KR101400333B1 - Heat dissipating device of semiconductor device for wind power generator and temperature controlling method thereof - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치 및 그 온도 제어 방법이 개시된다. 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치는, 풍력 발전기용 반도체 소자에 부착되며, 발열체가 내장된 방열판, 상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도에 관한 정보를 측정하는 센싱부 및 상기 센싱부에서 측정한 소자 온도 정보에 기초하여 상기 발열체의 발열을 제어하는 제어부를 포함한다. Disclosed is a heat dissipation device for a semiconductor device for a wind power generator and a temperature control method thereof. A heat dissipating device for a wind power generator semiconductor device includes a heat sink attached to a semiconductor device for a wind power generator and having a built-in heating element, a sensing part for measuring information about the temperature of the semiconductor device for the wind power generator, And a control unit for controlling the heat generation of the heating element based on the information.

Description

풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치 및 그 온도 제어 방법{Heat dissipating device of semiconductor device for wind power generator and temperature controlling method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a heat dissipating device for a semiconductor device for a wind power generator,

본 발명은 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치 및 그 온도 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heat dissipation device for a semiconductor device for a wind power generator and a method of controlling the temperature.

특히 최근 차세대 동력원으로 각광받고 있는 풍력 발전은 전세계적으로 그 규모와 시장성이 증가하고 있다. 일반적으로 풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여, 바람을 전기에너지로 바꾸어 생산하는 발전 방식으로, 풍력이 전력망에서 차지하는 비중이 커지면서 차세대 동력원으로서 중요한 역할을 하고 있다.In particular, the size and marketability of wind power generation, which has been attracting attention as a next-generation power source, is increasing globally. Generally, wind power generation is a power generation system that uses wind turbines to convert wind into electric energy. Wind power plays a major role as a next generation power source as it occupies a larger portion in the power grid.

풍력 발전 시스템은 전력 변환 장치(Power Converter)를 필요로 한다. 전력 변환 장치는 신재생에너지원의 가변적인 환경 조건(예를 들어, 풍속 등)에 기인하는 가변 전압, 가변 주파수 특성을 가지는 저품질의 1차 에너지를 전력 계통으로 연계하기 위해 정전압, 정주파수 특성을 가지는 고품질의 2차 에너지로 정제하기 위한 장치이다. Wind power systems require power converters. The power conversion device is designed to have constant voltage and constant frequency characteristics in order to connect low-quality primary energy with varying voltage and variable frequency characteristics to the power system due to variable environmental conditions of renewable energy sources (for example, wind speed, etc.) Is a device for purifying high-quality secondary energy.

풍력 발전기의 전력 변환 장치 내부에는 전력 변환을 위해 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 등의 전력 변환용 반도체 소자(이하, "전력 변환 소자"라 함)와 전력 변환 소자의 스위칭에 의해 발생하는 열을 효율적으로 방출하기 위한 방열판이 사용된다.(Hereinafter referred to as "power conversion device") such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) and a power conversion device A heat sink for efficiently discharging heat generated by switching is used.

방열판은 전력 변환 소자에서 발생하는 열을 공냉(공기의 순환으로 열을 방출) 혹은 수냉(방열판 내 액체의 흐름으로 인해 열을 흡수 방열) 방식으로 외부로 방출한다. The heat sink discharges the heat generated from the power conversion device to the outside in a manner of air cooling (heat is released by circulation of air) or water cooling (heat is absorbed and dissipated by the flow of liquid in the heat sink).

전력 변환 소자는 반도체 소자로 소자 온도가 일정 값 이상으로 상승할 경우 파손되어 본래의 기능을 하지 못하게 된다. 풍력 발전용 전력 변환 장치뿐만 아니라 전력 변환 소자를 쓰고 있는 모든 시스템에서 전력 변환 소자의 온도 조절은 중요한 사항으로, 이는 전력 변환 소자의 수명과도 연관이 있다. The power conversion device is a semiconductor device, and when the temperature of the device rises above a certain value, it breaks down and fails to perform its original function. In all systems that use power conversion devices as well as power conversion devices for wind power, temperature control of power conversion devices is an important issue, which is also related to the lifetime of power conversion devices.

도 1은 일반적인 반도체 소자의 단면도이며, 도 2는 와이어 본드의 손상 모습을 나타낸 그림이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a general semiconductor device, and FIG. 2 is a view showing a damaged state of a wire bond.

도 1을 참조하면, 반도체 소자(1)는 베이스 플레이트(base plate)(10) 상부에 세라믹 기판(ceramic substrate)(20)이 적층되며, 세라믹 기판(20)의 상부에는 실리콘 칩(silicon chip)(30)이 적층되어 있다. 베이스 플레이트(10)와 세라믹 기판(20) 사이 및 세라믹 기판(20)과 실리콘 칩(30) 사이에는 전기적 연결을 위한 금속층(2)이 형성되어 있으며, 납땜 이음(3)으로 접합되어 있다. 1, a semiconductor device 1 includes a ceramic substrate 20 stacked on a base plate 10, a silicon chip 20 formed on a ceramic substrate 20, (30) are stacked. A metal layer 2 for electrical connection is formed between the base plate 10 and the ceramic substrate 20 and between the ceramic substrate 20 and the silicon chip 30 and is joined by soldering joints 3.

실리콘 칩(30)은 세리막 기판(20) 상부에 형성되어 있는 금속 패턴(40)과 와이어 본드(50)를 통해 전기적으로 연결되어 전기 신호의 전달이 가능하게 된다. 와이어 본드(50)는 전력 변환 소자의 접합부에 해당하며, 이러한 와이어 본드(50)가 손상된 모습이 도 2에 도시되어 있다. The silicon chip 30 is electrically connected to the metal pattern 40 formed on the upper surface of the ceramics substrate 20 through the wire bond 50 to enable the transmission of electrical signals. The wire bond 50 corresponds to the junction of the power conversion element, and the shape of the wire bond 50 is shown in FIG.

전력 변환 소자의 접합부에서는 온도 변화로 인한 열 피로(thermal fatigue)에 의해 크랙 가능성이 높으며, 이로 인한 수명 감소가 크다. 따라서, 전력 변환 소자의 수명을 연장시키기 위해서는 접합부 온도의 열 피로를 줄여주는 것이 중요한 문제이다. At the junction of the power conversion element, there is a high possibility of cracking due to thermal fatigue due to the temperature change, and the lifetime is greatly reduced. Therefore, it is important to reduce the thermal fatigue of the junction temperature in order to extend the life of the power conversion device.

도 3은 풍력 발전기의 시간에 따른 풍속 변화를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing a change in wind speed of the wind turbine over time.

도 3을 참조하면, 그 특성 상 바람은 일정하게 불어오지 않는 경우가 많으며, 심한 경우에는 하루에도 수십번 시동 풍속(cut-in wind speed, 발전 개시를 위한 최저 풍속)의 경계를 넘나든다. Referring to FIG. 3, the wind is not blowing constantly due to its characteristics, and in severe cases, it crosses the boundary of the cut-in wind speed (minimum wind speed for starting power generation) dozens of times a day.

허브 높이의 풍속이 시동 풍속 이상이 되는 경우에는 풍력 발전기가 구동되어 전력 변환 장치가 작동하지만, 시동 풍속 미만이 되는 경우에는 풍력 발전기가 구동되지 못하고 전력 변환 장치가 작동하지 않게 된다. 즉, 풍속 변화에 따라 전력 변환 소자의 접합부의 온도가 오르고 내리는 과정을 반복하게 되어 전력 변환 소자의 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있었다. When the wind speed of the hub becomes higher than the starting wind speed, the wind power generator is driven to operate the power conversion device. However, when the wind speed becomes less than the starting wind speed, the wind power generator is not driven and the power conversion device is not operated. That is, there is a problem that the process of increasing and decreasing the temperature of the junction of the power conversion element is repeated according to the change of the wind speed, thereby shortening the life of the power conversion element.

전력 변환 소자와 관련해서는, 한국등록특허공보 제10-0166774호에는 엘리베이터의 전력용 반도체를 보호하기 위해 전력용 반도체의 스위칭 시 발열을 냉각시키는 방열판의 온도 상승을 온도 단계별로 제어하는 기술이 개시되어 있을 뿐이다. Regarding the power conversion element, Korean Patent Registration No. 10-0166774 discloses a technique for controlling the temperature rise of the heat sink, which cools the heat generated when the power semiconductor is switched, in order to protect the power semiconductor of the elevator, There is only.

한국등록특허공보 제10-0166774호Korean Patent Registration No. 10-0166774

본 발명은 방열판 내에 발열체를 포함시켜 전력 변환 소자의 온도가 설정 온도 이하로 낮아지는 것을 방지하여 급격한 온도 변화 횟수를 줄임으로써 전력 변환 소자의 접합부에서의 열 피로를 줄여 그 수명을 연장시키는 것이 가능한 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치 및 그 온도 제어 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention can reduce the thermal fatigue at the junction of the power conversion device by reducing the number of sudden temperature changes by preventing the temperature of the power conversion device from dropping below the set temperature by including the heating element in the heat sink, A heat dissipation device of a semiconductor device for a generator and a temperature control method thereof.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기용 반도체 소자에 부착되며, 발열체가 내장된 방열판; 상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도에 관한 정보를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 측정한 소자 온도 정보에 기초하여 상기 발열체의 발열을 제어하는 제어부를 포함하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a wind power generator comprising: a heat sink attached to a semiconductor device for a wind power generator, A sensing unit for measuring information on the temperature of the semiconductor device for the wind power generator; And a control unit for controlling the heat generation of the heating element based on the element temperature information measured by the sensing unit. The present invention also provides a heat dissipating device for a semiconductor device for a wind power generator.

상기 센싱부는 상기 풍력 발전기용 반도체 소자 혹은 상기 방열판의 온도를 상기 소자 온도 정보로 측정하는 온도 센서이되, 상기 제어부는 상기 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮은 경우에 상기 발열체를 발열시킬 수 있다.The sensing unit may be a temperature sensor for measuring the temperature of the semiconductor device or the heat sink for the wind turbine using the device temperature information. The control unit may generate the heating element when the temperature is lower than a predetermined reference temperature.

상기 센싱부는 풍력 발전기 주변의 풍속을 상기 소자 온도 정보로 측정하는 풍속 센서이되, 상기 제어부는 상기 풍속이 상기 풍력 발전기의 시동 풍속보다 낮은 경우에 상기 발열체를 발열시킬 수 있다.The sensing unit may be an air speed sensor for measuring the wind speed around the wind power generator with the device temperature information, and the controller may generate heat when the wind speed is lower than the starting wind speed of the wind power generator.

상기 제어부는 상기 측정 풍속이 상기 시동 풍속보다 낮아진 시점으로부터 소정의 설정 시간이 경과한 후에 상기 발열체에 전원을 인가하도록 할 수 있다.The controller may apply power to the heating element after a predetermined set time has elapsed from the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed.

상기 방열판에서 열 교환되는 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 순환부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 소자 온도 정보에 기초하여 상기 냉각 유체 순환부의 온/오프를 제어할 수 있다.And a cooling fluid circulating unit circulating a cooling fluid to be heat-exchanged in the heat sink, wherein the controller can control on / off of the cooling fluid circulation unit based on the device temperature information.

상기 발열체는 상기 풍력 발전기용 반도체 소자 중 접합부에 근접하도록 상기 방열판 내에 배치될 수 있다.The heating element may be disposed in the heat sink so as to be closer to the junction of the semiconductor device for the wind power generator.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 발열체가 내장된 방열판이 풍력 발전기용 반도체 소자에 부착되어 상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도를 제어하는 방법으로서, (a) 상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도를 측정하는 단계; (b) 측정 온도를 미리 설정된 기준 온도와 비교하는 단계; 및 (c) 상기 측정 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 경우에 상기 발열체에 전원을 인가하는 단계를 포함하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a temperature of a semiconductor device for a wind turbine by attaching a heat sink with a heating element to a semiconductor device for a wind turbine, the method comprising the steps of: (a) ; (b) comparing the measured temperature with a preset reference temperature; And (c) when the measured temperature is lower than the reference temperature, applying power to the heating element.

한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 발열체가 내장된 방열판이 풍력 발전기용 반도체 소자에 부착되어 상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도를 제어하는 방법으로서, (a) 풍력 발전기 주변의 풍속을 측정하는 단계; (b) 측정 풍속을 상기 풍력 발전기의 시동 풍속과 비교하는 단계; 및 (c) 상기 측정 풍속이 상기 시동 풍속보다 낮은 경우에 상기 발열체에 전원을 인가하는 단계를 포함하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a temperature of a semiconductor device for a wind turbine attached to a semiconductor device for a wind turbine, the method comprising: (a) measuring a wind speed around the wind turbine ; (b) comparing the measured wind speed with the starting wind speed of the wind power generator; And (c) applying power to the heating element when the measured wind speed is lower than the starting wind speed.

상기 단계 (c)는 상기 측정 풍속이 상기 시동 풍속보다 낮아진 시점으로부터 소정의 설정 시간이 경과한 후에 상기 발열체에 전원을 인가할 수 있다.In the step (c), power can be applied to the heating element after a predetermined set time has elapsed from the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed.

(d) 상기 방열판에서 열 교환되는 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 순환부를 오프시키는 단계를 더 포함할 수 있다.(d) turning off the cooling fluid circulating unit circulating the cooling fluid heat exchanged in the heat sink.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 방열판 내에 발열체를 포함시켜 전력 변환 소자의 온도가 설정 온도 이하로 낮아지는 것을 방지하여 급격한 온도 변화 횟수를 줄임으로써 전력 변환 소자의 접합부에서의 열 피로를 줄여 그 수명을 연장시키는 것이 가능하다. According to the embodiment of the present invention, the temperature of the power conversion element is prevented from being lowered below the set temperature by including the heating element in the heat sink, thereby reducing the number of sudden temperature changes, thereby reducing thermal fatigue at the junction of the power conversion element, It is possible to extend it.

도 1은 일반적인 반도체 소자의 단면도,
도 2는 와이어 본드의 손상 모습을 나타낸 그림,
도 3은 풍력 발전기의 시간에 따른 풍속 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체가 내장된 방열판이 부착된 풍력 발전기용 반도체 소자의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법의 순서도,
도 6은 방열판 온도 조절을 통한 온도 사이클 변화 모습을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법의 순서도.1 is a cross-sectional view of a general semiconductor device,
FIG. 2 is a view showing a damaged state of the wire bond,
FIG. 3 is a graph showing changes in wind speed of the wind turbine over time,
4 is a cross-sectional view of a semiconductor device for a wind turbine with a heat sink having a built-in heating element according to an embodiment of the present invention,
5 is a flowchart of a temperature control method of a semiconductor device for a wind power generator according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a graph showing changes in temperature cycle through temperature regulation of the heat sink,
7 is a flowchart of a method of controlling a temperature of a semiconductor device for a wind turbine according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체가 내장된 방열판이 부착된 풍력 발전기용 반도체 소자의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device for a wind turbine with a heat sink with a built-in heating element according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치는 내장된 발열체에 의한 발열을 통해 온도 변화 폭을 감소시켜 소자 수명을 연장시키는 것을 특징으로 하며, 풍력 발전기용 반도체 소자로는 예를 들어 전력 변환 소자가 포함된다. The heat dissipating device of a semiconductor device for a wind turbine according to an embodiment of the present invention is characterized in that a temperature change width is reduced through heat generation by a built-in heating element to prolong the lifetime of the device. As a semiconductor device for a wind power generator, The power conversion element is included.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치는 발열체(140)가 내장된 방열판(100)을 포함한다. 실시예에 따라 방열판(100)의 방열 기능을 극대화하기 위한 냉각 유체 순환부(110)를 더 포함할 수 있다. The heat dissipating device of the semiconductor device for a wind turbine according to an embodiment of the present invention includes a heat sink 100 having a heating element 140 embedded therein. And may further include a cooling fluid circulation unit 110 for maximizing the heat radiation function of the heat sink 100 according to the embodiment.

풍력 발전기용 반도체 소자(1)의 하면에 방열판(100)이 부착되어 있다. 반도체 소자(1)에서 발생한 열은 방열판(100)을 통해 외부로 방출됨으로써 반도체 소자(1)의 온도가 낮아지게 된다. A heat sink (100) is attached to the lower surface of the semiconductor element (1) for a wind power generator. Heat generated in the semiconductor element 1 is discharged to the outside through the heat sink 100, so that the temperature of the semiconductor element 1 is lowered.

방열판(100)에는 복수의 방열핀(105)이 돌설되어 있을 수 있다. 이 경우 전력 변환 소자(1)에서 발생한 열이 방열판(100)을 거쳐 복수의 방열핀(105)을 통해 외부로 방출되도록 함으로써 보다 효율적으로 전력 변환 소자(1)의 온도를 낮출 수 있게 된다. The heat radiating plate 100 may have a plurality of radiating fins 105 protruding therefrom. In this case, the heat generated in the power conversion element 1 is discharged to the outside through the plurality of radiating fins 105 through the heat sink 100, so that the temperature of the power conversion element 1 can be lowered more efficiently.

방열판(100)은 풍력 발전기용 반도체 소자(1)에 적용된 냉각 시스템의 일 구성요소로서, 냉각 시스템의 냉각 방식에 따라 방열 기능을 도와주는 부가 구성요소인 냉각 유체 순환부(110)가 존재한다. 예를 들어, 공냉식의 경우 방열판(100) 주변 혹은 방열핀(105) 사이로 차가운 외기를 도입시켜 방열판(100)의 열을 빼앗도록 하는 팬(fan)(112)이 냉각 시스템에 포함되어 있을 수 있다. 수냉식의 경우 방열판(100) 주변 혹은 방열핀(105) 사이로 차가운 냉각수가 진행하여 방열판(100)의 열을 빼앗도록 하는 수냉펌프(114)가 냉각 시스템에 포함되어 있을 수 있다. 또는 수냉식과 공냉식이 혼합된 하이브리드 냉각 방식이 적용될 수도 있을 것이다. The heat sink 100 is a component of the cooling system applied to the semiconductor device 1 for a wind turbine generator. The cooling fluid circulator 110 is an additional component that helps the heat dissipation function according to the cooling system of the cooling system. For example, in the case of the air cooling type, the cooling system may include a fan 112 for introducing cold outside air around the heat sink 100 or the heat sink 105 to take heat of the heat sink 100. In the case of the water-cooled type, the cooling system may include a water-cooling pump 114 for cooling cold water to flow around the heat sink 100 or between the heat sink 105 and the heat sink 100. Or a hybrid cooling system in which a water-cooled type and an air-cooled type are mixed.

발열체(140)는 방열판(100)에 내장되어 있으며, 외부의 전원에서 공급되는 전기 에너지를 열로 변환한다. 제어부(130)에서의 제어에 따라 외부의 전원에서 전기 에너지의 공급 여부가 결정된다. The heat generating element 140 is embedded in the heat sink 100 and converts electric energy supplied from an external power source into heat. In accordance with the control of the control unit 130, it is determined whether electric energy is supplied from an external power source.

발열체(140)는 설치 형태에 따라 선상, 면상 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 그 재질은 예를 들어 탄소 필라멘트, 텅스텐 필라멘트 등과 같이 전원이 인가되는 경우 열을 발생시키는 재질로 이루어질 수 있다. The heating element 140 may have various shapes such as a linear shape and a planar shape depending on the installation type. The heating element 140 may be made of a material that generates heat when a power source is applied, such as a carbon filament or a tungsten filament.

또한, 발열체(140)는 방열판(100)이 부착되는 반도체 소자(1) 중 접합부에 근접하도록 방열판(100) 내에 배치될 수 있다. 열 피로에 의한 크랙 발생 위험이 높은 부분이 접합부인 바, 접합부의 온도에 대해서는 온도 변화 폭을 줄이도록 하고 그 외 부분에 대해서 발열에 따른 영향을 최소화하여 소자 기능 손상을 방지할 수 있게 된다. Further, the heat generating element 140 may be disposed in the heat sink 100 so as to be close to the junction of the semiconductor element 1 to which the heat sink 100 is attached. Since the portion where the risk of cracking due to thermal fatigue is high is the junction portion, it is possible to reduce the temperature variation width with respect to the temperature of the junction portion, and minimize the influence of heat generation on other portions.

센싱부(120)는 온도 제어 대상이 되는 반도체 소자(1)의 온도를 측정하는 온도 센서 혹은 풍속을 측정하는 풍속 센서일 수 있다. 온도 센서는 반도체 소자(1) 혹은 방열판(100)의 표면, 반도체 소자(1)와 방열판(100)이 접하는 접촉면 혹은 방열판(100) 내부에 설치되어 반도체 소자(1)의 온도를 측정할 수 있다. 풍속 센서는 풍력 발전기의 허브 혹은 나셀에 설치되어 반도체 소자(1)의 동작 여부를 결정하게 되는 풍력 발전기의 허브 높이의 풍속을 측정할 수 있다. The sensing unit 120 may be a temperature sensor for measuring the temperature of the semiconductor element 1 to be temperature-controlled or an air speed sensor for measuring the wind speed. The temperature sensor can be installed on the surface of the semiconductor element 1 or the heat sink 100, the contact surface where the semiconductor element 1 and the heat sink 100 are in contact with each other, or the inside of the heat sink 100 to measure the temperature of the semiconductor element 1 . The wind speed sensor can be installed on the hub or nacelle of the wind power generator to measure the wind speed of the hub height of the wind power generator which determines whether the semiconductor device 1 is operating or not.

제어부(130)는 센싱부(120)에서의 센싱 결과(반도체 소자(1)의 온도 혹은 풍속)를 기준값(설정 온도 혹은 시동 풍속)과 비교하고, 비교 결과에 따라 발열체(140) 및/또는 냉각 시스템의 온/오프(ON/OFF)를 제어한다. 발열체(140)에의 전원 인가 여부에 따라 발열체(140)의 온/오프가 제어된다. 또한, 방열 기능을 수행하기 위한 냉각 시스템의 타 구성요소(공냉식의 경우 팬, 수냉식의 경우 수냉펌프 등)의 동작이 제어될 수도 있다. 제어부(130)에서의 제어 방법에 대하여 이하 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. The control unit 130 compares the sensing result (the temperature or the wind speed of the semiconductor element 1) with the reference value (the set temperature or the starting wind speed) in the sensing unit 120 and outputs the heating element 140 and / Controls the system on / off (ON / OFF). On / off of the heating element 140 is controlled depending on whether power is applied to the heating element 140 or not. Further, the operation of other components of the cooling system for performing the heat dissipation function (such as a fan in case of air-cooling type, a water-cooling pump in case of water-cooling type) may be controlled. The control method in the control unit 130 will be described in detail below with reference to the related drawings.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법의 순서도이고, 도 6은 방열판 온도 조절을 통한 온도 사이클 변화 모습을 나타낸 그래프이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of controlling a temperature of a semiconductor device for a wind turbine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a graph illustrating a change in a temperature cycle through temperature control of a heat sink.

본 실시예에서 센싱부(120)는 온도 센서일 수 있다.In this embodiment, the sensing unit 120 may be a temperature sensor.

단계 S200에서, 센싱부(120)는 소자 온도를 측정한다. 반도체 소자의 접합부(예를 들어, 와이어 본드 등) 부근에 온도 센서를 부착하여 온도를 직접 측정할 수 있다. 또는 반도체 소자 자체의 온도, 반도체 소자에 접한 방열판의 온도 등을 측정하여 접합부의 온도로 추정할 수도 있을 것이다. In step S200, the sensing unit 120 measures the device temperature. The temperature can be directly measured by attaching a temperature sensor near the junction of the semiconductor element (for example, a wire bond or the like). Alternatively, the temperature of the semiconductor device itself, the temperature of the heat sink adjacent to the semiconductor device, and the like may be measured to estimate the temperature of the junction.

단계 S210에서, 제어부(130)는 측정된 소자 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮은지 여부를 판단한다. In step S210, the controller 130 determines whether the measured element temperature is lower than a preset reference temperature.

판단 결과 측정된 소자 온도가 미리 설정된 기준 온도 이상인 경우에는 단계 S200으로 되돌아가 소자 온도 측정을 반복하며, 소자 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮아진 경우에는 단계 S220으로 진행한다. If the measured device temperature is equal to or higher than the predetermined reference temperature, the process returns to step S200 to repeat the device temperature measurement. If the device temperature is lower than the predetermined reference temperature, the process proceeds to step S220.

단계 S220에서, 제어부(130)는 발열체(140)에 전원을 인가하는 제어 신호를 생성하여 출력함으로써, 발열체(140)가 열을 발생시켜 소자 온도를 상승시키도록 한다. 이 때 제어부(130)는 측정된 소자 온도와 기준 온도의 온도 차에 상응하는 전원이 인가되도록 할 수 있다. 즉, 소자 온도가 기준 온도에 비해 많이 낮은 경우에는 발열체(140)에 많은 전원이 인가되도록 하고, 소자 온도가 기준 온도에 비해 약간 낮은 경우에는 발열체(140)에 비교적 적은 전원이 인가되도록 하여 반도체 소자가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 한다. In step S220, the control unit 130 generates and outputs a control signal for applying power to the heating element 140, so that the heating element 140 generates heat to raise the temperature of the element. At this time, the controller 130 may apply power corresponding to the temperature difference between the measured element temperature and the reference temperature. That is, when the element temperature is much lower than the reference temperature, a large amount of power is applied to the heating element 140. When the element temperature is slightly lower than the reference temperature, relatively low power is applied to the heating element 140, To maintain a constant temperature.

또한, 발열체(140)를 주기적으로 온/오프시켜 발열체(140)에서의 발열에 의해 온도가 지속적으로 상승하는 것을 방지하고 일정한 온도가 유지되도록 할 수도 있다. Also, the heating element 140 may be periodically turned on / off so that the temperature is prevented from being continuously increased by the heat generated by the heating element 140, and a constant temperature may be maintained.

단계 S230에서, 제어부(130)는 냉각 시스템이 오프되도록 하여, 발열체(140)에 전원이 인가되어 온도 상승 중일 때 방열판(100)에 의한 방열 효과를 줄일 수 있다. 냉각 시스템이 공냉식인 경에는 팬(112)의 동작을 정지시키고, 수냉식인 경우에는 수냉펌프(114)의 동작을 정지시킨다. In step S230, the controller 130 turns off the cooling system so that the heat radiation effect by the heat sink 100 can be reduced when the power is applied to the heating body 140 and the temperature is rising. When the cooling system is air-cooled, the operation of the fan 112 is stopped. When the cooling system is water-cooled, the operation of the water-cooling pump 114 is stopped.

도 6을 참조하면, 방열판의 온도 조절을 통한 온도 사이클 변화 모습이 도시되어 있다. Referring to FIG. 6, there is shown a temperature cycle change through temperature control of a heat sink.

도 6의 (a)에는 종래 발열체를 내장하지 않은 방열판이 풍력 발전기용 반도체 소자에 장착된 경우의 접합부 온도(250)가 도시되어 있다. 풍력 발전기가 구동되는 동안(A1)에는 반도체 소자의 접합부의 온도가 상승하다가 풍속이 낮아져 풍력 발전기가 구동되지 않으면(A2) 접합부의 온도가 하강하기 시작하여 일정 시간이 경과하면 기준 온도(260) 이하로 하강하는 것을 확인할 수 있다. 6 (a) shows the junction temperature 250 when a heat sink not incorporating a conventional heating element is mounted on a semiconductor device for a wind power generator. During the operation of the wind turbine generator (A1), when the temperature of the junction of the semiconductor device rises and the wind speed decreases and the wind turbine is not driven (A2), the temperature of the junction begins to drop. As shown in Fig.

이에 의하면, 풍력 발전기의 구동 여부에 따라 접합부의 온도의 상승 및 하강이 빈번하게 일어나게 되고, 온도 변화 폭(L1)이 매우 커서 접합부의 열 피로(온도의 상승/하강에 따른 기계적 충격)가 증가하게 되어 소자 수명이 단축되는 문제점이 있었다. According to this, as the wind turbine is driven, the temperature of the junction increases and decreases frequently, and the temperature change width (L1) is very large, which increases the thermal fatigue (mechanical shock due to temperature rise and fall) Thereby shortening the lifetime of the device.

이에 비해, 도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 내장한 방열판이 풍력 발전기용 반도체 소자에 장착된 경우로서, 풍력 발전기가 구동되는 동안(A1)에는 반도체 소자의 접합부의 온도가 상승하지만, 풍속이 낮아져 풍력 발전기가 구동되지 않는 동안(A2)에도 발열체를 이용하여 열을 발생시키기 때문에 접합부의 온도가 기준 온도 이하로 하강하지 않고 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.In contrast, FIG. 6 (b) shows a case in which a heat sink having a built-in heating element according to an embodiment of the present invention is mounted on a semiconductor device for a wind turbine generator, While the temperature rises and the wind speed is lowered and the wind turbine is not driven, heat is generated using the heating element even during the operation of the wind turbine (A2). Therefore, it can be confirmed that the temperature of the joint portion does not drop below the reference temperature but remains constant.

즉, 도 6의 (a)와 비교할 때 온도 변화 폭이 줄어 들어(L1 -> L2) 접합부의 열 피로가 줄어들게 되고 크랙이 감소하게 되어 결과적으로 소자 수명이 연장되는 효과가 있다. That is, as compared with FIG. 6 (a), the temperature variation width decreases (L1 - > L2), thereby reducing the thermal fatigue of the joint and reducing the cracks. As a result, the device life is prolonged.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법의 순서도이다. 7 is a flowchart of a method of controlling a temperature of a semiconductor device for a wind turbine according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에서 센싱부(120)는 풍속 센서로서, 풍력 발전기 주변의 풍속에 따라 발열체의 발열을 제어하여 반도체 소자의 온도를 조절하고 소자 수명을 연장한다. 온도 제어를 위해 추가적으로 냉각 시스템의 동작을 제어할 수도 있다. In this embodiment, the sensing unit 120 is an wind speed sensor that controls the heat generation of the heating element according to the wind speed around the wind power generator, thereby adjusting the temperature of the semiconductor element and extending the lifetime of the element. The operation of the cooling system may additionally be controlled for temperature control.

단계 S300에서, 센싱부(120)는 풍력 발전기 주변의 풍속을 측정한다. 풍력 발전기의 허브 혹은 나셀에 장착되어 허브 높이의 풍속을 직접 측정하거나, 풍력 단지 관리 시스템과 네트워크를 통해 연결되어 풍력 단지 내에서 풍력 발전기가 설치된 위치에 대한 풍속 정보를 수신할 수도 있다. In step S300, the sensing unit 120 measures the wind speed around the wind power generator. It can be mounted on a hub or nacelle of a wind turbine to directly measure the wind speed at the height of the hub or to receive wind speed information about the position where the wind turbine is installed in the wind turbine connected to the wind farm management system through a network.

단계 S310에서, 제어부(130)는 측정된 풍속이 미리 설정된 시동 풍속 이상인지 여부를 판단한다. 풍력 발전기 주변의 풍속이 시동 풍속 이상인 경우에는 풍력 발전기가 발전하게 되어 반도체 소자가 전력 변환 동작을 수행함으로써 접합부의 온도가 상승하게 된다. 반대로 풍력 발전기 주변의 풍속이 시동 풍속보다 낮은 경우에는 풍력 발전기가 발전하지 못하게 되어 반도체 소자가 전력 변환 동작을 수행하지 않게 되므로 접합부의 온도가 하강하게 된다. In step S310, the controller 130 determines whether the measured wind speed is equal to or higher than a predetermined starting wind speed. When the wind speed around the wind power generator is higher than the starting wind speed, the wind power generator is generated, and the temperature of the junction is increased because the semiconductor device performs the power conversion operation. On the contrary, when the wind speed around the wind power generator is lower than the starting wind speed, the wind power generator can not be generated, and the semiconductor device does not perform the power conversion operation.

판단 결과 측정된 풍속이 미리 설정된 시동 풍속 이상인 경우에는 단계 S300으로 진행하며, 측정된 풍속이 미리 설정된 시동 풍속보다 낮아진 경우에는 단계 S320으로 진행한다. If the measured wind speed is equal to or higher than the predetermined starting wind speed, the process proceeds to step S300. If the measured wind speed is lower than the predetermined starting wind speed, the process proceeds to step S320.

단계 S320에서, 제어부(130)는 발열체(140)에 전원을 인가하는 제어 신호를 생성하여 출력함으로써, 발열체(140)가 열을 발생시켜 소자 온도를 상승시키도록 한다. In step S320, the controller 130 generates and outputs a control signal for applying power to the heating element 140, so that the heating element 140 generates heat to raise the temperature of the element.

이 때 제어부(130)는 측정된 풍속이 시동 풍속보다 낮아진 시점으로부터 소정의 설정 시간이 경과한 후에 발열체(140)가 열을 발생시키도록 제어할 수도 있다. 측정된 풍속이 시동 풍속보다 낮아진 시점에서는 반도체 소자가 직전까지 전력 변환 동작을 수행하고 있었기 때문에 소자 온도가 상당히 상승한 상태에 있게 된다. 따라서, 일정 시간이 경과하여 소자 온도가 어느 정도 하강하였을 때 발열체(140)를 통해 열을 발생시킴으로써 더 이상의 하강을 억제하는 것이 바람직하다. 여기서, 측정된 풍속이 시동 풍속보다 낮아진 시점으로부터 발열체(140)의 발열 개시 시점까지의 설정 시간은 실험적, 통계적으로 결정되어 있을 수 있다. At this time, the control unit 130 may control the heat generating element 140 to generate heat after a predetermined set time has elapsed from the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed. At the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed, since the semiconductor element is performing the power conversion operation up to the immediately before, the element temperature is considerably increased. Therefore, it is preferable to suppress further descent by generating heat through the heating element 140 when the temperature of the element has dropped to a certain level after a certain time has elapsed. Here, the set time from the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed to the start of heat generation of the heating element 140 may be experimentally and statistically determined.

단계 S330에서, 제어부(130)는 냉각 시스템이 오프되도록 하여, 발열체(140)에 전원이 인가되어 온도 상승 중일 때 방열판(100)에 의한 방열 효과를 줄일 수 있다. 냉각 시스템이 공냉식인 경에는 팬(112)의 동작을 정지시키고, 수냉식인 경우에는 수냉펌프(114)의 동작을 정지시킨다. In step S330, the controller 130 turns off the cooling system so that the heat dissipation effect by the heat sink 100 can be reduced when the power is applied to the heating element 140 and the temperature is rising. When the cooling system is air-cooled, the operation of the fan 112 is stopped. When the cooling system is water-cooled, the operation of the water-cooling pump 114 is stopped.

지금까지, 도 4에 예시된 제어부(130)가 센싱부(120)의 측정값에 따라 발열체(140) 및 냉각 유체 순환부(110)를 제어하는 것을 가정하여, 도 5 및 도 7의 온도 제어 방법을 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 5 and 7, it is assumed that the control unit 130 illustrated in FIG. 4 controls the heating element 140 and the cooling fluid circulating unit 110 according to the measured value of the sensing unit 120, Method. However, the present invention is not limited thereto.

보다 구체적으로, 도 4에 예시된 제어부(130), 센싱부(120) 및 기타 구성은 본 발명이 적용되는 환경에 따라 다수개의 구성부으로 분할되어 구현되거나, 또는 기능이 통합되어 하나의 구성으로 구현될 수 있으므로, 해당 명칭에 관계없이 그 기능으로 통합 또는 분할하여 해석되어져야 할 것이다. More specifically, the control unit 130, the sensing unit 120, and other configurations illustrated in FIG. 4 may be implemented by being divided into a plurality of configuration units according to the environment to which the present invention is applied, It should be interpreted as integrating or dividing into its function regardless of its name.

따라서, 도 5 및 도 7에 예시된 온도 제어방법에서의 각 단계별 주체는 도 4에 예시된 각 구성부로 한정되지 아니하고, 본 발명의 실시예에 따른 방열 장치로서도 해석될 수 있을 것이다. Therefore, the subject of each step in the temperature control method illustrated in Figs. 5 and 7 is not limited to each component illustrated in Fig. 4, and may be interpreted as a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 5 또는 도 7에서 상술한 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법은 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.In addition, the temperature control method of the semiconductor device for a wind turbine as described above with reference to FIG. 5 or 7 may be performed by an automated procedure in a time-series sequence by a program built in or installed in a heat dissipation device of a semiconductor device for a wind power generator, Do. The codes and code segments that make up the program can be easily deduced by a computer programmer in the field. In addition, the program is stored in a computer readable medium readable by the digital processing apparatus, and is read and executed by the digital processing apparatus to implement the method. The information storage medium includes a magnetic recording medium, an optical recording medium, and a carrier wave medium.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

1: 반도체 소자 10: 베이스 플레이트
20: 세라믹 기판 30: 실리콘 칩
40: 금속 패턴 50: 와이어 본드
100: 방열판 105: 방열핀
110: 냉각 유체 순환부 120: 센싱부
122: 온도 센서 124: 풍속 센서
130: 제어부 140: 발열체1: Semiconductor device 10: Base plate
20: ceramic substrate 30: silicon chip
40: metal pattern 50: wire bond
100: heat sink 105: heat sink fin
110: cooling fluid circulating part 120: sensing part
122: temperature sensor 124: wind speed sensor
130: control unit 140:

Claims (10)

풍력 발전기용 반도체 소자에 부착되며, 발열체가 내장된 방열판;
상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도에 관한 정보를 측정하는 센싱부; 및
상기 센싱부에서 측정한 소자 온도 정보에 기초하여 상기 발열체의 발열을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 센싱부는 풍력 발전기 주변의 풍속을 상기 소자 온도 정보로 측정하는 풍속 센서이되,
상기 제어부는 상기 풍속이 상기 풍력 발전기의 시동 풍속(cut-in wind speed)보다 낮은 경우에 상기 발열체를 발열시키는 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치. A heat sink attached to a semiconductor device for a wind power generator, the heat sink having a built-in heating element;
A sensing unit for measuring information on the temperature of the semiconductor device for the wind power generator; And
And a control unit for controlling the heat generation of the heating element based on the element temperature information measured by the sensing unit,
Wherein the sensing unit is an air velocity sensor for measuring the wind speed around the wind power generator with the device temperature information,
Wherein the control unit heats the heating element when the wind speed is lower than a cut-in wind speed of the wind power generator. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 측정된 상기 풍속이 상기 시동 풍속보다 낮아진 시점으로부터 소정의 설정 시간이 경과한 후에 상기 발열체에 전원을 인가하도록 하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치.The method according to claim 1,
Wherein the controller applies power to the heating element after a predetermined set time has elapsed from the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed. 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 방열판에서 열 교환되는 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 순환부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 소자 온도 정보에 기초하여 상기 냉각 유체 순환부의 온/오프를 제어하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치. The method according to claim 1 or 4,
And a cooling fluid circulating unit circulating a cooling fluid to be heat-exchanged in the heat sink,
Wherein the control unit controls on / off of the cooling fluid circulation unit based on the device temperature information. 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 발열체는 상기 풍력 발전기용 반도체 소자 중 접합부에 근접하도록 상기 방열판 내에 배치되는 풍력 발전기용 반도체 소자의 방열 장치. The method according to claim 1 or 4,
Wherein the heat generating element is disposed in the heat dissipating plate so as to be close to the junction of the semiconductor elements for the wind power generator. 삭제delete 발열체가 내장된 방열판이 풍력 발전기용 반도체 소자에 부착되어 상기 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도를 제어하는 방법으로서,
(a) 풍력 발전기 주변의 풍속을 측정하는 단계;
(b) 측정 풍속을 상기 풍력 발전기의 시동 풍속(cut-in wind speed)과 비교하는 단계; 및
(c) 상기 측정 풍속이 상기 시동 풍속보다 낮은 경우에 상기 발열체에 전원을 인가하는 단계를 포함하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법.A method of controlling a temperature of a semiconductor device for a wind turbine attached to a semiconductor device for a wind turbine generator,
(a) measuring the wind speed around the wind power generator;
(b) comparing the measured wind speed with a cut-in wind speed of the wind power generator; And
(c) applying power to the heating element when the measured wind speed is lower than the starting wind speed. 제8항에 있어서,
상기 단계 (c)는 상기 측정 풍속이 상기 시동 풍속보다 낮아진 시점으로부터 소정의 설정 시간이 경과한 후에 상기 발열체에 전원을 인가하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step (c) applies power to the heating element after a predetermined set time from the time when the measured wind speed becomes lower than the starting wind speed. 제8항 또는 제9항에 있어서,
(d) 상기 방열판에서 열 교환되는 냉각 유체를 순환시키는 냉각 유체 순환부를 오프시키는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기용 반도체 소자의 온도 제어 방법. 10. The method according to claim 8 or 9,
(d) turning off a cooling fluid circulating unit circulating a cooling fluid to be heat-exchanged in the heat sink.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060101557A (en) * 2001-04-20 2006-09-25 알로이즈 우벤 Method for controlling a wind energy plant
JP2007294508A (en) * 2006-04-21 2007-11-08 Nissan Motor Co Ltd Device and method for controlling cooling device
JP2010110206A (en) 2008-10-28 2010-05-13 Siemens Ag Arrangement for cooling electrical machine
KR101106252B1 (en) * 2009-07-08 2012-01-18 주식회사 에이치엠에스 Apparatus and method for controlling cooling/heating electronic components

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060101557A (en) * 2001-04-20 2006-09-25 알로이즈 우벤 Method for controlling a wind energy plant
JP2007294508A (en) * 2006-04-21 2007-11-08 Nissan Motor Co Ltd Device and method for controlling cooling device
JP2010110206A (en) 2008-10-28 2010-05-13 Siemens Ag Arrangement for cooling electrical machine
KR101106252B1 (en) * 2009-07-08 2012-01-18 주식회사 에이치엠에스 Apparatus and method for controlling cooling/heating electronic components

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