JPH10144836A - Cooling structure of semiconductor switch - Google Patents

Cooling structure of semiconductor switch

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JPH10144836A
JPH10144836A JP29347796A JP29347796A JPH10144836A JP H10144836 A JPH10144836 A JP H10144836A JP 29347796 A JP29347796 A JP 29347796A JP 29347796 A JP29347796 A JP 29347796A JP H10144836 A JPH10144836 A JP H10144836A
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JP
Japan
Prior art keywords
cooling
perfluorocarbon
semiconductor switch
pressure side
water
Prior art date
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Application number
JP29347796A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Inatomi
裕 稲富
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently cool down a semiconductor switch, and avoid electrolytic corrosion. SOLUTION: A semiconductor switch 3 fitted with cooling fins 10, 11 respectively on high and low pressure sides and a cooling fin 15 for cooling perfluorocarbon are fitted in a tank 13 internally containing the perfluorocarbon, so as to cool down the low pressure side cooling fin 11 and the perfluorocarbon cooling fin 15 by cooling water through the intermediary of water supply pipes 12, likewise the high pressure side cooling fin 10 by the perfluorocarbon 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、高電圧,大電流
の短パルスを発生するパルス電源などにおいて用いられ
る半導体スイッチの冷却構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling structure for a semiconductor switch used in a pulse power supply for generating a short pulse of a high voltage and a large current.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は従来のパルス電源回路の回路図を
示し、コンデンサ1は高圧直流電源2により初期充電さ
れる。半導体スイッチ3は負荷4の放電周期に従って投
入制御される。半導体スイッチ3の投入により、コンデ
ンサ1の電圧が可飽和リアクトルからなる磁気スイッチ
5とコンデンサ6の直列回路に印加される。この電圧印
加により、磁気スイッチ5には電流が流れ始めてコンデ
ンサ6を充電する。この電流により、磁気スイッチ5は
励磁され、ある値以上で飽和してインダクタンスが急激
に低下する。この磁気スイッチ動作により、コンデンサ
1からコンデンサ6への電流が急上昇し、コンデンサ6
にはパルス圧縮した急速充電が行われる。
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional pulse power supply circuit. A capacitor 1 is initially charged by a high voltage DC power supply 2. The semiconductor switch 3 is controlled to be turned on according to the discharge cycle of the load 4. When the semiconductor switch 3 is turned on, the voltage of the capacitor 1 is applied to a series circuit of the magnetic switch 5 composed of a saturable reactor and the capacitor 6. By this voltage application, a current starts flowing through the magnetic switch 5 to charge the capacitor 6. This current excites the magnetic switch 5 and saturates above a certain value, causing the inductance to drop sharply. Due to this magnetic switch operation, the current from the capacitor 1 to the capacitor 6 rapidly rises,
, Pulse-compressed rapid charging is performed.

【0003】同様に、コンデンサ6の充電電圧は、磁気
スイッチ7の磁気スイッチ動作によりコンデンサ8をパ
ルス圧縮した急速充電をし、さらにコンデンサ8の充電
電圧を磁気スイッチ9によりパルス圧縮し、負荷4に放
電する。
Similarly, the charge voltage of the capacitor 6 is pulse-compressed by the magnetic switch operation of the magnetic switch 7 to rapidly charge the capacitor 8, and the charge voltage of the capacitor 8 is pulse-compressed by the magnetic switch 9 to the load 4. Discharge.

【0004】ところで、上記のようにパルス電源回路な
どに半導体スイッチ3を用いた場合、半導体スイッチ3
の温度が上昇するため冷却する必要があり、図4に示す
ように半導体スイッチ3の高圧側及び低圧側にそれぞれ
冷却フィン10,11を取り付け、冷却フィン10,1
1にはそれぞれ通水管12を配設し、通水により冷却フ
ィン11,12を冷却し、これによって半導体スイッチ
3を冷却していた。
When the semiconductor switch 3 is used in a pulse power supply circuit or the like as described above, the semiconductor switch 3
Therefore, cooling fins 10 and 11 are attached to the high and low pressure sides of the semiconductor switch 3, respectively, as shown in FIG.
1 was provided with a water pipe 12, and the cooling fins 11 and 12 were cooled by flowing water, thereby cooling the semiconductor switch 3.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体スイッチの冷却構造においては、不純な
水を使用すると半導体スイッチ3の高圧側で電食が発生
するため、純水を使う必要があり、純水設備を必要と
し、純水設備がない場合には使用不能となった。
However, in the above-described conventional cooling structure for a semiconductor switch, if impure water is used, electrolytic corrosion occurs on the high pressure side of the semiconductor switch 3. Therefore, it is necessary to use pure water. However, it required a pure water facility and could not be used without the pure water facility.

【0006】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、半導体スイッチの冷却を純水
を用いずに効果的に行うことができる半導体スイッチの
冷却構造を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor switch cooling structure capable of effectively cooling a semiconductor switch without using pure water. Aim.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体スイッチの冷却構造は、内部に熱伝達媒体とし
てパーフロロカーボンが収納されるとともに、高圧側と
低圧側に冷却フィンが取り付けられた半導体スイッチと
パーフロロカーボン冷却用冷却フィンが内部に設けられ
たタンクと、タンク外から導入されるとともに、半導体
スイッチの低圧側冷却フィンとパーフロロカーボン冷却
用冷却フィンに配設され、かつタンク外に導出され、冷
却水が通流される通水管を設けたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a cooling structure for a semiconductor switch, wherein perfluorocarbon is housed therein as a heat transfer medium, and cooling fins are mounted on a high pressure side and a low pressure side. The semiconductor switch and perfluorocarbon cooling fins are installed inside the tank, and the tank is introduced from outside the tank, and the low pressure side cooling fins of the semiconductor switch and the perfluorocarbon cooling fins are arranged outside the tank. And a water pipe through which the cooling water flows.

【0008】請求項2に係る半導体スイッチの冷却構造
は、半導体スイッチの高圧側及び低圧側に取り付けられ
た各冷却フィンと、各冷却フィンに配設され、熱伝達媒
体としてパーフロロカーボンが通流される通流管と、通
流管に設けられ、水とパーフロロカーボンとの熱交換を
行う熱交換器を設けたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cooling structure for a semiconductor switch, wherein the cooling fins are mounted on the high and low pressure sides of the semiconductor switch, and are disposed on the cooling fins, and perfluorocarbon flows as a heat transfer medium. A flow pipe and a heat exchanger provided in the flow pipe to exchange heat between water and perfluorocarbon are provided.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施形態1 以下、この発明の実施の形態を図面とともに説明する。
図1は実施形態1による半導体スイッチの冷却構造を示
し、高圧側及び低圧側にそれぞれ冷却フィン10,11
が設けられた半導体スイッチ3をパーフロロカーボン1
4(例えば、商品名フロリナート、住友スリーエム
(株)製)で満たされたタンク13内に適宜固定し、そ
の上方にはパーフロロカーボン冷却用冷却フィン15を
同じく適宜固定する。パーフロロカーボン14は化学式
がC818等で示される液体であり、水素,塩素原子を
含まず、オゾン層を破壊しない。又、不活性で、優れた
絶縁性と熱伝導性を有しており、熱伝導媒体として最適
である。
Embodiment 1 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cooling structure of a semiconductor switch according to a first embodiment, in which cooling fins 10 and 11 are provided on a high pressure side and a low pressure side, respectively.
The semiconductor switch 3 provided with the perfluorocarbon 1
4 (for example, Fluorinert, trade name, manufactured by Sumitomo 3M Limited) is appropriately fixed in a tank 13, and a cooling fin 15 for cooling perfluorocarbon is also fixed appropriately above the tank 13. The perfluorocarbon 14 is a liquid whose chemical formula is represented by C 8 F 18 or the like, does not contain hydrogen and chlorine atoms, and does not destroy the ozone layer. In addition, it is inert, has excellent insulating properties and thermal conductivity, and is optimal as a thermal conductive medium.

【0010】低圧側の冷却フィン11にはタンク13内
に挿入された通水管12が配設され、この通水管12は
冷却フィン15にも配設した後タンク13外に導出す
る。
A water pipe 12 inserted into the tank 13 is provided on the cooling fin 11 on the low pressure side. The water pipe 12 is also provided on the cooling fin 15 and is led out of the tank 13.

【0011】上記構成において、低圧側冷却フィン11
は主に通水管12を通る水によって冷却され(パーフロ
ロカーボン14によっても冷却される。)、これによっ
て半導体スイッチ3の低圧側も冷却される。又、高圧側
冷却フィン10はパーフロロカーボン14によって冷却
され、これによって半導体スイッチ3の高圧側も冷却さ
れる。一方、パーフロロカーボン14も冷却によって温
度が上昇するので、通水管12を配設して水によって冷
却する。
In the above configuration, the low pressure side cooling fins 11
Is cooled mainly by water passing through the water pipe 12 (also cooled by the perfluorocarbon 14), whereby the low pressure side of the semiconductor switch 3 is also cooled. Further, the high-pressure side cooling fins 10 are cooled by the perfluorocarbon 14, whereby the high-pressure side of the semiconductor switch 3 is also cooled. On the other hand, since the temperature of the perfluorocarbon 14 also rises due to cooling, a water pipe 12 is provided to cool the perfluorocarbon 14 with water.

【0012】実施形態1によれば、半導体スイッチ3の
高圧側はパーフロロカーボン14によって冷却されるの
で電食を発生しない。従って、純水設備も不要となる。
又、パーフロロカーボン14はフロンと同様に熱伝導性
が良好であり、半導体スイッチ3の高圧側を効率良く冷
却することができ、しかもオゾン層を破壊しない。
According to the first embodiment, since the high pressure side of the semiconductor switch 3 is cooled by the perfluorocarbon 14, no electrolytic corrosion occurs. Therefore, a pure water facility is not required.
Further, the perfluorocarbon 14 has good thermal conductivity like Freon, can efficiently cool the high pressure side of the semiconductor switch 3, and does not destroy the ozone layer.

【0013】実施形態2 図2は実施形態2による半導体スイッチの冷却構造を示
し、16は各冷却フィン10,11に連続して配設され
たパーフロロカーボン14の通流管であり、通流管16
にはパーフロロカーボン14と水との熱交換を行う熱交
換器17とポンプ18が設けられている。又、熱交換器
17には通水管19が設けられている。
Second Embodiment FIG. 2 shows a semiconductor switch cooling structure according to a second embodiment. Reference numeral 16 denotes a flow pipe for a perfluorocarbon 14 which is disposed continuously to each of the cooling fins 10 and 11. 16
Is provided with a heat exchanger 17 and a pump 18 for performing heat exchange between the perfluorocarbon 14 and water. The heat exchanger 17 is provided with a water pipe 19.

【0014】上記構成において、通流管16にはポンプ
18の駆動によりパーフロロカーボン14が循環して通
流し、高圧側冷却フィン10及び低圧側冷却フィン11
はパーフロロカーボン14によって冷却される。又、熱
交換器17においては、通流管16を流れるパーフロロ
カーボン14と通水管19を流れる冷却水との熱交換が
行われ、パーフロロカーボン14が冷却される。
In the above configuration, the perfluorocarbon 14 circulates and flows through the flow pipe 16 by the drive of the pump 18, and the high-pressure side cooling fin 10 and the low-pressure side cooling fin 11
Is cooled by the perfluorocarbon 14. In the heat exchanger 17, heat exchange between the perfluorocarbon 14 flowing through the flow pipe 16 and the cooling water flowing through the water pipe 19 is performed, and the perfluorocarbon 14 is cooled.

【0015】実施形態2によれば、冷却フィン10,1
1は共にパーフロロカーボン14によって冷却され、半
導体スイッチ3の高圧側及び低圧側は効率的に冷却され
る。又、電食も発生しない。
According to the second embodiment, the cooling fins 10, 1
1 is cooled by the perfluorocarbon 14, and the high-pressure side and the low-pressure side of the semiconductor switch 3 are efficiently cooled. Also, no electrolytic corrosion occurs.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項1によれ
ば、パーフロロカーボンを収納したタンク内に高圧側,
低圧側に冷却フィンを取り付けた半導体スイッチを設け
ており、高圧側はパーフロロカーボンによって効率良く
冷却され、電食も発生しない。又、低圧側及びパーフロ
ロカーボンは通水管を介して冷却水により冷却される。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the high-pressure side,
A semiconductor switch having a cooling fin mounted on the low-pressure side is provided. The high-pressure side is efficiently cooled by perfluorocarbon, and no electrolytic corrosion occurs. The low-pressure side and the perfluorocarbon are cooled by cooling water through a water pipe.

【0017】又、請求項2によれば、半導体スイッチの
高圧側,低圧側を冷却水により冷却されたパーフロロカ
ーボンによって冷却されており、効率的に冷却されると
ともに、電食を発生しない。
According to the second aspect, the high-pressure side and the low-pressure side of the semiconductor switch are cooled by the perfluorocarbon cooled by the cooling water, so that the semiconductor switch is efficiently cooled and does not generate electrolytic corrosion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施形態1による半導体スイッチの
冷却構造を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a cooling structure of a semiconductor switch according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】実施形態2による半導体スイッチの冷却構造を
示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a cooling structure of a semiconductor switch according to a second embodiment.

【図3】パルス電源回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a pulse power supply circuit.

【図4】従来の半導体スイッチの冷却構造の斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a cooling structure of a conventional semiconductor switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…半導体スイッチ 10…高圧側冷却フィン 11…低圧側冷却フィン 12,19…通水管 13…タンク 14…パーフロロカーボン 15…パーフロロカーボン冷却用冷却フィン 16…通流管 17…熱交換器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Semiconductor switch 10 ... High-pressure side cooling fin 11 ... Low-pressure side cooling fin 12,19 ... Water pipe 13 ... Tank 14 ... Perfluorocarbon 15 ... Perfluorocarbon cooling cooling fin 16 ... Flow pipe 17 ... Heat exchanger

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に熱伝達媒体としてパーフロロカー
ボンが収納されるとともに、高圧側と低圧側にそれぞれ
冷却フィンが取り付けられた半導体スイッチとパーフロ
ロカーボン冷却用冷却フィンが内部に設けられたタンク
と、タンク外から導入されるとともに、半導体スイッチ
の低圧側冷却フィンとパーフロロカーボン冷却用冷却フ
ィンに配設され、かつタンク外に導出され、冷却水が通
流される通水管を備えたことを特徴とする半導体スイッ
チの冷却構造。
A tank in which perfluorocarbon is housed as a heat transfer medium and cooling fins are mounted on a high pressure side and a low pressure side, respectively, and a cooling fin for cooling perfluorocarbon is provided inside; In addition to being introduced from the outside of the tank, the cooling switch is provided on the low-pressure side cooling fin of the semiconductor switch and the cooling fin for cooling the perfluorocarbon, and is provided outside the tank, and has a water pipe through which cooling water flows. Cooling structure for semiconductor switches.
【請求項2】 半導体スイッチの高圧側及び低圧側にそ
れぞれ取り付けられた各冷却フィンと、各冷却フィンに
配設され、熱伝達媒体としてパーフロロカーボンが通流
される通流管と、通流管に設けられ、水とパーフロロカ
ーボンとの熱交換を行う熱交換器を備えたことを特徴と
する半導体スイッチの冷却構造。
2. Cooling fins respectively attached to the high pressure side and the low pressure side of the semiconductor switch, a flow pipe arranged in each cooling fin, through which perfluorocarbon flows as a heat transfer medium, and a flow pipe. A cooling structure for a semiconductor switch, comprising: a heat exchanger provided for performing heat exchange between water and perfluorocarbon.
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