JPH04255469A - Heat pipe type semiconductor stack - Google Patents

Heat pipe type semiconductor stack

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JPH04255469A
JPH04255469A JP1803791A JP1803791A JPH04255469A JP H04255469 A JPH04255469 A JP H04255469A JP 1803791 A JP1803791 A JP 1803791A JP 1803791 A JP1803791 A JP 1803791A JP H04255469 A JPH04255469 A JP H04255469A
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heat
heat pipe
pipe type
snubber
boiling
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Abstract

PURPOSE:To increase heat time constant and improve heat cooling efficiency by sharing these boiling blocks, noticing that the semiconductor elements for power conversion and for flywheel diode generate heat alternately. CONSTITUTION:Flywheel diodes(FD) 2, which are connected in inverse parallel with the gate turn-off thyristors(GTO) 1 constituting an arm circuit, are arranged on one side of a boiling block(BB) 7. Separate GTO1' and FE2' are put side by side on the other side of the BB 7. Now, in heating of GTO1 and 1', the BB 7 receives heat, and the heat is conveyed to a heat radiating part 10 by the heat pipe(HP) 12 of a heat pipe type cooler(HC) 6. Moreover, the same occurs in heating of FD2 and 2'. Accordingly, average heat load is applied to the HC 6, and BB 7 receives the heating value suitable for the cooling capacity, and the HP 12 also conveys the heating value suitable for the heat conveying capacity, and the heat radiating part 10 also radiates heating value suitable for the heating capacity.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[発明の目的][Object of the invention]

【0002】0002

【産業上の利用分野】この発明は、例えば電力用半導体
素子を使用したインバータのような電力変換装置に用い
るヒートパイプ式半導体スタックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pipe type semiconductor stack used in a power conversion device such as an inverter using power semiconductor elements.

【0003】0003

【従来の技術】例えばインバータのような電力変換装置
に用いられる半導体素子は、その半導体素子自体の発熱
を効率良く大気へ放散する冷却器を必要とする。そして
、その冷却器の種類は、半導体素子の発熱量の違いによ
り異なり、放熱フィンのフィン間の空気の自然対流によ
り冷却を行う自然冷却方式、放熱フィンをブロアなどに
より強制的に冷却する強制風冷方式、冷媒の気液相変化
の際の熱輸送を利用した沸騰冷却方式などが用いられて
いる。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices used in power converters such as inverters require coolers that efficiently dissipate the heat generated by the semiconductor devices to the atmosphere. The type of cooler differs depending on the amount of heat generated by the semiconductor element.The natural cooling method uses natural convection of air between the radiating fins, and the forced air cooling method uses a blower to forcibly cool the radiating fins. Cooling methods, boiling cooling methods that utilize heat transport during the gas-liquid phase change of the refrigerant, etc. are used.

【0004】このうち、沸騰冷却方式は、冷却効率が高
く、半導体素子の大容量化、装置の小型化などの要求に
より、広く採用されてきているが、冷媒液を封入するた
めの容器には、高い信頼性が要求され、その製造技術も
特殊なものであることから、近年は、冷媒液の相変化を
利用した高い冷却効率を持つ利点をそのまま活かし、従
来の高い信頼性の要求される冷媒液の封入される密閉容
器を必要としないヒートパイプ冷却方式が採用されるよ
うになってきている。
[0004] Among these, the boiling cooling method has high cooling efficiency and has been widely adopted due to the demands for increasing the capacity of semiconductor devices and miniaturizing devices. , high reliability is required, and the manufacturing technology is special, so in recent years, the advantage of high cooling efficiency that utilizes the phase change of the refrigerant liquid is taken advantage of, and high reliability is required. Heat pipe cooling methods that do not require a closed container filled with refrigerant liquid are increasingly being adopted.

【0005】図8は、一般的な電力変換装置としてのイ
ンバータの1相分のアーム回路を示しており、図9〜図
11はこのようなインバータに使用されるヒートパイプ
式半導体スタックの従来例を示している。
FIG. 8 shows an arm circuit for one phase of an inverter as a general power conversion device, and FIGS. 9 to 11 show conventional examples of heat pipe type semiconductor stacks used in such an inverter. It shows.

【0006】図8に示すように、インバータの1相分の
アーム回路は、一般的に、主スイッチング半導体素子と
しての自己消弧型素子であるゲートターンオフサイリス
タ(GTO)1と、それに逆並列に接続されるフライホ
ィールダイオード(FD)2と、スナバー回路を構成す
るスナバーダイオード3、スナバーコンデンサ4および
スナバー抵抗5とから構成される回路を2つ分、互いに
直列に接続することにより構成される。
As shown in FIG. 8, the arm circuit for one phase of an inverter generally includes a gate turn-off thyristor (GTO) 1, which is a self-extinguishing element as a main switching semiconductor element, and a gate turn-off thyristor (GTO) 1 in antiparallel to it. It is constructed by connecting two circuits in series, each including a flywheel diode (FD) 2 to be connected, a snubber diode 3, a snubber capacitor 4, and a snubber resistor 5 forming a snubber circuit.

【0007】従って、図8では、GTO1、フライホィ
ールダイオード2、スナバーダイオード3、スナバーコ
ンデンサ4、スナバー抵抗5により構成される回路と、
GTO1′、フライホィールダイオード2′、スナバー
ダイオード3′、スナバーコンデンサ4′、スナバー抵
抗5′によって構成される回路とから1相分のアーム回
路が構成されている。ここで、スナバーダイオード3′
とスナバーコンデンサ4′とスナバー抵抗5′によって
構成されるスナバー回路は、スナバーダイオード3′と
スナバーコンデンサ4′とのいずれをプラス側に配置し
てもスナバー回路が構成できるので、図8では、GTO
1′のスナバー回路は、GTO1のスナバー回路とはス
ナバーダイオード3′、スナバーコンデンサ4′の配列
を逆にした回路構成としている。
Therefore, in FIG. 8, a circuit consisting of a GTO 1, a flywheel diode 2, a snubber diode 3, a snubber capacitor 4, and a snubber resistor 5;
An arm circuit for one phase is constituted by a circuit constituted by a GTO 1', a flywheel diode 2', a snubber diode 3', a snubber capacitor 4', and a snubber resistor 5'. Here, snubber diode 3'
The snubber circuit composed of the snubber capacitor 4' and the snubber resistor 5' can be configured by placing either the snubber diode 3' or the snubber capacitor 4' on the positive side.
The snubber circuit 1' has a circuit configuration in which the arrangement of the snubber diode 3' and the snubber capacitor 4' is reversed from that of the snubber circuit of the GTO1.

【0008】そして、このような一般的な電力変換装置
において、1相分のアーム回路に対する冷却のためのヒ
ートパイプ式冷却器を使用した従来のヒートパイプ式半
導体スタックは、図9〜図11に示すような構成である
In such a general power conversion device, a conventional heat pipe type semiconductor stack using a heat pipe type cooler for cooling one phase arm circuit is shown in FIGS. 9 to 11. The configuration is as shown.

【0009】すなわち、ヒートパイプ式冷却器6とGT
O1,1′、フライホィールダイオード2,2′とが交
互に直列に積層され、軸方向に圧接されている。そして
、スナバーダイオード3,3′は発熱量が他の半導体素
子と比較して小さいので、ヒートパイプ式冷却器6を構
成する沸騰部ブロック7に接続された導体8に取り付け
られ、それぞれ、GTO1,1′とスナバーダイオード
3,3′間の配線長を短くし、低インダクタンス化を図
っている。また、スナバーコンデンサ4,4′、スナバ
ー抵抗5,5′も、この半導体スタックの近くに配置さ
れ、低インダクタンスのスナバー回路を構成するように
している。
That is, the heat pipe type cooler 6 and the GT
O1, 1' and flywheel diodes 2, 2' are alternately stacked in series and pressed together in the axial direction. Since the snubber diodes 3 and 3' generate less heat than other semiconductor elements, they are attached to the conductor 8 connected to the boiling part block 7 constituting the heat pipe cooler 6, respectively. The wiring length between the snubber diodes 1' and the snubber diodes 3 and 3' is shortened to reduce inductance. Further, snubber capacitors 4, 4' and snubber resistors 5, 5' are also arranged near this semiconductor stack to form a low-inductance snubber circuit.

【0010】さらに、それぞれの沸騰部ブロック7に接
続された導体8の間は、接続導体9により接続されてい
て、図8に示す1層分のアーム回路が実現されている。
Furthermore, the conductors 8 connected to the respective boiling section blocks 7 are connected by connecting conductors 9, thereby realizing a one-layer arm circuit as shown in FIG.

【0011】一方、ヒートパイプ式冷却器6は、前述の
沸騰部ブロック7と放熱部10とに分かれていて、絶縁
管11によりその両側が絶縁された数本のヒートパイプ
12が沸騰部ブロック7と放熱部10を接続し、熱輸送
を行うようになっている。そして、放熱部10は、大気
へ熱を効率良く放散するために、装置の外部に配置され
、半導体素子の圧接される沸騰部ブロック7は、汚損を
少なくするために装置の内部に収容される。
On the other hand, the heat pipe type cooler 6 is divided into the boiling part block 7 and the heat radiation part 10, and several heat pipes 12, both sides of which are insulated by insulating tubes 11, are connected to the boiling part block 7. and the heat radiating section 10 are connected to perform heat transport. The heat dissipation section 10 is disposed outside the device in order to efficiently dissipate heat to the atmosphere, and the boiling section block 7 to which the semiconductor element is pressure-welded is housed inside the device in order to reduce contamination. .

【0012】なお、このような従来のヒートパイプ式半
導体スタックでは一般に、フライホィールダイオード2
,2′の発熱量が、GTO1,1′の発熱量に比べて小
さいことから、半導体スタックの小型化のために、ヒー
トパイプ式冷却器6がフライホィールダイオード2,2
′の片側では省略されることが多い。
[0012] In general, in such a conventional heat pipe type semiconductor stack, the flywheel diode 2
, 2' is smaller than that of the GTOs 1, 1', so in order to miniaturize the semiconductor stack, the heat pipe type cooler 6 is replaced with the flywheel diode 2, 2'.
’ is often omitted on one side.

【0013】このような従来のヒートパイプ式半導体ス
タックでは、GTO1,1′、フライホィールダイオー
ド2,2′の厚みと、沸騰部ブロック7の厚みとから放
熱部10のスペースは制限されてしまい、ヒートパイプ
式冷却器6の性能も制限を受けてしまう問題点があった
In such a conventional heat pipe type semiconductor stack, the space for the heat dissipation section 10 is limited due to the thickness of the GTOs 1, 1', the flywheel diodes 2, 2', and the thickness of the boiling section block 7. There is also a problem in that the performance of the heat pipe type cooler 6 is also limited.

【0014】そこで、これを解決するために、図11に
示すように、スペーサ13を沸騰部ブロック7とGTO
1,1′との積層部に直列に挿入することにより、放熱
部10の大きさの制限を無くすようにし、スペーサ13
の長さを適当に選ぶことにより放熱部10の放熱性能を
向上させるようにした構成のものも提案されている。
Therefore, in order to solve this problem, as shown in FIG.
By inserting the spacer 13 in series in the laminated portion with the spacer 13 and the
A configuration has also been proposed in which the heat dissipation performance of the heat dissipation section 10 is improved by appropriately selecting the length of the heat dissipation section 10.

【0015】しかしながら、このような従来のヒートパ
イプ式半導体スタックでは、スペーサ13の挿入により
装置全体としての形状が大型化することになる問題点が
あった。
However, such a conventional heat pipe type semiconductor stack has a problem in that the insertion of the spacer 13 increases the overall size of the device.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ヒートパイプ式半導体スタックでは、装置の小型化を図
ろうとすると冷却性能が十分にとれず、逆に冷却性能を
上げようとすると装置が大型化してしまう問題点があっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, in the conventional heat pipe type semiconductor stack, when trying to miniaturize the device, sufficient cooling performance cannot be obtained, and conversely, when trying to increase the cooling performance, the device There was a problem with the large size.

【0017】一般に、電力変換装置は、電力変換用半導
体素子とフライホィールダイオードとは交互に発熱する
回路であり、例えば、図8に示すようなインバータの場
合には、力行時にはGTO1,1′が主に発熱し、回生
時にはフライホィールダイオード2,2′が主に発熱す
る特性を持っている。
Generally, a power conversion device is a circuit in which a power conversion semiconductor element and a flywheel diode generate heat alternately. For example, in the case of an inverter as shown in FIG. 8, GTO1, 1' is activated during power running. The flywheel diodes 2 and 2' mainly generate heat during regeneration.

【0018】ところが、ヒートパイプ式冷却器では、熱
時定数が小さいために、上述のような間欠的に発熱され
る場合、浸漬式沸騰冷却方式のような熱時定数の大きな
冷却方式とは異なり、最大発熱時に合わせた大きさの装
置が必要であり、放熱部を各半導体素子ごとに個別に設
けるようにしていたために、全体として熱時定数が小さ
くて、装置の大型化が避けられない問題点となっていた
However, since the heat pipe cooler has a small thermal time constant, when heat is generated intermittently as described above, unlike cooling methods with a large thermal time constant such as the immersion boiling cooling method, , it is necessary to have a device that is sized to match the maximum heat generation, and because the heat dissipation section is provided individually for each semiconductor element, the overall thermal time constant is small, making it inevitable to increase the size of the device. It was a dot.

【0019】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、半導体素子が電力変換用とフライホ
ィールダイオード用とで交互に発熱作用が起きることに
着目し、これらの沸騰部ブロックを共用するようにし、
2つを1つにまとめることにより放熱部の容積を大きく
とれるようにして熱時定数を実質的に大きくし、小型で
も熱冷却効率の良いヒートパイプ式半導体スタックを提
供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and it focuses on the fact that heat generation occurs alternately in semiconductor elements used for power conversion and flywheel diodes, and it is possible to solve these boiling part blocks. so that they can be shared,
To provide a heat pipe type semiconductor stack which is small in size but has good heat cooling efficiency by combining two parts into one, so that the volume of a heat dissipation part can be increased and the thermal time constant is substantially increased.

【0020】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】この発明は、電力変換用
半導体素子として自己消弧型素子と、これと逆並列に接
続されるフライホィールダイオードと、スナバーダイオ
ードを含むスナバー回路とより構成されるアーム回路を
直列に接続することにより構成される電力変換装置をヒ
ートパイプ式冷却器により冷却するように組み立てられ
るヒートパイプ式半導体スタックにおいて、1個のヒー
トパイプ式冷却器の沸騰部ブロックの片側に1個のアー
ム回路を構成する自己消弧型素子とフライホィールダイ
オードとを取り付け、前記沸騰部ブロックの他方の側に
前記1個のアーム回路と直列に接続される他の1個のア
ーム回路を構成する自己消弧型素子とフライホィールダ
イオードとを取り付け、交互に発熱する前記自己消弧型
素子とフライホィールダイオードの平均的な発熱量に見
合った大きさの放熱部を前記沸騰部ブロックに接続した
ものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention includes a self-extinguishing element as a power conversion semiconductor element, a flywheel diode connected in antiparallel to the element, and a snubber circuit including a snubber diode. In a heat pipe type semiconductor stack assembled to cool a power conversion device configured by connecting arm circuits in series using a heat pipe type cooler, one side of the boiling part block of one heat pipe type cooler is A self-extinguishing element and a flywheel diode constituting one arm circuit are attached, and another arm circuit connected in series with the one arm circuit is installed on the other side of the boiling section block. A self-arc-extinguishing element and a flywheel diode are attached, and a heat dissipation part having a size commensurate with the average amount of heat generated by the self-arc-extinguishing element and the flywheel diode, which alternately generate heat, is connected to the boiling part block. This is what I did.

【0022】また、この発明のヒートパイプ式半導体ス
タックは、沸騰部ブロックの片側と他方の側とに、それ
ぞれの側に取り付けられたアーム回路に属するスナバー
回路に含まれるスナバーダイオードを取り付けるように
することもできる。
Further, in the heat pipe type semiconductor stack of the present invention, snubber diodes included in snubber circuits belonging to arm circuits attached to each side are attached to one side and the other side of the boiling part block. You can also do that.

【0023】[0023]

【作用】この発明のヒートパイプ式半導体スタックでは
、1個のヒートパイプ式冷却器の沸騰部ブロックの片側
に1個のアーム回路を構成する自己消弧型素子とフライ
ホィールダイオードとを取り付け、前記沸騰部ブロック
の他方の側に前記1個のアーム回路と直列に接続される
他の1個のアーム回路を構成する自己消弧型素子とフラ
イホィールダイオードとを取り付け、さらに、これらの
自己消弧型素子とフライホィールダイオードの発熱量に
見合う大きさの放熱部を前記沸騰部ブロックに接続する
ことにより、交互に発熱する自己消弧型素子とフライホ
ィールダイオードのいずれの発熱に対してもヒートパイ
プを用いて効率良く放熱部から放散させることができる
[Operation] In the heat pipe type semiconductor stack of the present invention, a self-arc-extinguishing element and a flywheel diode constituting one arm circuit are attached to one side of the boiling part block of one heat pipe type cooler, and the above-mentioned A self-arc-extinguishing element and a flywheel diode constituting another arm circuit connected in series with the one arm circuit are attached to the other side of the boiling section block, and these self-arc-extinguishing elements By connecting a heat dissipation part of a size commensurate with the heat generation amount of the type element and the flywheel diode to the boiling part block, a heat pipe can be used for the heat generated by both the self-extinguishing type element and the flywheel diode, which generate heat alternately. can be used to efficiently dissipate heat from the heat dissipation section.

【0024】しかも、これら自己消弧型素子とフライホ
ィールダイオードとは交互に発熱し、同時に発熱するこ
とがないために、これらの素子のうちの発熱量の大きい
方の素子の発熱量に見合う放熱部を1つ設けるだけで済
み、従来よりも放熱部の容積を小さくすることができる
Furthermore, since these self-extinguishing elements and the flywheel diode generate heat alternately and do not generate heat at the same time, the heat dissipation is commensurate with the calorific value of the element with the larger calorific value among these elements. Only one heat dissipation section is required, and the volume of the heat dissipation section can be made smaller than in the past.

【0025】[0025]

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

【0026】図1および図2は、この発明の一実施例を
示しており、ヒートパイプ式冷却器6は、沸騰部ブロッ
ク7がヒートパイプ12の軸方向に比較的長くなってお
り、その沸騰部ブロック7の片面に、アーム回路を構成
するGTO1とそれに逆並列に接続されるフライホィー
ルダイオード(FD)2を並べ、沸騰部ブロック7の反
対側の面に、別のアーム回路を構成するGTO1′とフ
ライホィールダイオード2′を並べ、各々が沸騰部ブロ
ック7に圧接するように取り付けてある。すなわち、G
TO1とGTO1′、フライホィールダイオード2とフ
ライホィールダイオード2′がそれぞれ沸騰部ブロック
7を挟んで圧接した状態に組み立てられている。
1 and 2 show an embodiment of the present invention, in which a heat pipe type cooler 6 has a boiling part block 7 that is relatively long in the axial direction of the heat pipe 12, and the boiling part block 7 is relatively long in the axial direction of the heat pipe 12. On one side of the boiling section block 7, a GTO 1 constituting an arm circuit and a flywheel diode (FD) 2 connected antiparallel to it are arranged, and on the opposite side of the boiling section block 7, a GTO 1 constituting another arm circuit is arranged. ' and a flywheel diode 2' are lined up and mounted so that each is in pressure contact with the boiling part block 7. That is, G
TO1 and GTO1', and flywheel diode 2 and flywheel diode 2' are assembled in a state in which they are pressed into contact with each other with boiling part block 7 in between.

【0027】また、沸騰部ブロック7に接続された導体
8の両側に、それぞれスナバーダイオード3,3′を取
り付け、さらに、GTO1とフライホィールダイオード
2の沸騰部ブロック7に直接押圧されない側の片面には
、接続導体9を接続してある。
Furthermore, snubber diodes 3 and 3' are installed on both sides of the conductor 8 connected to the boiling section block 7, and snubber diodes 3 and 3' are installed on both sides of the conductor 8 connected to the boiling section block 7, and furthermore, snubber diodes 3 and 3' are installed on the sides of the GTO 1 and the flywheel diode 2 that are not directly pressed against the boiling section block 7. is connected to the connecting conductor 9.

【0028】なお、スナバーダイオード3,3′の近く
に、スナバーコンデンサ4,4′とスナバー抵抗5,5
′とを配置することにより、低インダクタンスのスナバ
ー回路を構成することになる。
Note that snubber capacitors 4, 4' and snubber resistors 5, 5 are installed near the snubber diodes 3, 3'.
′, a snubber circuit with low inductance is constructed.

【0029】次に、上記の構成のヒートパイプ式半導体
スタックの動作について説明する。
Next, the operation of the heat pipe type semiconductor stack having the above structure will be explained.

【0030】この電力変換装置はGTO1とフライホィ
ールダイオード2、またGTO1′とフライホィールダ
イオード2′とが交互に発熱する回路構成であり、GT
O1,1′が主に発熱しているときには、沸騰部ブロッ
ク7はこれらの素子からの熱を受熱し、ヒートパイプ式
冷却器6のヒートパイプ12によって放熱部10へ熱輸
送し、放熱部10では大気へ熱を放散する。
This power converter has a circuit configuration in which the GTO 1 and the flywheel diode 2, and the GTO 1' and the flywheel diode 2' alternately generate heat.
When O1 and O1' are mainly generating heat, the boiling part block 7 receives heat from these elements, and transports the heat to the heat radiation part 10 by the heat pipe 12 of the heat pipe type cooler 6. Then it dissipates heat into the atmosphere.

【0031】このとき、フライホィールダイオード2,
2′の発熱は、GTO1,1′に比べて小さいので、こ
のときにヒートパイプ式冷却器6は主にGTO1,1′
の冷却に寄与している。
At this time, the flywheel diode 2,
Since the heat generation of GTO 2' is smaller than that of GTO 1, 1', the heat pipe type cooler 6 mainly uses GTO 1, 1' at this time.
contributes to cooling.

【0032】フライホィールダイオード2,2′が主に
発熱しているときには、これらの素子からの発熱も同様
にして、沸騰部ブロック7が受熱してヒートパイプ12
によって放熱部10へ熱輸送し、放熱部10から大気へ
放散する。
When the flywheel diodes 2 and 2' mainly generate heat, the heat generated from these elements is similarly received by the boiling block 7 and transferred to the heat pipe 12.
The heat is transported to the heat radiating section 10, and is radiated from the heat radiating section 10 to the atmosphere.

【0033】このとき、GTO1,1′からの発熱はフ
ライホィールダイオード2,2′に比べて小さく、ヒー
トパイプ式冷却器6は主にフライホィールダイオード2
,2′の冷却に寄与している。
At this time, the heat generated from the GTOs 1 and 1' is smaller than that from the flywheel diodes 2 and 2', and the heat pipe type cooler 6 mainly generates heat from the flywheel diodes 2 and 2'.
, 2'.

【0034】このようにして、図8に示す1相分のアー
ム回路では、GTO1,1′とフライホィールダイオー
ド2,2′とが交互に発熱するのであるが、図1および
図2に示す実施例のヒートパイプ式半導体スタックでは
、ヒートパイプ式冷却器6に連続的に平均した熱負荷が
かかり、常に沸騰部ブロック7はその冷却能力に適した
熱量を受熱し、また、ヒートパイプ12もその熱輸送能
力に適した熱量を連続的に輸送し、放熱部10もその放
熱能力に適した熱量を連続的に放熱することができる。
In this way, in the one-phase arm circuit shown in FIG. 8, the GTOs 1, 1' and the flywheel diodes 2, 2' alternately generate heat, but the implementation shown in FIGS. In the heat pipe type semiconductor stack of the example, a continuous average heat load is applied to the heat pipe type cooler 6, and the boiling part block 7 always receives an amount of heat suitable for its cooling capacity. The amount of heat suitable for the heat transport capacity can be continuously transported, and the heat radiating section 10 can also continuously radiate the amount of heat suitable for its heat radiating capacity.

【0035】以上のようにして、この実施例のヒートパ
イプ式半導体スタックによれば、1相分の自己消弧型半
導体素子GTO1,1′とフライホィールダイオード2
,2′とが1つのヒートパイプ式冷却器6によって冷却
できるので、それぞれの半導体素子が交互に発熱する間
欠発熱負荷を効率良く大気へ放散することができ、小型
であっても、ヒートパイプ式冷却器の熱時定数が小さい
という欠点を補いながら効果的にヒートパイプ冷却を行
うことができる。
As described above, according to the heat pipe type semiconductor stack of this embodiment, one phase of self-extinguishing semiconductor elements GTO1, 1' and flywheel diode 2
. Heat pipe cooling can be performed effectively while compensating for the shortcoming of the cooler's small thermal time constant.

【0036】また、放熱部10はヒートパイプ式冷却器
6が直列に並ぶことがなく、1個でインバータの1相分
を構成することができ、半導体スタックの圧接機構部ま
でを含めたスペースを有効に活用し、放熱部の放熱効果
を高くすることができる。
Furthermore, the heat pipe type cooler 6 in the heat dissipation section 10 is not arranged in series, and one inverter can be configured for one phase, saving space including the pressure bonding mechanism section of the semiconductor stack. It can be used effectively to enhance the heat dissipation effect of the heat dissipation section.

【0037】加えて、半導体素子GTO1,1′とフラ
イホィールダイオード2,2′とを接続する接続導体9
を単純な形状にすることができ、この接続導体9が半導
体スタックの形状を大きくする要因となることがなく、
さらに、アーム回路の配線長も短くなって、アーム回路
の低インダクタンス化が図れる。
In addition, a connecting conductor 9 connects the semiconductor elements GTO1, 1' and the flywheel diodes 2, 2'.
can be made into a simple shape, and this connecting conductor 9 does not become a factor that increases the shape of the semiconductor stack.
Furthermore, the wiring length of the arm circuit is shortened, and the inductance of the arm circuit can be reduced.

【0038】さらに、GTO1,1′とフライホィール
ダイオード2,2′とは、従来のように積層、圧接させ
て半導体スタックとする構造ではなく、個別にヒートパ
イプ式冷却器6の沸騰部ブロック7に取り付ける構造で
あるために、これらの半導体素子の圧接力を違えて取り
付けることができるようになり、強度的な見地から、半
導体素子を選定するときの自由度が大きい。
Furthermore, the GTOs 1, 1' and the flywheel diodes 2, 2' are not stacked and pressed together to form a semiconductor stack as in the conventional structure, but are individually connected to the boiling part block 7 of the heat pipe type cooler 6. Since the structure allows the semiconductor elements to be attached to each other, it is possible to attach these semiconductor elements with different pressure contact forces, and from the viewpoint of strength, there is a large degree of freedom in selecting semiconductor elements.

【0039】また、半導体スタックの長さが短くできる
ために、振動条件の厳しい環境下でも、振動による半導
体スタックの軸の変位が抑えられ、半導体素子圧接面に
は常に均等に荷重がかかった状態を維持しやすくなり、
半導体素子内部で良好に通電することができる。
Furthermore, since the length of the semiconductor stack can be shortened, displacement of the axis of the semiconductor stack due to vibration is suppressed even under harsh vibration conditions, and the load is always applied evenly to the contact surface of the semiconductor element. It becomes easier to maintain
It is possible to conduct electricity satisfactorily inside the semiconductor element.

【0040】さらにまた、半導体スタックが小型軽量と
なるので、組立、運搬、装置への取り付け、取り外し、
点検作業がしやすくなり、加えて、半導体スタックは電
力変換装置の主要部であり、装置全体の外形、重量に占
める割合も大きいため、装置全体として大幅に小型化、
軽量化が図れることになる。
Furthermore, since the semiconductor stack is small and lightweight, it is easy to assemble, transport, attach to equipment, remove, and
In addition, since the semiconductor stack is the main part of the power conversion device and accounts for a large proportion of the overall size and weight of the device, the overall device size can be significantly reduced.
This will result in weight reduction.

【0041】次に、この発明の第2実施例を図3および
図4に基づいて説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 3 and 4.

【0042】この第2実施例では、スナバーダイオード
3,3′をヒートパイプ式冷却器6の沸騰部ブロック7
に直接取り付けている。つまり、沸騰部ブロック7をス
ナバーダイオード3,3′が取り付けられる大きさにま
で大きくし、GTO1,1′の押圧されている面にスナ
バーダイオード3を並べ、またGTO1′の押圧されて
いる面にスナバーダイオード3′を並べ、沸騰部ブロッ
ク7に圧接するように取り付け、接続導体9もGTO1
,1′の接続端部をさらに延長した構造としている。
In this second embodiment, the snubber diodes 3 and 3' are connected to the boiling block 7 of the heat pipe type cooler 6.
It is attached directly to the In other words, the boiling block 7 is made large enough to accommodate the snubber diodes 3 and 3', and the snubber diodes 3 are arranged on the pressed surfaces of the GTOs 1 and 1', and the snubber diodes 3 are arranged on the pressed surfaces of the GTOs 1 and 1'. The snubber diodes 3' are lined up and attached so as to be in pressure contact with the boiling part block 7, and the connecting conductor 9 is also connected to GTO1.
, 1' are further extended.

【0043】このような構造とすることにより、GTO
1,1′とスナバーダイオード3,3′間の配線長が短
くなり、スナバー回路の一層の低インダクタンス化が可
能となる。
[0043] With such a structure, the GTO
The wiring length between the snubber diodes 1 and 1' and the snubber diodes 3 and 3' becomes shorter, making it possible to further reduce the inductance of the snubber circuit.

【0044】図5〜図7はこの発明の第3の実施例を示
している。
FIGS. 5 to 7 show a third embodiment of the invention.

【0045】この第3実施例では、ヒートパイプ式冷却
器6の沸騰部ブロック7を横長にし、一方の側面に横に
並ぶようにGTO1とフライホィールダイオード2とを
配置し、反対側の側面にも、同じようにGTO1′とフ
ライホィールダイオード2′とを配置し、これらを沸騰
部ブロック7に押圧するようにして取り付けた構造にし
ている。
In this third embodiment, the boiling part block 7 of the heat pipe type cooler 6 is made horizontally long, and the GTO 1 and the flywheel diode 2 are arranged side by side on one side, and the GTO 1 and the flywheel diode 2 are arranged side by side on one side, and In the same way, the GTO 1' and the flywheel diode 2' are arranged and attached so as to be pressed against the boiling part block 7.

【0046】この第3実施例によれば、ヒートパイプ式
冷却器6に使用されるヒートパイプ12の本数を多くす
ることができ、沸騰部ブロック7と放熱部10は、GT
O1,1′およびフライホィールダイオード2,2′の
すべての冷却に同等に寄与することになるが、沸騰部ブ
ロック7のGTO1,1′の押圧された部分に取り付け
られたヒートパイプ12aは主にGTO1,1′の熱輸
送を行い、フライホィールダイオード2,2′の押圧さ
れた部分に取り付けられたヒートパイプ12bは主にフ
ライホィールダイオード2,2′の熱輸送を行う。そこ
で、図に示すようにGTO1,1′とフライホィールダ
イオード2,2′とで発熱量に差がある場合にはヒート
パイプの本数を異ならせることにより、冷却を行うのに
最適な配置と本数にヒートパイプを設定して効率良くヒ
ートパイプ冷却を行うことができるようになる。
According to this third embodiment, the number of heat pipes 12 used in the heat pipe type cooler 6 can be increased, and the boiling part block 7 and the heat radiation part 10 are
The heat pipe 12a attached to the pressed part of the GTO 1, 1' of the boiling section block 7 mainly contributes to the cooling of the O1, 1' and the flywheel diodes 2, 2'. The heat pipe 12b attached to the pressed portion of the flywheel diodes 2, 2' mainly transports the heat of the flywheel diodes 2, 2'. Therefore, as shown in the figure, if there is a difference in the amount of heat generated between GTOs 1 and 1' and flywheel diodes 2 and 2', the optimal arrangement and number of heat pipes for cooling can be achieved by varying the number of heat pipes. By setting the heat pipe to , you will be able to perform heat pipe cooling efficiently.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、例えば
インバータのような電力変換装置を構成する自己消弧型
半導体素子とフライホィールダイオードを1つの沸騰部
ブロックの片面に圧接するように取り付け、沸騰部ブロ
ックの他方の面には、もう1つの自己消弧型半導体素子
とフライホィールダイオードを圧接するように取り付け
、交互に発熱する自己消弧型素子とフライホィールダイ
オードの平均的な発熱量に見合った大きさの1つの放熱
部を沸騰部ブロックに接続した構成であるため、従来の
ように半導体素子ごとにその冷却用の沸騰部ブロックを
積層構造して組み立てたものに比べて、構造の単純化が
できると共に小型化が図れ、さらにアーム回路の接続導
体も短くできるために低インダクタンス化が図れる。
As described above, according to the present invention, a self-extinguishing semiconductor element and a flywheel diode, which constitute a power conversion device such as an inverter, are mounted in pressure contact with one side of one boiling section block. On the other side of the boiling section block, another self-arc-extinguishing semiconductor element and a flywheel diode are attached in pressure contact, and the average heat generation amount of the self-arc-extinguishing element and the flywheel diode, which generate heat alternately, is Since the structure is one in which one heat dissipation part of a size commensurate with the size of the boiling part is connected to the boiling part block, the structure is simpler than the conventional structure in which the boiling part block for cooling each semiconductor element is assembled in a stacked structure. It is possible to simplify and downsize the arm circuit, and also to shorten the connecting conductor of the arm circuit, thereby reducing inductance.

【0048】また、半導体スタックの全体的な長さが短
くできるために、耐振性を向上させることができ、同時
にこのような半導体スタックを組み込む電力変換装置の
全体の小型化、軽量化が図れることになる。
Furthermore, since the overall length of the semiconductor stack can be shortened, vibration resistance can be improved, and at the same time, the entire power conversion device incorporating such a semiconductor stack can be made smaller and lighter. become.

【0049】さらに、スナバー回路のスナバーダイオー
ドを自己消弧型半導体素子やフライホィールダイオード
と共に沸騰部ブロックに圧接させて取り付けるようにす
れば、このスナバーダイオードに対する接続導体も短く
でき、スナバー回路の低インダクタンス化も図れること
になる。
Furthermore, if the snubber diode of the snubber circuit is installed in pressure contact with the boiling part block together with the self-extinguishing semiconductor element and the flywheel diode, the connecting conductor to the snubber diode can be shortened, and the inductance of the snubber circuit can be reduced. It will also be possible to improve the

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明の一実施例の正面図。FIG. 1 is a front view of an embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例の側面図。FIG. 2 is a side view of the above embodiment.

【図3】この発明の他の実施例の正面図。FIG. 3 is a front view of another embodiment of the invention.

【図4】上記実施例の側面図。FIG. 4 is a side view of the above embodiment.

【図5】この発明のさらに他の実施例の正面図。FIG. 5 is a front view of still another embodiment of the invention.

【図6】上記実施例の側面図。FIG. 6 is a side view of the above embodiment.

【図7】図6におけるVII 矢視図。FIG. 7 is a view along arrow VII in FIG. 6;

【図8】一般的な電力変換装置としてのインバータのア
ーム回路の1相分の構成を示す回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration for one phase of an arm circuit of an inverter as a general power converter.

【図9】従来例の正面図。FIG. 9 is a front view of a conventional example.

【図10】従来例の側面図。FIG. 10 is a side view of a conventional example.

【図11】他の従来例の正面図。FIG. 11 is a front view of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1′  ゲートターンオフサイリスタ(GTO)2
,2′  フライホィールダイオード3,3′  スナ
バーダイオード 4,4′  スナバーコンデンサ 5,5′  スナバー抵抗 6  ヒートパイプ式冷却器 7  沸騰部ブロック 8  導体 9  接続導体 10  放熱部 12  ヒートパイプ
1,1' Gate turn-off thyristor (GTO) 2
, 2' Flywheel diode 3, 3' Snubber diode 4, 4' Snubber capacitor 5, 5' Snubber resistor 6 Heat pipe type cooler 7 Boiling part block 8 Conductor 9 Connection conductor 10 Heat radiation part 12 Heat pipe

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電力変換用半導体素子として自己消弧
型素子と、これと逆並列に接続されるフライホィールダ
イオードと、スナバーダイオードを含むスナバー回路と
より構成されるアーム回路を直列に接続することにより
構成される電力変換装置をヒートパイプ式冷却器により
冷却するように組み立てられるヒートパイプ式半導体ス
タックにおいて、1個のヒートパイプ式冷却器の沸騰部
ブロックの片側にアーム回路を構成する自己消弧型素子
とフライホィールダイオードとを取り付け、前記沸騰部
ブロックの他方の側に前記アーム回路と直列に接続され
る他のアーム回路を構成する自己消弧型素子とフライホ
ィールダイオードとを取り付け、交互に発熱する前記自
己消弧型素子とフライホィールダイオードの平均的な発
熱量に見合った大きさの放熱部を前記沸騰部ブロックに
接続して成るヒートパイプ式半導体スタック。
[Claim 1] An arm circuit consisting of a self-extinguishing element as a power conversion semiconductor element, a flywheel diode connected antiparallel to the element, and a snubber circuit including a snubber diode is connected in series. In a heat pipe type semiconductor stack assembled to cool a power conversion device constituted by a heat pipe type cooler using a heat pipe type cooler, a self-arc extinguishing circuit forming an arm circuit is provided on one side of a boiling part block of one heat pipe type cooler. A self-extinguishing element and a flywheel diode are attached to the other side of the boiling part block, and a self-extinguishing element and a flywheel diode constituting another arm circuit connected in series with the arm circuit are attached to the other side of the boiling section block, and the flywheel diode is alternately connected to the arm circuit. A heat pipe type semiconductor stack comprising a heat dissipating section having a size commensurate with the average amount of heat generated by the self-extinguishing element and the flywheel diode, which generate heat, and connected to the boiling section block.
【請求項2】  請求項1に記載のヒートパイプ式半導
体スタックにおいて、前記沸騰部ブロックの片側と他方
の側とに、それぞれの側に取り付けられたアーム回路に
属するスナバー回路に含まれるスナバーダイオードを取
り付けたもの。
2. The heat pipe type semiconductor stack according to claim 1, wherein a snubber diode included in a snubber circuit belonging to an arm circuit attached to each side is provided on one side and the other side of the boiling section block. What was installed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2015073376A (en) * 2013-10-03 2015-04-16 三菱電機株式会社 Power conversion device

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