JP5521768B2 - Semiconductor power converter cooling device - Google Patents
Semiconductor power converter cooling device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5521768B2 JP5521768B2 JP2010116835A JP2010116835A JP5521768B2 JP 5521768 B2 JP5521768 B2 JP 5521768B2 JP 2010116835 A JP2010116835 A JP 2010116835A JP 2010116835 A JP2010116835 A JP 2010116835A JP 5521768 B2 JP5521768 B2 JP 5521768B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling water
- flow rate
- water flow
- cooling
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
本発明は、エキシマレーザ用パルス電源装置などの半導体電力変換装置におけるパワーデバイスの冷却装置に係り、特にパワーデバイスを接触させた冷却フィン中に冷却水を流すことでパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for a power device in a semiconductor power conversion device such as a pulse power supply device for an excimer laser, and particularly protects the power device from thermal damage by flowing cooling water through cooling fins in contact with the power device. The present invention relates to a cooling device.
図21は、エキシマレーザ用パルス電源装置の構成例を示し、放電によってパルス電流を発生するコンデンサの充放電動作タイミングチャートを図22に示す。コンデンサ1は3相電源や整流回路等を用いて直流電力を蓄える。図22の期間T1では、単相インバータ2のスイッチS1をオンすることでトランス3と整流器4の回路にはA,Bの経路で電流が流れ、リアクトル5にエネルギーを蓄積しつつコンデンサ6を充電する。次に、図22の期間T2では、インバータ2のスイッチS1をオフすることで、回路にはCの経路で電流が流れ、リアクトル5に蓄えられたエネルギーがコンデンサ6へ移行し、コンデンサ6が目標電圧を少し超えた高い電圧に充電される(以後、粗調動作と称す)。この粗調整動作後、図22の期間T3では、パワーデバイスMC1をONすることで、コンデンサ6を所定の目標電圧まで低下させ、コンデンサ6の充電電圧を目標電圧に一致させる(以後、微調動作と称す)。その後、図22の期間T4では、パワーデバイスMC2をONすることで、コンデンサ6に蓄積されたエネルギーをパルス圧縮回路・磁気圧縮回路(Pulse Power Module)7に放電電流として供給し、負荷(レーザ管)8には昇圧および狭幅に圧縮したパルス電流を供給する。
FIG. 21 shows a configuration example of a pulse power supply device for excimer laser, and FIG. 22 shows a charge / discharge operation timing chart of a capacitor that generates a pulse current by discharging. The
上記のようなパルス電源装置において、インバータ2やパワーデバイスMC2の制御により、コンデンサ6の急速充電制御と急速放電制御を行う。インバータ2やパワーデバイスMC2で使用する半導体スイッチング素子としては、数千ボルト、数百〜数千アンペアの電圧電流が制御でき、かつ数μsのスイッチングスピードを兼ね備えたデバイスが必要となる。これらのスイッチとしては、他に寿命、コストやメンテナンス性等も考え、例えばIGBT等のパワーデバイスが採用される。しかしながら、パワーデバイスを用いる場合、主にスイッチング(ターンオン、ターンオフ)時と定常ON時により電力損失が生じ、デバイス自体が発熱する。
In the pulse power supply device as described above, rapid charge control and rapid discharge control of the
一方でエキシマレーザ用パルス電源装置においては、小型化、使用環境(クリーンルーム内で使用)や高繰り返し動作(周波数;数キロHz)の要求がある。高繰り返し動作すると、周波数にほぼ比例して電力損失が増え、発熱量も損失に比例して増加する。発熱によるデバイス破損を防ぐため、冷却手段を設けなければいけない。この冷却手段は、小型化、クリーンルーム内での使用を考慮すると、冷却フィン等の熱交換器の外形をよりコンパクトにしなければならず、さらに熱を大気中になるべく逃がしたくない。したがって、エキシマレーザ用パルス電源装置など、大電流、高電圧で高い繰り返しでスイッチング動作するパワーデバイスを搭載した半導体電力変換装置の冷却方式としては水冷方式が一般的である。 On the other hand, a pulse power supply device for excimer lasers is required to be downsized, used environment (used in a clean room), and high repetitive operation (frequency: several kiloHz). When the operation is repeated repeatedly, the power loss increases almost in proportion to the frequency, and the heat generation amount also increases in proportion to the loss. Cooling means must be provided to prevent device damage due to heat generation. In consideration of downsizing and use in a clean room, this cooling means must have a more compact outer shape of a heat exchanger such as a cooling fin, and it is not desired to release heat as much as possible into the atmosphere. Accordingly, a water cooling method is generally used as a cooling method for a semiconductor power conversion device equipped with a power device that performs switching operation with high current, high voltage, and high repetition, such as an excimer laser pulse power supply device.
パワーデバイスを冷却(水冷)する装置としては、熱交換器としての冷却フィンにパワーデバイスを面接触で固定し、冷却する方法が一般的である。冷却フィンの構造例を図23に示す。冷却フィン11は、その中に冷却水流路を作るため、冷却水配管12を埋め込み、または溝を切った構造とする。パワーデバイス13で発生した熱は、冷却フィン11中の流路を通る冷却水を通して、外部に放出される。
As a device for cooling (water cooling) a power device, a method of fixing the power device to a cooling fin as a heat exchanger by surface contact and cooling is generally used. An example of the structure of the cooling fin is shown in FIG. The
この種の水冷式のパワーデバイスの冷却装置としては、半導体装置の通電電流より半導体装置の損失を演算し、この損失を基に外水温度上昇を演算し、この演算結果と外水の温度上昇検出器による検出値を比較し、この比較結果で外水の流量不足を判定および報知するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a cooling device for this type of water-cooled power device, the loss of the semiconductor device is calculated from the energization current of the semiconductor device, and the rise in the outside water temperature is calculated based on this loss. There has been proposed a method in which detection values by a detector are compared, and the result of this comparison is used to determine and notify the lack of flow rate of outside water (see, for example, Patent Document 1).
パワーデバイスを水冷する従来の冷却装置では、冷却フィンとパワーデバイスケースとの接合部およびパワーデバイスケースとその内部の半導体チップとの接合部には、その接触面積の大きさや材料の熱伝導率等によって決まる熱抵抗が存在し、実際には半導体チップのジャンクション温度と冷却水温度間には、温度差が生まれる。ジャンクション温度や各部の温度と熱抵抗の関係を式(1)に示す(但し、1つのフィンに1つの素子が実装された構造とする)。 In a conventional cooling device for water-cooling a power device, the size of the contact area, the thermal conductivity of the material, etc., at the joint between the cooling fin and the power device case and the joint between the power device case and the semiconductor chip inside the power device case, etc. There is a thermal resistance that depends on the temperature of the semiconductor chip, and in fact, a temperature difference is created between the junction temperature of the semiconductor chip and the cooling water temperature. The relationship between the junction temperature and the temperature of each part and the thermal resistance is shown in Equation (1) (provided that one element is mounted on one fin).
Tj=a×f×(θj-c+θc-f+θf-w)+Tw …(1)
ここで、Tjはパワーデバイスのジャンクション温度、aはパワーデバイス
の1回のスイッチ動作当たりの損失(ジュール/1パルス)、fは動作周波数(Hz)、θj-cはジャンクション−ケース間熱抵抗、θc-fはケース−フィン間熱抵抗、θf-wはフィン−冷却水間熱抵抗、Twは冷却水温度最大値である。
Tj = a * f * ([theta] j-c + [theta] c-f + [theta] f-w) + Tw (1)
Here, Tj is the junction temperature of the power device, a is the loss per switch operation of the power device (Joule / 1 pulse), f is the operating frequency (Hz), θj-c is the junction-to-case thermal resistance, θc-f is the case-fin thermal resistance, θf-w is the fin-cooling water thermal resistance, and Tw is the maximum cooling water temperature.
ここで、熱抵抗θj-cは、パワーデバイスの内部構造等により決まる。また、熱抵抗θc-fは、パワーデバイスのケースの形状や使用グリス、使用フィン等によって決まる。しかしながら、熱抵抗θj-cや熱抵抗θc-fは、パワーデバイス・使用グリス・冷却フィンが決まれば、固定定数となっている。熱抵抗θf-wは、冷却フィンの形状や材質によって異なるが、流量によっても大きく変化する。 Here, the thermal resistance θ jc is determined by the internal structure of the power device and the like. The thermal resistance θ cf is determined by the shape of the power device case, the grease used, the fin used, and the like. However, the thermal resistance θ jc and the thermal resistance θ cf are fixed constants if the power device, the grease used, and the cooling fin are determined. The thermal resistance θ fw varies depending on the shape and material of the cooling fin, but varies greatly depending on the flow rate.
図24は、ある冷却フィンの冷却水流量と熱抵抗θf-wの関係を示す。一般的に、流量が小さくなればなるほど熱抵抗が大きくなる(熱抵抗と流量は反比例の関係になる)。この流量が小さくなればなるほど熱抵抗が大きくなる関係は、フーリエの方程式からも求められる。フーリエの方程式を式(2)に、熱抵抗の関係式を式(3)に示す。また一般的に、冷却フィンにおける熱量と流量、入出力の温度差には、式(4)の関係がある。式(2),(3),(4)より式(5)が導出でき、流量と熱抵抗は反比例の関係にあることがわかる。 FIG. 24 shows the relationship between the cooling water flow rate of a certain cooling fin and the thermal resistance θ fw . In general, the smaller the flow rate, the greater the thermal resistance (thermal resistance and flow rate are inversely related). The relationship that the thermal resistance increases as the flow rate decreases can also be obtained from the Fourier equation. The Fourier equation is shown in Equation (2), and the relational expression of thermal resistance is shown in Equation (3). In general, the relationship between the amount of heat in the cooling fin, the flow rate, and the temperature difference between the input and output is expressed by equation (4). Equation (5) can be derived from Equations (2), (3), and (4), and it can be seen that the flow rate and thermal resistance are in an inversely proportional relationship.
Q=kA×ΔT/d…(2)
R=d/k…(3)
Q=0.07×L×ΔT…(4)
R×L=A/0.07…(5)
ここで、Qは熱量(W)、kは熱伝導率[W/mK]、Aは接触面積(m2)、ΔTはフィン入出力温度差(K)、dは接触距離(m)、Rは熱抵抗(K/W)、Lは流量(L/min)である。
Q = kA × ΔT / d (2)
R = d / k (3)
Q = 0.07 × L × ΔT (4)
R × L = A / 0.07 (5)
Here, Q is the amount of heat (W), k is the thermal conductivity [W / mK], A is the contact area (m 2 ), ΔT is the fin input / output temperature difference (K), d is the contact distance (m), R Is the thermal resistance (K / W), and L is the flow rate (L / min).
以上より、流量Lが下がると熱抵抗θf-wが大きくなる。よって、式(1)よりジャンクション温度Tjが大きくなり、この温度Tjがパワーデバイスの定格を超えると破損する恐れがある。 From the above, as the flow rate L decreases, the thermal resistance θ fw increases. Therefore, the junction temperature T j becomes larger than the expression (1), and if this temperature T j exceeds the rating of the power device, there is a fear of breakage.
しかしながら、前記の特許文献1では、以下の式(6)の関係より、流量Lが下がると熱抵抗θf-wが大きくなり、フィンの温度が上昇することを利用し、フィンに温度センサ等を接続してフィン温度を監視することで、流量低下や停止時に対する装置保護を行っていた。
However, in the above-mentioned
Tf=a×f×θf-w+Tw …(6)
ここで、Tfは冷却フィン温度、aはパワーデバイスの1回のスイッチ動作
当たりの損失(ジュール/1パルス)、fは動作周波数(Hz)、θf-wはフィン−冷却水間熱抵抗、Twは冷却水温度である。
Tf = a * f * thetaf-w + Tw ... (6)
Here, Tf is the cooling fin temperature, a is the loss per switch operation of the power device (Joule / one pulse), f is the operating frequency (Hz), θf-w is the fin-cooling water thermal resistance, Tw Is the cooling water temperature.
このため、従来の保護方式では、温度センサの反応時間(30秒程度)が遅く、特に流量低下や停止時に、温度センサが温度上昇を検出する前にパワーデバイスが破損する問題があった。 For this reason, in the conventional protection system, the reaction time (about 30 seconds) of the temperature sensor is slow, and there is a problem that the power device is damaged before the temperature sensor detects a temperature rise particularly when the flow rate is reduced or stopped.
また、流量上昇時においては、熱抵抗θf-wが小さくなるため発熱によりパワーデバイスが破損する恐れはないが、ラジエータや冷却フィン、冷却水を装置内に流すための冷却水配管などの冷却水流路系が潰食(かいしょく)により損傷する問題があった。 In addition, when the flow rate is increased, the thermal resistance θ fw is reduced, so there is no risk of damage to the power device due to heat generation, but a cooling water flow path such as a radiator, cooling fins, cooling water piping for flowing cooling water into the device, etc. There was a problem that the system was damaged by erosion.
本発明の目的は、パワーデバイスの過熱を高速に判定してその熱的破損から確実な保護ができ、さらには冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる半導体電力変換装置の冷却装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cooling device for a semiconductor power conversion device that can determine overheating of a power device at high speed and reliably protect against thermal damage, and can also prevent damage due to erosion of a cooling water flow path system. There is to do.
本発明は、前記の課題を解決するため、基本的には、パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量まで、流量センサで監視する冷却水流量が低下したことで、パワーデバイスの過熱を判定し、さらに監視する冷却水流量の異常上昇で冷却水流路系の潰食を判定するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention basically defines the temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance. The cooling water flow that is monitored by the flow sensor is reduced to the cooling water flow rate at which the junction temperature T j determined by the equation becomes equal to or greater than the maximum value T j (max), so that the overheating of the power device is determined and further monitoring is performed. The erosion of the cooling water flow path system is determined by an abnormal increase in the flow rate, and has the following configuration.
(1)半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
(1) A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water into the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
It is provided with a temperature suppression control circuit that suppresses an increase in the junction temperature of the power device when the cooling water flow detected by the flow sensor is reduced to a cooling water flow set below the cooling water flow setting device. And
(2)半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
(2) A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water through the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
A frequency-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current operating frequency of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
When the cooling water flow detected by the flow sensor falls below the cooling water flow set by the cooling water flow setter and the change coefficient of the frequency-loss conversion circuit, the junction temperature of the power device is increased. A temperature suppression control circuit is provided.
(3)半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
(3) A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water through the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
A main circuit voltage-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current main circuit voltage of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
When the cooling water flow detected by the flow sensor falls below the cooling water flow set by the cooling water flow setting device and the change coefficient of the main circuit voltage-loss conversion circuit, the junction temperature of the power device is reduced. A temperature suppression control circuit that suppresses the rise is provided.
(4)半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路と主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
(4) A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water into the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
A frequency-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current operating frequency of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
A main circuit voltage-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current main circuit voltage of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
When the cooling water flow rate detected by the flow rate sensor falls below the cooling water flow rate set by the cooling water flow rate setting device and changed by the change coefficient of the frequency-loss conversion circuit and the main circuit voltage-loss conversion circuit A temperature suppression control circuit that suppresses an increase in the junction temperature of the power device is provided.
(5)前記温度抑制制御回路は、パワーデバイスの1発目のスイッチング動作を記憶し、この1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制を許容する記憶回路を備えたことを特徴とする。 (5) The temperature suppression control circuit includes a storage circuit that stores the first switching operation of the power device and allows the increase in the junction temperature of the power device after the first switching operation. And
(6)前記温度抑制制御回路は、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけ、冷却水流量の低下検出をマスクするタイマ回路を備えたことを特徴とする。 (6) The temperature suppression control circuit includes a timer circuit that masks detection of a decrease in the cooling water flow rate for a predetermined time from a reset signal that is input when the semiconductor power converter apparatus is reset.
(7)前記温度抑制制御回路は、パワーデバイスの1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制を開始する記憶回路と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけ冷却水流量の低下検出をマスクするタイマ回路を備えたことを特徴とする。 (7) The temperature suppression control circuit includes a storage circuit that starts suppression of increase in the junction temperature of the power device after the first switching operation of the power device, and a reset signal that is input upon canceling the device error of the semiconductor power converter. A timer circuit that masks detection of a decrease in the coolant flow rate for a certain period of time is provided.
(8)前記温度抑制制御回路は、冷却水流量が冷却水流路系の潰食になる流量を超えたときはワーニング(危険予告)通知をし、この潰食に至る流量が一定時間を越えたときはパワーデバイスの動作停止・装置停止を行う冷却水流路系の潰食防止回路を備えたことを特徴とする。 (8) The temperature suppression control circuit issues a warning (danger notice) when the cooling water flow rate exceeds the flow rate that causes erosion of the cooling water flow path system, and the flow rate leading to this erosion has exceeded a certain time. In some cases, an anti-corrosion circuit for the cooling water passage system that stops the operation of the power device and stops the apparatus is provided.
以上のとおり、本発明によれば、パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量まで、流量センサで監視する冷却水流量が低下したことで、パワーデバイスの過熱を判定するため、従来の温度センサによるパワーデバイスの過熱検出遅れに比べて、流量センサによるパワーデバイスの過熱検出を高速にしてパワーデバイスを熱的破損から確実に保護することができる。 As described above, according to the present invention, the temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is determined. Since the cooling water flow rate monitored by the flow sensor has decreased until the cooling water flow rate reaches a maximum value T j (max), the overheating of the power device is detected by the conventional temperature sensor in order to determine overheating of the power device. As compared with the above, it is possible to detect the overheating of the power device by the flow rate sensor at high speed and to reliably protect the power device from thermal damage.
さらに、監視する冷却水流量の異常上昇で冷却水流路系の潰食を判定するため、冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。 Furthermore, since the erosion of the cooling water flow path system is determined based on the abnormal increase in the cooling water flow rate to be monitored, damage due to the erosion of the cooling water flow path system can be prevented.
(実施形態1)
図1は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。冷却対象とするパワーデバイス21はそのデバイスケースが冷却フィン22に面接触で取り付けられ、この冷却フィン22に冷却水が強制循環される。冷却フィン22の冷却水流路に流量センサ23を設け、冷却水流量を連続的に検出する。流量センサ23は、例えば、冷却水流路に翼車を介挿したタービン流量計とし、翼車の回転検出信号はアナログ電圧変換器24によりアナログ電圧信号に変換される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. The
コンパレータ25は、冷却水流量設定器26に設定するジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量設定値(アナログ電圧値)と、流量センサ23で検出される冷却水流量(アナログ電圧値)との大小を比較し、パワーデバイス21が熱的に破損する冷却水流量以下にまで低下したか否かを判定する。冷却水流量設定器26に設定する冷却水流量設定値は、前記の(1)式の関係から、冷却水流量によって大きく変化する冷却フィン−冷却水間熱抵抗θf-w(図24参照)と、ジャンクション温度最大値Tj(max)との間に下記(7)式の関係にあることを基にして予め求めておく。
The
(Tj(max)−Tw(max))/a×f−θj-c−θc-f<θf-w …(7)
コンパレータ25は、パワーデバイス21が熱的に破損するまで冷却水流量が低下した判定となる場合、温度抑制制御回路を起動してパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する。この温度抑制制御回路としては、具体的には、コンパレータ25の出力で、ANDゲート27の入力になるIGBT_ON信号発生器28の出力を抑止することで、パワーデバイス21のゲート駆動回路29の出力をオフに強制し、冷却水流量不足でパワーデバイス21が熱的に破損する前にそのスイッチング動作を停止させる。これと並行して、コンパレータ25の出力は半導体電力変換装置の使用ユーザにエラー信号発信やLED表示等で通知する。
(Tj (max) −Tw (max)) / a × f− θj −c−θc−f <θf−w (7)
When it is determined that the cooling water flow rate has decreased until the
なお、温度抑制制御回路としては、パワーデバイスのスイッチング動作を直ちに停止させる場合を示すが、冷却水流量の異常低下でスイッチング動作回数(動作周波数)を速やかに低減させることでもよい。 In addition, as a temperature suppression control circuit, although the case where the switching operation of a power device is stopped immediately is shown, the frequency | count of switching operation (operation frequency) may be reduced rapidly by the abnormal fall of a cooling water flow rate.
したがって、本実施形態によれば、パワーデバイスのジャンクション温度の過熱を冷却水流量の低下で監視するため、パワーデバイスの過熱を高速に判定してその熱的破損から確実な保護ができる。さらに、パワーデバイスを破損させないように、使用ユーザに異常通知を行うことで、半導体電力変換装置の運転状況の変化を報知できる。 Therefore, according to this embodiment, since the overheating of the junction temperature of the power device is monitored by the decrease in the flow rate of the cooling water, the overheating of the power device can be determined at a high speed and reliable protection from the thermal damage can be achieved. Furthermore, the change of the driving | running state of a semiconductor power converter device can be alert | reported by notifying a user using abnormality so that a power device may not be damaged.
(実施形態2)
図1の構成では、流量異常の判定は冷却制御回路の制御電源投入で直ちに開始される。しかし、パワーデバイスの発熱が始まるのはパワーデバイス21のオン/オフ制御が開始された後、すなわちIGBT_ON信号の出力が開始される主回路動作中のみである。このため、制御電源投入時点から主回路動作開始までの間に冷却水流量制御が所定値に達していないと、コンパレータ25で流量不足を検出してしまい、パワーデバイス21の制御を開始できなくなる。また、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、ユーザへ流量異常を発報してしまう。
(Embodiment 2)
In the configuration of FIG. 1, the determination of an abnormal flow rate is started immediately after the control power supply of the cooling control circuit is turned on. However, the heat generation of the power device starts only after the on / off control of the
本実施形態は上記の不都合を解消するもので、その構成を図2に示す。基本的な構成は、図1の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、SR型フリップフロップ等の記憶回路30を設け、IGBT_ON信号発生器28からの1発目のIGBT_ON信号出力を記憶回路30が記憶保持し、この保持出力をANDゲート27の第3の入力とすることで、パワーデバイスの1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ANDゲート31を設け、コンパレータ25の出力を記憶回路30の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
The present embodiment solves the above inconvenience, and its configuration is shown in FIG. The basic configuration is almost the same as the configuration of FIG. 1, but a
この構成により、流量異常の判定を制御電源投入後、IGBT_ON信号の1発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。 With this configuration, the flow rate abnormality determination is performed from the first turn of the IGBT_ON signal after the control power is turned on, so that the monitoring timing of the flow rate abnormality can be narrowed down after the first main circuit control start time after the control power is turned on, After that, if the abnormal flow is resolved, the control can be started. Also, even if there is a flow rate fluctuation after the control power is turned on, an abnormal flow rate is not reported erroneously.
(実施形態3)
前記のように、図1の構成では、流量異常の判定は冷却制御回路の制御電源投入で直ちに開始され、制御電源投入時点から主回路動作開始までの間に冷却水流量制御が所定値に達していないと、コンパレータ25で流量不足を検出し、パワーデバイス21の制御開始ができなくなると共に、ユーザへ流量異常を発報してしまう。
(Embodiment 3)
As described above, in the configuration of FIG. 1, the determination of the flow rate abnormality is started immediately when the control power of the cooling control circuit is turned on, and the coolant flow control reaches a predetermined value between the time when the control power is turned on and the start of the main circuit operation. If not, the
本実施形態は上記の不都合を解消するもので、その構成を図3に示す。基本的な構成は、図1の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されたときに、装置に入力されるリセット信号を利用して、そのリセット信号から一定時間(例えば数秒間)は、流量異常検出をマスクするタイマ回路32を設ける。タイマ回路32の出力はANDゲート27の第3の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけANDゲート27の抑止入力とする。また、タイマ回路32の出力はANDゲート31の入力をマスクし、コンパレータ25の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
The present embodiment solves the above inconvenience, and its configuration is shown in FIG. The basic configuration is almost the same as the configuration of FIG. 1, but the temperature suppression control circuit uses a reset signal that is input to the device when a device error release signal is issued by the user or the like. A
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や流量異常で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路32にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
With this configuration, when the cooling water flow rate changes instantaneously after the control power is turned on, there is no possibility of thermal damage to the power device. When the device error release signal is issued, a reset signal is input to the
(実施形態4)
本実施形態の構成を図4に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態1、2,3を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、冷却水流量設定器26で設定する冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御と、記憶回路30による1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制開始と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけタイマ回路32による冷却水流量の低下検出のマスクを可能とする。
(Embodiment 4)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration of the present embodiment is a combination of the first, second, and third embodiments. As a temperature suppression control circuit, the power is reduced when the cooling water flow
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のIGBT_ON信号の1発目かつリセット信号入力から一定時間(数秒間)後から開始する。 With this configuration, the protection operation by detecting the flow rate abnormality starts after the first IGBT_ON signal after the control power is turned on and after a certain time (several seconds) from the reset signal input.
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、1GBT_ON信号の1発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。 For example, when applied to a cooling device for a pulse power supply device for excimer laser, the supply of pulse current to the laser is started at the same time when the control power is turned on, so the cooling water flow rate fluctuates rapidly. Since the circuit operates, when monitoring is started from the first 1GBT_ON signal, the flow rate is not yet stable, and an abnormal flow rate may be reported.
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。 Therefore, in this embodiment, if there is a possibility that the flow rate may vary within the range where the device is not damaged even during the operation of the main circuit, a reset signal is input and masked at that timing, so that an erroneous flow rate is not detected. Information can be prevented.
(実施形態5)
本実施形態の構成を図5に示す。基本的な構成は、図1の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに潰食による損傷に至らないため、フィルタを設け、2段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング(危険予告)通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えたときは、異常通知をし、パワーデバイス動作停止・装置停止を行う。
(Embodiment 5)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration is substantially the same as the configuration of FIG. 1, but the temperature suppression control circuit is configured to prevent cooling water flow path system damage caused by erosion when the cooling water flow rate is abnormally increased. A circuit to monitor the upper limit of flow rate is added. However, a rise in the cooling water flow rate does not immediately cause damage due to erosion, so a filter is provided to protect the power supply in two stages. First, when the flow rate leading to the erosion of the cooling water flow path system is exceeded, a warning (risk notice) is first given, and neither the main circuit operation stop nor the device stop is performed. When the flow rate leading to this erosion exceeds a certain time, an abnormality is notified and the power device operation is stopped and the apparatus is stopped.
図5において、冷却水流量設定器33は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値(アナログ電圧値)を設定しておき、コンパレータ34は流量センサ23で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器33で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ35はコンパレータ34の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ORゲート36はコンパレータ25または34の判定結果でANDゲート27の入力を抑止する。また、コンパレータ34の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
In FIG. 5, the cooling water flow
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ35を設けることで、2段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
With this configuration, in addition to monitoring when the cooling water flow rate is abnormally decreased, monitoring is also performed when the cooling water flow rate exceeds the upper limit setting value. Damage due to erosion can also be prevented. Further, since the erosion does not occur immediately when the cooling water flow rate rises, the
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態2〜4に適用して同様の作用効果を得ることができる。 In addition, the protection function of the cooling water system and the power device due to the abnormal increase in the cooling water flow rate according to this embodiment can be applied to the second to fourth embodiments to obtain the same effects.
(実施形態6)
図6は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図1と異なる部分は、検出される冷却水流量の大小比較基準である冷却水流量設定値を、パワーデバイスの現在の動作周波数fと変化するパワーデバイスの1回のスイッチ動作当たりの損失で変化するパワーデバイスの単位時間当たりの現在の損失に応じて変更する流量−損失変換回路を設けた点にある。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. 1 is different from FIG. 1 in that the cooling water flow rate setting value, which is a comparison criterion of the detected cooling water flow rate, is changed with the current operating frequency f of the power device per switching operation of the power device. It is the point which provided the flow volume -loss conversion circuit changed according to the present loss per unit time of the power device which changes with loss .
この流量−損失変換回路は、具体的にはカウンタ41でIGBT_ON信号発生器28の出力をカウントすることで、パワーデバイス21の現在の動作周波数fとパワーデバイスの1回のスイッチ動作当たりの損失を変数とするパワーデバイス21の単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める。冷却水流量設定器42は、カウンタ41で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数で、ジャンクション温度がその最大値Tj(max)にまで上昇する冷却水流量設定値を変更する。この変更係数は、流量と動作周波数を変数としたテーブルデータとして予め設定しておくことでもよい。
Specifically, this flow rate -loss conversion circuit counts the current operating frequency f of the
したがって、本実施形態によれば、流量センサによる冷却水流量検出によるパワーデバイスの温度抑制制御の他に、動作周波数を基にして冷却水流量設定値を変更する周波数−損失変換回路を設けることで、パワーデバイス21が破損するまで流量が低下したことを判定するための冷却水流量設定値がパワーデバイス21の現在の損失に応じて変更され、高い動作周波数fのときは冷却水流量設定値を高く変更することでパワーデバイスが熱的な破損に至るまえに早期に検出してその確実な保護ができ、急激な温度変化によるパワーデバイスヘのケースや、ワイヤーボンディングヘのダメージも低減できる。
Therefore, according to the present embodiment, in addition to the temperature suppression control of the power device by detecting the coolant flow rate by the flow sensor, the frequency-loss conversion circuit that changes the coolant flow rate setting value based on the operating frequency is provided. The cooling water flow rate setting value for determining that the flow rate has decreased until the
逆に、低い動作周波数fのときは冷却水流量設定値を低く変更することで冷却水流量が低下した場合にもパワーデバイスが熱的な破損に至ることがなくなり、装置を運転停止することなくその動作を継続することができ、装置の動作可能領域をさらに広げることができる。この動作可能領域の拡大により、例えば、エキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。 Conversely, when the cooling water flow rate is lowered by changing the cooling water flow rate setting value at a low operating frequency f, the power device will not be thermally damaged, and the device will not be shut down. The operation can be continued, and the operable area of the apparatus can be further expanded. By expanding the operable region, for example, the downtime and the operating rate of a semiconductor manufacturing line using an excimer laser can be reduced.
(実施形態7)
図7は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図6と異なる部分は、温度抑制制御回路としては、SR型フリップフロップ等の記憶回路43を設け、IGBT_ON信号発生器28からの1発目のIGBT_ON信号出力を記憶回路43が記憶保持し、この保持出力をANDゲート27の第3の入力とすることで、パワーデバイスの1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ANDゲート44を設け、コンパレータ25の出力を記憶回路43の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
(Embodiment 7)
FIG. 7 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. 6 is different from FIG. 6 in that a
この構成により、流量異常の検出を制御電源投入後、IGBT_ON信号の1発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。 With this configuration, by detecting the flow rate abnormality after the control power is turned on and starting from the first IGBT_ON signal, the monitoring timing of the flow rate abnormality can be narrowed down after the first main circuit control start time after the control power is turned on, After that, if the abnormal flow is resolved, the control can be started. Also, even if there is a flow rate fluctuation after the control power is turned on, an abnormal flow rate is not reported erroneously.
(実施形態8)
図8は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。基本的な構成は、図6の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されたときに、装置に入力されるリセット信号を利用して、そのリセット信号から一定時間(例えば数秒間)は、流量異常検出をマスクするタイマ回路45を設ける。タイマ回路45の出力はANDゲート27の第3の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけANDゲート27の抑止入力とする。また、タイマ回路45の出力はANDゲート44の入力をマスクし、コンパレータ25の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
(Embodiment 8)
FIG. 8 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. The basic configuration is almost the same as the configuration of FIG. 6, but the temperature suppression control circuit uses a reset signal input to the device when a device error release signal is issued by the user or the like. A
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や装置停止で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路45にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
With this configuration, if the cooling water flow rate changes instantaneously after the control power is turned on, the control device or the device will stop due to a flow rate abnormality, even though there is no possibility of thermal damage to the power device. When the device error release signal is issued, a reset signal is input to the
(実施形態9)
本実施形態の構成を図9に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態6、7、8を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、冷却水流量設定器26で設定する冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御と、カウンタ41による動作周波数変化に応じた冷却水流量設定値の変更と、記憶回路43による1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制開始と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけタイマ回路45による冷却水流量の低下検出のマスクを可能とする。
(Embodiment 9)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration of the present embodiment is a combination of the sixth, seventh, and eighth embodiments. As a temperature suppression control circuit, power is reduced when the cooling water flow rate set by the cooling water flow
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のIGBT_ON信号の1発目かつリセット信号入力から一定時間(数秒間)後から開始する。 With this configuration, the protection operation by detecting the flow rate abnormality starts after the first IGBT_ON signal after the control power is turned on and after a certain time (several seconds) from the reset signal input.
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、1GBT_ON信号の1発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。 For example, when applied to a cooling device for a pulse power supply device for excimer laser, the supply of pulse current to the laser is started at the same time when the control power is turned on, so the cooling water flow rate fluctuates rapidly. Since the circuit operates, when monitoring is started from the first 1GBT_ON signal, the flow rate is not yet stable, and an abnormal flow rate may be reported.
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。 Therefore, in this embodiment, if there is a possibility that the flow rate may vary within the range where the device is not damaged even during the operation of the main circuit, a reset signal is input and masked at that timing, so that an erroneous flow rate is not detected. Information can be prevented.
(実施形態10)
本実施形態の構成を図10に示す。基本的な構成は、図6の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに破損に至らないため、フィルタを設け、2段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング(危険予告)通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えた場合は、異常通知をし、主回路動作停止・装置停止を行う。
(Embodiment 10)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration is substantially the same as the configuration of FIG. 6, but the temperature suppression control circuit is configured to prevent cooling water flow path system from being damaged due to erosion when the cooling water flow rate is abnormally increased. A circuit to monitor the upper limit of flow rate is added. However, because the cooling water flow rate does not cause immediate damage, a filter is provided to protect the power supply in two stages. First, when the flow rate leading to the erosion of the cooling water flow path system is exceeded, a warning (risk notice) is first given, and neither the main circuit operation stop nor the device stop is performed. When the flow rate leading to this erosion exceeds a certain time, an abnormality is notified, and the main circuit operation is stopped and the apparatus is stopped.
図10において、冷却水流量設定器46は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値(アナログ電圧値)を設定しておき、コンパレータ47は流量センサ23で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器46で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ48はコンパレータ47の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ORゲート49はコンパレータ25または47の判定結果でANDゲート27の入力を抑止する。また、コンパレータ47の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
In FIG. 10, the cooling water flow
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ48を設けることで、2段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
With this configuration, in addition to monitoring when the cooling water flow rate is abnormally decreased, monitoring is also performed when the cooling water flow rate exceeds the upper limit setting value. Damage due to erosion can also be prevented. In addition, since erosion does not occur immediately when the cooling water flow rate rises, it is not necessary to stop the power supply unnecessarily by providing a
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態7〜9に適用して同様の作用効果を得ることができる。 In addition, the protection function of the cooling water system and the power device due to the abnormal increase in the cooling water flow rate according to this embodiment can be applied to the seventh to ninth embodiments to obtain the same effects.
(実施形態11)
図11は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図1と異なる部分は、検出される冷却水流量の大小比較基準である冷却水流量設定値を、主回路電圧で変化するパワーデバイスの単位時間当たりの現在の損失に応じて変更する主回路電圧−損失変換回路を設けた点にある。
(Embodiment 11)
FIG. 11 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. 1 differs from FIG. 1 in that the cooling water flow rate setting value, which is a reference for comparing the detected cooling water flow rate, is changed according to the current loss per unit time of the power device, which varies with the main circuit voltage. The main circuit voltage-loss conversion circuit is provided.
この主回路電圧−損失変換回路51は、主回路電圧設定値またはその検出値からパワーデバイス21の単位時間当たりの現在の損失を求める。なお、主回路電圧とパワーデバイスの損失の関係は、設計や実験等であらかじめ求めておく。冷却水流量設定器52は、主回路電圧−損失変換回路51で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数で、ジャンクション温度がその最大値Tj(max)まで上昇する冷却水流量設定値を変更する。この変更係数は主回路電圧を変数としたテーブルデータとして予め設定しておくことでもよい。
The main circuit voltage-
したがって、本実施形態によれば、流量センサによる冷却水流量検出によるパワーデバイスの温度抑制制御の他に、主回路電圧を基にして冷却水流量設定値を変更する主回路電圧−損失変換回路を設けることで、パワーデバイス21が破損するまで流量が低下したことを判定するための冷却水流量設定値がパワーデバイス21の現在の損失に応じて変更され、高い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を高く変更することでパワーデバイスが熱的な破損に至るまえに早期に検出してその確実な保護ができ、急激な温度変化によるパワーデバイスヘのケースや、ワイヤーボンディングヘのダメージも低減できる。
Therefore, according to the present embodiment, in addition to the temperature suppression control of the power device by detecting the cooling water flow rate by the flow sensor, the main circuit voltage-loss conversion circuit that changes the cooling water flow rate setting value based on the main circuit voltage is provided. By providing, the cooling water flow rate setting value for determining that the flow rate has decreased until the
逆に、低い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を低く変更することで冷却水流量が低下した場合にもパワーデバイスが熱的な破損に至ることがなくなり、装置を運転停止することなくその動作を継続することができ、装置の動作可能領域をさらに広げることができる。この動作可能領域の拡大により、例えば、エキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。 Conversely, when the main circuit voltage is low, changing the cooling water flow rate setting value to a low value prevents the power device from being thermally damaged even when the cooling water flow rate is reduced, without shutting down the device. The operation can be continued, and the operable area of the apparatus can be further expanded. By expanding the operable region, for example, the downtime and the operating rate of a semiconductor manufacturing line using an excimer laser can be reduced.
(実施形態12)
図12は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図11と異なる部分は、温度抑制制御回路としては、SR型フリップフロップ等の記憶回路53を設け、IGBT_ON信号発生器28からの1発目のIGBT_ON信号出力を記憶回路53が記憶保持し、この保持出力をANDゲート27の第3の入力とすることで、パワーデバイスの1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ANDゲート54を設け、コンパレータ25の出力を記憶回路53の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
FIG. 12 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. 11 differs from FIG. 11 in that a
この構成により、流量異常の検出を制御電源投入後、IGBT_ON信号の1発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。 With this configuration, by detecting the flow rate abnormality after the control power is turned on and starting from the first IGBT_ON signal, the monitoring timing of the flow rate abnormality can be narrowed down after the first main circuit control start time after the control power is turned on, After that, if the abnormal flow is resolved, the control can be started. Also, even if there is a flow rate fluctuation after the control power is turned on, an abnormal flow rate is not reported erroneously.
(実施形態13)
図13は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。基本的な構成は、図11の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのリセット信号から一定時間(例えば数秒間)は、流量異常検出をマスクするタイマ回路55を設ける。タイマ回路55の出力はANDゲート27の第3の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけANDゲート27の抑止入力とする。また、タイマ回路55の出力はANDゲート54の入力をマスクし、コンパレータ25の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
(Embodiment 13)
FIG. 13 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. The basic configuration is almost the same as the configuration shown in FIG. 11, but as a temperature suppression control circuit, when a device error release signal is issued by a user or the like, a certain time (for example, several seconds) from the reset signal is issued. Provides a
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や運転停止で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路55にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
With this configuration, if the cooling water flow rate changes instantaneously after the control power is turned on, the control device or the operation stop due to a flow rate abnormality may occur depending on the user, etc., even though there is no possibility of thermal damage to the power device. When a device error release signal is issued, a reset signal is input to the
(実施形態14)
本実施形態の構成を図14に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態11、12、13を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、冷却水流量設定器26で設定する冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御と、主回路電圧−損失変換回路51による主回路電圧変化に応じた冷却水流量設定値の変更と、記憶回路53による1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制開始と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけタイマ回路55による冷却水流量の低下検出のマスクを可能とする。
(Embodiment 14)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration of the present embodiment is a combination of the eleventh, twelfth, and thirteenth embodiments, and the temperature suppression control circuit is powered when the cooling water flow rate is set below the cooling water flow rate set by the cooling water flow
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のIGBT_ON信号の1発目かつリセット信号入力から一定時間(数秒間)後から開始する。 With this configuration, the protection operation by detecting the flow rate abnormality starts after the first IGBT_ON signal after the control power is turned on and after a certain time (several seconds) from the reset signal input.
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、1GBT_ON信号の1発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。 For example, when applied to a cooling device for a pulse power supply device for excimer laser, the supply of pulse current to the laser is started at the same time when the control power is turned on, so the cooling water flow rate fluctuates rapidly. Since the circuit operates, when monitoring is started from the first 1GBT_ON signal, the flow rate is not yet stable, and an abnormal flow rate may be reported.
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。 Therefore, in this embodiment, if there is a possibility that the flow rate may vary within the range where the device is not damaged even during the operation of the main circuit, a reset signal is input and masked at that timing, so that an erroneous flow rate is not detected. Information can be prevented.
(実施形態15)
本実施形態の構成を図15に示す。基本的な構成は、図11の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに破損に至らないため、フィルタを設け、2段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング(危険予告)通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えた場合は、異常通知をし、主回路動作停止・装置停止を行う。
(Embodiment 15)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration is almost the same as the configuration shown in FIG. 11, but the temperature suppression control circuit uses cooling water in order to prevent damage caused by erosion of the cooling water flow path system when the cooling water flow rate rises abnormally. A circuit to monitor the upper limit of flow rate is added. However, because the cooling water flow rate does not cause immediate damage, a filter is provided to protect the power supply in two stages. First, when the flow rate leading to the erosion of the cooling water flow path system is exceeded, a warning (risk notice) is first given, and neither the main circuit operation stop nor the device stop is performed. When the flow rate leading to this erosion exceeds a certain time, an abnormality is notified, and the main circuit operation is stopped and the apparatus is stopped.
図15において、冷却水流量設定器56は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値(アナログ電圧値)を設定しておき、コンパレータ57は流量センサ23で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器56で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ58はコンパレータ57の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ORゲート59はコンパレータ25または57の判定結果でANDゲート27の入力を抑止する。また、コンパレータ57の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
In FIG. 15, the cooling water flow
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ58を設けることで、2段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
With this configuration, in addition to monitoring when the cooling water flow rate is abnormally decreased, monitoring is also performed when the cooling water flow rate exceeds the upper limit setting value. Damage due to erosion can also be prevented. In addition, since erosion does not occur immediately when the cooling water flow rate rises, the
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態12〜14に適用して同様の作用効果を得ることができる。 In addition, the protection function of the cooling water system and the power device due to the abnormal increase in the cooling water flow rate according to the present embodiment can be applied to the twelfth to fourteenth embodiments to obtain the same effects.
(実施形態16)
図16は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図1と異なる部分は、検出される冷却水流量の大小比較基準である冷却水流量設定値を、パワーデバイスの現在の動作周波数fおよび主回路電圧で変化するパワーデバイスの単位時間当たりの現在の損失に応じて変更する周波数−損失変換回路と主回路電圧−損失変換回路を設けた点にある。
(Embodiment 16)
FIG. 16 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. 1 is different from FIG. 1 in that the cooling water flow rate setting value, which is a comparison criterion of the detected cooling water flow rate, is changed by the current operating frequency f of the power device and the main circuit voltage per unit time of the power device. The frequency-loss conversion circuit and the main circuit voltage-loss conversion circuit which are changed according to the current loss are provided.
このうち、周波数−損失変換回路は、具体的にはカウンタ61でIGBT_ON信号発生器28の出力をカウントすることで、パワーデバイス21の現在の動作周波数fを変数とするパワーデバイス21の単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める。主回路電圧−損失変換回路62は、主回路電圧設定値またはその検出値からパワーデバイス21の単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める。なお、主回路電圧とパワーデバイスの損失の関係は、設計や実験等であらかじめ求めておくことができる。
Of these, the frequency-loss conversion circuit specifically counts the output of the
冷却水流量設定器63は、カウンタ61で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数と、主回路電圧−損失変換回路62で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数に応じて、ジャンクション温度がその最大値Tj(max)にまで上昇する冷却水流量設定値を変更する。この変更係数は動作周波数および主回路電圧を変数としたテーブルデータとして予め設定しておくことでもよい。
The cooling water flow
したがって、本実施形態によれば、流量センサによる冷却水流量検出によるパワーデバイスの温度抑制制御の他に、動作周波数を基にした周波数−損失変換回路、および主回路電圧を基にした主回路電圧−損失変換回路を設けることで、パワーデバイス21が破損するまで流量が低下したことを判定するための冷却水流量設定値がパワーデバイス21の現在の損失に応じて変更され、高い動作周波数fまたは高い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を高く変更することでパワーデバイスが熱的な破損に至るまえに早期に検出してその確実な保護ができ、急激な温度変化によるパワーデバイスヘのケースや、ワイヤーボンディングヘのダメージも低減できる。
Therefore, according to the present embodiment, in addition to the temperature suppression control of the power device by detecting the cooling water flow rate by the flow sensor, the frequency-loss conversion circuit based on the operating frequency and the main circuit voltage based on the main circuit voltage -By providing the loss conversion circuit, the cooling water flow rate setting value for determining that the flow rate has decreased until the
逆に、低い動作周波数fまたは低い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を低く変更することで冷却水流量が低下した場合にもパワーデバイスが熱的な破損に至ることがなくなり、装置を運転停止することなくその動作を継続することができ、装置の動作可能領域をさらに広げることができる。この動作可能領域の拡大により、例えば、エキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。 Conversely, when the operating frequency f is low or the main circuit voltage is low, the power device will not be thermally damaged even when the cooling water flow rate is lowered by changing the cooling water flow rate setting value to a low level. The operation can be continued without stopping the operation, and the operable range of the apparatus can be further expanded. By expanding the operable region, for example, the downtime and the operating rate of a semiconductor manufacturing line using an excimer laser can be reduced.
(実施形態17)
図17は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図16と異なる部分は、温度抑制制御回路としては、SR型フリップフロップ等の記憶回路64を設け、IGBT_ON信号発生器28からの1発目のIGBT_ON信号出力を記憶回路64が記憶保持し、この保持出力をANDゲート27の第3の入力とすることで、パワーデバイスの1発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ANDゲート65を設け、コンパレータ25の出力を記憶回路64の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
(Embodiment 17)
FIG. 17 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. 16 is different from FIG. 16 in that a
この構成により、流量異常の検出を制御電源投入後、IGBT_ON信号の1発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。 With this configuration, by detecting the flow rate abnormality after the control power is turned on and starting from the first IGBT_ON signal, the monitoring timing of the flow rate abnormality can be narrowed down after the first main circuit control start time after the control power is turned on, After that, if the abnormal flow is resolved, the control can be started. Also, even if there is a flow rate fluctuation after the control power is turned on, an abnormal flow rate is not reported erroneously.
(実施形態18)
図18は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。基本的な構成は、図16の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザからの装置エラー解除のときに、装置に入力されるリセット信号を利用して、そのリセット信号から一定時間(例えば数秒間)は、流量異常検出をマスクするタイマ回路66を設ける。タイマ回路66の出力はANDゲート27の第3の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけANDゲート27の抑止入力とする。また、タイマ回路66の出力はANDゲート65の入力をマスクし、コンパレータ25の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
(Embodiment 18)
FIG. 18 is a cooling control circuit diagram of the cooling device showing the present embodiment. The basic configuration is substantially the same as the configuration of FIG. 16, but the temperature suppression control circuit uses a reset signal input to the device when the device error is canceled by the user, and the reset signal
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や運転停止で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路66にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
With this configuration, if the cooling water flow rate changes instantaneously after the control power is turned on, the control device or the operation stop due to a flow rate abnormality may occur depending on the user, etc., even though there is no possibility of thermal damage to the power device. When a device error release signal is issued, a reset signal is input to the
(実施形態19)
本実施形態の構成を図19に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態16、17、18を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、主回路電圧−損失変換回路62による主回路電圧変化に応じた冷却水流量設定値の変更と、記憶回路64による1発目のIGBT_ON信号出力の記憶保持と、タイマ回路66によるリセット信号入力から一定時間のマスクを可能とする。
(Embodiment 19)
The configuration of the present embodiment is shown in FIG. The basic configuration of the present embodiment is a combination of the sixteenth, seventeenth, and eighteenth embodiments. As the temperature suppression control circuit, the coolant flow rate setting according to the main circuit voltage change by the main circuit voltage-
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のIGBT_ON信号の1発目かつリセット信号入力から一定時間(数秒間)後から開始する。 With this configuration, the protection operation by detecting the flow rate abnormality starts after the first IGBT_ON signal after the control power is turned on and after a certain time (several seconds) from the reset signal input.
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、1GBT_ON信号の1発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。 For example, when applied to a cooling device for a pulse power supply device for excimer laser, the supply of pulse current to the laser is started at the same time when the control power is turned on, so the cooling water flow rate fluctuates rapidly. Since the circuit operates, when monitoring is started from the first 1GBT_ON signal, the flow rate is not yet stable, and an abnormal flow rate may be reported.
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。 Therefore, in this embodiment, if there is a possibility that the flow rate may vary within the range where the device is not damaged even during the operation of the main circuit, a reset signal is input and masked at that timing, so that an erroneous flow rate is not detected. Information can be prevented.
(実施形態20)
本実施形態の構成を図20に示す。基本的な構成は、図16の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに破損に至らないため、フィルタを設け、2段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング(危険予告)通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えた場合は、異常通知をし、主回路動作停止・装置停止を行う。
(Embodiment 20)
The configuration of this embodiment is shown in FIG. The basic configuration is substantially the same as the configuration of FIG. 16, but the temperature suppression control circuit is configured to prevent cooling water flow path system from being damaged due to erosion when the cooling water flow rate is abnormally increased. A circuit to monitor the upper limit of flow rate is added. However, because the cooling water flow rate does not cause immediate damage, a filter is provided to protect the power supply in two stages. First, when the flow rate leading to the erosion of the cooling water flow path system is exceeded, a warning (risk notice) is first given, and neither the main circuit operation stop nor the device stop is performed. When the flow rate leading to this erosion exceeds a certain time, an abnormality is notified, and the main circuit operation is stopped and the apparatus is stopped.
図20において、冷却水流量設定器67は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値(アナログ電圧値)を設定しておき、コンパレータ68は流量センサ23で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器67で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ69はコンパレータ68の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ORゲート70はコンパレータ25または68の判定結果でANDゲート27の入力を抑止する。また、コンパレータ68の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
In FIG. 20, a cooling water flow
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ69を設けることで、2段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
With this configuration, in addition to monitoring when the cooling water flow rate is abnormally decreased, monitoring is also performed when the cooling water flow rate exceeds the upper limit setting value. Damage due to erosion can also be prevented. In addition, since erosion does not occur immediately when the cooling water flow rate rises, the
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態17〜19に適用して同様の作用効果を得ることができる。 In addition, the protection function of the cooling water system and the power device due to the abnormal increase in the cooling water flow rate according to the present embodiment can be applied to the seventeenth to nineteenth embodiments to obtain the same effects.
21 パワーデバイス
22 冷却フィン
23 流量センサ
24 アナログ電圧変換器
25、34、57、68 コンパレータ
26、33、42、46、52、56、63、67 冷却水流量設定器
28 IGBT_ON信号発生器
29 ゲート駆動回路
30、43、53、64 記憶回路
32、45、55、66 タイマ回路
35、58 フィルタ
41、61 カウンタ(周波数−損失変換回路)
51、62 主回路電圧−損失変換回路
21
51, 62 Main circuit voltage-loss conversion circuit
Claims (8)
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。 A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water through the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
It is provided with a temperature suppression control circuit that suppresses an increase in the junction temperature of the power device when the cooling water flow detected by the flow sensor is reduced to a cooling water flow set below the cooling water flow setting device. A cooling device for a semiconductor power converter.
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。 A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water through the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
A frequency-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current operating frequency of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
When the cooling water flow detected by the flow sensor falls below the cooling water flow set by the cooling water flow setter and the change coefficient of the frequency-loss conversion circuit, the junction temperature of the power device is increased. A cooling device for a semiconductor power conversion device, comprising a temperature suppression control circuit for suppressing the semiconductor power conversion device.
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。 A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water through the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
A main circuit voltage-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current main circuit voltage of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
When the cooling water flow detected by the flow sensor falls below the cooling water flow set by the cooling water flow setting device and the change coefficient of the main circuit voltage-loss conversion circuit, the junction temperature of the power device is reduced. A cooling device for a semiconductor power conversion device, comprising a temperature suppression control circuit for suppressing an increase.
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Tjが最大値Tj(max)以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路と主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。 A cooling device for bringing a power device of a main circuit of a semiconductor power converter into contact with a cooling fin and flowing cooling water through the cooling fin to protect the power device from thermal damage,
A flow rate sensor for detecting a flow rate of cooling water flowing in the cooling fin;
The temperature difference between the junction temperature of the power device and the cooling water temperature is determined as a relational expression between the temperature of each part of the cooling device and the thermal resistance, and the junction temperature T j determined by this relational expression is equal to or greater than the maximum value T j (max). A cooling water flow rate setting device for setting the cooling water flow rate, and
A frequency-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current operating frequency of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
A main circuit voltage-loss conversion circuit for obtaining a current loss per unit time from a current main circuit voltage of the power device, and obtaining a change coefficient of the cooling water flow rate set in the cooling water flow rate setting device based on the loss;
When the cooling water flow rate detected by the flow rate sensor falls below the cooling water flow rate set by the cooling water flow rate setting device and changed by the change coefficient of the frequency-loss conversion circuit and the main circuit voltage-loss conversion circuit A cooling device for a semiconductor power converter, comprising a temperature suppression control circuit for suppressing an increase in junction temperature of a power device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010116835A JP5521768B2 (en) | 2010-05-21 | 2010-05-21 | Semiconductor power converter cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010116835A JP5521768B2 (en) | 2010-05-21 | 2010-05-21 | Semiconductor power converter cooling device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011243888A JP2011243888A (en) | 2011-12-01 |
JP2011243888A5 JP2011243888A5 (en) | 2013-06-27 |
JP5521768B2 true JP5521768B2 (en) | 2014-06-18 |
Family
ID=45410212
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010116835A Active JP5521768B2 (en) | 2010-05-21 | 2010-05-21 | Semiconductor power converter cooling device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5521768B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113228444A (en) * | 2018-12-17 | 2021-08-06 | 西门子股份公司 | Deriving the flow rate in the coolant circuit |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2978871B1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-07-19 | Commissariat Energie Atomique | COOLING DEVICE PROVIDED WITH A THERMOELECTRIC SENSOR |
CN110875710B (en) * | 2018-08-29 | 2021-08-10 | 比亚迪股份有限公司 | Over-temperature protection method and device for power module in inverter and vehicle |
KR102214077B1 (en) * | 2018-11-27 | 2021-02-09 | 엘지전자 주식회사 | Generation system using engine and method for controlling the same |
JP6847158B2 (en) * | 2019-05-31 | 2021-03-24 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
DE102020133306B4 (en) * | 2020-12-14 | 2023-08-10 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method for controlling a charging device |
WO2023190776A1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | ニデック株式会社 | Power conversion device, estimate program, and estimate method |
CN115498853B (en) * | 2022-10-12 | 2024-05-24 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | Detection method for inlet valve flow protection function of flexible straight valve cold control protection system |
-
2010
- 2010-05-21 JP JP2010116835A patent/JP5521768B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113228444A (en) * | 2018-12-17 | 2021-08-06 | 西门子股份公司 | Deriving the flow rate in the coolant circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011243888A (en) | 2011-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5521768B2 (en) | Semiconductor power converter cooling device | |
JP5617211B2 (en) | Inverter unit cooling capacity measurement method | |
US8378599B2 (en) | Power transducer | |
JP5877856B2 (en) | Numerical control device with heat dissipation characteristic estimation unit | |
CN106374814B (en) | Motor driving device and detection method | |
JP2014187789A (en) | Motor drive device having abnormality detection function | |
WO2011108172A1 (en) | Inverter and overload protection method | |
KR100973369B1 (en) | Power converter and method of controlling the same | |
JP2006254574A (en) | Protective device of inverter | |
JP2007028741A (en) | Power converter and its management system | |
US10812009B2 (en) | Motor driving device and abnormal heat generation detecting method for motor driving device | |
JP6780390B2 (en) | Cooling abnormality detector | |
JP5486434B2 (en) | Power converter | |
JP6634361B2 (en) | Water supply unit | |
WO2020208726A1 (en) | Power conversion device | |
JP2008229644A (en) | Electric equipment | |
JP2008211964A (en) | Motor drive controller, hybrid system, and drive control method of motor drive controller | |
JP2011083152A (en) | Power converter | |
JP5659833B2 (en) | Flash discharge lamp lighting device | |
GB2525052A (en) | Motor drive and method of controlling a temperature of a motor drive | |
JP2008154435A (en) | Cogeneration generator | |
JP6619393B2 (en) | Power converter | |
JP2015167426A (en) | Control device, compressor, refrigerating machine and refrigerator | |
JP2009130223A (en) | Monitoring method for cooling fan, and monitoring apparatus for cooling fan | |
JP2021197844A (en) | Uninterruptible power device and control method of uninterruptible power device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130515 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130515 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130515 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140226 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140311 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140324 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Ref document number: 5521768 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |