JPH056955A - 半導体スタツク - Google Patents
半導体スタツクInfo
- Publication number
- JPH056955A JPH056955A JP15640091A JP15640091A JPH056955A JP H056955 A JPH056955 A JP H056955A JP 15640091 A JP15640091 A JP 15640091A JP 15640091 A JP15640091 A JP 15640091A JP H056955 A JPH056955 A JP H056955A
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- water
- cooled
- ferrite core
- conductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、冷却効果を損なうことなく、小形
軽量化された水冷式冷却構造を有する半導体スタックを
提供するものである。 【構成】 平形半導体素子１と、フェライトコア１６
と、水冷式冷却フィン２ａ，２ｂとを一体化して、締付
部材６，８によりスタッキングする。 【効果】 半導体スタックの各素子間の配線および冷却
用配管の簡素化が可能となる。
軽量化された水冷式冷却構造を有する半導体スタックを
提供するものである。 【構成】 平形半導体素子１と、フェライトコア１６
と、水冷式冷却フィン２ａ，２ｂとを一体化して、締付
部材６，８によりスタッキングする。 【効果】 半導体スタックの各素子間の配線および冷却
用配管の簡素化が可能となる。
Description
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変換装置の半導体スタッ
クの実装構造に関するものである。
クの実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体スタックを図面により説明
する。図６、図７、図８において、１はサイリスタであ
る。２は冷却フィンであり、その内部に冷却水が循環す
る水路が設けられており、サイリスタ１の両側に配置さ
れ、サイリスタ１を冷却している。このように構成され
たものが２組導体３を介して直列接続されている。さら
に、その外側の冷却フィン２には、導体４、絶縁板５が
それぞれ重ねて配置されている。右側の絶縁板５の外側
に押え板６を、左側の絶縁板５の外側には、サラバネ７
を介して押え板６が配置されている。それぞれの押え板
６の中心に対して左右対称な２カ所を、それぞれ左右両
側から絶縁ボルト８で締付けている。また、各導体４は
ストランドワイヤ９を介して、水冷導体１０に接続され
ている。この水冷導体１０には、その裏面に冷却水が流
れる冷却管が溶接され、水冷導体１０を冷却している。
１１は円筒状のフェライトコアであり、サイリスタ１の
直列回路の両端子側にそれぞれ設けられ、他の半導体ス
タックとの電流バランスをとる。フェライトコア１１の
底面側は水冷導体10の表面に取付けられて、冷却されて
いる。図９において、１２は入口側の冷却母管であり、
冷却フィン２、水冷導体１０、水冷スナバ抵抗１３へ冷
却水を送流するため、冷却フィン用冷却水入口側ＡIN、
水冷導体用冷却水入口側ＢIN、水冷スナバ抵抗用冷却水
入口側ＣINの３つに分岐配管されている。それぞれの冷
却フィン２、水冷導体１０、水冷スナバ抵抗１３を通過
した冷却水が冷却フィン用冷却水出口側Ａout 、水冷導
体用冷却水出口側Ｂout 、水冷スナバ抵抗用冷却水出口
側Ｃout から流量計１４を介して送流されて、出口側の
冷却母管１２へと流れる。
する。図６、図７、図８において、１はサイリスタであ
る。２は冷却フィンであり、その内部に冷却水が循環す
る水路が設けられており、サイリスタ１の両側に配置さ
れ、サイリスタ１を冷却している。このように構成され
たものが２組導体３を介して直列接続されている。さら
に、その外側の冷却フィン２には、導体４、絶縁板５が
それぞれ重ねて配置されている。右側の絶縁板５の外側
に押え板６を、左側の絶縁板５の外側には、サラバネ７
を介して押え板６が配置されている。それぞれの押え板
６の中心に対して左右対称な２カ所を、それぞれ左右両
側から絶縁ボルト８で締付けている。また、各導体４は
ストランドワイヤ９を介して、水冷導体１０に接続され
ている。この水冷導体１０には、その裏面に冷却水が流
れる冷却管が溶接され、水冷導体１０を冷却している。
１１は円筒状のフェライトコアであり、サイリスタ１の
直列回路の両端子側にそれぞれ設けられ、他の半導体ス
タックとの電流バランスをとる。フェライトコア１１の
底面側は水冷導体10の表面に取付けられて、冷却されて
いる。図９において、１２は入口側の冷却母管であり、
冷却フィン２、水冷導体１０、水冷スナバ抵抗１３へ冷
却水を送流するため、冷却フィン用冷却水入口側ＡIN、
水冷導体用冷却水入口側ＢIN、水冷スナバ抵抗用冷却水
入口側ＣINの３つに分岐配管されている。それぞれの冷
却フィン２、水冷導体１０、水冷スナバ抵抗１３を通過
した冷却水が冷却フィン用冷却水出口側Ａout 、水冷導
体用冷却水出口側Ｂout 、水冷スナバ抵抗用冷却水出口
側Ｃout から流量計１４を介して送流されて、出口側の
冷却母管１２へと流れる。
【０００３】このように構成された半導体スタックにお
いて、この冷却フィル２を各サイリスタ１の両側に設
け、それらを一括スタッキングしている。入口側の冷却
母管１２から冷却水を冷却フィン２内部の水路に循環さ
せ、循環後の冷却水を出口側の冷却母管１２に排水す
る。こうして平形半導体素子１から発生する熱を冷却し
ていた。また、裏面に冷却管が溶接された水冷導体１０
の表面にフェライトコア１１は固定され、入口側の冷却
母管１２から冷却水を冷却管に循環させ、循環後の冷却
水を出口側の冷却母管１２に排水する。さらに、水冷ス
ナバ抵抗１３も同様に、冷却水で冷却していた。
いて、この冷却フィル２を各サイリスタ１の両側に設
け、それらを一括スタッキングしている。入口側の冷却
母管１２から冷却水を冷却フィン２内部の水路に循環さ
せ、循環後の冷却水を出口側の冷却母管１２に排水す
る。こうして平形半導体素子１から発生する熱を冷却し
ていた。また、裏面に冷却管が溶接された水冷導体１０
の表面にフェライトコア１１は固定され、入口側の冷却
母管１２から冷却水を冷却管に循環させ、循環後の冷却
水を出口側の冷却母管１２に排水する。さらに、水冷ス
ナバ抵抗１３も同様に、冷却水で冷却していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、フェライ
トコア１１、水冷スナバ抵抗１３は、サイリスタ１を有
する半導体スタックと独立した別系統で冷却している。
よって、冷却管の配管数が多くなるので、それぞれの取
付スペースが必要となる。また、冷却流量を監視するた
め、それぞれの冷却系に流量計１４が必要となる。その
ために、装置の大形化、複雑化を避けることができない
という問題点があった。
トコア１１、水冷スナバ抵抗１３は、サイリスタ１を有
する半導体スタックと独立した別系統で冷却している。
よって、冷却管の配管数が多くなるので、それぞれの取
付スペースが必要となる。また、冷却流量を監視するた
め、それぞれの冷却系に流量計１４が必要となる。その
ために、装置の大形化、複雑化を避けることができない
という問題点があった。
【０００５】高周波回路に使用する半導体スタック１に
フェライトコア１１を使用する場合には、周波数に比例
してフェライトコア１１の熱損失は高くなる。そのた
め、フェライトコア１１を水冷している。しかし、フェ
ライトコア１１を水冷導体１０に取付けているが、両者
を圧接していない。そのため、水冷導体１０の冷却面と
フェライトコア１１の底面との接触が不均一で冷却効果
が悪いという問題点があった。そこで、本発明の目的
は、冷却効果を損なうことなく、小形軽量化された冷却
構造を有する水冷式の半導体スタックを提供するもので
ある。 ［発明の構成］
フェライトコア１１を使用する場合には、周波数に比例
してフェライトコア１１の熱損失は高くなる。そのた
め、フェライトコア１１を水冷している。しかし、フェ
ライトコア１１を水冷導体１０に取付けているが、両者
を圧接していない。そのため、水冷導体１０の冷却面と
フェライトコア１１の底面との接触が不均一で冷却効果
が悪いという問題点があった。そこで、本発明の目的
は、冷却効果を損なうことなく、小形軽量化された冷却
構造を有する水冷式の半導体スタックを提供するもので
ある。 ［発明の構成］
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するために、直列配置される少なくとも２個の平形半
導体素子と、この直列配置された平形半導体素子の両端
に配置されるフェライトコアと、これらのフェライトコ
アと平形半導体素子をそれぞれはさむように配置される
水冷式冷却フィンと、これらのサイリスタ、フェライト
コア、水冷式冷却フィンをスタッキングする締付け部材
とを有することを特徴としたものである。
成するために、直列配置される少なくとも２個の平形半
導体素子と、この直列配置された平形半導体素子の両端
に配置されるフェライトコアと、これらのフェライトコ
アと平形半導体素子をそれぞれはさむように配置される
水冷式冷却フィンと、これらのサイリスタ、フェライト
コア、水冷式冷却フィンをスタッキングする締付け部材
とを有することを特徴としたものである。
【０００７】
【作用】このように構成されたものにおいては、平形半
導体素子とフェライトコアと水冷式冷却フィンとを一体
化して締付部材でスタッキングすることにより、平形半
導体とフェライトコアを水冷式冷却フィンにより冷却す
ることができる。
導体素子とフェライトコアと水冷式冷却フィンとを一体
化して締付部材でスタッキングすることにより、平形半
導体とフェライトコアを水冷式冷却フィンにより冷却す
ることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１、図２、図３において、１はサイリスタであ
る。２ａは冷却フィンであり、サイリスタ１は両側に配
置されている。冷却フィン２ａ側面には、入口側冷却管
口と出口側冷却管口があり、冷却フィン２ａ内部には、
冷却水が通る水路が設けられている。このように構成さ
れたサイリスタ１と冷却フィン２ａが２組、導体３を介
して直列接続されている。１５は水冷スナバ抵抗であ
り、直列接続された右側の組のそれぞれの冷却フィン２
ａ側面に埋め込まれている。１６はフェライトコアであ
り、外側の冷却フィン２ａ側それぞれ配置されている。
２ｂは冷却フィンであり、各フェライトコア１６の外側
に配置されている。１７はスタット付導体であり、各冷
却フィン２ｂの外側に配置されている。スタット付導体
１７は、そのスタット部が冷却フィン２ｂを貫通し、さ
らにフェライトコア１６の中空部を通り、フェライトコ
ア１６に接している冷却フィン２ａに達している。５は
絶縁板であり、各スタット付導体１７の外側に配置され
ている。６は押え板であり、右側の絶縁板５の外側と、
右側の絶縁板５の外側にサラバネ７を介してそれぞれ配
置されている。左右の押え板６の中心に対して左右対称
な２カ所を左右両側から絶縁ボルト８で締付けている。
る。図１、図２、図３において、１はサイリスタであ
る。２ａは冷却フィンであり、サイリスタ１は両側に配
置されている。冷却フィン２ａ側面には、入口側冷却管
口と出口側冷却管口があり、冷却フィン２ａ内部には、
冷却水が通る水路が設けられている。このように構成さ
れたサイリスタ１と冷却フィン２ａが２組、導体３を介
して直列接続されている。１５は水冷スナバ抵抗であ
り、直列接続された右側の組のそれぞれの冷却フィン２
ａ側面に埋め込まれている。１６はフェライトコアであ
り、外側の冷却フィン２ａ側それぞれ配置されている。
２ｂは冷却フィンであり、各フェライトコア１６の外側
に配置されている。１７はスタット付導体であり、各冷
却フィン２ｂの外側に配置されている。スタット付導体
１７は、そのスタット部が冷却フィン２ｂを貫通し、さ
らにフェライトコア１６の中空部を通り、フェライトコ
ア１６に接している冷却フィン２ａに達している。５は
絶縁板であり、各スタット付導体１７の外側に配置され
ている。６は押え板であり、右側の絶縁板５の外側と、
右側の絶縁板５の外側にサラバネ７を介してそれぞれ配
置されている。左右の押え板６の中心に対して左右対称
な２カ所を左右両側から絶縁ボルト８で締付けている。
【０００９】図４は図１の半導体スタックが２個並列接
続されて構成される変換装置の主回路図である。同一極
性方向に直列接続された２個のサイリスタ１の両端にフ
ェライトコア１６が接続された回路が２組並列接続され
主回路を構成する。また、水冷スナバ抵抗１５とコンデ
ンサ１８からなるスナバ回路が各サリイスタ１に並列接
続されている。この主回路の端子は直流電源のＰ，Ｎ端
子に接続されている。それぞれの直列接続された２個の
サイリスタ１の間に交流側端子Ｕ，Ｖを有する。
続されて構成される変換装置の主回路図である。同一極
性方向に直列接続された２個のサイリスタ１の両端にフ
ェライトコア１６が接続された回路が２組並列接続され
主回路を構成する。また、水冷スナバ抵抗１５とコンデ
ンサ１８からなるスナバ回路が各サリイスタ１に並列接
続されている。この主回路の端子は直流電源のＰ，Ｎ端
子に接続されている。それぞれの直列接続された２個の
サイリスタ１の間に交流側端子Ｕ，Ｖを有する。
【００１０】このように構成された実施例の作用を図５
により説明する。図示しない熱交換器から送流される冷
却水が冷却フィン２ｂの冷却水入口側ＤINから流入す
る。順次それぞれの冷却フィンを２ｂ，２ａ循環後、サ
イリスタ１、フェライトコア１６、水冷スナバ抵抗１５
による発熱により加熱された冷却水は、水冷フィン２ｂ
の冷却水出口側Ｄout から排出される。排出された冷却
水は、熱交換器に流入して冷却され、再度水冷フィン２
ｂの冷却水入口側ＤINへ送流される。
により説明する。図示しない熱交換器から送流される冷
却水が冷却フィン２ｂの冷却水入口側ＤINから流入す
る。順次それぞれの冷却フィンを２ｂ，２ａ循環後、サ
イリスタ１、フェライトコア１６、水冷スナバ抵抗１５
による発熱により加熱された冷却水は、水冷フィン２ｂ
の冷却水出口側Ｄout から排出される。排出された冷却
水は、熱交換器に流入して冷却され、再度水冷フィン２
ｂの冷却水入口側ＤINへ送流される。
【００１１】本実施例によれば、フェライトコアの圧縮
方向の破壊圧は５０００ｋｇ／ｃｍ2 〜８０００ｋｇ／
ｃｍ2 であり、サイリスタ等の半導体素子のスタッキン
グ圧接力はポスト径φ１００のもので７９ｋｇ／ｃｍ2
程度である。従って、サイリスタ１と一緒にフェライト
コア１６を圧接しても、破損する恐れはない。そのた
め、変換装置の１アーム分のサイリスタとフェライトコ
アを１台のスタックに一括スタッキングが可能である。
方向の破壊圧は５０００ｋｇ／ｃｍ2 〜８０００ｋｇ／
ｃｍ2 であり、サイリスタ等の半導体素子のスタッキン
グ圧接力はポスト径φ１００のもので７９ｋｇ／ｃｍ2
程度である。従って、サイリスタ１と一緒にフェライト
コア１６を圧接しても、破損する恐れはない。そのた
め、変換装置の１アーム分のサイリスタとフェライトコ
アを１台のスタックに一括スタッキングが可能である。
【００１２】また、水冷スナバ抵抗１５の最大損失時で
かつサイリスタ１の熱損失も最大である場合に、サイリ
スタ１の接合温度が許容値以下となる熱抵抗の低い冷却
フィン２ａ，２ｂを使用している。そのためサイリスタ
１を冷却する冷却フィン２ａに水冷スナバ抵抗１５を埋
め込むことができる。
かつサイリスタ１の熱損失も最大である場合に、サイリ
スタ１の接合温度が許容値以下となる熱抵抗の低い冷却
フィン２ａ，２ｂを使用している。そのためサイリスタ
１を冷却する冷却フィン２ａに水冷スナバ抵抗１５を埋
め込むことができる。
【００１３】このように、フェライトコア１６とサイリ
スタ１の一括スタッキング及び水冷スナバ抵抗１５のス
タック一体化により、水冷半導体スタックの小形化およ
び最短配線、配管が可能となる。また、冷却系統を一系
統にすることにより、従来フェライトコアおよび水冷ス
ナバ抵抗用に設けていた流量計が不要となる。このよう
に冷却系統の配管および制御の簡素化が可能となる。
スタ１の一括スタッキング及び水冷スナバ抵抗１５のス
タック一体化により、水冷半導体スタックの小形化およ
び最短配線、配管が可能となる。また、冷却系統を一系
統にすることにより、従来フェライトコアおよび水冷ス
ナバ抵抗用に設けていた流量計が不要となる。このよう
に冷却系統の配管および制御の簡素化が可能となる。
【００１４】また、サイリスタ１の熱損失の大きい場合
には、冷却水の循環系を図５の（ｂ）に示すようにフェ
ライトコア１６に対して各サイリスタ１を優先して冷却
するように設け、サイリスタ１の冷却能力を高めること
もできる。なお、冷液水を他の熱伝達性のよい液体とし
てもよい。
には、冷却水の循環系を図５の（ｂ）に示すようにフェ
ライトコア１６に対して各サイリスタ１を優先して冷却
するように設け、サイリスタ１の冷却能力を高めること
もできる。なお、冷液水を他の熱伝達性のよい液体とし
てもよい。
【００１５】
【発明の効果】水冷式冷却の半導体スタックにおいて、
平形半導体素子、フェライトコア、水冷式冷却フィンを
一体化してスタッキングしたことにより、半導体スタッ
クの小形化、取付けスペースの節約、配線、冷却用配管
の簡素化が可能となる。
平形半導体素子、フェライトコア、水冷式冷却フィンを
一体化してスタッキングしたことにより、半導体スタッ
クの小形化、取付けスペースの節約、配線、冷却用配管
の簡素化が可能となる。
【図１】本発明の水冷式半導体スタックの実施例を示す
平面図である。
平面図である。
【図２】第１図をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って矢印方向に
見た正面図である。
見た正面図である。
【図３】第１図をＩＶ−ＩＶ線に沿って矢印方向から見
た断面図である。
た断面図である。
【図４】本実施例による変換装置の主回路図である。
【図５】本実施例の冷却系統を示す図である。
【図６】従来の水冷式半導体スタックの正面図である。
【図７】図６をＩ−Ｉ線に沿って矢印方向に見た平面図
である。
である。
【図８】図６をＩＩ−ＩＩ線に沿って矢印方向に見た側
面図である。
面図である。
【図９】従来の水冷式半導体スタックの冷却系統を示す
図である。
図である。
１…半導体素子、 ２，２ａ，２ｂ…冷
却フィン、 ３…導体、 ４…導体、 ５…絶縁板、 ６…押え板、 ７…サラバネ、 ８…絶縁ボルト、 ９…ストランドワイヤ、 １０…水冷導体、 １１…フェライトワイヤ、 １２…冷却母管、 １３…水冷スナバ抵抗、 １４…流量計、 １５…水冷スナバ抵抗、 １６…フェライトコ
ア、 １７…スタット付導体、 １８…コンデンサ、 ＡIN…冷却フィン用冷却水入口側、Ａout …冷却フィン
用冷却水出口側、 ＢIN…水冷導体用冷却水入口側、 Ｂout …水冷導体用
冷却水出口側、 ＣIN…水冷スナバ抵抗用冷却水入口側、 Ｃout …水冷スナバ抵抗用冷却水出口側、 ＤIN…冷却水入口側、 Ｄout …冷却水出口
側。
却フィン、 ３…導体、 ４…導体、 ５…絶縁板、 ６…押え板、 ７…サラバネ、 ８…絶縁ボルト、 ９…ストランドワイヤ、 １０…水冷導体、 １１…フェライトワイヤ、 １２…冷却母管、 １３…水冷スナバ抵抗、 １４…流量計、 １５…水冷スナバ抵抗、 １６…フェライトコ
ア、 １７…スタット付導体、 １８…コンデンサ、 ＡIN…冷却フィン用冷却水入口側、Ａout …冷却フィン
用冷却水出口側、 ＢIN…水冷導体用冷却水入口側、 Ｂout …水冷導体用
冷却水出口側、 ＣIN…水冷スナバ抵抗用冷却水入口側、 Ｃout …水冷スナバ抵抗用冷却水出口側、 ＤIN…冷却水入口側、 Ｄout …冷却水出口
側。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 直列配置される少なくとも２個の平形半
導体素子と、この直列配置された平形半導体素子の両端
に配置されるフェライトコアと、これらのフェライトコ
アと平形半導体素子をそれぞれはさむように配置される
水冷式冷却フィンと、これらのサイリスタ、フェライト
コア、水冷式冷却フィンをスタッキングする締付け部材
とを有する半導体スタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15640091A JPH056955A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 半導体スタツク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15640091A JPH056955A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 半導体スタツク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH056955A true JPH056955A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=15626912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15640091A Pending JPH056955A (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 半導体スタツク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH056955A (ja) |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP15640091A patent/JPH056955A/ja active Pending
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