cooling tube 2, an inlet 20 and an outlet 21 are opened. The inlet 20 and the outlet 21 communicate with each other through a cooling passage 22 formed inside the cooling tube 2. In the cooling passage 22, cooling fins (not shown) are arranged along the length direction of the cooling passage 22. A total of ten cooling tubes 2 are arranged substantially parallel to each other. Two switching modules 6 are interposed between adjacent cooling tubes 2 along the length direction of the cooling tubes 2.

スイッチングモジュール6は、IGBT(Insurated Gate Bipolar Transistor)6a(図3において点線で示す)とフライホイルダイオード6b(図3において点線で示す)と電極端子6cと信号端子6dと絶縁板6eと樹脂モールド6fとを備えている。IGBT6aは、本発明の半導体チップに含まれる。IGBT6aには、サーマルダイオード(図略)が配置されている。サーマルダイオードについては、後で詳しく説明する。スイッチングモジュール6は、図示しないMG(Motor Generator)の駆動用として用いられている。樹脂モールド6fは、絶縁樹脂製であって、扁平の矩形板状を呈している。IGBT6aとフライホイルダイオード6bとは、樹脂モールド6f内部に封入されている。電極端子6cは、銅製であって短冊状を呈している。電極端子6cは、樹脂モールド6fの上面から、突設されている。電極端子6cは、合計二つ配置されている。信号端子6dは、銅製であってピン状を呈している。信号端子6dは、樹脂モールド6fの下面から、突設されている。信号端子6dは、合計五つ配置されている。信号端子6dは、制御基板(図略)に接続されている。絶縁板6eは、セラミック製であって矩形板状を呈している。絶縁板6eは、樹脂モールド6fの対向する両面に、合計二枚配置されている。   The switching module 6 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 6a (indicated by a dotted line in FIG. 3), a flywheel diode 6b (indicated by a dotted line in FIG. 3), an electrode terminal 6c, a signal terminal 6d, an insulating plate 6e, and a resin mold 6f. And. The IGBT 6a is included in the semiconductor chip of the present invention. A thermal diode (not shown) is disposed in the IGBT 6a. The thermal diode will be described in detail later. The switching module 6 is used for driving an MG (Motor Generator) (not shown). The resin mold 6f is made of an insulating resin and has a flat rectangular plate shape. The IGBT 6a and the flywheel diode 6b are sealed inside the resin mold 6f. The electrode terminal 6c is made of copper and has a strip shape. The electrode terminal 6c is projected from the upper surface of the resin mold 6f. A total of two electrode terminals 6c are arranged. The signal terminal 6d is made of copper and has a pin shape. The signal terminal 6d protrudes from the lower surface of the resin mold 6f. A total of five signal terminals 6d are arranged. The signal terminal 6d is connected to a control board (not shown). The insulating plate 6e is made of ceramic and has a rectangular plate shape. A total of two insulating plates 6e are arranged on both opposing surfaces of the resin mold 6f.

導入管4は、導入本管40と導入連通管41とを備えている。導入連通管41は、アルミニウム製であって蛇腹(図略)を持つ短軸円筒状を呈している。導入連通管41は、互いに隣接する冷却チューブ2の導入口20同士を連結している。導入連通管41は、合計九個、略一直線に並んで配置されている。   The introduction pipe 4 includes an introduction main pipe 40 and an introduction communication pipe 41. The introduction communication pipe 41 is made of aluminum and has a short-axis cylindrical shape having a bellows (not shown). The introduction communication pipe 41 connects the introduction ports 20 of the cooling tubes 2 adjacent to each other. A total of nine introduction communication pipes 41 are arranged in a substantially straight line.

導入本管40は、アルミニウム製であって、導入連通管41よりも長軸の円筒状を呈している。導入本管40の一端は、最上流側の冷却チューブ2の導入口20を覆っている。導入本管40を介して、放熱装置10から冷却チューブ2に、水希釈LLC(Long Life Coolant)が導入される。水希釈LLCは、本発明の流体に含まれる。   The introduction main pipe 40 is made of aluminum and has a cylindrical shape with a longer axis than the introduction communication pipe 41. One end of the introduction main pipe 40 covers the introduction port 20 of the cooling tube 2 on the most upstream side. Water dilution LLC (Long Life Coolant) is introduced from the heat radiating device 10 to the cooling tube 2 through the introduction main pipe 40. Water dilution LLC is included in the fluid of the present invention.

導出管5は、導出本管50と導出連通管51とを備えている。導出連通管51は、アルミニウム製であって蛇腹(図略)を持つ短軸円筒状を呈している。導出連通管51は、互いに隣接する冷却チューブ2の導出口21同士を連結している。導出連通管51は、合計九個、略一直線に並んで配置されている。   The lead-out pipe 5 includes a lead-out main pipe 50 and a lead-out communication pipe 51. The lead-out communication pipe 51 is made of aluminum and has a short-axis cylindrical shape having a bellows (not shown). The outlet communication pipe 51 connects the outlet ports 21 of the cooling tubes 2 adjacent to each other. A total of nine lead-out communication pipes 51 are arranged in a substantially straight line.

導出本管50は、アルミニウム製であって円筒状を呈している。導出本管50は、導入本管40に対して、略平行に配置されている。導出本管50の一端は、最下流側の冷却チューブ2の導出口21を覆っている。導出本管50を介して、冷却チューブ2から放熱装置10に、熱交換後の水希釈LLCが導出される。   The lead-out main pipe 50 is made of aluminum and has a cylindrical shape. The lead-out main pipe 50 is arranged substantially parallel to the introduction main pipe 40. One end of the outlet main pipe 50 covers the outlet 21 of the cooling tube 2 on the most downstream side. The water dilution LLC after heat exchange is led out from the cooling tube 2 to the heat radiating device 10 via the lead-out main pipe 50.

次に、本実施形態のスイッチングモジュールを有するパワースタックにおける水希釈LLCの流れについて説明する。図4に示すように、水希釈LLCは、放熱装置10から導入本管40に供給される。そして、水希釈LLCは、導入本管40から、直接あるいは導入連通管41を介して、十枚の冷却チューブ2各々の冷却通路22に、導入される。ところで、MGの駆動により、スイッチングモジュール6は発熱している。スイッチングモジュール6の熱は、冷却チューブ2の管壁を介して、冷却通路22を流れる水希釈LLCに伝達される。スイッチングモジュール6の熱を受け昇温した水希釈LLCは、冷却通路22から、直接あるいは導出連通管51を介して、導出本管50に流れ込む。導出本管50にて合流した水希釈LLCは、放熱装置10に導出される。放熱装置10により再冷却された水希釈LLCは、再び導入本管40に導入される。すなわち、水希釈LLCは、放熱装置10→導入管4→冷却チューブ2(冷却通路22)→導出管5→再び放熱装置10という経路で、放熱装置10とパワースタック1との間を循環している。そして、水希釈LLCは、スイッチングモジュール6の温度を、許容温度以下になるように保持している。   Next, the flow of the water dilution LLC in the power stack having the switching module of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the water dilution LLC is supplied from the heat radiating device 10 to the introduction main 40. The water dilution LLC is introduced into the cooling passage 22 of each of the ten cooling tubes 2 from the introduction main pipe 40 directly or via the introduction communication pipe 41. By the way, the switching module 6 generates heat by driving the MG. The heat of the switching module 6 is transmitted to the water dilution LLC flowing through the cooling passage 22 through the wall of the cooling tube 2. The water dilution LLC heated by the heat of the switching module 6 flows into the lead-out main pipe 50 from the cooling passage 22 directly or via the lead-out communication pipe 51. The water dilution LLC merged in the lead-out main pipe 50 is led out to the heat radiating device 10. The water diluted LLC recooled by the heat radiating device 10 is again introduced into the introduction main 40. That is, the water dilution LLC circulates between the heat dissipation device 10 and the power stack 1 through the path of the heat dissipation device 10 → the introduction pipe 4 → the cooling tube 2 (cooling passage 22) → the outlet pipe 5 → the heat dissipation device 10 again. Yes. And the water dilution LLC is keeping the temperature of the switching module 6 so that it may become below allowable temperature.

次に、本実施形態のスイッチングモジュールのサーマルダイオードについて説明する。図5に、図4のV方向から見た冷却チューブとスイッチングモジュールとの透過模式図を示す。なお、説明の便宜上、スイッチングモジュールを一点鎖線で示す。並びに、フライホイルダイオードを省略して示す。   Next, the thermal diode of the switching module of this embodiment will be described. FIG. 5 shows a transmission schematic diagram of the cooling tube and the switching module as seen from the direction V in FIG. For convenience of explanation, the switching module is indicated by a one-dot chain line. In addition, the flywheel diode is omitted.

図に示すように、水希釈LLCは、冷却通路22内を流れながら、IGBT6aを冷却する。図6に、図5のIGBTと水希釈LLCの流れとの関係を示す。図6(b)に示すように、IGBT6aの発熱(単位時間あたりの発熱量)は、IGBT6a全面に亘り略均等である。図6(c)に示すように、IGBT6aの中央部よりも、IGBT6aの周縁部の方が、拡散熱抵抗が小さい。図6(d)に示すように、水希釈LLCの温度は、水希釈LLCの流れ方向において、均等ではない。水希釈LLCの温度は、IGBT6aとの熱交換により、上流側から下流側に向かって、徐々に高くなる。このため、冷却効率は、上流側から下流側に向かって、徐々に低下する。したがって、図6(e)に示すように、IGBT6aの温度分布における最高温度部分Tは、水希釈LLCの流れ方向におけるIGBT6aの中央Mよりも、距離L2だけ下流側にずれてしまう。しかしながら、図6(a)に示すように、サーマルダイオード60aの中央も、水希釈LLC流れ方向におけるIGBT6aの中央Mから、距離L1だけ下流側にずれて配置されている。また、距離L1=距離L2となるように、設定されている。   As shown in the figure, the water dilution LLC cools the IGBT 6 a while flowing in the cooling passage 22. FIG. 6 shows the relationship between the IGBT of FIG. 5 and the flow of water dilution LLC. As shown in FIG. 6B, the heat generation (heat generation amount per unit time) of the IGBT 6a is substantially uniform over the entire surface of the IGBT 6a. As shown in FIG. 6C, the diffusion thermal resistance is smaller in the peripheral portion of the IGBT 6a than in the central portion of the IGBT 6a. As shown in FIG. 6D, the temperature of the water dilution LLC is not uniform in the flow direction of the water dilution LLC. The temperature of the water dilution LLC gradually increases from the upstream side to the downstream side by heat exchange with the IGBT 6a. For this reason, the cooling efficiency gradually decreases from the upstream side toward the downstream side. Therefore, as shown in FIG. 6 (e), the maximum temperature portion T in the temperature distribution of the IGBT 6a is shifted downstream by a distance L2 from the center M of the IGBT 6a in the flow direction of the water dilution LLC. However, as shown in FIG. 6 (a), the center of the thermal diode 60a is also shifted from the center M of the IGBT 6a in the water dilution LLC flow direction by a distance L1 downstream. Further, the distance L1 is set to be the distance L2.

サーマルダイオード60aは、多結晶シリコンダイオードである。サーマルダイオード60aの順方向電圧は、負の温度係数を持つ。つまり、IGBT6aの温度が上がると、サーマルダイオード60aの順方向電圧は低下する。この電圧から、最高温度部分Tの温度を検出する。そして、IGBT6aが過熱状態にある場合、IGBT6aを強制的にオフにする。このようにして、パワースタック1は、過熱による不具合からIGBT6aを保護している。   The thermal diode 60a is a polycrystalline silicon diode. The forward voltage of the thermal diode 60a has a negative temperature coefficient. That is, when the temperature of the IGBT 6a increases, the forward voltage of the thermal diode 60a decreases. From this voltage, the temperature of the maximum temperature portion T is detected. When the IGBT 6a is in an overheated state, the IGBT 6a is forcibly turned off. In this way, the power stack 1 protects the IGBT 6a from malfunction due to overheating.

次に、本実施形態のスイッチングモジュールの作用効果について説明する。本実施形態のスイッチングモジュール6によると、サーマルダイオード60aが、IGBT6aの中央Mよりも下流側にシフトしている。また、IGBT6aの中央Mに対するサーマルダイオード60aの中央のずれ量L1と、IGBT6aの中央Mに対する最高温度部分Tのずれ量L2とが、一致している。言い換えると、サーマルダイオード60aの中央が、IGBT6aの最高温度部分Tに配置されている。このため、最高温度部分Tの発熱状況を、サーマルダイオード60aにより、確実に検出することができる。したがって、IGBT6aに過熱による不具合が発生するのを抑制することができる。   Next, the effect of the switching module of this embodiment is demonstrated. According to the switching module 6 of the present embodiment, the thermal diode 60a is shifted downstream from the center M of the IGBT 6a. Further, the amount of deviation L1 of the center of the thermal diode 60a with respect to the center M of the IGBT 6a coincides with the amount of deviation L2 of the maximum temperature portion T with respect to the center M of the IGBT 6a. In other words, the center of the thermal diode 60a is arranged at the highest temperature portion T of the IGBT 6a. For this reason, the heat generation state of the maximum temperature portion T can be reliably detected by the thermal diode 60a. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of problems due to overheating in the IGBT 6a.

また、本実施形態のスイッチングモジュール6によると、IGBT6aと水希釈LLCとが、冷却チューブ2の管壁により隔離されている。このため、例えば気流などの流体がIGBT6aに接触する場合と比較して、流体に乱流などが発生しにくい。つまり、水希釈LLCの流れを制御、把握しやすい。このため、サーマルダイオード60aの位置設定(つまり距離L1の設定)が比較的容易である。   Further, according to the switching module 6 of the present embodiment, the IGBT 6 a and the water dilution LLC are isolated by the tube wall of the cooling tube 2. For this reason, compared with the case where fluids, such as airflow, contact IGBT6a, for example, it is hard to generate turbulent flow etc. in fluid. That is, it is easy to control and grasp the flow of the water dilution LLC. For this reason, the position setting of the thermal diode 60a (that is, the setting of the distance L1) is relatively easy.

以上、本発明の発熱検出装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。   The embodiment of the heat generation detection device of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

例えば、半導体チップの種類は、IGBT6aに特に限定するものではない。パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、GTO(Gate Turn−off Thyristor)などであってもよい。また、感温素子の種類は、サーマルダイオード60aに特に限定するものではない。例えば、サーミスタなどであってもよい。   For example, the type of the semiconductor chip is not particularly limited to the IGBT 6a. A power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a GTO (Gate Turn-off Thyristor), or the like may be used. The type of the temperature sensitive element is not particularly limited to the thermal diode 60a. For example, a thermistor may be used.

また、感温素子の配置数は、特に限定するものではない。複数の感温素子を配置する場合、少なくとも一つの感温素子の中央が、水希釈LLC流れ方向におけるIGBT6aの中央Mから、下流側にずれて配置されていればよい。言い換えると、他の感温素子が、中央Mよりも上流側に配置されていてもよい。   Further, the number of the temperature sensitive elements arranged is not particularly limited. When arranging a plurality of temperature sensing elements, it is only necessary that the center of at least one temperature sensing element be shifted downstream from the center M of the IGBT 6a in the water dilution LLC flow direction. In other words, another temperature sensing element may be arranged upstream of the center M.

また、発熱素子のオフ制御方法は、特に限定するものではない。例えば、IGBT6aとサーマルダイオード60aとを含むアナログ回路を組み、サーマルダイオード60aの順方向電圧変化により、ハード的に、IGBT6aをオフ制御してもよい。また、サーマルダイオード60aの電圧値をデジタル変換し、変換後のデジタル値と所定のしきい値とをマイコンにおいて比較し、デジタル値>しきい値の場合マイコンからの制御信号によりIGBT6aをオフ制御してもよい。   Moreover, the heating element off control method is not particularly limited. For example, an analog circuit including the IGBT 6a and the thermal diode 60a may be assembled, and the IGBT 6a may be controlled to be turned off by hardware according to a forward voltage change of the thermal diode 60a. Further, the voltage value of the thermal diode 60a is digitally converted, the converted digital value is compared with a predetermined threshold value in the microcomputer, and if the digital value> the threshold value, the IGBT 6a is controlled to be off by the control signal from the microcomputer. May be.

また、上記実施形態においては、本発明の発熱検出装置をスイッチングモジュール6として具現化したが、本発明の発熱検出装置は発熱素子の温度検出が必要な種々の装置として具現化することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the heat_generation | fever detection apparatus of this invention was embodied as the switching module 6, the heat_generation | fever detection apparatus of this invention can be embodied as various apparatuses which require the temperature detection of a heat generating element.

以下、上記スイッチングモジュール6について行った、サーマルダイオード60aの位置設定(つまり距離L1の設定)シミュレーションについて説明する。シミュレーションにおいて、IGBT6aの出力は、500Wとした。水希釈LLCの流量は、1l/min.とした。水希釈LLCの温度勾配は、冷却通路22の上流側から下流側に向かって、600K/mとした。   Hereinafter, the simulation of the position setting of the thermal diode 60a (that is, the setting of the distance L1) performed for the switching module 6 will be described. In the simulation, the output of the IGBT 6a was 500W. The flow rate of water diluted LLC was 1 l / min. It was. The temperature gradient of the water dilution LLC was 600 K / m from the upstream side to the downstream side of the cooling passage 22.

シミュレーションの結果、IGBT6aの温度分布における最高温度部分Tは、水希釈LLCの流れ方向におけるIGBT6aの中央Mよりも、1.5×10-3mだけ下流側にずれていることが判った。したがって、上記シミュレーション条件にてスイッチングモジュール6を用いる場合、サーマルダイオード60aの中央を、IGBT6aの中央Mから、1.5×10-3mだけ下流側にずらして配置すればよいことが判った。 As a result of simulation, it was found that the maximum temperature portion T in the temperature distribution of the IGBT 6a is shifted by 1.5 × 10 −3 m downstream from the center M of the IGBT 6a in the flow direction of the water dilution LLC. Therefore, it was found that when the switching module 6 is used under the above simulation conditions, the center of the thermal diode 60a may be shifted from the center M of the IGBT 6a by 1.5 × 10 −3 m downstream.

本発明の一実施形態となるスイッチングモジュールを持つパワースタックの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a power stack having a switching module according to an embodiment of the present invention. 同パワースタックの合体斜視図である。It is a united perspective view of the power stack. 本実施形態のスイッチングモジュールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the switching module of this embodiment. 同パワースタックの断面図である。It is sectional drawing of the same power stack. 図4のV方向から見た冷却チューブとスイッチングモジュールとの透過模式図である。It is the permeation | transmission schematic diagram of the cooling tube and switching module seen from the V direction of FIG. (a)は図5のIGBTと水希釈LLCの流れとの関係を示す模式図である。(b)はIGBTの発熱を示す模式図である。(c)はIGBTの拡散熱抵抗を示す模式図である。(d)は水希釈LLC温度を示す模式図である。(e)はIGBTの温度分布を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the relationship between IGBT of FIG. 5, and the flow of water dilution LLC. (B) is a schematic diagram showing heat generation of the IGBT. (C) is a schematic diagram which shows the diffusion thermal resistance of IGBT. (D) is a schematic diagram showing water dilution LLC temperature. (E) is a schematic diagram which shows the temperature distribution of IGBT. (a)は従来の半導体チップと流体の流れとの関係を示す模式図である。(b)は半導体チップの発熱を示す模式図である。(c)は半導体チップの拡散熱抵抗を示す模式図である。(d)は流体温度を示す模式図である。(e)は半導体チップの温度分布を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the relationship between the conventional semiconductor chip and the flow of a fluid. (B) is a schematic diagram which shows the heat_generation | fever of a semiconductor chip. (C) is a schematic diagram which shows the diffusion thermal resistance of a semiconductor chip. (D) is a schematic diagram showing fluid temperature. (E) is a schematic diagram which shows the temperature distribution of a semiconductor chip.

符号の説明Explanation of symbols

1:パワースタック、2:冷却チューブ(冷却管)、20:導入口、21:導出口、22:冷却通路、4:導入管、40:導入本管、41:導入連通管、5:導出管、50:導出本管、51:導出連通管、6:スイッチングモジュール(発熱検出装置)、6a:IGBT(半導体チップ)、6b:フライホイルダイオード、6c:電極端子、6d:信号端子、6e:絶縁板、6f:樹脂モールド、60a:サーマルダイオード、10:放熱装置、L1:IGBTの中央に対するサーマルダイオードの中央のずれ量、L2:IGBTの中央に対する最高温度部分のずれ量、M:中央、T:最高温度部分。   1: Power stack, 2: Cooling tube (cooling tube), 20: Inlet port, 21: Outlet port, 22: Cooling passage, 4: Introducing tube, 40: Introducing main tube, 41: Introducing communication tube, 5: Outlet tube 50: Derived main pipe, 51: Derived communication pipe, 6: Switching module (heat generation detector), 6a: IGBT (semiconductor chip), 6b: Flywheel diode, 6c: Electrode terminal, 6d: Signal terminal, 6e: Insulation Plate, 6f: resin mold, 60a: thermal diode, 10: heat dissipation device, L1: amount of deviation of the center of the thermal diode with respect to the center of the IGBT, L2: amount of deviation of the highest temperature portion with respect to the center of the IGBT, M: center, T: Maximum temperature part.

Claims (4)

通電により発熱し液体の流体により冷却される発熱素子と、該発熱素子に配置され該発熱素子の発熱状況を検出する少なくとも一つの感温素子と、を備えてなる発熱検出装置であって、
前記流体の流れ方向において、少なくとも一つの前記感温素子の中央は、前記発熱素子の中央よりも下流側となるように前記発熱素子に配置され、少なくとも一つの前記感温素子は、前記発熱素子の温度分布における最高温度部分に配置されていることを特徴とする発熱検出装置。
A heating detection device comprising: a heating element that generates heat when energized and is cooled by a liquid fluid; and at least one temperature-sensitive element that is disposed in the heating element and detects a heating state of the heating element,
In the fluid flow direction, the center of the at least one temperature sensing element is disposed on the heating element so as to be downstream from the center of the heating element, and the at least one temperature sensing element is the heating element. The heat generation detecting device is arranged at the highest temperature portion in the temperature distribution of
前記発熱素子は、半導体チップである請求項1に記載の発熱検出装置。   The heat generation detection device according to claim 1, wherein the heat generating element is a semiconductor chip. 前記流体は、冷却管の内部に区画された冷却通路を流れ、
前記発熱素子は、該冷却管の管壁を介して、該流体により冷却される請求項1に記載の発熱検出装置。
The fluid flows through a cooling passage defined inside the cooling pipe,
The heat generation detecting device according to claim 1, wherein the heat generating element is cooled by the fluid through a wall of the cooling pipe.
前記感温素子は、サーマルダイオードである請求項1に記載の発熱検出装置。   The heat generation detecting device according to claim 1, wherein the temperature sensitive element is a thermal diode.
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