JP6285299B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6285299B2
JP6285299B2 JP2014139572A JP2014139572A JP6285299B2 JP 6285299 B2 JP6285299 B2 JP 6285299B2 JP 2014139572 A JP2014139572 A JP 2014139572A JP 2014139572 A JP2014139572 A JP 2014139572A JP 6285299 B2 JP6285299 B2 JP 6285299B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
space
semiconductor
power supply
cooling air
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
Application number
JP2014139572A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016019324A (ja
Inventor
高明 原田
高明 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to JP2014139572A priority Critical patent/JP6285299B2/ja
Priority to PCT/JP2015/062422 priority patent/WO2016006300A1/ja
Priority to CN201580037403.6A priority patent/CN106664035B/zh
Publication of JP2016019324A publication Critical patent/JP2016019324A/ja
Priority to US15/371,560 priority patent/US10347561B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6285299B2 publication Critical patent/JP6285299B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/082—Grilles, registers or guards
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20145—Means for directing air flow, e.g. ducts, deflectors, plenum or guides
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/20554—Forced ventilation of a gaseous coolant
    • H05K7/20572—Forced ventilation of a gaseous coolant within cabinets for removing heat from sub-racks, e.g. plenum
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、半導体装置に関する。
一般に、半導体が収納された半導体ユニットで構成された半導体装置が知られている。半導体装置は、半導体を冷却するための冷却構造を備える。
例えば、半導体ユニットを風洞内に引き出し可能に多段積みし、風洞上部に強制風冷用のファンを取り付ける冷却装置において、各半導体ユニットの引き出しに応じて引き出し後の空所を閉鎖するシャッターを設けることが開示されている（特許文献１参照）。
特開平４−２１７３５３号公報
しかしながら、半導体ユニットを垂直方向に配置し、冷却ファンにより上部から冷却風を排気する半導体装置の場合、各段の半導体ユニットを冷却する冷却風の風速に差がでる。このため、各半導体ユニットの冷却効果にバラつきが生じ、半導体装置全体の冷却効率が悪くなる。
そこで、本発明の目的は、垂直方向に配置した各半導体ユニットに流れる冷却風の風速の差を減らす半導体装置を提供することにある。
本発明の観点に従った半導体装置は、盤形状の筐体と、前記筐体の上面から排気し、前記上面に設けられる冷却ファンと、前記冷却ファンよりも下にある空間を第１の空間と第２の空間に垂直方向に仕切り、前記冷却ファンにより発生する冷却風が前記第１の空間から前記第２の空間に通り抜ける複数の開口部がある仕切り板と、前記冷却風により冷却され、前記第１の空間に垂直方向に配置される複数の半導体ユニットと、前記仕切り板の前記複数の開口部の少なくとも１つに取り付けられ、前記冷却風の風速を制限するスリット板とを備える。
本発明によれば、垂直方向に配置した各半導体ユニットに流れる冷却風の風速の差を減らす半導体装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る無停電電源装置の構成を示す側方断面図。 本実施形態に係る無停電電源装置の電気回路を示す回路図。 本実施形態に係る仕切り板にスリット板が設けられた外形を示す外形図。 本実施形態に係る開口率５０％のスリット板を示す外形図。 本実施形態に係る開口率７０％のスリット板を示す外形図。 本実施形態に係る無停電電源装置に流れる冷却風のスリット板がない状態の風速シミュレーション結果を表す風速分布図。 本実施形態に係る無停電電源装置に流れる冷却風のスリット板がある状態の風速シミュレーション結果を表す風速分布図。
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る無停電電源装置１の構成を示す側方断面図である。図２は、本実施形態に係る無停電電源装置１の電気回路を示す回路図である。なお、ここでは、無停電電源装置について説明するが、冷却を必要とする半導体を用いる半導体装置であれば、どのようなものでもよい。また、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
無停電電源装置１は、強制風冷により半導体を冷却する半導体装置である。無停電電源装置１は、盤形状（直方体形状）の筐体ＣＨの内部に構成部品が収納された盤タイプで、ＵＬ(Underwriters Laboratories Inc.)認証が得られる構成である。無停電電源装置１は、通常時（正常時）は、商用電源などの交流電源２２から供給される交流電力により、負荷２３に電力を供給する。交流電源２２が停電すると、蓄電池２１から供給される直流電力により、負荷２３に電力を供給する。
図２を参照して、無停電電源装置１の回路について説明する。
無停電電源装置１は、チョッパ回路（チョッパユニット）２、三相分の電力変換回路（コンバータユニット）３，４，５、冷却ファン７、ダイオード整流器ＤＳＭ、三相分の入力側コンデンサＣ１、三相分の出力側コンデンサＣ２、４つの遮断器ＣＢ１，ＣＢ２Ｐ，ＣＢ２Ｎ，ＣＢ３、３つのリアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３、及び２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を備える。無停電電源装置１は、蓄電池２１、交流電源２２及び負荷２３とそれぞれ接続されている。無停電電源装置１は、交流電源２２と三相三線式で接続され、負荷２３と三相四線式で接続されている。
電力変換回路３〜５は、それぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相に対応して設けられている。電力変換回路３〜５は、コンバータ回路ＣＮとインバータ回路ＩＮの直流側同士が直流リンクで接続された回路である。交流電源２２から入力された交流電力は、遮断器ＣＢ１及びリアクトルＬ２を順次に介して、相毎に電力変換回路３〜５に入力される。電力変換回路３〜５は、入力された三相交流電力を直流電力に変換して、負荷２３に供給する三相交流電力に変換する。電力変換回路３〜５は、変換した三相交流電力をリアクトルＬ３及び遮断器ＣＢ３を順次に介して、負荷２３及び冷却ファン７に出力する。冷却ファン７の入力側には、スイッチＳＷ２が設けられている。無停電電源装置１の入力側の各相は、入力側コンデンサＣ１を介して、無停電電源装置１の出力側の中性点と接続されている。無停電電源装置１の出力側の各相は、出力側コンデンサＣ２を介して、無停電電源装置１の出力側の中性点と接続されている。
蓄電池２１は、交流電源２２の停電時に電力を供給するためのエネルギーを蓄える電池である。蓄電池２１から出力された直流電力は、停電時に、正極及び負極にそれぞれ設けられた２つの遮断器ＣＢ２Ｐ，ＣＢ２Ｎ及びリアクトルＬ１を順次に介して、チョッパ回路２に供給する。チョッパ回路２は、入力された直流電圧を調整して、電力変換回路３〜５のそれぞれの直流リンクに直流電力を供給する。蓄電池２１を充電する場合、ダイオード整流器ＤＳＭは、スイッチＳＷ１を介して交流電源２２から入力される三相交流電力を直流電力に変換して、チョッパ回路２に出力する。チョッパ回路２は、電力変換回路３〜５の直流リンク又はダイオード整流器ＤＳＭから入力された直流電力により、蓄電池２１を充電するように動作する。
図１を参照して、無停電電源装置１の盤内の構成について説明する。図１中の矢印は、冷却風の流れを示している。
無停電電源装置１の盤内には、チョッパユニット２、３つのコンバータユニット３〜５、制御ユニット６、冷却ファン７、コンデンサユニット８、２つの遮断器ユニット９，１０、及び３つのリアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３が実装されている。なお、この他にも、無停電電源装置１の盤内には、図２に示す電気回路を構成する素子及び機器などが実装されているが、ここでは省略する。
無停電電源装置１の内部は、大半の構成部品が実装された空間と、冷却風が通り抜ける風洞としての役割を持ち、リアクトルＬ１〜Ｌ３が実装された空間の２つの空間に分けられる。強制風冷用の冷却ファン７は、筐体ＣＨの上面（天井面）の背面側の空間に設けられている。無停電電源装置１の上部は、冷却ファン７が設けられている背面側の空間が前面側の空間よりも広い。無停電電源装置１の内部の大部分を占める下側の空間は、背面側の空間よりも前面側の空間の方が広い。無停電電源装置１の下側の空間は、前面側と背面側を仕切り板ＢＤで仕切られている。
チョッパユニット２及びコンバータユニット３〜５（以下、「半導体ユニット２〜５」という。）は、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)等のスイッチング素子１１で構成される電気回路を備える。スイッチング素子１１は、発熱量が多く、特に冷却を必要とする半導体である。スイッチング素子１１は、薄板形状である。スイッチング素子１１は、スイッチング素子１１を冷却する冷却フィン１２の上面に設けられている。スイッチング素子１１及び冷却フィン１２は、半導体ユニット２〜５の背面側に実装されている。半導体ユニット２〜５は、前面側から背面側に冷却風が通り抜ける構造である。冷却フィン１２が冷却風により冷却されることで、スイッチング素子１１が冷却される。
半導体ユニット２〜５は、全てほぼ同形状であり、奥行き及び幅に比べて高さが短い（低い）直方体形状である。半導体ユニット２〜５は、無停電電源装置１の前面側で下側の空間に設けられている。半導体ユニット２〜５の奥行きは、無停電電源装置１の前面の内側から仕切り板ＢＤまでの長さよりも１回り小さい長さである。従って、半導体ユニット２〜５の前面は、盤内の前面に近接（又は接触）し、半導体ユニット２〜５の背面は、仕切り板ＢＤに近接（又は接触）している。
半導体ユニット２〜５は、多段積みされるように垂直方向に配置されており、各ユニット２〜５間には、少し隙間がある。最下段にあるコンバータユニット５は、無停電電源装置１の底面に接触するように設置されている。コンバータユニット４は、コンバータユニット５の上に設置されている。コンバータユニット３は、コンバータユニット４の上に設置されている。半導体ユニット２〜５のうち最上段にあるチョッパユニット２は、コンバータユニット３の上に設置されている。
コンデンサユニット８は、図２に示す入力側コンデンサＣ１及び出力側コンデンサＣ２が収納されたユニットである。コンデンサユニット８は、半導体ユニット２〜５とほぼ同形状である。コンデンサユニット８は、チョッパユニット２の上に設置されている。
制御ユニット６は、無停電電源装置１の制御を行う基板等が実装されたユニットである。制御ユニット６は、コンデンサユニット８の上の前面側に設置されている。
遮断器ユニット９は、図２に示す２つの遮断器ＣＢ２Ｐ，ＣＢ２Ｎが収納されたユニットである。遮断器ユニット９は、コンデンサユニット８の上の背面側に設置されている。
遮断器ユニット１０は、図２に示す２つの遮断器ＣＢ１，ＣＢ３が収納されたユニットである。遮断器ユニット１０は、冷却ファン７が設けられている空間の前面側に隣接する空間に設けられている。
リアクトルＬ１〜Ｌ３は、半導体ユニット２〜５が実装されている空間の背面側にある仕切り板ＢＤを隔てた空間に設置されている。リアクトルＬ１〜Ｌ３は、長手方向が垂直方向の直方体形状又は円柱形状である。リアクトルＬ１〜Ｌ３は、垂直方向に積み重なるように配置されている。リアクトルＬ１〜Ｌ３が設置されている空間は、半導体ユニット２〜５が実装されている空間から排出された冷却風が上昇して、冷却ファン７に流れる風洞となる。
冷却風の吸気口Ｋｉは、無停電電源装置１の前面の下部に、下から３つの半導体ユニット（コンバータユニット）３〜５が位置する箇所に設けられている。仕切り板ＢＤの開口部Ｋ１〜Ｋ４は、各半導体ユニット２〜５のそれぞれの背面に位置する部分に対応して設けられている。前面の吸気口Ｋｉから取り込まれた冷却風は、各半導体ユニット２〜５を冷却フィン１２を冷却するように通り抜け、仕切り板ＢＤの各開口部Ｋ１〜Ｋ４から無停電電源装置１の背面側の空間に排出される。背面側の空間に排出された冷却風は、上向きに流れ、無停電電源装置１の上面に設けられた冷却ファン７から排気される。
図３は、本実施形態に係る仕切り板ＢＤにスリット板ＳＬ１，ＳＬ２が設けられた外形を示す外形図である。図４は、開口率５０％のスリット板ＳＬ１を示す外形図である。図５は、開口率７０％のスリット板ＳＬ２を示す外形図である。ここで、開口率は、スリット板が設けられていない状態の開口部Ｋ１〜Ｋ４の開口率を１００％とした割合である。
仕切り板ＢＤに設けられた開口部Ｋ１〜Ｋ４のうち１番上にある開口部Ｋ１と一番したにある開口部Ｋ４にはスリット板が設けられていない。即ち、これらの開口部Ｋ１，Ｋ４の開口率は、１００％である。上から２番目にある開口部Ｋ２には、開口率５０％のスリット板ＳＬ１が取り付けられている。上から３番目にある開口部Ｋ３には、開口率７０％のスリット板ＳＬ２が取り付けられている。スリット板ＳＬ１，ＳＬ２の開口率は、スリットＳＳの数により調整される。なお、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２の開口率は、スリットＳＳの大きさで調整してもよい。
図６は、本実施形態に係る無停電電源装置１に流れる冷却風のスリット板ＳＬ１，ＳＬ２がない状態の風速シミュレーション結果を表す風速分布図である。図７は、本実施形態に係る無停電電源装置１に流れる冷却風のスリット板ＳＬ１，ＳＬ２がある状態の風速シミュレーション結果を表す風速分布図である。
図６及び図７を参照して、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を取り付け箇所及び開口率を決定する方法について説明する。なお、ここでは、コンピュータによるシミュレーションを行うことで、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を決定する方法について説明するが、シミュレーションではなく、冷却風の風速を実測してもよいし、経験的に決定してもよいし、その他の方法で決定してもよい。
スリット板ＳＬ１，ＳＬ２がない状態では、各半導体ユニット２〜５に流れる冷却風の風速には、バラつきがある。冷却ファン７が無停電電源装置１の上部に取り付けられているため、原則として上の方が静圧は高くなる。即ち、上の方が冷却風の風速が速くなる。但し、１番上に位置するチョッパユニット２は、吸気口Ｋｉが自身の高さよりも少し下の位置にある。これに対し、他のコンバータユニット３〜５は、それぞれの高さの位置に吸気口Ｋｉがある。従って、コンバータユニット３〜５を流れる冷却風は、それぞれのコンバータユニット３〜５の前面側から背面側に一直線上に通り抜ける。これに対し、チョッパユニット２を流れる冷却風は、少し下側から斜め上方向に盤内に取り込まれてからチョッパユニット２を通り抜ける。即ち、チョッパユニット２を流れる冷却風は、一直線上には流れない（図１参照）。従って、チョッパユニット２は、コンバータユニット３よりも上に位置するが、チョッパユニット２を流れる冷却風は、コンバータユニット３を流れる冷却風よりも風速が遅くなる。
図６を参照すると、上から２つ目の半導体ユニット３を流れる冷却風の風速が一番速いため、半導体ユニット３の背面側に位置する開口部Ｋ２に開口率５０％のスリット板ＳＬ１を取り付ける。上から３つ目の半導体ユニット４に位置する開口部Ｋ３には、開口部Ｋ２に取り付けられたスリット板ＳＬ１よりも開口率が高い開口率７０％のスリット板ＳＬ２を取り付ける。一番上の半導体ユニット２と一番下の半導体ユニット５のそれぞれに位置する開口部Ｋ１，Ｋ２にはスリット板を取り付けない。即ち、これらの開口部Ｋ１，Ｋ４は、開口率１００％となる。開口部Ｋ１〜Ｋ４の開口率が低いほど、開口部Ｋ１〜Ｋ４を通り抜ける冷却風の風速が制限される。
この状態で、冷却風の風速シミュレーションを行うと、図７に示すようになる。図７に示す風速シミュレーション結果では、各半導体ユニット２〜５に流れる冷却風は、ほぼ均一の風速で流れている。従って、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２は、この状態で取り付けることに決定する。もし、各半導体ユニット２〜５に流れる冷却風にバラつきがあるようであれば、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２の開口率を変更したり、新たにスリット板を設けたりすることで、各開口部Ｋ１〜Ｋ４の開口率を調整する。この調整を全ての半導体ユニット２〜５に流れる冷却風が均一になるまで繰り返す。
本実施形態によれば、仕切り板ＢＤに設けられた開口部Ｋ１〜Ｋ４に開口率を変えるスリット板ＳＬ１，ＳＬ２を設けることで、開口部Ｋ１〜Ｋ４を通過する冷却風の風速を制限（調整）することができる。これにより、各半導体ユニット２〜５に流れる冷却風の風速を均一にして、半導体ユニット２〜５の冷却効率を向上させることができる。
例えば、全ての半導体ユニット２〜５が十分に冷却されるようにするには、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いずに、最も冷却風が遅い半導体ユニット５が十分に冷却されるように、冷却ファン７を選定することが考えられる。この場合、最も速い冷却風が流れる半導体ユニット３には、必要以上に速い冷却風が流れる。即ち、冷却ファン７は、余分なエネルギーを消費していることになる。これに対して、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いて、各半導体ユニット２〜５に流れる冷却風の風速を均一にすることで、必要以上に冷却風が速く流れる半導体ユニット２〜５を無くすことができる。従って、前述のスリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いない場合と比較して、容量の小さい冷却ファン７を選定することができる。これにより、無停電電源装置１の盤内を効率よく冷却し、無停電電源装置１の製造コストを低減することができる。
また、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いずに、各半導体ユニット２〜５のそれぞれの冷却フィン１２の形状を変えて、各冷却風の風速を均一にすることが考えられる。しかし、この場合は、コンバータユニット３〜５の冷却フィン１２の形状がそれぞれ異なる形状になり、各コンバータユニット３〜５を取り付け位置毎に構成を変える必要がある。これに対し、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いることで、各コンバータユニット３〜５の構成を取り付け位置に関係なく共通にすることができる。各コンバータユニット３〜５の構成を共通にすることで、無停電電源装置１の生産性が向上し、製造コストを低減することができる。
さらに、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いずに、各半導体ユニット２〜５が実装されている空間の寸法（例えば、奥行き）を各半導体ユニット２〜５に流れる冷却風の風速が均一になるように変更することが考えられる。この場合、無停電電源装置１の盤内に空間の寸法を変更できるだけの余裕がなければならず、また、筐体ＣＨの大幅な変更を伴う可能性がある。
また、無停電電源装置１の仕様変更に伴って改造をする場合、改造後も各半導体ユニット２〜５が十分に冷却されるようにしなければならない。しかし、無停電電源装置１の周波数又は定格電圧が変更になる場合、必ずしも各半導体ユニット２〜５が改造前と同様に冷却できるとは限らない。従って、改造後の無停電電源装置１において、各半導体ユニット２〜５の冷却能力を検証する必要がある。
もし、改造後の無停電電源装置１において、半導体ユニット２〜５のうち１つでも十分に冷却できないものがあった場合、無停電電源装置１を再度改造する必要がある。ここで、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いれば、簡単に、各半導体ユニット２〜５の冷却風を個別に調整でき、各半導体ユニット２〜５の冷却能力を容易に変更することができる。一方、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を用いずに、各半導体ユニット２〜５の冷却能力を変更する改造をしようとすると、盤内の構造又は機器の配置を変えたり、各半導体ユニット２〜５の冷却フィン１２の形状を変えたりしなければならない。これは、スリット板ＳＬ１，ＳＬ２を取り付ける場合と比較して改造コストが高くなる。
さらに、本実施形態では、半導体ユニット２〜５の冷却について主に説明したが、制御ユニット６及びコンデンサユニット８などの他の機器及びユニットについても、実施形態で説明した構成にすることで、十分に冷却することができる。
なお、実施形態では、四段積みの半導体ユニット２〜５の構成について説明したが、二段以上の多段積みの半導体ユニットであれば、半導体ユニットはいくつでもよい。また、仕切り板ＢＤの開口部Ｋ１〜Ｋ４は、半導体ユニット２〜５に対応して設けたが、必ずしもそれぞれ半導体ユニット２〜５に対応して設けられていなくてもよい。開口部Ｋ１〜Ｋ４を半導体ユニット２〜５に対応して設けることで、各半導体ユニット２〜５の冷却能力を調整し易くすることができる。また、２以上の開口部が設けられていれば、いくつの開口部が設けられていてもよい。開口部が２つの場合、一方の開口部にスリット板を取り付けることで、２つの開口部を通り抜ける冷却風の風速の差を減らすことができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１…無停電電源装置、２…チョッパユニット、３〜５…コンバータユニット、６…制御ユニット、７…冷却ファン、８…コンデンサユニット、９，１０…遮断器ユニット、１１…スイッチング素子、１２…冷却フィン、ＢＤ…仕切り板、ＣＨ…筐体、Ｋ１〜Ｋ４…開口部、Ｋｉ…吸気口、Ｌ１〜Ｌ３…リアクトル、ＳＬ１，ＳＬ２…スリット板

Claims (5)

  1. 盤形状の筐体と、
    前記筐体の上面から排気し、前記上面に設けられる冷却ファンと、
    前記冷却ファンよりも下にある空間を第１の空間と第２の空間に垂直方向に仕切り、前記冷却ファンにより発生する冷却風が前記第１の空間から前記第２の空間に通り抜ける複数の開口部がある仕切り板と、
    前記冷却風により冷却され、前記第１の空間に垂直方向に配置される複数の半導体ユニットと、
    前記仕切り板の前記複数の開口部の少なくとも１つに取り付けられ、前記冷却風の風速を制限するスリット板と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記複数の開口部のうち少なくとも１つは、前記スリット板を取り付けないこと
    を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記スリット板は、複数備え、互いに開口率が異なること
    を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記仕切り板の前記複数の開口部は、前記半導体ユニットに対応して設けられること
    を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  5. 盤形状の筐体の上面から排気する冷却ファンを前記上面に設け、
    前記冷却ファンよりも下にある空間を第１の空間と第２の空間に垂直方向に仕切り板により仕切り、
    前記仕切り板に、前記冷却ファンにより発生する冷却風が前記第１の空間から前記第２の空間に通り抜ける複数の開口部を設け、
    前記仕切り板の前記複数の開口部の少なくとも１つに、前記冷却風の風速を制限するスリット板を取り付けること
    を含むことを特徴とする半導体装置の冷却方法。
JP2014139572A 2014-07-07 2014-07-07 半導体装置 Active JP6285299B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014139572A JP6285299B2 (ja) 2014-07-07 2014-07-07 半導体装置
PCT/JP2015/062422 WO2016006300A1 (ja) 2014-07-07 2015-04-23 半導体装置
CN201580037403.6A CN106664035B (zh) 2014-07-07 2015-04-23 半导体装置
US15/371,560 US10347561B2 (en) 2014-07-07 2016-12-07 Semiconductor apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014139572A JP6285299B2 (ja) 2014-07-07 2014-07-07 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016019324A JP2016019324A (ja) 2016-02-01
JP6285299B2 true JP6285299B2 (ja) 2018-02-28

Family

ID=55063945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014139572A Active JP6285299B2 (ja) 2014-07-07 2014-07-07 半導体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10347561B2 (ja)
JP (1) JP6285299B2 (ja)
CN (1) CN106664035B (ja)
WO (1) WO2016006300A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6701794B2 (ja) * 2016-02-22 2020-05-27 富士電機株式会社 電源装置
JP2018029443A (ja) * 2016-08-18 2018-02-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換盤ならびにそれを備えるインバータ装置、無停電電源装置およびパワーコンディショナ
CN108733175B (zh) * 2017-04-17 2021-05-07 伊姆西Ip控股有限责任公司 机架以及用于机架的散热装置
TWI658776B (zh) * 2017-11-27 2019-05-01 宏碁股份有限公司 電子裝置的散熱系統
US10613595B2 (en) * 2017-12-28 2020-04-07 Bojan Plavsic Enclosure for cryptocurrency mining rigs
JP7047400B2 (ja) 2018-01-25 2022-04-05 富士電機株式会社 電力変換装置
JP6970045B2 (ja) * 2018-03-23 2021-11-24 株式会社日立インダストリアルプロダクツ 電力変換装置
JPWO2020110202A1 (ja) * 2018-11-27 2021-02-15 東芝三菱電機産業システム株式会社 半導体装置
JP7389342B2 (ja) * 2020-01-20 2023-11-30 キョーラク株式会社 フィラメントの製造方法
JP7115500B2 (ja) * 2020-03-18 2022-08-09 富士電機株式会社 無停電電源装置および無停電電源装置用制御装置
US11690195B2 (en) * 2020-09-11 2023-06-27 Abb Schweiz Ag Power semiconductor cooling system
WO2022235631A1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Vertiv Corporation Electronic equipment cabinets with configurable air plenums

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3649430A (en) * 1965-10-21 1972-03-14 American Cyanamid Co Vibration damping laminates
JPS52136358A (en) * 1976-05-10 1977-11-15 Hitachi Ltd Mounting rack
JPS6017938A (ja) * 1983-07-11 1985-01-29 Hitachi Ltd 冷却フアン装置
SE456547B (sv) * 1984-12-07 1988-10-10 Ericsson Telefon Ab L M Anordning vid kylning av kretskort
JPS61267398A (ja) * 1985-05-22 1986-11-26 株式会社日立製作所 電子装置の冷却構造
JPH04217353A (ja) 1990-12-18 1992-08-07 Fuji Electric Co Ltd 多段積み半導体ユニットの冷却装置
US5744213A (en) * 1995-08-25 1998-04-28 Soltech. Inc. Enclosure panel with herringbone aperture pattern
US5684674A (en) * 1996-01-16 1997-11-04 Micronics Computers Inc. Circuit board mounting brackets with convective air flow apertures
DE19755944C2 (de) * 1997-12-16 2000-01-13 Siemens Ag Anordnung zum Kühlen von elektrischen Baugruppen
US6554697B1 (en) * 1998-12-30 2003-04-29 Engineering Equipment And Services, Inc. Computer cabinet design
US6034870A (en) * 1999-01-27 2000-03-07 Sun Microsystems, Inc. Computer system having a highly efficient forced air cooling subsystem
US6272012B1 (en) * 2000-02-03 2001-08-07 Crystal Group Inc. System and method for cooling compact PCI circuit cards in a computer
US6557357B2 (en) * 2000-02-18 2003-05-06 Toc Technology, Llc Computer rack heat extraction device
DE10136457B4 (de) * 2001-07-26 2005-02-03 Rittal Gmbh & Co. Kg Schaltschrank mit einer an der Frontseite angebrachten Schranktür und einer als Schranktür ausgebildeten Rückwand
US6735079B2 (en) * 2002-09-24 2004-05-11 Wistron Corporation Heat dissipation apparatus
JP2005019562A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Hitachi Ltd 電子機器の冷却構造
JP4322637B2 (ja) * 2003-11-20 2009-09-02 株式会社日立製作所 ディスクアレイ装置
US7508663B2 (en) * 2003-12-29 2009-03-24 Rackable Systems, Inc. Computer rack cooling system with variable airflow impedance
US7652891B2 (en) * 2004-12-06 2010-01-26 Radisys Corporation Airflow control system
US7286345B2 (en) * 2005-02-08 2007-10-23 Rackable Systems, Inc. Rack-mounted air deflector
US7215552B2 (en) * 2005-03-23 2007-05-08 Intel Corporation Airflow redistribution device
JP2007011931A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Hitachi Ltd 記憶制御装置
US7438638B2 (en) * 2005-10-10 2008-10-21 Chatsworth Products, Inc. Ratio of open area to closed area in panels for electronic equipment enclosures
JP4857889B2 (ja) * 2006-04-26 2012-01-18 株式会社明電舎 電力変換装置の冷却、防音構造
CN200969073Y (zh) * 2006-11-13 2007-10-31 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电脑机箱
US7808792B2 (en) * 2007-12-18 2010-10-05 Juniper Networks, Inc. Single fan tray in a midplane architecture
US7909902B2 (en) * 2008-06-12 2011-03-22 International Business Machines Corporation Modified hexagonal perforated pattern
JP5150569B2 (ja) * 2009-06-30 2013-02-20 株式会社日立製作所 電力変換装置・電力変換ユニットおよび電力変換ユニットの設計方法
JP5309089B2 (ja) * 2010-06-25 2013-10-09 株式会社日立製作所 電力変換装置および電力変換ユニットの冷却方法
CN102480874B (zh) * 2010-11-23 2016-03-23 赛恩倍吉科技顾问（深圳）有限公司 电子设备的机箱
CN102478927B (zh) * 2010-11-25 2016-09-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 服务器机柜
TW201223390A (en) * 2010-11-25 2012-06-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Server cabinet
TW201222205A (en) * 2010-11-25 2012-06-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Server cabinet
TW201232223A (en) * 2011-01-26 2012-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electronic equipment
JP5712812B2 (ja) * 2011-06-22 2015-05-07 富士通株式会社 コンピュータシステムおよびコンピュータシステムの動作方法
JP5977069B2 (ja) * 2011-07-08 2016-08-24 日本電波工業株式会社 恒温槽付水晶発振器の温度制御回路
US20130088833A1 (en) * 2011-10-05 2013-04-11 International Business Machines Corporation Flexible air duct for equipment cooling
JP5648188B2 (ja) * 2011-12-16 2015-01-07 株式会社日立産機システム インバータ制御盤
KR20150025755A (ko) * 2013-08-30 2015-03-11 엘에스산전 주식회사 인버터 냉각장치
KR20170014071A (ko) * 2015-07-28 2017-02-08 엘에스산전 주식회사 냉각 효과를 균일화한 전력전자 기기 외함

Also Published As

Publication number Publication date
US10347561B2 (en) 2019-07-09
CN106664035B (zh) 2020-01-03
US20170084516A1 (en) 2017-03-23
CN106664035A (zh) 2017-05-10
WO2016006300A1 (ja) 2016-01-14
JP2016019324A (ja) 2016-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6285299B2 (ja) 半導体装置
JP6843972B2 (ja) 充電パイル
CN104638944B (zh) 一种逆变器
JP6088157B2 (ja) 配電盤及びその冷却方法
JP2011160594A (ja) 電力変換装置
JP2006166689A (ja) モジュール式電力コンバータ組立部品
KR20120072945A (ko) 인버터 스택
ES2790424T3 (es) Inversor de múltiples niveles
US10720880B2 (en) Photovoltaic inverter
US20140247539A1 (en) Enclosure for electrical distribution equipment and electrical distribution apparatus employing the same
JP2012009636A (ja) 電力変換装置および電力変換ユニットの冷却方法
US10615715B2 (en) Power conversion device, cooling structure, power conversion system, and power supply device
JP6074346B2 (ja) 配電盤装置
JP2006262623A (ja) 電力変換ユニットおよび電力変換装置
JP6296303B2 (ja) 半導体電力変換装置
JP2012157138A (ja) 電力変換装置のスタック構造
JP5525934B2 (ja) 自冷式電力変換装置
JP6424333B2 (ja) 電力変換装置
JPH11220887A (ja) 電力変換装置
JP2003259657A (ja) 電力変換装置
JP2003259658A (ja) 電力変換装置
JP2021151052A (ja) 無停電電源装置用制御装置
JP2020077818A (ja) 半導体装置
JP6345579B2 (ja) パワーコンディショナ
KR20230125020A (ko) 무정전 전원 장치

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20170512

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170519

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170621

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: 20180130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6285299

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250