本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

一般，已知有由收納半導(dǎo)體的半導(dǎo)體單元構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置具備用于冷卻半導(dǎo)體的冷卻結(jié)構(gòu)。

例如，公開了在以可從風(fēng)洞內(nèi)抽出的方式將半導(dǎo)體單元多級(jí)層疊并在風(fēng)洞上部安裝強(qiáng)制風(fēng)冷用風(fēng)扇的冷卻裝置中，設(shè)置對(duì)應(yīng)于各半導(dǎo)體單元的抽出而將抽出后的空間封閉的擋板的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)1)。

但是，在沿著垂直方向配置半導(dǎo)體單元，由冷卻扇將冷卻風(fēng)從上部排出的半導(dǎo)體裝置的情況下，對(duì)各級(jí)的半導(dǎo)體單元進(jìn)行冷卻的冷卻風(fēng)產(chǎn)生風(fēng)速差。因而，各半導(dǎo)體單元的冷卻效果產(chǎn)生偏差，半導(dǎo)體裝置整體的冷卻效率劣化。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

【專利文獻(xiàn)1】日本專利特開平4-217353號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種減小流經(jīng)沿著垂直方向配置的各半導(dǎo)體單元的冷卻風(fēng)的風(fēng)速差的半導(dǎo)體裝置。

按照本發(fā)明的觀點(diǎn)的半導(dǎo)體裝置，具備：盤形狀的殼體；冷卻扇，該冷卻扇從上述殼體的頂面排氣并且設(shè)置于所述頂面；分隔板，該分隔板將所述冷卻扇下的空間沿著垂直方向分隔為第1空間和第2空間，并具有使由所述冷卻扇產(chǎn)生的冷卻風(fēng)從所述第1空間穿過到所述第2空間的多個(gè)開口部；多個(gè)半導(dǎo)體單元，該多個(gè)半導(dǎo)體單元由所述冷卻風(fēng)冷卻并沿著垂直方向配置于所述第1空間；以及狹縫板，該狹縫板安裝于所述分隔板的所述多個(gè)開口部中的至少一個(gè)上并且限制所述冷卻風(fēng)的風(fēng)速。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖。

圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置的電氣電路的電路圖。

圖3是表示本實(shí)施方式所涉及的在分隔板上設(shè)置了狹縫板后的外形的外形圖。

圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的開口率50％的狹縫板的外形圖。

圖5是表示本實(shí)施方式所涉及的開口率70％的狹縫板的外形圖。

圖6是表示流經(jīng)本實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置的冷卻風(fēng)在無狹縫板狀態(tài)下的風(fēng)速模擬結(jié)果的風(fēng)速分布圖。

圖7是表示流經(jīng)本實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置的冷卻風(fēng)在有狹縫板狀態(tài)下的風(fēng)速模擬結(jié)果的風(fēng)速分布圖。

具體實(shí)施方式

(實(shí)施方式)

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置1的結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖。圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置1的電氣電路的電路圖。另外，這里說明了不間斷電源裝置，但也可以是任何使用需要冷卻的半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置。另外，圖面中的同一部分標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，省略其詳細(xì)說明，主要對(duì)不同的部分進(jìn)行說明。

不間斷電源裝置1是通過強(qiáng)制風(fēng)冷來冷卻半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置。不間斷電源裝置1是在盤形狀(長方體形狀)的殼體CH的內(nèi)部收納結(jié)構(gòu)元器件的盤類型，是獲得UL(Underwriters Laboratories Inc.－美國保險(xiǎn)商試驗(yàn)所)認(rèn)證的結(jié)構(gòu)。不間斷電源裝置1在通常時(shí)(正常時(shí))，通過從商用電源等的交流電源22供給的交流電，向負(fù)載23供給電力。交流電源22停電時(shí)，通過從蓄電池21供給的直流電向負(fù)載23供給電力。

參照圖2，說明不間斷電源裝置1的電路。

不間斷電源裝置1具備斬波器電路(斬波單元)2；三相功率轉(zhuǎn)換電路(轉(zhuǎn)換器單元)3、4、5；冷卻扇7；二極管整流器DSM；三相輸入側(cè)電容器C1；三相輸出側(cè)電容器C2；4個(gè)斷路器CB1、CB2P、CB2N、CB3；3個(gè)電抗器L1、L2、L3及2個(gè)開關(guān)SW1、SW2。不間斷電源裝置1分別與蓄電池21、交流電源22及負(fù)載23連接。不間斷電源裝置1與交流電源22以三相三線式連接，與負(fù)載23以三相四線式連接。

功率轉(zhuǎn)換電路3～5分別與U相、V相及W相對(duì)應(yīng)設(shè)置。功率轉(zhuǎn)換電路3～5是轉(zhuǎn)換器電路CN和逆變器電路IN的直流側(cè)彼此通過直流鏈路而連接的電路。從交流電源22輸入的交流電依次經(jīng)由斷路器CB1及電抗器L2，逐相輸入至功率轉(zhuǎn)換電路3～5。功率轉(zhuǎn)換電路3～5通過將輸入的三相交流電變換為直流電，變換為供給負(fù)載23的三相交流電。功率轉(zhuǎn)換電路3～5將變換的三相交流電依次經(jīng)由電抗器L3及斷路器CB3向負(fù)載23及冷卻扇7輸出。在冷卻扇7的輸入側(cè)設(shè)置開關(guān)SW2。不間斷電源裝置1的輸入側(cè)的各相經(jīng)由輸入側(cè)電容器C1與不間斷電源裝置1的輸出側(cè)的中性點(diǎn)連接。不間斷電源裝置1的輸出側(cè)的各相經(jīng)由輸出側(cè)電容器C2，與不間斷電源裝置1的輸出側(cè)的中性點(diǎn)連接。

蓄電池21是積蓄能量的電池，用于在交流電源22停電時(shí)供給電力。蓄電池21輸出的直流電在停電時(shí)，依次經(jīng)由分別在正極及負(fù)極設(shè)置的2個(gè)斷路器CB2P、CB2N及電抗器L1，供給斬波器電路2。斬波器電路2調(diào)節(jié)輸入的直流電壓，向功率轉(zhuǎn)換電路3～5的各個(gè)直流鏈路供給直流電。對(duì)蓄電池21充電時(shí)，二極管整流器DSM將經(jīng)由開關(guān)SW1從交流電源22輸入的三相交流電變換為直流電，向斬波器電路2輸出。斬波器電路2通過從功率轉(zhuǎn)換電路3～5的直流鏈路或二極管整流器DSM輸入的直流電進(jìn)行動(dòng)作，使得對(duì)蓄電池21充電。

參照圖1，說明不間斷電源裝置1的盤內(nèi)的結(jié)構(gòu)。圖1中的箭頭表示冷卻風(fēng)的流向。

在不間斷電源裝置1的盤內(nèi)，安裝斬波單元2、3個(gè)轉(zhuǎn)換器單元3～5、控制單元6、冷卻扇7、電容器單元8、2個(gè)斷路器單元9、10及3個(gè)電抗器L1、L2、L3。另外，在不間斷電源裝置1的盤內(nèi)還安裝構(gòu)成圖2所示電氣電路的元件及設(shè)備等，但是這里省略。

不間斷電源裝置1的內(nèi)部分為占大部分的安裝結(jié)構(gòu)元器件的空間和起到作為冷卻風(fēng)穿過的風(fēng)洞的作用并且安裝了電抗器L1～L3的空間的2個(gè)空間。強(qiáng)制風(fēng)冷用的冷卻扇7設(shè)置于殼體CH的頂面(上表面)的背面?zhèn)鹊目臻g。在不間斷電源裝置1的上部，設(shè)置冷卻扇7的背面?zhèn)鹊目臻g比正面?zhèn)鹊目臻g大。在占據(jù)不間斷電源裝置1的內(nèi)部的大部分的下側(cè)的空間中，正面?zhèn)鹊目臻g比背面?zhèn)鹊目臻g大。不間斷電源裝置1的下側(cè)的空間由分隔板BD分隔為正面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)取?/p>

斬波單元2及轉(zhuǎn)換器單元3～5(以下，稱為“半導(dǎo)體單元2～5”。)具備由IGBT(insulated gate bipolar transistor：絕緣柵雙極晶體管)等的開關(guān)元件11構(gòu)成的電氣電路。開關(guān)元件11是發(fā)熱量多而特別需要冷卻的半導(dǎo)體。開關(guān)元件11為薄板形狀。開關(guān)元件11設(shè)置于冷卻開關(guān)元件11的散熱片12的頂面。開關(guān)元件11及散熱片12安裝在半導(dǎo)體單元2～5的背面?zhèn)?。半?dǎo)體單元2～5是冷卻風(fēng)從正面?zhèn)却┻^到背面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)。散熱片12通過被冷卻風(fēng)冷卻，使開關(guān)元件11冷卻。

半導(dǎo)體單元2～5全部為大致相同的形狀，是高度比深度及寬度較短(低)的長方體形狀。半導(dǎo)體單元2～5設(shè)置于不間斷電源裝置1的正面?zhèn)鹊南聜?cè)的空間。半導(dǎo)體單元2～5的深度是比從不間斷電源裝置1的正面的內(nèi)側(cè)到分隔板BD為止的長度小一些的長度。從而，半導(dǎo)體單元2～5的正面與盤內(nèi)的正面接近(或接觸)，半導(dǎo)體單元2～5的背面與分隔板BD接近(或接觸)。

半導(dǎo)體單元2～5沿著垂直方向配置為多級(jí)層疊，各單元2～5間存在很小的間隙。最下級(jí)的轉(zhuǎn)換器單元5設(shè)置成與不間斷電源裝置1的底面接觸。轉(zhuǎn)換器單元4設(shè)置在轉(zhuǎn)換器單元5上方。轉(zhuǎn)換器單元3設(shè)置在轉(zhuǎn)換器單元4上方。半導(dǎo)體單元2～5中最上級(jí)的斬波單元2設(shè)置在轉(zhuǎn)換器單元3上方。

電容器單元8是收納圖2所示輸入側(cè)電容器C1及輸出側(cè)電容器C2的單元。電容器單元8具有與半導(dǎo)體單元2～5大致相同的形狀。電容器單元8設(shè)置在斬波單元2上方。

控制單元6是安裝了對(duì)不間斷電源裝置1進(jìn)行控制的基板等的單元?？刂茊卧?設(shè)置在電容器單元8上方的正面?zhèn)取?/p>

斷路器單元9是收納圖2所示2個(gè)斷路器CB2P、CB2N的單元。斷路器單元9設(shè)置在電容器單元8上方的背面?zhèn)取?/p>

斷路器單元10是收納圖2所示2個(gè)斷路器CB1、CB3的單元。斷路器單元10設(shè)置在與設(shè)置冷卻扇7的空間的正面?zhèn)认噜彽目臻g。

電抗器L1～L3設(shè)置在由位于安裝半導(dǎo)體單元2～5的空間的背面?zhèn)鹊姆指舭錌D所隔開的空間。電抗器L1～L3是長度方向?yàn)榇怪狈较虻拈L方體形狀或圓柱形狀。電抗器L1～L3配置為沿著垂直方向?qū)盈B。設(shè)置電抗器L1～L3的空間成為從安裝半導(dǎo)體單元2～5的空間排出的冷卻風(fēng)上升后流向冷卻扇7的風(fēng)洞。

冷卻風(fēng)的吸氣口Ki設(shè)置于不間斷電源裝置1的正面的下部從下算起的3個(gè)半導(dǎo)體單元(轉(zhuǎn)換器單元)3～5所處的位置。分別與位于各半導(dǎo)體單元2～5的背面的部分對(duì)應(yīng)地設(shè)置分隔板BD的開口部K1～K4。從正面的吸氣口Ki吸入的冷卻風(fēng)穿過各半導(dǎo)體單元2～5，使散熱片12冷卻，從分隔板BD的各開口部K1～K4向不間斷電源裝置1的背面?zhèn)鹊目臻g排出。向背面?zhèn)鹊目臻g排出的冷卻風(fēng)向上流動(dòng)，從設(shè)置于不間斷電源裝置1的頂面的冷卻扇7排氣。

圖3是表示在本實(shí)施方式所涉及的分隔板BD設(shè)置了狹縫板SL1、SL2的外形的外形圖。圖4是表示開口率50％的狹縫板SL1的外形圖。圖5是表示開口率70％的狹縫板SL2的外形圖。這里，開口率是將未設(shè)置狹縫板狀態(tài)下的開口部K1～K4的開口率設(shè)為100％的比例。

設(shè)置于分隔板BD的開口部K1～K4中的最上面的開口部K1和最下面的開口部K4未設(shè)置狹縫板。即，這些開口部K1、K4的開口率為100％。在從上算起的第2個(gè)開口部K2安裝開口率50％的狹縫板SL1。在從上算起的第3個(gè)開口部K3安裝開口率70％的狹縫板SL2。狹縫板SL1、SL2的開口率通過狹縫SS的數(shù)目調(diào)節(jié)。另外，狹縫板SL1、SL2的開口率也可以通過狹縫SS的大小調(diào)節(jié)。

圖6是表示流經(jīng)本實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置1的冷卻風(fēng)在無狹縫板SL1、SL2狀態(tài)下的風(fēng)速模擬結(jié)果的風(fēng)速分布圖。圖7是表示流經(jīng)本實(shí)施方式所涉及的不間斷電源裝置1的冷卻風(fēng)在有狹縫板SL1、SL2狀態(tài)下的風(fēng)速模擬結(jié)果的風(fēng)速分布圖。

參照圖6及圖7，說明確定狹縫板SL1、SL2的安裝位置及開口率的方法。另外，這里說明了通過進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬而確定狹縫板SL1、SL2的方法，但是不通過模擬，也可以實(shí)測冷卻風(fēng)的風(fēng)速，也可以通過經(jīng)驗(yàn)確定，也可以通過其他方法確定。

在無狹縫板SL1、SL2的狀態(tài)下，流經(jīng)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)的風(fēng)速存在偏差。冷卻扇7安裝在不間斷電源裝置1的上部，因此，原則上，上方的靜壓高。即，上方的冷卻風(fēng)的風(fēng)速快。但是，最上面的斬波單元2的吸氣口Ki處于比自身的高度稍微下方的位置。相對(duì)地，其他轉(zhuǎn)換器單元3～5的吸氣口Ki處于各自高度的位置。從而，流經(jīng)轉(zhuǎn)換器單元3～5的冷卻風(fēng)從各自的轉(zhuǎn)換器單元3～5的正面?zhèn)戎本€穿過到背面?zhèn)?。相?duì)地，流經(jīng)斬波單元2的冷卻風(fēng)從稍下側(cè)向斜上方向吸入盤內(nèi)后穿過斬波單元2。即，流經(jīng)斬波單元2的冷卻風(fēng)不是沿著直線流過(參照圖1)。從而，斬波單元2雖然位于轉(zhuǎn)換器單元3上，但是流過斬波單元2的冷卻風(fēng)的風(fēng)速比流過轉(zhuǎn)換器單元3的冷卻風(fēng)慢。

參照圖6，流經(jīng)從上算起的第2個(gè)半導(dǎo)體單元3的冷卻風(fēng)的風(fēng)速最快，因此，在位于半導(dǎo)體單元3的背面?zhèn)鹊拈_口部K2安裝開口率50％的狹縫板SL1。在位于從上算起的第3個(gè)半導(dǎo)體單元4的開口部K3安裝開口率比安裝在開口部K2的狹縫板SL1更高的開口率70％的狹縫板SL2。在位于最上面的半導(dǎo)體單元2和最下面的半導(dǎo)體單元5的各自位置的開口部K1、K2不安裝狹縫板。即，這些開口部K1、K4成為開口率100％。開口部K1～K4的開口率越低，穿過開口部K1～K4的冷卻風(fēng)的風(fēng)速越受限制。

在該狀態(tài)下，進(jìn)行冷卻風(fēng)的風(fēng)速模擬，如圖7所示。圖7所示風(fēng)速模擬結(jié)果中，流經(jīng)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)以大致均等的風(fēng)速流過。從而，狹縫板SL1、SL2確定為在該狀態(tài)下安裝。如流經(jīng)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)存在偏差，則通過變更狹縫板SL1、SL2的開口率或者設(shè)置新的狹縫板，調(diào)節(jié)各開口部K1～K4的開口率。重復(fù)該調(diào)節(jié)，直到流經(jīng)全部半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)均等。

根據(jù)本實(shí)施方式，通過在設(shè)置于分隔板BD的開口部K1～K4上設(shè)置改變開口率的狹縫板SL1、SL2，能夠限制(調(diào)節(jié))通過開口部K1～K4的冷卻風(fēng)的風(fēng)速。從而，能夠使流經(jīng)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)的風(fēng)速均等，提高半導(dǎo)體單元2～5的冷卻效率。

例如，為了使全部半導(dǎo)體單元2～5充分冷卻，考慮在不采用狹縫板SL1、SL2的情況下選定冷卻扇7，使冷卻風(fēng)最慢的半導(dǎo)體單元5充分冷卻。在該情況下，在最快的冷卻風(fēng)流過的半導(dǎo)體單元3上流過了比所需更快的冷卻風(fēng)。即，冷卻扇7消耗了多余的能量。相對(duì)地，通過采用狹縫板SL1、SL2使流經(jīng)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)的風(fēng)速均等，能夠避免在半導(dǎo)體單元2～5上流過比所需更快冷卻風(fēng)。從而，與未采用上述的狹縫板SL1、SL2的情況比較，能夠選定容量小的冷卻扇7。從而，能夠高效冷卻不間斷電源裝置1的盤內(nèi)，降低不間斷電源裝置1的制造成本。

另外，考慮不采用狹縫板SL1、SL2，通過改變各半導(dǎo)體單元2～5的各自的散熱片12的形狀，使各冷卻風(fēng)的風(fēng)速均等。但是，在該情況下，轉(zhuǎn)換器單元3～5的散熱片12的形狀成為彼此不同的形狀，必須按各轉(zhuǎn)換器單元3～5的安裝位置來改變結(jié)構(gòu)。相對(duì)地，通過采用狹縫板SL1、SL2，能夠使各轉(zhuǎn)換器單元3～5的結(jié)構(gòu)通用，而與安裝位置無關(guān)。通過使各轉(zhuǎn)換器單元3～5的結(jié)構(gòu)通用，能夠提高不間斷電源裝置1的生產(chǎn)性，降低制造成本。

而且，考慮不采用狹縫板SL1、SL2，而變更安裝各半導(dǎo)體單元2～5的空間的尺寸(例如，深度)，使得流經(jīng)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)的風(fēng)速均等。在該情況下，在不間斷電源裝置1的盤內(nèi)必須有能夠變更空間的尺寸的余量，另外，可能伴隨殼體CH的大幅變更。

另外，在伴隨不間斷電源裝置1的規(guī)格變更而改造的情況下，改造后也必須使各半導(dǎo)體單元2～5充分冷卻。但是，在不間斷電源裝置1的頻率或額定電壓變更時(shí)，各半導(dǎo)體單元2～5未必能夠與改造前同樣冷卻。從而，改造后的不間斷電源裝置1中，必須驗(yàn)證各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻能力。

在改造后的不間斷電源裝置1中，若半導(dǎo)體單元2～5中即使有一個(gè)無法充分冷卻，也需要再次改造不間斷電源裝置1。這里，若采用狹縫板SL1、SL2，能夠簡單地單獨(dú)調(diào)節(jié)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻風(fēng)，能夠容易地變更各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻能力。另一方面，若在不采用狹縫板SL1、SL2的情況下進(jìn)行變更各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻能力的改造，則必須改變盤內(nèi)的結(jié)構(gòu)或設(shè)備的配置，或者改變各半導(dǎo)體單元2～5的散熱片12的形狀。這與安裝狹縫板SL1、SL2的情況比較，改造成本高。

而且，本實(shí)施方式中，主要說明半導(dǎo)體單元2～5的冷卻，但是對(duì)于控制單元6及電容器單元8等的其他設(shè)備及單元，通過采用實(shí)施方式說明的結(jié)構(gòu)，也能夠充分冷卻。

另外，實(shí)施方式中，說明了四級(jí)層疊的半導(dǎo)體單元2～5的結(jié)構(gòu)，但是只要是二級(jí)以上的多級(jí)層疊的半導(dǎo)體單元，則半導(dǎo)體單元也可以是任意個(gè)。另外，分隔板BD的開口部K1～K4與半導(dǎo)體單元2～5對(duì)應(yīng)設(shè)置，但是，也不一定要與半導(dǎo)體單元2～5分別對(duì)應(yīng)設(shè)置。通過將開口部K1～K4與半導(dǎo)體單元2～5對(duì)應(yīng)設(shè)置，能夠容易調(diào)節(jié)各半導(dǎo)體單元2～5的冷卻能力。另外，若可以設(shè)置2個(gè)以上的開口部，則也可以設(shè)置任意個(gè)開口部。開口部為2個(gè)的情況下，通過在一個(gè)開口部安裝狹縫板，能夠減小穿過2個(gè)開口部的冷卻風(fēng)的風(fēng)速差。

另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在實(shí)施階段，在不脫離其要旨的范圍能夠改變結(jié)構(gòu)要素并具體化。另外，通過上述實(shí)施方式公開的多個(gè)結(jié)構(gòu)要素的適當(dāng)組合，能夠形成各種發(fā)明。例如，也可以從實(shí)施方式公開的全部結(jié)構(gòu)要素刪除幾個(gè)結(jié)構(gòu)要素。而且，不同實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)要素也可以適當(dāng)組合。