(57)【要約】【課題】直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ装置全体の発生損失を低減し、装置効率を向上させる。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を構成する半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２と半導体整流回路４に冷却体１２，１３をそれぞれ設け、冷却体１３の温度が冷却体１２の温度よりも高くなるようにする、具体的には、例えば１３の熱抵抗値を冷却体１２の熱抵抗値よりも高くなるようにすることにより、発生損失を低減しＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路とを有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路には第１の冷却体、前記半導体整流回路には第２の冷却体をそれぞれ設け、前記第１の冷却体の温度を前記第２の冷却体の温度よりも低くすることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】
前記第２の冷却体の熱抵抗値を前記第１の冷却体の熱抵抗値よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項３】
前記第１の冷却体にのみ冷却ファンを設置することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項４】
前記第１，第２の冷却体には冷却ファンをそれぞれ設け、冷却ファンの冷却性能を第１の冷却体よりも第２の冷却体の方を低くすることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
前記各冷却ファンは冷却体温度の監視調整機能を有することを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ（直流／直流変換）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路から構成されるＤＣ／ＤＣコンバータ装置では、装置に用いられている半導体素子を冷却するため、例えば特許文献１に開示されているように、半導体スイッチング素子に冷却体を設置し、それを冷却ファンによって冷却する方法が一般的に採用されている。
【０００３】
図５に冷却機能付きＤＣ／ＤＣコンバータ装置の従来例を示す。
図５において、１は直流電源、２は半導体ＤＣ／ＡＣ（直流／交流）変換回路、３は高周波変圧器、４は半導体整流回路、７はリアクトル５とコンデンサ６により構成されたＬＣフィルタ、８は負荷、９はＤＣ／ＤＣコンバータ装置筺体、１０は冷却体、１１は冷却ファンをそれぞれ示す。
【０００４】
図５において、直流電源１から半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２にて変換した交流出力を高周波変圧器３の一次側に入力し、高周波変圧器３の二次側から半導体整流回路４にて整流し、ＬＣフィルタ７にて平滑した直流電圧を出力する。半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２と、半導体整流回路４で用いられている半導体スイッチング素子の発生損失による熱破壊を防ぐために、半導体スイッチング素子を冷却体１０と冷却ファン１１により冷却するようにしている。上記半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２では、半導体スイッチング素子として一般的にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜電界効果トランジスタ）が、また、半導体整流回路４では一般的にダイオードが用いられる。
【０００５】
図６に一般的なＭＯＳＦＥＴのオン電圧特性を、図７に一般的なダイオードの順電圧特性をそれぞれ示す。
図６から、ＭＯＳＦＥＴはドレイン電流ＩＤを流した場合、ＭＯＳＦＥＴの温度Ｔｊが高くなるとオン電圧Ｖｏｎが高くなる、いわゆる正の温度特性を持っていることが分かる。
一方、ダイオードは順方向電流ＩＦを流した場合、図７に示すようにダイオードの温度Ｔｊが高いと順電圧ＶＦが低くなる、いわゆる負の温度特性を持っている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１８６３８８号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの特性から、図５のように半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２と半導体整流回路４を均一に冷却すると、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２におけるＭＯＳＦＥＴのオン電圧による発生損失は低減するが、半導体整流回路４におけるダイオードの順電圧による発生損失は増加する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置全体の発生損失に対して、半導体整流回路４の占める割合が大きい場合には、装置効率が低下するという問題がある。
したがって、この発明の課題は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置全体の発生損失を低減し、装置効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路とを有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置において、
前記半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路には第１の冷却体、前記半導体整流回路には第２の冷却体をそれぞれ設け、前記第１の冷却体の温度を前記第２の冷却体の温度よりも低くすることを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記第２の冷却体の熱抵抗値を前記第１の冷却体の熱抵抗値よりも大きくすることができる（請求項２の発明）。
【０００９】
また、請求項１の発明においては、前記第１の冷却体にのみ冷却ファンを設置することができ（請求項３の発明）、または、前記第１，第２の冷却体には冷却ファンをそれぞれ設け、冷却ファンの冷却性能を第１の冷却体よりも第２の冷却体の方を低くすることができる（請求項４の発明）。この請求項４の発明においては、前記各冷却ファンは冷却体温度の監視調整機能を有することができる（請求項５の発明）。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を構成する半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路のそれぞれに冷却体を設け、冷却体の温度を前者よりも後者の方が高くなるよう冷却体の熱抵抗，冷却ファンの風速，風量設計を変えることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図５の従来例と同様の機能を有するものには同様の記号を付し、その説明等も省略する。
図１において、１２は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体であり、１３は半導体整流回路４に設置する冷却体である。ここでは、半導体整流回路４の冷却体１３の熱抵抗値を、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２の冷却体１２のそれよりも大きくする。
【００１２】
したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置が動作すると、半導体整流回路４の冷却体１３の温度Ｔｆ１３は、その冷却体１３の熱抵抗値が大きいために、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２の冷却体１２の温度Ｔｆ１２よりも高くなる。半導体整流回路４の冷却体１３の温度Ｔｆ１３が高くなると、図７で説明した負の温度特性の効果によって、ダイオードの発生損失が減少する。このように、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路と半導体整流回路のそれぞれに、Ｔｆ１２＜Ｔｆ１３となるような熱抵抗値の異なる冷却体を設置し、２つの冷却体に温度差が生じるようにすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
図２において、１４は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体、１５は半導体整流回路４に設置する冷却体、１６は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４に取付ける冷却ファンである。このような構成でＤＣ／ＤＣコンバータ装置が動作すると、半導体整流回路４の冷却体１５の温度Ｔｆ１５は、冷却ファンが取付けられていないため、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２の冷却体１４の温度Ｔｆ１４よりも高くなる。その結果、Ｔｆ１４＜Ｔｆ１５となり、図１と同じく２つの冷却体に温度差が生じるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
図３はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
図３において、１４は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体、１５は半導体整流回路４に設置する冷却体、１６は半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４に取付ける冷却ファン、１７は半導体整流回路４に設置する冷却体１５に取付ける冷却ファンである。ここで、半導体整流回路４に設置する冷却体１５に取付ける冷却ファン１７は、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４に取付ける冷却ファン１６よりも、冷却性能が低い（風速または風量が小さい）ものを選ぶようにする。
【００１５】
このような構成でＤＣ／ＤＣコンバータ装置が動作すると、半導体整流回路４に設置する冷却体１５の温度Ｔｆ１５は冷却性能が低いため、半導体ＤＣ／ＡＣ変換回路２に設置する冷却体１４の温度Ｔｆ１４よりも高くなる。その結果、Ｔｆ１４＜Ｔｆ１５となり、図１と同じく２つの冷却体に温度差が生じるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
図４はこの発明の第４の実施の形態を示す構成図である。
これは、図３の冷却ファン１６，１７に、冷却体温度の監視調整装置１８，１９を付加したものである。冷却体温度の監視調整機能を設けることで、半導体整流回路４に用いられているダイオードを、素子最大温度で利用することが可能となる。これにより、２つの冷却体温度をＴｆ１４＜＜Ｔｆ１５のようにでき、図３の場合よりもさらにダイオードの発生損失を減少させることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の装置効率をさらに向上させることが可能となる。また、冷却体それぞれの温度を監視しているので、半導体スイッチング素子の熱破壊を防止することも可能である。なお、以上の発明は冷却風が逆向きの場合も、効果は同じである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図３】この発明の第３の実施の形態を示す構成図
【図４】この発明の第４の実施の形態を示す構成図
【図５】冷却機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ装置の従来例を示す構成図
【図６】一般的なＭＯＳＦＥＴのオン電圧特性図
【図７】一般的なダイオードの順電圧特性図
【符号の説明】
【００１８】
１…直流電源、２…半導体ＤＣ／ＡＣ（直流／交流）変換回路、３…高周波変圧器、４…半導体整流回路、５…リアクトル、６…コンデンサ、７…ＬＣフィルタ、８…負荷、９…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置筺体、１０，１２，１３，１４，１５…冷却体、１１，１６，１７…冷却ファン、１８，１９…冷却体温度の監視調整装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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