JP2005159024A - Semiconductor module, semiconductor device and load driving device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体モジュール、半導体装置および負荷駆動装置に関し、特に、半導体素子の両面に冷却器を備える両面冷却型の半導体モジュール、そのような半導体モジュールが複数連設される半導体装置、ならびにそのような半導体モジュールを複数含む半導体装置および負荷駆動装置の冷却構造に関する。 The present invention relates to a semiconductor module, a semiconductor device, and a load driving device, and in particular, a double-sided cooling type semiconductor module having a cooler on both sides of a semiconductor element, a semiconductor device in which a plurality of such semiconductor modules are connected, and such The present invention relates to a semiconductor device including a plurality of various semiconductor modules and a cooling structure for a load driving device.
近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、ハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が大きく注目されており、ハイブリッド自動車は、既に実用化されている。 Hybrid vehicles and electric vehicles have attracted a great deal of attention against the background of increasing energy saving and environmental problems in recent years, and hybrid vehicles have already been put into practical use.
ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。 A hybrid vehicle is a vehicle that uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source in addition to a conventional engine. That is, a power source is obtained by driving the engine, a DC voltage from a DC power source is converted into an AC voltage by an inverter, and a motor is rotated by the converted AC voltage to obtain a power source. An electric vehicle is a vehicle that uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source.
ハイブリッド自動車や電気自動車、あるいは電車などの車両システムにおいては、インバータやコンバータなどの電子部品において多数のパワー半導体素子が用いられる。そして、レイアウト面積や効率的な冷却性などの観点から、一般に、複数のパワー半導体素子は、冷却器と交互に連設され、上記の電子部品が構成される(以下では、このような構成を「半導体スタック」と称する。)。 In a vehicle system such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a train, a large number of power semiconductor elements are used in electronic components such as an inverter and a converter. From the viewpoint of layout area and efficient cooling performance, in general, a plurality of power semiconductor elements are alternately connected to a cooler to constitute the above-described electronic component (hereinafter, such a configuration is referred to as a configuration). Called “semiconductor stack”).
特開平9−260585号公報では、冷却性能の高い両面冷却型のパワー半導体素子が冷却体と交互に複数個直列に連設された半導体スタックの構成が開示されている(特許文献1参照)。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-260585 discloses a configuration of a semiconductor stack in which a plurality of double-sided cooling type power semiconductor elements having high cooling performance are alternately connected in series with a cooling body (see Patent Document 1).
また、上記のような車両システムにおいて、モータはますます高出力化してきており、将来的にもさらなるモータの高出力化が予想される。そして、モータの高出力化に伴なってパワー半導体素子における発熱量も増大してきており、インバータなどの電子部品に対する冷却機能の向上が求められている。 Further, in the vehicle system as described above, the motor has been increasingly increased in output, and further increase in the output of the motor is expected in the future. As the output of the motor increases, the amount of heat generated in the power semiconductor element also increases, and there is a demand for an improved cooling function for electronic components such as inverters.
特開2001−133174号公報では、車両システムなど限られたスペースのシステムにおいて、限られた容積のなかで冷却性能を高めた冷却体の構成が開示されている(特許文献2参照)。
半導体スタックにおいては、複数のパワー半導体素子が1つの冷却器に接触し、さらにそのような構成が連続するため、各接触面における位置公差が互いに干渉しあう。しかしながら、従来構造の半導体スタックにおいては、半導体スタックをその両側から挟み込んだときに、そのような公差を半導体スタック内で吸収することが困難であった。 In the semiconductor stack, a plurality of power semiconductor elements are in contact with one cooler, and such a configuration is continuous. Therefore, positional tolerances at the contact surfaces interfere with each other. However, in a semiconductor stack having a conventional structure, it is difficult to absorb such tolerances in the semiconductor stack when the semiconductor stack is sandwiched from both sides.
そして、互いに干渉しあう複数の公差が重畳されると、半導体スタックが組付けられた際の組付公差も大きくなり、従来構造の半導体スタックにおいては、半導体スタックに沿って付設されるバスバーや制御基盤との接続において非常に大きな位置公差を確保しなければならなかった。 If a plurality of tolerances that interfere with each other are superimposed, the assembly tolerance when the semiconductor stack is assembled also increases. In a semiconductor stack having a conventional structure, the bus bar and control attached along the semiconductor stack A very large positional tolerance had to be secured in connection with the base.
また、従来構造の半導体スタックにおいては、パワー半導体素子と冷却器とが別体であったため、それらの組付けに多くの工数がかかり、製造コストの増加を招いていた。 Further, in the semiconductor stack having the conventional structure, since the power semiconductor element and the cooler are separate, a lot of man-hours are required for assembling them, resulting in an increase in manufacturing cost.
さらに、このような半導体スタックにおいては、パワー半導体素子を効率的に冷却し、上記のような公差の干渉をできる限り小さく抑える必要がある。ここで、上述した車両システムにおける多数のパワー半導体素子は、車両システムを構成する複数の電子部品に基づいて複数のパワー半導体素子群に区分化され、冷却系統によって冷却される。 Further, in such a semiconductor stack, it is necessary to efficiently cool the power semiconductor element and to suppress the above-described tolerance interference as much as possible. Here, a large number of power semiconductor elements in the vehicle system described above are divided into a plurality of power semiconductor element groups based on a plurality of electronic components constituting the vehicle system, and are cooled by a cooling system.
そして、これら複数の電子部品の動作状態に応じて、上述した複数のパワー半導体素子群の発熱状態も異なるところ、上述した特開2001−133174号公報で開示された冷却体は、半導体装置全体として冷却性能を高めることができるものとして有用であるが、システムを構成する複数のパワー半導体素子群を効率的に冷却するという観点からの考慮はなされていない。 The heat generating states of the plurality of power semiconductor element groups described above differ depending on the operating states of the plurality of electronic components. However, the cooling body disclosed in the above-described Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-133174 is an entire semiconductor device. Although it is useful as a device capable of improving the cooling performance, no consideration is given from the viewpoint of efficiently cooling a plurality of power semiconductor element groups constituting the system.
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、接触面における公差を吸収し、寸法公差を小さくすることができる半導体モジュールを提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor module that can absorb the tolerance on the contact surface and reduce the dimensional tolerance.
また、この発明の別の目的は、接触面における公差を吸収し、寸法公差を小さくすることができる半導体モジュールを備えた半導体装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including a semiconductor module capable of absorbing tolerances on a contact surface and reducing dimensional tolerances.
また、この発明の別の目的は、半導体スタックを構成する際の組付性の向上を図った半導体装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that is improved in assembling property when forming a semiconductor stack.
また、この発明の別の目的は、多数のパワー半導体素子を効率的に冷却することができる半導体装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of efficiently cooling a large number of power semiconductor elements.
また、この発明の別の目的は、多数のパワー半導体素子を効率的に冷却することができる負荷駆動装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a load driving device capable of efficiently cooling a large number of power semiconductor elements.
この発明によれば、半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子の両側に設けられる第1および第2の冷却器とを備え、第1および/または第2の冷却器は、当該第1の冷却器、半導体素子、および当該第2の冷却器が連設される方向に伸縮する。 According to this invention, a semiconductor module includes a semiconductor element and first and second coolers provided on both sides of the semiconductor element, and the first and / or second cooler includes the first cooling. Expands and contracts in the direction in which the vessel, the semiconductor element, and the second cooler are connected.
好ましくは、伸縮する第1および/または第2の冷却器は、ベローズ構造を有する。 Preferably, the first and / or second cooler that expands and contracts has a bellows structure.
また、この発明によれば、半導体装置は、第1の方向に連設される複数の半導体モジュールを備え、複数の半導体モジュールの各々は、半導体素子と、半導体素子の両側に設けられる第1および第2の冷却器とを含み、第1および/または第2の冷却器は、当該第1の冷却器、半導体素子、および当該第2の冷却器が連設される第2の方向に伸縮し、第2の方向は、第1の方向と同じである。 According to the present invention, the semiconductor device includes a plurality of semiconductor modules connected in the first direction, and each of the plurality of semiconductor modules includes a semiconductor element and first and second elements provided on both sides of the semiconductor element. The first cooler, the second cooler extends and contracts in a second direction in which the first cooler, the semiconductor element, and the second cooler are connected. The second direction is the same as the first direction.
また、この発明によれば、半導体装置は、連設される複数の半導体モジュールと、隣接する半導体モジュールの間に設けられ、複数の半導体モジュールが連設される方向に伸縮する少なくとも1つの接続部材とを備える。 According to the invention, the semiconductor device includes at least one connecting member provided between a plurality of semiconductor modules connected to each other and an adjacent semiconductor module and extending and contracting in a direction in which the plurality of semiconductor modules are connected. With.
好ましくは、複数の半導体モジュールの各々は、半導体素子と、半導体素子の両面に設けられ、半導体素子との接触面と対向する面から突出する冷却フィンを各々が有する第1および第2の冷却板とを含み、第1および第2の冷却板の各々は、隣接する接続部材に冷却フィンが嵌合され、少なくとも1つの接続部材の各々は、内部に冷媒が通流される。 Preferably, each of the plurality of semiconductor modules includes a semiconductor element and first and second cooling plates provided on both surfaces of the semiconductor element, each having a cooling fin protruding from a surface facing the contact surface with the semiconductor element. In each of the first and second cooling plates, a cooling fin is fitted to an adjacent connecting member, and a refrigerant flows through each of the at least one connecting member.
好ましくは、半導体装置は、連設された複数の半導体モジュールに沿って付設され、複数の半導体モジュールが連設される方向に複数の半導体モジュールを拘束するガイド部をさらに備える。 Preferably, the semiconductor device further includes a guide portion that is attached along the plurality of semiconductor modules that are continuously provided, and that restrains the plurality of semiconductor modules in a direction in which the plurality of semiconductor modules are continuously provided.
また、この発明によれば、半導体装置は、冷媒を通流する冷媒路と、冷媒路に対して直列に配設される第1および第2の半導体モジュール群と、冷媒路ならびに第1および第2の半導体モジュール群に冷媒を循環させる循環装置と、循環装置を制御する制御装置とを備え、第1および第2の半導体モジュール群の各々は、冷媒路に対して並設される複数の半導体モジュールを含み、制御装置は、第1および第2の半導体モジュール群における発熱量の大小を判別し、発熱量の大きい方の半導体モジュール群が冷媒路において上流となるように循環装置の動作を制御し、循環装置は、制御装置から受ける動作指令に基づいて冷媒の循環方向を切替える。 According to the invention, the semiconductor device includes a refrigerant path through which the refrigerant flows, first and second semiconductor module groups arranged in series with the refrigerant path, the refrigerant path, and the first and first A plurality of semiconductor devices each including a circulation device that circulates the refrigerant in the two semiconductor module groups and a control device that controls the circulation device, wherein each of the first and second semiconductor module groups is provided in parallel with the refrigerant path. The controller includes a module, and determines the amount of heat generation in the first and second semiconductor module groups, and controls the operation of the circulation device so that the semiconductor module group having the larger heat generation amount is upstream in the refrigerant path. Then, the circulation device switches the circulation direction of the refrigerant based on the operation command received from the control device.
好ましくは、第1および第2の半導体モジュール群の各々に含まれる複数の半導体モジュールの各々は、半導体素子と、半導体素子の両側に設けられる第1および第2の冷却器とからなり、第1および第2の半導体モジュール群の各々における複数の半導体モジュールは、第1の方向に連設され、第1および/または第2の冷却器は、当該第1の冷却器、半導体素子、および当該第2の冷却器が連設される第2の方向に伸縮し、第2の方向は、第1の方向と同じである。 Preferably, each of the plurality of semiconductor modules included in each of the first and second semiconductor module groups includes a semiconductor element and first and second coolers provided on both sides of the semiconductor element. The plurality of semiconductor modules in each of the second semiconductor module group are connected in the first direction, and the first and / or second cooler includes the first cooler, the semiconductor element, and the second cooler. The second cooler expands and contracts in the second direction in which the two coolers are connected, and the second direction is the same as the first direction.
好ましくは、循環装置は、冷媒を循環させるポンプと、冷媒を冷却するラジエータと、冷媒の循環方向を切替える切替弁とを含む。 Preferably, the circulation device includes a pump that circulates the refrigerant, a radiator that cools the refrigerant, and a switching valve that switches a circulation direction of the refrigerant.
また、この発明によれば、負荷駆動装置は、冷媒を通流する冷媒路と、冷媒路に対して直列に配設され、第1および第2の電気負荷に対応して設けられる第1および第2のインバータと、冷媒路ならびに第1および第2のインバータに冷媒を循環させる循環装置と、循環装置を制御する制御装置とを備え、第1および第2のインバータの各々は、冷媒路に対して並設される複数の半導体モジュールを含み、制御装置は、第1および第2の電気負荷の動作条件に基づいて第1および第2のインバータにおける発熱量の大小を判別し、発熱量の大きい方のインバータが冷媒路において上流となるように循環装置の動作を制御し、循環装置は、制御装置から受ける動作指令に基づいて冷媒の循環方向を切替える。 According to the present invention, the load driving device includes a refrigerant path through which the refrigerant flows and a first and second electric loads that are provided in series with the first and second electric loads. A second inverter; a refrigerant path; a circulation device that circulates the refrigerant in the first and second inverters; and a control device that controls the circulation device. Each of the first and second inverters is connected to the refrigerant path. The control device includes a plurality of semiconductor modules arranged in parallel to each other, and the controller determines the amount of heat generated in the first and second inverters based on the operating conditions of the first and second electric loads, The operation of the circulation device is controlled so that the larger inverter is upstream in the refrigerant path, and the circulation device switches the refrigerant circulation direction based on an operation command received from the control device.
この発明による半導体モジュールにおいては、伸縮する第1および/または第2の冷却器によって、半導体モジュール内における接触面の位置公差が吸収される。 In the semiconductor module according to the present invention, the position tolerance of the contact surface in the semiconductor module is absorbed by the first and / or second coolers that expand and contract.
したがって、この発明によれば、半導体モジュールの寸法公差を小さくすることができる。 Therefore, according to the present invention, the dimensional tolerance of the semiconductor module can be reduced.
また、この発明による半導体装置においては、連設される複数の半導体モジュールによって半導体装置が構成され、その複数の半導体モジュールの各々において、伸縮する第1および/または第2の冷却器によって、その半導体モジュール内における接触面の位置公差が吸収される。 In the semiconductor device according to the present invention, a semiconductor device is constituted by a plurality of semiconductor modules connected in series, and each of the plurality of semiconductor modules uses the first and / or second coolers that expand and contract. The position tolerance of the contact surface in the module is absorbed.
したがって、この発明によれば、半導体装置の組付けが容易になり、さらに、半導体装置の組付公差を小さくすることができる。 Therefore, according to the present invention, the assembly of the semiconductor device is facilitated, and the assembly tolerance of the semiconductor device can be reduced.
また、この発明による半導体装置においては、隣接する半導体モジュール間に設けられ、かつ、伸縮可能な接続部材によって、その隣接する半導体モジュール内における接触面の位置公差が吸収される。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, the position tolerance of the contact surface in the adjacent semiconductor module is absorbed by the connecting member that is provided between the adjacent semiconductor modules and can be expanded and contracted.
したがって、この発明によれば、半導体装置の組付公差を小さくすることができる。 Therefore, according to the present invention, the assembly tolerance of the semiconductor device can be reduced.
また、この発明による半導体装置においては、半導体モジュールの冷却板に設けられた冷却フィンが嵌合され、かつ、内部に冷媒が通流される接続部材は、伸縮可能であり、この接続部材によって、隣接する半導体モジュール内における接触面の位置公差が吸収される。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, the connection member into which the cooling fin provided on the cooling plate of the semiconductor module is fitted and the coolant is allowed to flow is expandable and contractable. The position tolerance of the contact surface in the semiconductor module is absorbed.
したがって、この発明によれば、半導体装置の組付公差を小さくすることができる。 Therefore, according to the present invention, the assembly tolerance of the semiconductor device can be reduced.
また、この発明による半導体装置においては、連設された複数の半導体モジュールに付設されるガイド部によって、各半導体モジュールの搭載位置が拘束される。 In the semiconductor device according to the present invention, the mounting position of each semiconductor module is restrained by the guide portion attached to the plurality of connected semiconductor modules.
したがって、この発明によれば、複数の半導体モジュールに付設される制御基盤およびバスバーとの接続における位置公差を小さくすることができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the position tolerance in connection with the control board and the bus bar attached to the plurality of semiconductor modules.
また、この発明による半導体装置においては、発熱量が大きい方の半導体モジュール群が冷媒系統において上流となるように冷媒の循環方向が切替わり、熱的に厳しい方の半導体モジュール群が優先して冷却される。 In the semiconductor device according to the present invention, the circulation direction of the refrigerant is switched so that the semiconductor module group with the larger calorific value is upstream in the refrigerant system, and the semiconductor module group with the more severe heat is preferentially cooled. Is done.
したがって、この発明によれば、第1および第2の半導体モジュール群を効率的に冷却することができる。 Therefore, according to the present invention, the first and second semiconductor module groups can be efficiently cooled.
また、この発明による半導体装置においては、制御装置からの動作指令に基づいて冷媒の循環方向を切替える切替弁によって、発熱量が大きい方の半導体モジュール群が冷媒系統において上流となるように冷媒の循環方向が切替えられる。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, the refrigerant circulation is performed so that the semiconductor module group with the larger calorific value becomes upstream in the refrigerant system by the switching valve that switches the refrigerant circulation direction based on the operation command from the control device. The direction is switched.
したがって、この発明によれば、第1および第2の半導体モジュール群を効率的に冷却することができる。 Therefore, according to the present invention, the first and second semiconductor module groups can be efficiently cooled.
また、この発明による負荷駆動装置においては、第1および第2の電気負荷の動作条件に基づいて、第1および第2のインバータのうち熱的に厳しいインバータが制御装置によって判断される。そして、そのインバータを構成するパワー半導体素子が冷媒系統において上流となるように冷媒の循環方向が循環装置によって切替えられる。 In the load driving device according to the present invention, the control device determines which one of the first and second inverters is thermally severe based on the operating conditions of the first and second electric loads. The circulation direction of the refrigerant is switched by the circulation device so that the power semiconductor element constituting the inverter is upstream in the refrigerant system.
したがって、この発明によれば、第1および第2のインバータを効率的に冷却することができる。 Therefore, according to the present invention, the first and second inverters can be efficiently cooled.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明による負荷駆動装置が搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hybrid vehicle shown as an example of a vehicle equipped with a load driving device according to the present invention.
図1を参照して、ハイブリッド自動車10は、バッテリ12と、パワーコントロールユニット(Power Control Unit、以下「PCU」と称する。)14と、動力出力装置16と、ディファレンシャルギア(Differential Gear、以下「DG」と称する。)18と、前輪20L,20Rと、後輪22L,22Rと、フロントシート24L,24Rと、リアシート26とを備える。
Referring to FIG. 1, a
バッテリ12は、たとえば、リアシート26の後方に配設される。PCU14は、たとえば、フロントシート24L,24Rの下部に位置するフロア下領域に配設される。動力出力装置16は、たとえば、ダッシュボード28の前方のエンジンルームに配設される。そして、PCU14は、バッテリ12および動力出力装置16と電気的に接続される。動力出力装置16は、DG18と連結される。
The
直流電源であるバッテリ12は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなり、直流電圧をPCU14へ供給するとともに、PCU14からの直流電圧によって充電される。
The
PCU14は、バッテリ12から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置16に含まれるモータジェネレータ(図示せず)を駆動制御する。また、PCU14は、動力出力装置16に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ12を充電する。
動力出力装置16は、図示されないエンジンおよび/またはモータジェネレータによる動力をDG18へ出力する。また、動力出力装置16は、前輪20L,20Rの回転力によって発電し、その発電された電力をPCU14に供給する。
The
DG18は、動力出力装置16から受ける動力を前輪20L,20Rに伝達するとともに、前輪20L,20Rの回転力を動力出力装置16に伝達する。
The
なお、PCU14は、バッテリ12から供給される直流電力によってモータジェネレータを駆動する「負荷駆動装置」を構成する。
The
図2は、図1に示されるPCU14の主要部の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of
図2を参照して、PCU14は、インバータ50,52と、コンデンサCと、制御装置54と、電源ラインL1と、接地ラインL2とを含む。インバータ50は、パワートランジスタQ11〜Q16と、ダイオードD11〜D16とを含み、インバータ52は、パワートランジスタQ21〜Q26と、ダイオードD21〜D26とを含む。
Referring to FIG. 2,
モータジェネレータM1は、3相交流同期発電機であって、図示されないエンジンからの動力を交流電力に変換し、その交流電力をインバータ50へ出力する。モータジェネレータM2は、3相交流同期電動機であって、インバータ52から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータM2は、ハイブリッド自動車10の減速時には発電機としても使用され、減速時の発電作用(回生発電)により交流電力を発電し、その交流電力をインバータ52へ出力する。
Motor generator M1 is a three-phase AC synchronous generator, which converts power from an engine (not shown) into AC power and outputs the AC power to
インバータ50は、U相アーム72、V相アーム74およびW相アーム76からなる。U相アーム72、V相アーム74およびW相アーム76は、電源ラインL1と接地ラインL2との間に並列に接続される。U相アーム72は、直列に接続されたパワートランジスタQ11,Q12からなり、V相アーム74は、直列に接続されたパワートランジスタQ13,Q14からなり、W相アーム76は、直列に接続されたパワートランジスタQ15,Q16からなる。また、各パワートランジスタQ11〜Q16のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD11〜D16がそれぞれ接続されている。
各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、モータジェネレータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータM1は、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、パワートランジスタQ11,Q12の接続点にU相コイルの他端が接続され、パワートランジスタQ13,Q14の接続点にV相コイルの他端が接続され、パワートランジスタQ15,Q16の接続点にW相コイルの他端が接続されている。 A connection point of each power transistor in each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of motor generator M1. That is, the motor generator M1 is configured such that one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to the middle point, and the other end of the U phase coil is connected to the connection point of the power transistors Q11 and Q12. The other end of the V-phase coil is connected to the connection point of the transistors Q13 and Q14, and the other end of the W-phase coil is connected to the connection point of the power transistors Q15 and Q16.
インバータ52は、U相アーム82、V相アーム84およびW相アーム86からなる。U相アーム82、V相アーム84およびW相アーム86も、電源ラインL1と接地ラインL2との間に並列に接続される。U相アーム82は、直列に接続されたパワートランジスタQ21,Q22からなり、V相アーム84は、直列に接続されたパワートランジスタQ23,Q24からなり、W相アーム86は、直列に接続されたパワートランジスタQ25,Q26からなる。また、各パワートランジスタQ21〜Q26のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD21〜D26がそれぞれ接続されている。
そして、インバータ52においても、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、モータジェネレータM2の各相コイルの各相端に接続されている。
Also in
コンデンサCは、電源ラインL1と接地ラインL2との間に接続され、電圧変動に起因するインバータ50,52に対しての影響を低減する。
Capacitor C is connected between power supply line L1 and ground line L2, and reduces the influence on
制御装置54は、インバータ52におけるパワートランジスタQ21〜Q26のスイッチング動作を制御し、バッテリ12から供給される電力に基づいてモータトルク指令に応じたトルクをモータジェネレータM2に発生させるため、インバータ52を制御する。また、制御装置54は、インバータ50におけるパワートランジスタQ11〜Q16のスイッチング動作を制御し、モータジェネレータM1によって発生された交流電力を直流電力に変換してバッテリ12を充電するため、インバータ50を制御する。
The
このPCU14においては、インバータ52は、バッテリ12から電源ラインL1および接地ラインL2を介して直流電力を受け、その受けた直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータM2へ出力する。インバータ50は、モータジェネレータM1によって発電された交流電力を直流電力に変換し、電源ラインL1および接地ラインL2を介してバッテリ12を充電する。また、インバータ52は、モータジェネレータM2によって発電された交流電力を直流電力に変換し、電源ラインL1および接地ラインL2を介してバッテリ12を充電することもできる。
In
このように、PCU14は、バッテリ12からの直流電力に基づいてモータジェネレータM2を駆動するとともに、モータジェネレータM1,M2によって発電された電力をバッテリ12へ供給する。
Thus,
図3は、この発明の実施の形態1による負荷駆動装置においてインバータを構成する半導体スタックの構造の一部を示す平面図である。なお、後述するように、この半導体スタックの上部および下部には、それぞれ制御基盤およびバスバーが付設されているが、図3においては、半導体スタックを図示する関係上、上部に位置する制御基盤については図示していない。
FIG. 3 is a plan view showing a part of the structure of the semiconductor stack constituting the inverter in the load driving device according to
図3を参照して、この半導体スタックは、連設された半導体モジュール110,120,…と、終端部130と、ガイド140,150とを含む。半導体モジュール110は、ダイオードD11と、パワートランジスタQ11と、冷却器113,114と、流水パイプ115,116と、樹脂モールド117とからなる。半導体モジュール120は、半導体モジュール110の構成において、ダイオードD11およびパワートランジスタQ11に代えてダイオードD12およびパワートランジスタQ12からなり、半導体モジュール120のその他の構成は、半導体モジュール110の構成と同じである。
Referring to FIG. 3, the semiconductor stack includes
パワー半導体素子であるダイオードD11,D12およびパワートランジスタQ11,Q12の各々は、半導体素子161と、主電極162,163と、絶縁材164,165と、図示されない信号電極とからなり、主電極162,163によって半導体素子161が挟み込まれ、さらにそれらが絶縁材164,165によって挟み込まれている。
Diodes D11 and D12 and power transistors Q11 and Q12 that are power semiconductor elements each include a
冷却器113,114は、たとえば熱伝導度の高いアルミなどによって構成される。冷却器113,114は、内部に冷却水が流され、冷却器113,114によって挟み込まれたパワー半導体素子を冷却する。冷却器113,114は、後述するように、内部に冷却フィンを有し、外壁は、半導体モジュール110,120,…が連設される方向に伸縮可能なベローズ構造からなる。
The
流水パイプ115,116は、終端部130に設けられた流入口131から流入されて流出口132から流出される冷却水をすべての半導体モジュールに行き渡らせるための流水路であって、半導体モジュール110,120,…が連設される方向に伸縮可能なベローズ構造からなる。
The flowing
樹脂モールド117は、冷却器113,114の間にパワー半導体素子および流水パイプ115,116を封入する封止材であって、パワー半導体素子およびその両面に設けられる冷却器113,114は、半導体スタックの組付前に予め樹脂モールド117によって一体化され、半導体モジュール110,120,…が形成される。
The
終端部130は、半導体モジュール110,120,…が連設された方向の両側から半導体モジュール110,120,…を挟み込むための部材であって、半導体スタックの図示されない他端にも設けられる。また、終端部130には、半導体モジュール110,120,…に供給する冷却水の流入口131および流出口132が設けられている。
The
ガイド140,150は、連設される半導体モジュール110,120,…に沿ってそれぞれ両側に付設され、半導体モジュール110,120,…を側面から拘束する。
The
この半導体スタックにおいては、図2に示したインバータ50,52の各相アームにおける各アームを構成するパワー半導体素子、すなわちパワートランジスタおよびそれに対応するダイオードが冷却器113,114によって両面から挟み込まれ、樹脂モールド117によって冷却器113,114の間にパワー半導体素子が封止される。これによって、パワー半導体素子および両面の冷却器113,114が一体となった両面冷却型の半導体モジュール110,120,…が構成される。
In this semiconductor stack, a power semiconductor element constituting each arm in each phase arm of
そして、この半導体モジュール110,120,…は、パワー半導体素子との接触面に対向する面において、隣接する半導体モジュールと接続される。
The
ここで、上述のように、半導体モジュール110,120,…の各々においては、冷却器113,114および流水パイプ115,116が伸縮可能な構造となっているので、各半導体モジュール内における各接触面の位置公差、すなわち、パワー半導体素子および主電極の接触面、主電極および絶縁材の接触面、絶縁材および冷却器の接続面における位置公差を冷却器113,114の伸縮によって吸収することができる。
Here, as described above, in each of the
さらに、連設された半導体モジュール110,120,…の両側面にはガイド140,150が付設され、その内面側に設けられる凸部に隣接する冷却器113,114が嵌合されているので、この半導体スタックにおける半導体モジュール110,120,…の搭載位置公差を抑えることができる。
Further, guides 140, 150 are attached to both side surfaces of the
図4は、図3に示される半導体スタックにおける断面IV−IVの構造を示す断面図である。 4 is a cross-sectional view showing a structure of a cross section IV-IV in the semiconductor stack shown in FIG.
図4を参照して、冷却器113,114は、内部に冷却フィンを有し、流入口131から流入された冷却水が内部に流されることによって、冷却器113,114に挟み込まれたパワー半導体素子を冷却する。そして、冷却器113,114は、半導体モジュール110,120,…が連設される方向に伸縮可能なベローズ構造を有する。
Referring to FIG. 4, the
半導体モジュール110,120,…の上部には、制御基盤171が付設され、半導体モジュール110,120,…の各々は、信号電極166によって制御基盤171のコンタクト部175と接続される。一方、半導体モジュール110,120,…の下部には、バスバー172,173が付設され、半導体モジュール110,120,…の各々は、主電極162,163によってそれぞれバスバー172,173と接続される。バスバー172,173の下部には、さらにコンデンサCが付設される。
A
このように、この半導体スタックにおいては、各半導体モジュール110,120,…において、主電極162,163と絶縁材164,165との接触面や、絶縁材164,165と冷却器113,114との接触面における位置公差が、ベローズ構造からなる冷却器113,114の伸縮によって吸収される。したがって、各半導体モジュール110,120,…が組付けられた際の組付公差や、各半導体モジュール110,120,…と制御基盤171およびバスバー172,173との接続における位置公差を小さくすることができる。
As described above, in this semiconductor stack, in each of the
図5は、図2に示されるインバータの冷却構造を概念的に示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram conceptually showing the cooling structure of the inverter shown in FIG.
図5を参照して、図2に示したPCU14は、インバータ50,52と、制御装置54と、循環装置56と、冷却体231〜237とを含む。循環装置56は、ウォーターポンプ240と、ラジエータ250と、切替弁261〜264と、冷媒路271〜279とからなる。
Referring to FIG. 5,
インバータ50においては、図2に示したU相アーム72の上アームおよび下アーム、V相アーム74の上アームおよび下アーム、およびW相アーム76の上アームおよび下アームをそれぞれ構成する半導体モジュール110,120,…が直列に連設され、1つの半導体スタックが構成される。また、インバータ52においても、インバータ50と同様に、各アームをそれぞれ構成する半導体モジュールが直列に連設され、もう1つの半導体スタックが構成される。そして、インバータ50,52は、冷媒系統において直列に配設され、インバータ50,52の各々における各半導体モジュールは、冷媒系統において並設される。
In
冷却体231〜237の各々は、隣接する4つの冷却器113,114を一体的に表わしたものである。すなわち、インバータ50,52の列方向に対応する冷却器は、流水パイプによって接続されており、冷却体231〜237の各々は、インバータ50において隣接する2つの冷却器113,114と、その2つの冷却器113,114に対応するインバータ52の隣接する冷却器113,114とからなる4つの冷却器によって構成される。
Each of the cooling
ウォーターポンプ240は、冷却体231〜237に不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプである。ラジエータ250は、インバータ50,52を循環してきた冷却水を冷却する。
The
切替弁261〜264は、インバータ50,52に循環させる冷却水の循環方向を切替えるために設けられ、制御装置54から受ける動作指令に応じて動作する。具体的には、切替弁261は、冷媒路271を入力ポートとし、制御装置54から受ける動作指令に応じて冷媒路272および冷媒路278のいずれかを出力ポートとする。また、切替弁262は、制御装置54から受ける動作指令に応じて、冷媒路272および冷媒路273をそれぞれ入力および出力ポートとするか、冷媒路273および冷媒路279をそれぞれ入力および出力ポートとする。また、切替弁263は、制御装置54から受ける動作指令に応じて、冷媒路276および冷媒路275をそれぞれ入力および出力ポートとするか、冷媒路278および冷媒路276をそれぞれ入力および出力ポートとする。また、切替弁264は、制御装置54から受ける動作指令に応じて冷媒路275および冷媒路279のいずれかを入力ポートとし、冷媒路274を出力ポートとする。
The switching
制御装置54は、図2において説明したように、インバータ50,52の動作を制御するほか、インバータ50,52における発熱量の大小を判断し、その判断結果に応じて冷却水の循環方向を切替えるための動作指令を切替弁261〜264へ出力する。
As described in FIG. 2, the
図6は、図5に示された制御装置54による冷却水の循環方向の切替方法を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a method of switching the circulating direction of the cooling water by the
図6を参照して、所定の周期ごとに、制御装置54は、モータジェネレータM1の動作条件に応じた動作点の損失値LS1を予め内部に有するモータジェネレータM1の損失マップから読出す(ステップS1)。続いて、制御装置54は、モータジェネレータM2の動作条件に応じた動作点の損失値LS2を予め内部に有するモータジェネレータM2の損失マップから読出す(ステップS2)。
Referring to FIG. 6, at every predetermined cycle,
モータジェネレータM1,M2の損失値LS1,LS2が損失マップから読出されると、制御装置54は、損失値LS1,LS2を比較する(ステップS3)。そして、損失値LS1の方が損失値LS2よりも大きいとき、制御装置54は、モータジェネレータM1に対応するインバータ50の方がモータジェネレータM2に対応するインバータ52よりも発熱量が大きいものと判断する。
When loss values LS1, LS2 of motor generators M1, M2 are read from the loss map,
そうすると、制御装置54は、冷媒路271,272をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁261へ出力し(ステップS4)、冷媒路272,273をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁262へ出力する(ステップS5)。また、制御装置54は、冷媒路276,275をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁263へ出力し(ステップS6)、冷媒路275,274をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁264へ出力する(ステップS7)。これによって、発熱量の大きいインバータ50が冷媒系統において上流になるように冷却水が循環する(図5に示される実線方向に冷却水が循環する。)。
Then,
一方、ステップS3において、損失値LS1が損失値LS2以下であるとき、制御装置54は、モータジェネレータM2に対応するインバータ52の方がモータジェネレータM1に対応するインバータ50よりも発熱量が大きいものと判断する。
On the other hand, when the loss value LS1 is equal to or less than the loss value LS2 in step S3, the
そうすると、制御装置54は、冷媒路271,278をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁261へ出力し(ステップS8)、冷媒路273,279をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁262へ出力する(ステップS9)。また、制御装置54は、冷媒路278,276をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁263へ出力し(ステップS10)、冷媒路279,274をそれぞれ入力ポートおよび出力ポートとする動作指令を切替弁264へ出力する(ステップS11)。これによって、発熱量の大きいインバータ52が冷媒系統において上流になるように冷却水が循環する(図5に示される点線方向に冷却水が循環する。)。
Then, the
なお、上記においては、伸縮機能を有する冷却器としてベローズ構造からなる冷却器を代表的に例示して説明したが、この発明の適用範囲は、ベローズ構造からなる場合に限定されるものではなく、その他の伸縮構造によって冷却器を構成してもよい。 In the above description, the cooler having the bellows structure is typically exemplified and described as the cooler having the expansion / contraction function, but the scope of application of the present invention is not limited to the case of the bellows structure, You may comprise a cooler with other expansion-contraction structures.
また、上記においては、各半導体モジュール110,120,…を構成する冷却器113,114のいずれもが伸縮機能を有するものとして説明したが、パワー半導体素子の両面に設けられる冷却器のいずれかが伸縮機能を有するものであってもよい。このような構成であっても、伸縮機能を有するいずれかの冷却器の伸縮によって、接触面における位置公差を吸収することができる。
In the above description, it has been described that each of the
また、上記においては、インバータ50,52の発熱量の大小をモータジェネレータM1,M2の損失値の大小に基づいて判断するものとしたが、インバータ50,52の近傍に温度センサを設置し、この温度センサによる検出値に基づいてインバータ50,52の発熱量の大小を判定するようにしてもよい。
In the above description, the amount of heat generated by the
以上のように、この実施の形態1によれば、伸縮する冷却器113,114によって各半導体モジュール110,120,…内における接触面の位置公差を吸収するようにしたので、各半導体モジュール110,120,…の寸法公差を小さくすることができる。
As described above, according to the first embodiment, the position tolerance of the contact surface in each
そして、この実施の形態1によれば、ガイド部140,150によって各半導体モジュール110,120,…の搭載位置を拘束するようにしたので、半導体スタックの組付公差を小さくすることができ、半導体スタックに付設される制御基盤171およびバスバー172,173との接続における位置公差を小さくすることができる。
And according to this
また、この実施の形態1によれば、パワー半導体素子および冷却器113,114を半導体モジュールとして一体的に形成するようにしたので、半導体スタックの組付性が向上する。
Further, according to the first embodiment, the power semiconductor element and the
また、この実施の形態1によれば、モータジェネレータM1,M2の動作条件に基づいてインバータ50,52のうち熱的に厳しい方のインバータを制御装置54によって判断し、冷却系統においてそのインバータが上流になるように冷媒の循環方向を循環装置56によって切替えるようにしたので、インバータ50,52を効率的に冷却することができる。
Further, according to the first embodiment, based on the operating conditions of motor generators M1 and M2, the thermally severe inverter of
[実施の形態2]
図7は、この発明の実施の形態2による負荷駆動装置においてインバータを構成する半導体スタックの構造の一部を示す平面図である。なお、この半導体スタックの上部および下部には、制御基盤およびバスバーが付設されているが、図7においては、半導体スタックを図示する関係上、上部に位置する制御基盤については図示していない。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a plan view showing a part of the structure of the semiconductor stack constituting the inverter in the load driving apparatus according to
図7を参照して、この半導体スタックは、図3に示した実施の形態1における半導体スタックの構成において、半導体モジュール110,120,…に代えて半導体モジュール110A,120A,…を含み、各半導体モジュール110A,120A,…の間に接続部材125をさらに含む。半導体モジュール110A,120A,…の各々は、半導体モジュール110,120,…の構成において、冷却器113,114に代えて冷却器113A,114Aからなる。この実施の形態2における半導体スタックのその他の構成は、実施の形態1における半導体スタックの構成と同じである。
7, this semiconductor stack includes
冷却器113A,114Aは、たとえば熱伝導度の高いアルミなどによって構成される。冷却器113A,114Aは、後述するように、内部に冷却フィンを有し、内部に冷却水が流されることによって冷却器113A,114Aに挟み込まれたパワー半導体素子を冷却する。
The
ここで、この実施の形態2における冷却器113A,114Aは、実施の形態1における冷却器113,114と異なり、外壁がベローズによって構成されていない。
Here, unlike the
一方、接続部材125は、半導体モジュール110A,120A,…が連設される方向に伸縮可能なベローズ構造からなる。
On the other hand, the connecting
したがって、この実施の形態2における半導体スタックにおいては、各半導体モジュール110A,120A,…自体は、それらが連設される方向に伸縮する構造を有していないが、半導体モジュールを接続する接続部材125が伸縮機能を有するため、各半導体モジュール内の位置公差を接続部材125に伸縮によって吸収することができる。
Therefore, in the semiconductor stack according to the second embodiment, each of the
図8は、図7に示される半導体スタックにおける断面VIII−VIIIの構造を示す断面図である。 8 is a cross-sectional view showing a structure of a cross section VIII-VIII in the semiconductor stack shown in FIG.
図8を参照して、冷却器113A,114Aは、内部に冷却フィンを有し、流入口131から流入された冷却水が内部に流されることによって、冷却器113A,114Aに挟み込まれたパワー半導体素子を冷却する。ここで、上述したように、冷却器113A,114A自体は、半導体モジュール110A,120A,…が連設される方向に伸縮可能な構造を有していない。
Referring to FIG. 8,
図9は、図8に示されるA部の拡大図である。 FIG. 9 is an enlarged view of a portion A shown in FIG.
図9を参照して、接続部材125は、半導体モジュール110A,120A,…が連設される方向に伸縮可能なベローズ構造を有する。したがって、この半導体スタックにおいても、各半導体モジュール110A,120A,…において、主電極162,163と絶縁材164,165との接触面や、絶縁材164,165と冷却器113,114との接触面における位置公差が接続部材125の伸縮によって吸収される。したがって、各半導体モジュール110,120,…が組付けられた際の組付公差や、各半導体モジュール110,120,…と制御基盤171およびバスバー172,173との接続における位置公差を小さくすることができる。
Referring to FIG. 9, connecting
なお、上記においては、接続部材125は、半導体モジュール110A,120A,…が連設される方向に伸縮可能なベローズ構造を有するものとして説明したが、接続部材125の構造は、ベローズ構造に限定されるものではなく、伸縮機能を有するその他の構造体であってもよい。たとえば、接続部材125は、ゴムブッシュやOリングなどであってもよい。
In the above description, the
以上のように、この実施の形態2によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 As described above, this second embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment.
[実施の形態3]
実施の形態1,2においては、パワー半導体素子と冷却器とが一体成形されて各半導体モジュールが構成されるものとしたが、実施の形態3では、パワー半導体素子と冷却フィンを有するベース板とが一体成形されて各半導体モジュールが構成され、内部に冷却水が通流する冷却体に各半導体モジュールが嵌合される。
[Embodiment 3]
In the first and second embodiments, the power semiconductor element and the cooler are integrally formed to form each semiconductor module. In the third embodiment, the power semiconductor element and the base plate having the cooling fins are provided. Are integrally molded to constitute each semiconductor module, and each semiconductor module is fitted into a cooling body through which cooling water flows.
図10は、この発明の実施の形態3による負荷駆動装置においてインバータを構成する各半導体モジュールの構成を示す断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of each semiconductor module constituting the inverter in the load driving device according to Embodiment 3 of the present invention.
図10を参照して、この半導体モジュール110Bは、実施の形態1において示された半導体モジュール110,120,…の構成において、冷却器113,114を含まず、ベース板181,182を含む。
Referring to FIG. 10, this
ベース板181は、絶縁材164に密接され、絶縁材164との接触面と対向する側に突出した冷却フィンを有する。ベース板182は、絶縁材165に密接され、絶縁材165との接触面と対向する側に突出した冷却フィンを有する。
The
そして、ベース板181,182は、通水路用パイプ183,184にそれぞれ嵌合され、通水路用パイプ183,184は、後述する冷却体に嵌合される。
The
図11は、図10に示される半導体モジュール110Bが嵌合される冷却体の構成を示す斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a cooling body into which the
図11を参照して、冷却体191は、対向する2面の各々に半導体モジュール取付部192,193と、流水パイプ取付部194,195とを有する。冷却体191は、半導体モジュール110Bが嵌合される方向に伸縮可能なベローズ構造を有し、内部は冷却水の通水路となっている。
Referring to FIG. 11, the cooling
再び図10および図11を参照して、半導体モジュール取付部192,193には、通水路用パイプ183,184に嵌合された半導体モジュール110Bが両面から嵌合される。すなわち、この冷却体191には、計4つの半導体モジュール110Bが通水路用パイプを介して嵌合される。そして、並設される2つの半導体モジュール110Bと冷却体191とが交互に連設されて半導体スタックが構成される。
Referring to FIGS. 10 and 11 again, the
流水パイプ取付部194,195には、ベローズ構造を有する図示されない流水パイプの一端が嵌合され、その流水パイプの他端は、半導体モジュール110Bを介して隣接する冷却体191の流水パイプ取付部に嵌合される。
One end of a not-shown flowing water pipe having a bellows structure is fitted to the flowing water
そして、流水パイプ取付部194または195に嵌合された流水パイプから供給される冷却水が冷却体191の内部に流され、この冷却体191に嵌合された各半導体モジュール110Bが冷却される。
And the cooling water supplied from the flowing water pipe fitted to the flowing water
そして、この実施の形態3における半導体スタックにおいては、半導体モジュール110B自体は、半導体モジュール110Bおよび冷却体191が連設される方向に伸縮する構造を有していないが、半導体モジュール110Bが嵌合される冷却体191が伸縮機能を有するため、各半導体モジュール110B内の位置公差を冷却体191の伸縮によって吸収することができる。
In the semiconductor stack according to the third embodiment, the
以上のように、この実施の形態3によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 As described above, this third embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment.
なお、上記の各実施の形態においては、この発明による負荷駆動装置が搭載される車両としてハイブリッド自動車の場合を代表的に例示して説明したが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に限られるものではなく、電気自動車や電車など他の車両システムのほか、その他の電力システムにおいてもこの発明を適用することができる。 In each of the above embodiments, the case where a hybrid vehicle is representatively described as a vehicle on which the load driving device according to the present invention is mounted has been exemplified. However, the scope of application of the present invention is limited to a hybrid vehicle. The present invention can be applied not only to other vehicle systems such as electric cars and trains but also to other power systems.
また、上記においては、半導体スタックの構成を有するインバータを代表的に例示して説明したが、この発明の適用範囲は、インバータに限定されるものではなく、半導体素子および冷却器が交互に連設された半導体スタックの構成を有する様々な半導体装置にこの発明を適用することができる。 In the above description, the inverter having the configuration of the semiconductor stack has been described as a representative example. However, the scope of the present invention is not limited to the inverter, and the semiconductor element and the cooler are alternately arranged. The present invention can be applied to various semiconductor devices having the structure of the semiconductor stack.
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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
10 ハイブリッド自動車、12 バッテリ、14 パワーコントロールユニット、16 動力出力装置、18 ディファレンシャルギア、20L,20R 前輪、22L,22R 後輪、24L,24R フロントシート、26 リアシート、50,52 インバータ、54 制御装置、56 循環装置、110,120,110A,120A,110B 半導体モジュール、113,114,113A,114A 冷却器、115,116 流水パイプ、117 樹脂モールド、125 接続部材、130 終端部、131 流入口、132 流出口、140,150 ガイド、161 半導体素子、162,163 主電極、164,165 絶縁材、166 信号電極、171 制御基盤、172,173 バスバー、175 コンタクト部、181,182 ベース板、183,184 通水路用パイプ、191,231〜237 冷却体、192,193 半導体モジュール取付部、194,195 流水パイプ取付部、240 ウォーターポンプ、250 ラジエータ、261〜264 切替弁、271〜279 冷媒路、M1,M2 モータジェネレータ、Q11〜Q16,Q21〜Q26 パワートランジスタ、D11〜D16,D21〜D26 ダイオード、C コンデンサ、L1 電源ライン、L2 接地ライン、72,82 U相アーム、74,84 V相アーム、76,86 W相アーム。 10 hybrid vehicle, 12 battery, 14 power control unit, 16 power output device, 18 differential gear, 20L, 20R front wheel, 22L, 22R rear wheel, 24L, 24R front seat, 26 rear seat, 50, 52 inverter, 54 control device, 56 Circulator, 110, 120, 110A, 120A, 110B Semiconductor module, 113, 114, 113A, 114A Cooler, 115, 116 Inflow pipe, 117 Resin mold, 125 Connection member, 130 Terminal part, 131 Inlet, 132 Flow Exit, 140, 150 Guide, 161 Semiconductor element, 162, 163 Main electrode, 164, 165 Insulation material, 166 Signal electrode, 171 Control board, 172, 173 Bus bar, 175 Contact part, 181, 82 Base plate, 183, 184 Water passage pipe, 191, 231-237 Cooling body, 192, 193 Semiconductor module mounting part, 194, 195 Flowing water pipe mounting part, 240 Water pump, 250 Radiator, 261-264 Switching valve, 271 To 279 refrigerant path, M1, M2 motor generator, Q11 to Q16, Q21 to Q26 power transistor, D11 to D16, D21 to D26 diode, C capacitor, L1 power line, L2 ground line, 72, 82 U-phase arm, 74, 84 V-phase arm, 76, 86 W-phase arm.
Claims (10)
前記半導体素子の両側に設けられる第1および第2の冷却器とを備え、
前記第1および/または第2の冷却器は、当該第1の冷却器、前記半導体素子、および当該第2の冷却器が連設される方向に伸縮する、半導体モジュール。 A semiconductor element;
First and second coolers provided on both sides of the semiconductor element,
The first and / or second cooler is a semiconductor module that expands and contracts in a direction in which the first cooler, the semiconductor element, and the second cooler are connected.
前記複数の半導体モジュールの各々は、
半導体素子と、
前記半導体素子の両側に設けられる第1および第2の冷却器とを含み、
前記第1および/または第2の冷却器は、当該第1の冷却器、前記半導体素子、および当該第2の冷却器が連設される第2の方向に伸縮し、
前記第2の方向は、前記第1の方向と同じである、半導体装置。 A plurality of semiconductor modules connected in a first direction;
Each of the plurality of semiconductor modules includes:
A semiconductor element;
First and second coolers provided on both sides of the semiconductor element,
The first and / or second cooler expands and contracts in a second direction in which the first cooler, the semiconductor element, and the second cooler are connected,
The semiconductor device, wherein the second direction is the same as the first direction.
隣接する前記半導体モジュールの間に設けられ、前記複数の半導体モジュールが連設される方向に伸縮する少なくとも1つの接続部材とを備える半導体装置。 A plurality of semiconductor modules connected in series;
A semiconductor device comprising: at least one connection member provided between adjacent semiconductor modules and extending and contracting in a direction in which the plurality of semiconductor modules are connected.
半導体素子と、
前記半導体素子の両面に設けられ、前記半導体素子との接触面と対向する面から突出する冷却フィンを各々が有する第1および第2の冷却板とを含み、
前記第1および第2の冷却板の各々は、隣接する前記接続部材に前記冷却フィンが嵌合され、
前記少なくとも1つの接続部材の各々は、内部に冷媒が通流される、請求項4に記載の半導体装置。 Each of the plurality of semiconductor modules includes:
A semiconductor element;
First and second cooling plates each provided with cooling fins provided on both surfaces of the semiconductor element and projecting from a surface facing the contact surface with the semiconductor element;
In each of the first and second cooling plates, the cooling fin is fitted to the adjacent connecting member,
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein each of the at least one connection member has a coolant flowing therethrough.
前記冷媒路に対して直列に配設される第1および第2の半導体モジュール群と、
前記冷媒路ならびに前記第1および第2の半導体モジュール群に冷媒を循環させる循環装置と、
前記循環装置を制御する制御装置とを備え、
前記第1および第2の半導体モジュール群の各々は、前記冷媒路に対して並設される複数の半導体モジュールを含み、
前記制御装置は、前記第1および第2の半導体モジュール群における発熱量の大小を判別し、発熱量の大きい方の半導体モジュール群が前記冷媒路において上流となるように前記循環装置の動作を制御し、
前記循環装置は、前記制御装置から受ける動作指令に基づいて前記冷媒の循環方向を切替える、半導体装置。 A refrigerant path through which the refrigerant flows;
First and second semiconductor module groups disposed in series with respect to the refrigerant path;
A circulation device for circulating the refrigerant in the refrigerant path and the first and second semiconductor module groups;
A control device for controlling the circulation device,
Each of the first and second semiconductor module groups includes a plurality of semiconductor modules arranged in parallel to the refrigerant path,
The controller determines the amount of heat generation in the first and second semiconductor module groups, and controls the operation of the circulation device so that the semiconductor module group with the larger heat generation amount is upstream in the refrigerant path. And
The circulation device is a semiconductor device that switches a circulation direction of the refrigerant based on an operation command received from the control device.
半導体素子と、
前記半導体素子の両側に設けられる第1および第2の冷却器とからなり、
前記第1および第2の半導体モジュール群の各々における複数の半導体モジュールは、第1の方向に連設され、
前記第1および/または第2の冷却器は、当該第1の冷却器、前記半導体素子、および当該第2の冷却器が連設される第2の方向に伸縮し、
前記第2の方向は、前記第1の方向と同じである、請求項7に記載の半導体装置。 Each of the plurality of semiconductor modules included in each of the first and second semiconductor module groups includes:
A semiconductor element;
The first and second coolers provided on both sides of the semiconductor element,
The plurality of semiconductor modules in each of the first and second semiconductor module groups are connected in the first direction,
The first and / or second cooler expands and contracts in a second direction in which the first cooler, the semiconductor element, and the second cooler are connected,
The semiconductor device according to claim 7, wherein the second direction is the same as the first direction.
前記冷媒を循環させるポンプと、
前記冷媒を冷却するラジエータと、
前記冷媒の循環方向を切替える切替弁とを含む、請求項7または請求項8に記載の半導体装置。 The circulation device is
A pump for circulating the refrigerant;
A radiator for cooling the refrigerant;
The semiconductor device according to claim 7, further comprising a switching valve that switches a circulation direction of the refrigerant.
前記冷媒路に対して直列に配設され、第1および第2の電気負荷に対応して設けられる第1および第2のインバータと、
前記冷媒路ならびに前記第1および第2のインバータに冷媒を循環させる循環装置と、
前記循環装置を制御する制御装置とを備え、
前記第1および第2のインバータの各々は、前記冷媒路に対して並設される複数の半導体モジュールを含み、
前記制御装置は、前記第1および第2の電気負荷の動作条件に基づいて前記第1および第2のインバータにおける発熱量の大小を判別し、発熱量の大きい方のインバータが前記冷媒路において上流となるように前記循環装置の動作を制御し、
前記循環装置は、前記制御装置から受ける動作指令に基づいて前記冷媒の循環方向を切替える、負荷駆動装置。 A refrigerant path through which the refrigerant flows;
First and second inverters arranged in series with respect to the refrigerant path and provided corresponding to the first and second electric loads;
A circulation device for circulating refrigerant in the refrigerant path and the first and second inverters;
A control device for controlling the circulation device,
Each of the first and second inverters includes a plurality of semiconductor modules arranged in parallel to the refrigerant path,
The controller determines the amount of heat generated in the first and second inverters based on the operating conditions of the first and second electric loads, and the inverter having the larger amount of generated heat is upstream in the refrigerant path. Controlling the operation of the circulation device so that
The circulation device is a load driving device that switches a circulation direction of the refrigerant based on an operation command received from the control device.
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