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1. WO2020110202 - 半導体装置

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明 細 書

発明の名称 半導体装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075  

符号の説明

0076  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 半導体装置

技術分野

[0001]
 本発明は、半導体装置に関する。

背景技術

[0002]
 特開2016-19324号公報(特許文献1)には、半導体ユニットと、半導体ユニットを強制風冷により冷却する冷却構造とを備える半導体装置が開示される。特許文献1では、盤形状の筐体の内部に複数の半導体ユニットを垂直方向に配置し、冷却ファンにより上部から冷却風を排気する。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2016-19324号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 上記特許文献1に記載される半導体装置において、筐体の内部の空間には半導体ユニット以外にリアクトルが実装されている。リアクトルは、半導体ユニットと同様に発熱する部品であるため、冷却が必要となる。
[0005]
 リアクトルの熱設計では、一般的に、リアクトルの単位体積当たりの発熱量を抑えるために、線径の太い巻線を使用してリアクトルの電流密度を下げることが行なわれている。または、放熱面積を稼ぐために、リアクトルの巻き数を増やすことが行なわれている。しかしながら、これらの対策はリアクトルの大型化および重量化に繋がるとともに、コストの上昇を招くことが懸念される。
[0006]
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、装置を大型化および重量化することなく、リアクトルの放熱性を向上させることが可能な半導体装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007]
 この発明のある局面によれば、半導体装置は、吸気口が形成された第1の面と第1の面とは異なる第2の面とを有する盤形状の筐体と、第2の面に設けられ、第2の面から排気する冷却ファンと、筐体の内部の空間を、第1の面に接する第1の空間と、第2の面に接する第2の空間とに仕切るように構成された仕切り板とを備える。仕切り板には、冷却ファンにより発生する冷却風が第1の空間から第2の空間に通り抜ける少なくとも1つの開口部が形成されている。半導体装置は、さらに、第1の空間に配置され、冷却風により冷却される少なくとも1つの半導体ユニットと、少なくとも1つの開口部に対向するように第2の空間に配置されるリアクトルユニットとを備える。

発明の効果

[0008]
 本発明によれば、装置を大型化および重量化することなく、リアクトルの放熱性を向上させることができる半導体装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 本発明の実施の形態に係る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
[図2] 図1に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。
[図3] 無停電電源装置の側方断面図である。
[図4] 図3のIV-IV線に沿った断面図である。
[図5] 仕切り板の外形図である。
[図6] 本発明の実施の形態の第1の変形例に係る無停電電源装置の側方断面図である。
[図7] 本発明の実施の形態の第2の変形例に係る無停電電源装置の側方断面図である。
[図8] 図7のVIII-VIII線に沿った断面図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
[0011]
 図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置が適用され得る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図1を参照して、無停電電源装置100は、交流入力端子5a~5c、コンデンサC1~C6、リアクトルL1~L6、コンバータ1、直流ラインPL,NL、インバータ2、交流出力端子6a~6c、および制御装置4を備える。無停電電源装置100は、商用交流電源5から商用周波数の三相交流電力を受け、負荷6に商用周波数の三相交流電力を供給する。
[0012]
 商用交流電源5は、三相3線式であり、交流入力端子5a~5cに三相交流電圧を出力する。負荷6は、三相3線式であり、交流出力端子6a~6cに接続される。
[0013]
 コンデンサC1~C3の一方電極は交流入力端子5a~5cにそれぞれ接続され、それらの他方電極はともにノードNPに接続される。リアクトルL1~L3の一方端子は交流入力端子5a~5cにそれぞれ接続され、それらの他方端子はコンバータ1の入力ノードにそれぞれ接続される。
[0014]
 コンデンサC1~C3およびリアクトルL1~L3は、低域通過フィルタを構成し、商用交流電源5からコンバータ1に商用周波数の交流電流を流し、コンバータ1から商用交流電源5にスイッチング周波数の信号が流れることを防止する。
[0015]
 商用交流電源5からの三相交流電圧(交流入力電圧)の瞬時値は、制御装置4によって検出される。図示しない電流検出器は、リアクトルL1~L3に流れる交流電流(交流入力電流)を検出し、検出値を示す信号を制御装置4に与える。
[0016]
 コンバータ1の正側出力ノードは、直流ラインPLを介してインバータ2の正側入力ノードに接続される。コンバータ1の負側出力ノードは、直流ラインNLを介してインバータ2の負側入力ノードに接続される。
[0017]
 直流ラインPL,NL間に、バッテリ7(電力貯蔵装置)が接続される。バッテリ7は、直流電力を蓄える。バッテリ7の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。直流ラインPL,NL間の直流電圧は、制御装置4によって検出される。
[0018]
 コンバータ1は、制御装置4によって制御され、商用交流電源5から三相交流電力が正常に供給されている健全時には、商用交流電源5からの三相交流電力を直流電力に変換する。コンバータ1によって生成された直流電力は、直流ラインPL,NLを介してインバータ2に供給されるとともに、バッテリ7に蓄えられる。
[0019]
 このときコンバータ1は、直流ラインPL,NL間の直流電圧が所定の参照直流電圧になるように、電流を出力する。これにより、直流電圧は一定に保たれる。商用交流電源5からの三相交流電力の供給が停止された停電時には、コンバータ1の運転は停止される。
[0020]
 インバータ2は、制御装置4によって制御され、商用交流電源5から三相交流電力が正常に供給されている健全時には、コンバータ1からの直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。また、インバータ2は、商用交流電源5からの三相交流電力の供給が停止された停電時には、バッテリ7の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。
[0021]
 インバータ2の3つの出力ノードは、リアクトルL4~L6の一方端子にそれぞれ接続される。リアクトルL4~L6の他方端子はスイッチS1~S3の一方端子にそれぞれ接続され、スイッチS1~S3の他方端子は交流出力端子6a~6cにそれぞれ接続される。コンデンサC4~C6の一方電極はリアクトルL4~L6の他方端子にそれぞれ接続され、コンデンサC4~C6の他方電極はともにノードNPに接続される。
[0022]
 コンデンサC4~C6およびリアクトルL4~L6は、低域通過フィルタを構成し、インバータ2から負荷6に商用周波数の交流電流を流し、インバータ2から負荷6にスイッチング周波数の信号が流れることを防止する。換言すると、コンデンサC4~C6およびリアクトルL4~L6は、インバータ2から出力される三相矩形波電圧を正弦波状の三相交流電圧(交流出力電圧)に変換する。
[0023]
 交流出力電圧の瞬時値は、制御装置4によって検出される。図示しない電流検出器は、リアクトルL4~L6に流れる交流電流(交流出力電流)を検出し、検出値を示す信号を制御装置4に与える。
[0024]
 スイッチS4~S6の一方端子は交流入力端子5a~5cにそれぞれ接続され、それらの他方端子は交流出力端子6a~6cにそれぞれ接続される。スイッチS1~S6は、制御装置4によって制御される。
[0025]
 インバータ2によって生成される三相交流電力を負荷6に供給するインバータ給電モード時には、スイッチS1~S3がオンされるとともに、スイッチS4~S6がオフされる。商用交流電源5からの三相交流電力を負荷6に供給するバイパス給電モード時には、スイッチS1~S3がオフされるとともに、スイッチS4~S6がオンされる。
[0026]
 制御装置4は、交流入力電圧、交流入力電流、直流電圧、交流出力電流、および交流出力電圧などに基づいて無停電電源装置100全体を制御する。すなわち、制御装置4は、交流入力電圧の検出値に基づいて停電が発生したか否かを検出する。
[0027]
 制御装置4は、商用交流電源5から三相交流電力が供給されている健全時は、インバータ給電モードを選択し、スイッチS1~S3をオンさせるとともに、スイッチS4~S6をオフさせる。これにより、コンバータ1で生成された直流電力がインバータ2によって三相交流電力に変換され、その三相交流電力がスイッチS1~S3を介して負荷6に供給される。
[0028]
 制御装置4は、商用交流電源5からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ1の運転を停止させる。これにより、バッテリ7の直流電力がインバータ2によって三相交流電力に変換され、その三相交流電力がスイッチS1~S3を介して負荷6に供給される。バッテリ7の端子間電圧が放電終止電圧に低下した場合は、制御装置4は、さらにインバータ2の運転を停止させ、スイッチS1~S3をオフさせる。
[0029]
 商用交流電源5の健全時においてインバータ2が故障した場合には、制御装置4は、バイパス給電モードを選択し、スイッチS4~S6をオン状態に維持しながら、スイッチS1~S3をオフさせる。これにより、商用交流電源5から負荷6に三相交流電力が供給される。
[0030]
 図2は、図1に示したコンバータ1およびインバータ2の構成を示す回路図である。図2では、スイッチS1~S6および制御装置4の図示は省略されている。
[0031]
 図2を参照して、コンバータ1は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)Q1~Q6、ダイオードD1~D6、コンデンサC1A~C1C、およびヒューズF1~F6を含む。図2では、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する)としてIGBTを用いているが、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの任意の自己消弧型のスイッチング素子を用いることができる。
[0032]
 IGBTQ1~Q3のコレクタはともに直流ラインPLに接続され、それらのエミッタはそれぞれリアクトルL1~L3の他方端子に接続される。IGBTQ4~Q6のコレクタはそれぞれリアクトルL1~L3の他方端子に接続され、それらのエミッタはともに直流ラインNLに接続される。
[0033]
 ダイオードD1~D6の各々は、対応するスイッチング素子のオフ時にフリーホイール電流を流すために設けられている。スイッチング素子がMOSFETである場合、フリーホイールダイオードは寄生のダイオード(ボディダイオード)で構成される。スイッチング素子がダイオードを内蔵しないIGBTである場合、フリーホイールダイオードはIGBTに逆並列に接続されたダイオードで構成される。
[0034]
 ヒューズF1,F3,F5は、IGBTQ1,Q3,Q5のコレクタと直流ラインPLとの間にそれぞれ接続される。ヒューズF2,F4,F6は、IGBTQ2,Q4,Q6のエミッタと直流ラインNLとの間にそれぞれ接続される。
[0035]
 コンデンサC1Aは、IGBTQ1のコレクタとIGBTQ2のエミッタとの間に接続される。コンデンサC1Bは、IGBTQ3のコレクタとIGBTQ4のエミッタとの間に接続される。コンデンサC1Cは、IGBTQ5のコレクタとIGBTQ6のエミッタとの間に接続される。コンデンサC1A~C1Cの各々は、直流ラインPLおよびNL間に入力された直流電圧を平滑化する。
[0036]
 IGBTQ1,Q4はそれぞれゲート信号Au,Buによって制御され、IGBTQ2,Q5はそれぞれゲート信号Av,Bvによって制御され、IGBTQ3,Q6はそれぞれゲート信号Aw,Bwによって制御される。ゲート信号Bu,Bv,Bwは、それぞれゲート信号Au,Av,Awの反転信号である。ゲート信号Au,Bu,Av,Bv,Aw,Bwの各々は、パルス信号列であり、PWM(Pulse Width Modulation)信号である。ゲート信号Au,Buの位相とゲート信号Av,Bvの位相とゲート信号Aw,Bwの位相とは120度ずつずれている。ゲート信号Au,Bu,Av,Bv,Aw,Bwは、制御装置4によって生成される。ゲート信号Au,Bu,Av,Bv,Aw,BwによってIGBTQ1~Q6の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、IGBTQ1~Q6の各々のオン時間を調整することにより、交流入力端子5a~5cに与えられた三相交流電圧を直流電圧に変換することが可能となっている。
[0037]
 インバータ2は、IGBTQ11~Q16、ダイオードD11~D16、コンデンサC2A~C2C、およびヒューズF11~F16を含む。IGBTQ11,Q13,Q15のコレクタはともに直流ラインPLに接続され、それらのエミッタはそれぞれリアクトルL4~L6の一方端子に接続される。IGBTQ12,Q14,Q16のコレクタはそれぞれリアクトルL4~L6の一方端子に接続され、それらのエミッタはともに直流ラインNLに接続される。ダイオードD11~D16の各々は、対応するスイッチング素子のオフ時にフリーホイール電流を流すために設けられている。
[0038]
 IGBTQ11,Q12はそれぞれゲート信号Xu,Yuによって制御され、IGBTQ13,Q14はそれぞれゲート信号Xv,Yvによって制御され、IGBTQ15,Q16はそれぞれゲート信号Xw,Ywによって制御される。ゲート信号Yu,Yv,Ywは、それぞれゲート信号Xu,Xv,Xwの反転信号である。ゲート信号Xu,Yu,Xv,Yv,Xw,Ywの各々は、パルス信号列であり、PWM信号である。ゲート信号Xu,Yuの位相とゲート信号Xv,Yvの位相とゲート信号Xw,Ywの位相とは120度ずつずれている。ゲート信号Xu,Yu,Xv,Yv,Xw,Ywは、制御装置4によって生成される。ゲート信号Xu,Yu,Xv,Yv,Xw,YwによってIGBTQ11~Q16の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、IGBTQ11~Q16の各々のオン時間を調整することにより、直流ラインPL,NL間の直流電圧を三相交流電圧に変換することが可能となっている。
[0039]
 図2に示した構成において、IGBTQ1,Q2、ダイオードD1,D2、ヒューズF1,F2およびコンデンサC1Aは、1つの半導体ユニット1Aで構成されている。IGBTQ3,Q4、ダイオードD3,D4、ヒューズF3,F4およびコンデンサC1Bは、半導体ユニット1Bで構成されている。IGBTQ5,Q6、ダイオードD5,D6、ヒューズF5,F6およびコンデンサC1Cは、半導体ユニット1Cで構成されている。
[0040]
 IGBTQ11,Q12、ダイオードD11,D12、ヒューズF11,F12およびコンデンサC2Aは、半導体ユニット2Aで構成されている。IGBTQ13,Q14、ダイオードD13,D14、ヒューズF13,F14およびコンデンサC2Bは、半導体ユニット2Bで構成されている。IGBTQ15,Q16、ダイオードD15,D16、ヒューズF15,F16およびコンデンサC2Cは、半導体ユニット2Cで構成されている。
[0041]
 半導体ユニット1A~1C,2A~2Cの各々は、平面状の基板上に、IGBTおよびダイオードからなるスイッチング素子が2つ実装された構成を有している。IGBTおよびダイオードは、ボンディングワイヤまたは導電体からなる配線層によって電気的に接続されている。IGBTおよびダイオードは、基板および配線層などとともに樹脂により封止されている。コンデンサは基板に隣接して設置される。
[0042]
 半導体ユニット1A~1C,2A~2Cの各々は、その動作中にスイッチング素子に導通損失およびスイッチング損失からなる電力損失が発生する。その電力損失によりスイッチング素子が発熱する。
[0043]
 図1に示すように、無停電電源装置100は、半導体ユニット1A~1C,2A~2Cを冷却するための構成として、冷却ファン8を備える。冷却ファン8は、インバータ2から三相交流電力の供給を受けて駆動する。冷却ファン8による強制風冷により半導体ユニット1A~1C,2A~2Cを冷却する。
[0044]
 次に、図3を参照して、無停電電源装置100の構成について説明する。
 図3は、無停電電源装置100の側方断面図である。図4は、図3のIV-IV線に沿った断面図である。
[0045]
 図3に示すように、無停電電源装置100は、盤形状(直方体形状)の筐体102の内部に構成部品が収納された構成を有している。具体的には、筐体102の内部には、半導体ユニット1A~1C,2A~2C、コンデンサユニット18、遮断器ユニット16、制御ユニット14、およびリアクトルユニットLA,LBが実装されている。なお、筐体102の内部には、これらのユニットの他にも図1に示した電気回路を構成する素子および機器などが実装されているが、ここでは省略する。
[0046]
 筐体102の内部は、大半の構成部品が実装された空間104と、冷却風が通り抜ける風洞としての役割を持つ空間106とに分けられている。空間104は無停電電源装置100の前面側(紙面左側)に配置され、空間106は背面側(紙面右側)に配置されている。筐体102の上面(天井面)には冷却ファン8が設けられている。空間104と空間106とは仕切り板110によって仕切られている。筐体102の前面は「第1の面」の一実施例に対応し、筐体102の上面は「第2の面」の一実施例に対応する。空間104は「第1の空間」の一実施例に対応し、空間106は「第2の空間」の一実施例に対応する。
[0047]
 半導体ユニット1A~1C,2A~2Cは全てほぼ同じ形状を有している。図3の例では、半導体ユニットは直方体形状を有している。半導体ユニット1A~1C,2A~2Cは空間104の下側に配置されている。図3では示されていないが、半導体ユニット2A~2Cは、半導体ユニット1A~1Cと水平方向(紙面奥行方向に相当)に隣接して配置されている。
[0048]
 各半導体ユニットにおいて、スイッチング素子10は薄板形状を有する。スイッチング素子10は、冷却フィン12上に配置されている。冷却フィン12は、各半導体ユニットの背面側に実装されている。各半導体ユニットは、前面側から背面側に冷却風が通り抜ける構造である。図中の矢印は冷却風の流れを示している。冷却フィン12が冷却風により冷却されることで、スイッチング素子10が冷却される。
[0049]
 各半導体ユニットの前面は筐体102の前面に近接し、各半導体ユニットの背面は仕切り板110に近接している。半導体ユニット1A~1Cは、垂直方向に配置されており、各半導体ユニットの間には隙間がある。図3の例では、半導体ユニット1Cは、筐体102の底面に設置されている。半導体ユニット1Bは、半導体ユニット1Cの上に設置されている。半導体ユニット1Aは、半導体ユニット1Bの上に設置されている。
[0050]
 コンデンサユニット18は、図1に示したコンデンサC1~C6が収納されたユニットである。制御ユニット14は、図1に示した制御装置4を構成する基板等が実装されたユニットである。遮断器ユニット16は、図1に示したスイッチS1~S6が収納されたユニットである。コンデンサユニット18、遮断器ユニット16および制御ユニット14は、空間104の半導体ユニット1Aの上方に設置されている。
[0051]
 筐体102には、冷却風の吸気口112A,112Bが形成されている。吸気口112Aは、筐体102の前面の下部に、半導体ユニット1A~1Cが位置する箇所に形成されている。吸気口112Bは、筐体102の前面の下部に、半導体ユニット2A~2Cが位置する箇所に形成されている。
[0052]
 仕切り板110には、6つの開口部114A,116A,118A,114B,116B,118Bが形成されている。図5は、仕切り板110の外形図である。各開口部は、各半導体ユニットの背面に位置する部分に対応して配置されている。図3の例では、半導体ユニット1Aの背面に位置する部分に開口部114Aが配置され、半導体ユニット1Bの背面に位置する部分に開口部116Aが配置され、半導体ユニット1Cの背面に位置する部分に開口部118Aが配置されている。図示は省略するが、半導体ユニット2Aの背面に位置する部分に開口部114Bが配置され、半導体ユニット2Bの背面に位置する部分に開口部116Bが配置され、半導体ユニット2Cの背面に位置する部分に開口部118Bが配置されている。
[0053]
 図3および図4に矢印で示すように、吸気口112Aから取り込まれた冷却風は、半導体ユニット1A~1Cの冷却フィン12を冷却するように通り抜け、仕切り板110の開口部114A,116A,118Aから空間106に排出される。空間106に排出された冷却風は上向きに流れ、冷却ファン8から筐体102の外部へ排出される。
[0054]
 リアクトルユニットLAは、図1に示したリアクトルL1~L3が収納されたユニットである。リアクトルユニットLBは、図1に示したリアクトルL4~L6が収納されたユニットである。リアクトルL1~L6の各々は、コイルと、当該コイルから延びる導線の端部に設けられた端子とを有する。
[0055]
 リアクトルユニットLA,LBの各々は、例えば直方体形状または円柱形状を有している。リアクトルユニットLA,LBは空間106に設置されている。すなわち、リアクトルユニットLA,LBは、半導体ユニット1A~1C,2A~2Cを冷却した冷却風の風洞に配置される。
[0056]
 具体的には、図4に示すように、リアクトルユニットLAは、仕切り板110の開口部114A,116A,118Aの少なくとも1つに対向するように配置される。リアクトルユニットLBは、仕切り板110の開口部114B,116B,118Bの少なくとも1つに対向するように配置される。図3の例では、リアクトルユニットLAは、開口部114Aに対向するように配置されている。リアクトルユニットLBは、開口部114Bに対向するように配置されている。
[0057]
 このような構成とすることにより、開口部114Aから排出された冷却風をリアクトルユニットLAに直接的に当てることができる。同様に、開口部114Bから排出された冷却風をリアクトルユニットLBに直接的に当てることができる。
[0058]
 リアクトルの熱設計では、一般的に、リアクトルの単位体積当たりの発熱量を抑えるために、線径の太い巻線を使用してコイルを形成することでリアクトルの電流密度を下げることが行なわれている。または、放熱面積を稼ぐために、リアクトルの巻き数を増やすことが行なわれている。しかしながら、これらの対策はリアクトルの大型化および重量化に繋がるとともに、コストの上昇を招くことが懸念される。リアクトルの小型軽量化および低コスト化のためには、リアクトルの放熱性を向上させることが求められる。
[0059]
 本実施の形態では、リアクトルユニットLA,LBに直接的に冷却風を当てることにより、リアクトルの放熱性を高めることができる。これにより、リアクトルの大型化および重量化ならびにコスト上昇を抑制することができる。
[0060]
 なお、図3および図4の例では、リアクトルユニットLA,LBを、各々の端子部20が開口部116A,116Bにそれぞれ対向するように配置している。端子部20は、各リアクトルユニットに収納されるリアクトルのコイルから延びる導線の端部に設けられる端子で構成されており、リアクトルユニットの外部に突き出している。したがって、リアクトルで発生した熱を端子部20から外部へ伝えることができる。すなわち、端子部20はリアクトルの放熱部材として機能し得る。この端子部20に直接的に冷却風を当てることにより、リアクトルの放熱性を高めることができる。
[0061]
 以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置によれば、半導体ユニットの冷却風をリアクトルユニットに直接的に当てることにより、リアクトルの放熱性を向上させることができる。これにより、リアクトルの熱設計が簡易化されるため、リアクトルを小型軽量化および低コスト化を実現することができる。
[0062]
 <変形例1>
 上述した実施の形態では、リアクトルユニットLAを、3つの開口部114A,116A,118Aのうち少なくとも1つに対向するように配置する構成について説明した。
[0063]
 ただし、開口部114A,116A,118Aから排出される冷却風の風速にばらつきが存在する場合には、冷却風の風速が最も速い開口部に対向するようにリアクトルユニットを配置する構成としてもよい。
[0064]
 図6は、本発明の実施の形態の第1の変形例に係る無停電電源装置100の側方断面図である。図6では、開口部114A,116A,118Aのうち開口部116Aが冷却風の風速が最も速い場合を想定している。したがって、開口部116Aに対向するようにリアクトルユニットLAを配置している。
[0065]
 図6のように、冷却風の風速にばらつきがある場合、全ての半導体ユニット1A~1Cを十分に冷却するためには、最も風速が遅い半導体ユニットが十分に冷却されるように冷却ファン8が選定される。そのため、最も風速が速い半導体ユニット1Bに対しては、必要以上に速い風速の冷却風が流れることになる。すなわち、冷却ファン8は余分なエネルギーを消費していることになる。
[0066]
 図6の例では、最も風速が速い冷却風をリアクトルユニットLAに当てることにより、余分なエネルギーをリアクトルの冷却に活用することができる。これによると、リアクトルを冷却するためのエネルギー消費を抑えることができるため、半導体ユニットおよびリアクトルを効率良く冷却することができる。
[0067]
 <変形例2>
 上述した実施の形態では、リアクトルユニットLA,LBの端子部20に冷却風を当てる構成について説明した。しかしながら、筐体102内部のレイアウトおよびリアクトルユニットの形状によっては、仕切り板110の開口部に端子部20が対向するようにリアクトルユニットを配置することが困難となる場合がある。このような場合には、リアクトルユニットLA,LBに放熱板(ヒートシンク)を接合し、放熱板に冷却風を当てる構成を採用してもよい。
[0068]
 図7は、本発明の実施の形態の第2の変形例に係る無停電電源装置100の側方断面図である。図8は、図7のVIII-VIII線に沿った断面図である。
[0069]
 図7を参照して、リアクトルユニットLAの開口部側の側面には放熱板22が接合されている。放熱板22は、例えば矩形の平面形状を有している。放熱板22は、冷却フィンを有していてもよい。放熱板22は、リアクトルユニットLAと熱的に接続されていればよい。リアクトルからの発熱は、放熱板22を介してリアクトルユニットLAの外部に放出される。
[0070]
 リアクトルユニットLA,LBは、放熱板22が開口部に対向するように配置されている。図7および図8の例では、リアクトルユニットLAは、放熱板22が開口部114Aに対向するように配置され、リアクトルユニットLBは、放熱板22が開口部114Bに対向するように配置されている。これにより、放熱板22に直列的に冷却風を当てることができるため、リアクトルの放熱性を高めることができる。
[0071]
 なお、図示は省略するが、放熱板22をリアクトルユニットの端子部20と近接して配置することで、放熱板22および端子部20の双方に冷却風を直接的に当てることができる。したがって、リアクトルの放熱性をさらに高めることが可能となる。
[0072]
 上述した実施の形態では、リアクトルが実装されたリアクトルユニットを冷却風で冷却するための構成について説明したが、無停電電源装置がトランスを有する場合には、トランスについても本実施の形態および変更例で示した構成を適用することで、トランスの放熱性を向上させることができる。
[0073]
 また、本実施の形態では、リアクトルユニットLA,LBの冷却について主に説明したが、制御ユニット、コンデンサユニットおよび遮断器ユニットなどの他の構成部品についても、実施の形態で説明した構成を適用することで、放熱性を高めることができる。
[0074]
 また、本実施の形態では、三段積みの半導体ユニットの構成について説明したが、半導体ユニットは必ずしも多段積みでなくてもよい。また、開口部はいくつでもよい。半導体ユニットに対応して設けられた開口部に対向するようにリアクトルユニットを配置することで、リアクトルの放熱性を高めることができる。
[0075]
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

符号の説明

[0076]
 1 コンバータ、2 インバータ、4 制御装置、5 商用交流電源、5a~5c 交流入力端子、6 負荷、6a~6c 交流出力端子、7 バッテリ、8 冷却ファン、10 スイッチング素子、12 冷却フィン、14 制御ユニット、16 遮断器ユニット、18 コンデンサユニット、20 端子部、22 放熱板、100 無停電電源装置、102 筐体、104,106 空間、110 仕切り板、112A,112B 吸気口、114A,114B,116A,116B,118A,118B 開口部、C1~C6,C1A~C1C,C2A~C2C コンデンサ、L1~L6 リアクトル、LA,LB リアクトルユニット、Q1~Q6,Q11~Q16 IGBT、D1~D6 ダイオード、F1~F6,F11~F16 ヒューズ,S1~S6 スイッチ。

請求の範囲

[請求項1]
 吸気口が形成された第1の面と、前記第1の面とは異なる第2の面とを有する盤形状の筐体と、
 前記第2の面に設けられ、前記第2の面から排気する冷却ファンと、
 前記筐体の内部の空間を、前記第1の面に接する第1の空間と、前記第2の面に接する第2の空間とに仕切るように構成された仕切り板とを備え、
 前記仕切り板には、前記冷却ファンにより発生する冷却風が前記第1の空間から前記第2の空間に通り抜ける少なくとも1つの開口部が形成されており、
 前記第1の空間に配置され、前記冷却風により冷却される少なくとも1つの半導体ユニットと、
 前記少なくとも1つの開口部に対向するように前記第2の空間に配置され、リアクトルを収納するリアクトルユニットとをさらに備える、半導体装置。
[請求項2]
 前記少なくとも1つの開口部は、複数の開口部であり、
 前記リアクトルユニットは、前記複数の開口部のうち冷却風の風速が最も速い開口部に対向するように配置される、請求項1に記載の半導体装置。
[請求項3]
 前記リアクトルユニットは、前記リアクトルの端子を含む端子部を有しており、
 前記リアクトルユニットは、前記端子部が前記開口部に対向するように配置される、請求項1または2に記載の半導体装置。
[請求項4]
 前記リアクトルユニットに熱的に接続された放熱板をさらに備え、
 前記リアクトルユニットは、前記放熱板が前記開口部に対向するように配置される、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。
[請求項5]
 前記仕切り板において、前記少なくとも1つの開口部は、前記少なくとも1つの半導体ユニットにそれぞれ対応するように配置され、
 前記リアクトルユニットは、前記少なくとも1つの開口部に対向するように配置される、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]