JPWO2019107358A1 - Sealed electronic device - Google Patents
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Abstract
密閉型電子装置は、密閉される筐体内で下層に位置するベースプレート(1)に設置され、発熱素子(4,5,6,7)を含む複数の素子を搭載した第一の基板(2,3)と、筐体内でベースプレートの上層に位置するアッパープレート(8)に設置され、複数の素子を搭載した第二の基板(10,11)と、アッパープレートに設置され、発熱素子に向かって冷却風を送風する送風機(12)とを備える。The sealed electronic device is installed on a base plate (1) located in a lower layer in a sealed housing, and a first substrate (2,) on which a plurality of elements including heat generating elements (4,5,6,7) are mounted 3), the second substrate (10, 11) installed on the upper plate (8) located on the upper layer of the base plate in the housing and mounting a plurality of elements, and the upper plate installed on the upper plate toward the heat generating element. It is provided with a blower (12) that blows cooling air.
Description
本発明は、多数の電子部品を搭載した基板を密閉された筐体内に収容した密閉型電子装置に関するものである。 The present invention relates to a sealed electronic device in which a substrate on which a large number of electronic components are mounted is housed in a sealed housing.
一般家庭用の太陽光発電システムでは、太陽光パネルで発電された直流電力がパワーコンディショナで商用交流電力に変換され、家庭内の交流負荷あるいは商用電力系統に供給される。 In a photovoltaic power generation system for general households, DC power generated by a solar panel is converted into commercial AC power by a power conditioner and supplied to an AC load in the home or a commercial power system.
具体的には、太陽光パネルで発電された直流電力はPV(photovoltaic)コンバータで昇圧され、インバータで商用交流電力に変換される。そして、インバータから交流負荷あるいは商用電力系統に商用交流電力が供給される。 Specifically, the direct current power generated by the solar panel is boosted by the PV (photovoltaic) converter and converted into commercial AC power by the inverter. Then, the AC load or the commercial AC power is supplied from the inverter to the commercial power system.
屋外設置を前提とした場合の家庭用の比較的小出力のパワーコンディショナでは、密閉された筐体内に、PVコンバータを構成する多数の電子部品が搭載されたPVコンバータ基板と、インバータを構成する多数の電子部品が搭載されたインバータ基板等が収容される。 In a relatively low-power power conditioner for home use, which is premised on outdoor installation, a PV converter board on which a large number of electronic components constituting the PV converter are mounted and an inverter are configured in a sealed housing. It houses an inverter board or the like on which a large number of electronic components are mounted.
PVコンバータ基板には、直流電圧を昇圧するためのリアクトル及びスイッチング素子が搭載され、インバータ基板には、直流電力を交流電力に変換するためのリアクトル及びスイッチング素子が搭載される。 The PV converter board is equipped with a reactor and a switching element for boosting the DC voltage, and the inverter board is mounted with a reactor and a switching element for converting DC power into AC power.
そして、これらの素子は発熱量が大きく、特に密閉型筺体においては外気を取り入れて放熱効果を高めるという手段が採れないため、ヒートシンク等による伝熱での放熱に加え、密閉型筺体内部にファンを設けることによって筺体内部の空気を効率良く循環させることが重要となっている。 Since these elements generate a large amount of heat, and especially in a closed type housing, it is not possible to take a means of taking in outside air to enhance the heat dissipation effect. Therefore, in addition to heat transfer by heat transfer by a heat sink or the like, a fan is installed inside the closed type housing. It is important to efficiently circulate the air inside the housing by providing it.
基板に搭載された電子部品から発せられる熱を放散する放熱構造として、特許文献1に開示のものが知られている。
As a heat radiating structure that dissipates heat generated from an electronic component mounted on a substrate, the one disclosed in
特許文献1に開示された放熱構造では、同一プリント基板上に発熱素子とヒートシンク及びファンが近接して搭載されている。従って、これらの実装面積が増大するため、プリント基板が大型化し、プリント基板を収容する筐体が大型化する。また、基板上での素子のレイアウトにより、ファンから送られる循環風が発熱素子及びヒートシンクに十分に届かない場合がある。
In the heat dissipation structure disclosed in
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は送風機からの送風により基板上の発熱素子を安定して冷却し得る密閉型電子装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a sealed electronic device capable of stably cooling a heat generating element on a substrate by blowing air from a blower.
上記課題を解決する密閉型電子装置は、密閉される筐体内で下層に位置するベースプレートに設置され、発熱素子を含む複数の素子を搭載した第一の基板と、筐体内で前記ベースプレートの上層に位置するアッパープレートに設置され、複数の素子を搭載した第二の基板と、前記アッパープレートに設置され、前記発熱素子に向かって冷却風を送風する送風機とを備える。 A sealed electronic device that solves the above problems is installed on a base plate located in a lower layer in a sealed housing, and is mounted on a first substrate on which a plurality of elements including heat generating elements are mounted and on the upper layer of the base plate in the housing. It includes a second substrate installed on a located upper plate and mounted with a plurality of elements, and a blower installed on the upper plate and blowing cooling air toward the heat generating element.
この構成により、アッパープレートに設置された送風機から、ベースプレート上の発熱素子に冷却風が送風されて、発熱素子が冷却される。
また、上記の密閉型電子装置において、前記送風機を、前記冷却風が前記発熱素子に向かうように斜め下方に向かって設置することが好ましい。With this configuration, cooling air is blown from the blower installed on the upper plate to the heat generating element on the base plate to cool the heat generating element.
Further, in the above-mentioned sealed electronic device, it is preferable to install the blower diagonally downward so that the cooling air is directed toward the heat generating element.
この構成により、送風機から冷却風が発熱素子に向かって斜め下方に送風される。
また、上記の密閉型電子装置において、前記送風機の下縁を、前記ベースプレートと前記アッパープレートとの間に位置させることが好ましい。With this configuration, the cooling air is blown diagonally downward from the blower toward the heat generating element.
Further, in the above-mentioned sealed electronic device, it is preferable to position the lower edge of the blower between the base plate and the upper plate.
この構成により、アッパープレートに設置される送風機の低背化が可能となる。
また、上記の密閉型電子装置において、前記アッパープレートは、前記冷却風が前記発熱素子に向かうように、前記発熱素子の上方を覆わない形状とすることが好ましい。With this configuration, it is possible to reduce the height of the blower installed on the upper plate.
Further, in the above-mentioned sealed electronic device, it is preferable that the upper plate has a shape that does not cover the upper part of the heat generating element so that the cooling air is directed toward the heat generating element.
この構成により、送風機から発熱素子に向かって冷却風が送風される。
また、上記の密閉型電子装置において、前記発熱素子は、リアクトル若しくはパワー半導体素子の少なくともいずれかを含むことが好ましい。With this configuration, cooling air is blown from the blower toward the heating element.
Further, in the above-mentioned sealed electronic device, it is preferable that the heat generating element includes at least one of a reactor and a power semiconductor element.
この構成により、リアクトル若しくはパワー半導体素子が冷却風で冷却される。
また、上記の密閉型電子装置において、前記筐体内で循環する冷却風の循環経路上において、前記第一の基板に平滑コンデンサを搭載することが好ましい。With this configuration, the reactor or power semiconductor element is cooled by the cooling air.
Further, in the above-mentioned sealed electronic device, it is preferable to mount a smoothing capacitor on the first substrate on the circulation path of the cooling air circulating in the housing.
この構成により、冷却風で平滑コンデンサが冷却される。
また、上記の密閉型電子装置において、前記第一の基板には、インバータ及びPVコンバータが搭載され、前記第二の基板には、前記インバータ及び前記PVコンバータの制御回路が搭載されることが好ましい。With this configuration, the smoothing capacitor is cooled by the cooling air.
Further, in the sealed electronic device, it is preferable that the inverter and the PV converter are mounted on the first substrate, and the control circuit of the inverter and the PV converter is mounted on the second substrate. ..
この構成により、第一の基板に発熱素子が搭載される。
また、上記の密閉型電子装置は、前記ベースプレートの裏面に放熱フィンを備えることが好ましい。With this configuration, the heat generating element is mounted on the first substrate.
Further, it is preferable that the sealed electronic device is provided with heat radiation fins on the back surface of the base plate.
この構成により、冷却風から筐体に放散された熱が放熱フィンから筐体外へ放散される。 With this configuration, the heat dissipated from the cooling air to the housing is dissipated from the heat radiation fins to the outside of the housing.
本発明の密閉型電子装置によれば、送風機からの送風により基板上の発熱素子を安定して冷却することができる。 According to the sealed electronic device of the present invention, the heat generating element on the substrate can be stably cooled by blowing air from the blower.
以下、本発明の一態様である実施形態を図面に従って説明する。図1及び図2は、一般家庭用の太陽光発電システムを構成するパワーコンディショナを示す。
図1は、蓋部21を被せて密閉型とした外観図を示し、図2は蓋部21を外した内部構成図を示している。Hereinafter, embodiments that are one aspect of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show power conditioners constituting a photovoltaic power generation system for general households.
FIG. 1 shows an external view in which the
筐体を構成するベースプレート1は熱伝導性を有する金属で形成され、ベースプレート1上にはPVコンバータ基板2及びインバータ基板3が設置されている。
PVコンバータ基板2上には、太陽光パネルの発電電力を昇圧する昇圧回路を含むPVコンバータが搭載されている。昇圧回路は、非絶縁型のチョッパ回路で構成されており、発熱素子となる複数のリアクトル4及び大きな電流が流れる複数のスイッチング素子(パワー半導体素子)5を含む。The
A PV converter including a booster circuit for boosting the generated power of the solar panel is mounted on the
図2に示すように、リアクトル4はPVコンバータ基板2の一端側(図1及び図2において手前側)に寄せて搭載され、スイッチング素子5はPVコンバータ基板2の他端側近傍に搭載されている。また、リアクトル4とスイッチング素子5との間には、アルミ電解コンデンサで構成される複数の平滑コンデンサ19が搭載されている。
As shown in FIG. 2, the
リアクトル4は、PVコンバータ基板2の一端縁に沿うように並べて搭載され、平滑コンデンサ19及びスイッチング素子5はそれぞれリアクトル4と同方向に並べて搭載されている。
The
インバータ基板3上には、PVコンバータで昇圧された直流電力を50Hzあるいは60Hzの商用交流電力に変換するインバータが搭載されている。インバータは、ハーフブリッジ或いはフルブリッジを含むブリッジコンバータで構成されており、発熱素子となるリアクトル6及び大きな電流が流れるスイッチング素子(パワー半導体素子)7を含む。
On the
また、スイッチング素子7の後方及び側方には、アルミ電解コンデンサで構成される複数の平滑コンデンサ20が搭載されている(図3参照)。
図2に示すように、リアクトル6及びスイッチング素子7は、インバータ基板3の一端側(図2及び図3において手前側)に寄せて搭載されている。Further, a plurality of
As shown in FIG. 2, the
PVコンバータ基板2及びインバータ基板3の上方には、アッパープレート8が配設されている。アッパープレート8は、ベースプレート1と同一材質の金属板で略L字形に形成されており、PVコンバータ基板2とインバータ基板3の境界部分の上方と、インバータ基板3の他端側(図2及び図3において後方側)上方とを覆う一方、リアクトル6及びスイッチング素子7の上方を開放している。
An
そして、アッパープレート8の各角部が固定ピン9を介してベースプレート1に固定されている。また、アッパープレート8の下面とPVコンバータ基板2及びインバータ基板3に搭載された素子との間には冷却風を循環可能とする間隔が確保されている。
Then, each corner of the
アッパープレート8上には、PVコンバータ基板2に搭載された昇圧回路を制御するための制御回路が搭載された制御基板10と、インバータ基板3に搭載されたインバータを制御するための制御回路が搭載された制御基板11とが設置されている。従って、PVコンバータ基板2、インバータ基板3及び制御基板10,11は、筐体内で下層となるベースプレート1上と、上層となるアッパープレート8上の2層に分かれて設置されている。
On the
インバータ基板3の前後方向中間部の上方位置で、アッパープレート8には送風機12が設置されている。詳述すると、送風機12はモータで回転駆動されるファン14がケース13に支持されている。ファン14の径方向両側において、ケース13の上下方向中間部には取付片15が形成されている。
A
インバータ基板3の上方に位置するアッパープレート8の前縁には、ケース13を上方あるいは前方から挿入可能とした凹部16が形成され、その凹部16の両側には取付片15を支持する支持部17が設けられている。そして、ケース13を凹部16内に挿入して取付片15を支持部17にネジ止めすることにより、送風機12がアッパープレート8に固定される。
A recess 16 is formed on the front edge of the
従って、図4に示すように、送風機12のケース13の下縁は、ベースプレート1とアッパープレート8の間に位置している。
また、図4に示すように、送風機12はファン14がリアクトル6に対向するように、斜め下方に向かって取着され、ファン14が回転されると、リアクトル6に向かって送風機12から冷却風Wが送風されるようになっている。送風機12は、PVコンバータの昇圧回路及びインバータの作動時に動作して、インバータ基板3上のリアクトル6に向かって冷却風Wを送風するようになっている。Therefore, as shown in FIG. 4, the lower edge of the
Further, as shown in FIG. 4, the
ベースプレート1の裏面には、放熱フィン18が取着されている。放熱フィン18は、ベースプレート1と同一材質の金属で形成され、PVコンバータ基板2上の発熱素子、インバータ基板3上の発熱素子及び冷却風Wからベースプレート1に放散された熱が、放熱フィン18を介して筐体外へ放散される。
A
上記のように、ベースプレート1にPVコンバータ基板2及びインバータ基板3を設置し、アッパープレート8に制御基板10,11及び送風機12を設置した後、ベースプレート1に側板を取付けて蓋部21を被せると、密閉型のパワーコンディショナが形成される。
As described above, when the
次に、上記のように構成されたパワーコンディショナの作用を説明する。
パワーコンディショナの作動時には、PVコンバータ基板2上のリアクトル4及びスイッチング素子5が発熱するとともに、インバータ基板3上のリアクトル6及びスイッチング素子5が発熱する。また、PVコンバータ基板2上の平滑コンデンサ19及びインバータ基板3上の平滑コンデンサ20も、リップル電流が流れることにより発熱する。Next, the operation of the power conditioner configured as described above will be described.
When the power conditioner is operated, the
平滑コンデンサとして用いられるアルミ電解コンデンサは、部品の構造上、内部の電解液の蒸発(ドライアップ)が製品寿命に直接関係するため、出来るだけ低温で使用することが望ましい。一般的には容量を大きくして流れるリップル電流の最大値と最小値の差を小さくしたり、周囲温度の高い所に配置しないようにしたり、或いは冷却風が当たる場所に配置したりするといった対策が採られる。 Aluminum electrolytic capacitors used as smoothing capacitors are preferably used at as low a temperature as possible because the evaporation (dry-up) of the electrolytic solution inside is directly related to the product life due to the structure of the parts. In general, measures such as increasing the capacitance to reduce the difference between the maximum and minimum values of the flowing ripple current, avoiding placement in a place with a high ambient temperature, or placing in a place exposed to cooling air. Is taken.
そこで、パワーコンディショナの作動時には、送風機12からインバータ基板3上のリアクトル6に向かって冷却風Wが送風される。冷却風Wは、リアクトル6に加えてインバータ基板3上のスイッチング素子7及び平滑コンデンサ20も冷却し、その後、筐体の内側面によりアッパープレート8の下方を経てPVコンバータ基板2上のリアクトル4に向かって案内され、さらに平滑コンデンサ19及びスイッチング素子5を経て制御基板10,11の上方から送風機12に戻って循環する。制御基板10,11に搭載される素子は発熱量が小さいので、特にリアクトル6,4を冷却して温かくなった冷却風Wは、制御基板10,11上で若干冷却されて送風機12に至る。
Therefore, when the power conditioner is operated, the cooling air W is blown from the
このような冷却風Wの循環により、特に発熱量の大きいリアクトル6,4及びスイッチング素子5,7が冷却される。また、平滑コンデンサ19,20も冷却される。
上記のようなパワーコンディショナでは、次に示す効果を得ることができる。By such circulation of the cooling air W, the
With the above-mentioned power conditioner, the following effects can be obtained.
(1)送風機12から送風される冷却風Wは、発熱量のもっとも大きいインバータ基板3上のリアクトル6に向かって送風される。従って、リアクトル6が冷却風Wで効率よく冷却される。
(1) The cooling air W blown from the
(2)送風機12は、アッパープレート8に設置され、冷却風Wがリアクトル6に向かうように、さらに言えば、冷却風Wがリアクトル6に直接当たるように、斜め下方に向かって設置されている。従って、リアクトル6の冷却効率が向上する。
(2) The
(3)発熱量の大きいリアクトル4,6及びスイッチング素子5,7を搭載したPVコンバータ基板2及びインバータ基板3をベースプレート1上に設置し、発熱量の小さい素子を搭載した制御基板10,11をアッパープレート8に設置した。従って、アッパープレート8に設置された送風機12から斜め下方に向かって冷却風Wを送風することにより、発熱量の大きい素子を効率的に冷却することができる。
(3) The
(4)冷却風Wが筐体内を循環することで、リアクトル4,6及びスイッチング素子5,7等の発熱素子及び平滑コンデンサ19,20を冷却することができる。発熱素子とともに平滑コンデンサを冷却することができるので、平滑コンデンサの寿命を延ばすことができる。
(4) By circulating the cooling air W in the housing, the heating elements such as the
(5)送風機12の下縁がアッパープレート8とベースプレート1との間に位置するように送風機12を設置したので、筐体内で送風機12の設置高さを低背化することができる。従って、ベースプレート1とアッパープレート8上に基板を分けて設置する2層構造としても、筐体の高さ方向の寸法の増大を抑制することができる。
(5) Since the
(6)PVコンバータ基板2、インバータ基板3及び制御基板10,11を2層に分けて設置したことにより、筐体の平面視方向の寸法を縮小することができる。
(7)図4に示されているように、送風機12のファン14の中心は、アッパープレート8よりも上方に位置する。これにより、送風機12はアッパープレート8の上方の比較的冷えている空気を冷却風Wとして送風することができる。従って、リアクトル6,4、スイッチング素子5,7及び平滑コンデンサ19,20の冷却効率が向上する。(6) By installing the
(7) As shown in FIG. 4, the center of the
(8)図2に示されているように、PVコンバータ基板2上の平滑コンデンサ19及びスイッチング素子5はそれぞれ、冷却風Wが流れる方向に対し直交する方向に並べて搭載されている。これにより、平滑コンデンサ19及びスイッチング素子5の冷却効率が向上する。
(8) As shown in FIG. 2, the smoothing
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・送風機12は、筐体内で冷却風を循環させることができさえすれば、必ずしもリアクトル6に向かって斜め下方に送風しなくてもよい。The above embodiment may be changed as follows.
-The
・パワーコンディショナのリアクトル、スイッチング素子、平滑コンデンサ以外の素子を冷却するようにしてもよい。
・PVコンバータ基板2とインバータ基板3を共通の基板で構成してもよい。-Elements other than the reactor, switching element, and smoothing capacitor of the power conditioner may be cooled.
-The
1…ベースプレート、2…第一の基板(PVコンバータ基板)、3…第一の基板(インバータ基板)、4,6…発熱素子(リアクトル)、5,7…発熱素子(パワー半導体素子、スイッチング素子)、8…アッパープレート、10,11…第二の基板(制御基板)、12…送風機、18…放熱フィン、19,20…平滑コンデンサ。 1 ... Base plate, 2 ... First substrate (PV converter substrate), 3 ... First substrate (inverter substrate), 4, 6 ... Heat generation element (reactor), 5, 7 ... Heat generation element (power semiconductor element, switching element) ), 8 ... Upper plate, 10, 11 ... Second board (control board), 12 ... Blower, 18 ... Heat dissipation fin, 19, 20 ... Smoothing capacitor.
Claims (8)
筐体内で前記ベースプレートの上層に位置するアッパープレートに設置され、複数の素子を搭載した第二の基板と、
前記アッパープレートに設置され、前記発熱素子に向かって冷却風を送風する送風機と、を備えた、密閉型電子装置。The first substrate, which is installed on the base plate located in the lower layer in the sealed housing and has multiple elements including heat generating elements, and
A second substrate installed on an upper plate located on the upper layer of the base plate in the housing and mounting a plurality of elements, and
A sealed electronic device provided on the upper plate and provided with a blower that blows cooling air toward the heating element.
前記送風機を、前記冷却風が前記発熱素子に向かうように斜め下方に向かって設置した、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to claim 1,
A sealed electronic device in which the blower is installed obliquely downward so that the cooling air is directed toward the heat generating element.
前記送風機の下縁を、前記ベースプレートと前記アッパープレートとの間に位置させた、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to claim 1 or 2.
A sealed electronic device in which the lower edge of the blower is located between the base plate and the upper plate.
前記アッパープレートは、前記冷却風が前記発熱素子に向かうように、前記発熱素子の上方を覆わない形状とした、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to any one of claims 1 to 3.
The upper plate is a sealed electronic device having a shape that does not cover the upper part of the heat generating element so that the cooling air is directed toward the heat generating element.
前記発熱素子は、リアクトル若しくはパワー半導体素子の少なくともいずれかを含む、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to any one of claims 1 to 4.
The heat generating element is a sealed electronic device including at least one of a reactor and a power semiconductor element.
前記筐体内で循環する冷却風の循環経路上において、前記第一の基板に平滑コンデンサを搭載した、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to any one of claims 1 to 4.
A sealed electronic device in which a smoothing capacitor is mounted on the first substrate on a circulation path of cooling air circulating in the housing.
前記第一の基板には、インバータ及びPVコンバータが搭載され、前記第二の基板には、前記インバータ及び前記PVコンバータの制御回路が搭載される、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to claim 5 or 6.
A sealed electronic device in which an inverter and a PV converter are mounted on the first substrate, and a control circuit of the inverter and the PV converter is mounted on the second substrate.
前記ベースプレートの裏面に放熱フィンを備えた、密閉型電子装置。In the sealed electronic device according to claim 7.
A sealed electronic device having radiating fins on the back surface of the base plate.
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