표제지
목차
ABSTRACT 9
제1장 서론 10
제1절 연구 배경 10
제2절 상태기반정비 14
제3절 연구 고장 모드 선정 및 구현 15
제2장 전류신호를 활용한 IGBT 고장진단 20
제1절 개요 및 연구 필요성 20
제2절 고장진단법 제안 21
제3절 실험적 검증 23
1. 실험 구성 23
2. 실험 결과 25
제3장 낮은 샘플링 주파수 데이터를 활용한 IGBT 고장진단 28
제1절 개요 및 연구 필요성 28
제2절 고장진단법 제안 31
제3절 실험적 검증 32
1. 실험 구성 32
2. 기존 고장 신호 재현성 검증 34
3. 고장 신호 간접 분석 방안 35
4. 고장진단법 검증 및 분석 40
제4장 결론 46
참고문헌 48
국문초록 53
〈표 1-1〉 국가별 내연기관차 판매 금지 시점 10
〈표 2-1〉 온도에 따른 5th harmonic 변화 20
〈표 3-1〉 IGBT Bond wire 고장에 따른 고장 신호 경향성 35
〈그림 1-1〉 파워트레인 시스템 변화 10
〈그림 1-2〉 전동화 시스템 구조와 인버터 스위칭 소자로 사용되는 IGBT 11
〈그림 1-3〉 IGBT 내부 구조 및 구성 요소 12
〈그림 1-4〉 스위칭 소자의 출력 범위 및 스위칭 주파수 비교 13
〈그림 1-5〉 전력 변환 시스템의 취약 요소 13
〈그림 1-6〉 유지보수 시기에 따른 정비 기법 15
〈그림 1-7〉 IGBT의 주요 고장 모드 16
〈그림 1-8〉 IGBT의 상세 내부 재료 구조와 각 재료간 CTE 차이 17
〈그림 1-9〉 연구 대상 IGBT Module(FF1000R17IE4)의 내부, 회로 구조 18
〈그림 1-10〉 정상 및 Bond wire 고장 시제 구현 및 종류 19
〈그림 1-11〉 고장 시제별 심각도에 따른 잔여 Bond wire 개수 19
〈그림 2-1〉 IGBT 상태진단 목적 측정 회로도 20
〈그림 2-2〉 SPWM에서의 목표 사인 파형과 생성된 Pulse의 관계 21
〈그림 2-3〉 스위칭 소자의 스위칭 On/Off에 따른 전류 리플의 형상 22
〈그림 2-4〉 FFT가 적용된 상전류의 주파수 특징 23
〈그림 2-5〉 실험에 사용된 인버터 내부 구조 및 IGBT 장착 모습 24
〈그림 2-6〉 IGBT 상태진단을 위한 스위칭 리플 현상 테스트 베드 24
〈그림 2-7〉 IGBT Module 상태 진단 테스트 베드 회로도 24
〈그림 2-8〉 열화 전후에 따른 상전류 스위칭 리플 현상 비교 25
〈그림 2-9〉 IGBT 고장 심각도에 따른 스위칭 주파수 분석 26
〈그림 2-10〉 스위칭 주파수와 그 주변 Sideband의 주파수 성분 27
〈그림 2-11〉 IGBT의 고장모드 및 심각도에 따른 fsw, fsw ± fs 주파수 분석[이미지참조] 27
〈그림 3-1〉 기존 사용되는 고장 신호와 필요 샘플링 주파수 조건 29
〈그림 3-2〉 Gate Voltage를 활용한 선행 고장진단법 29
〈그림 3-3〉 IGBT의 기생 성분의 위치와 그 회로도 30
〈그림 3-4〉 기생 성분의 변화로 인한 게이트-이미터 신호 변화 30
〈그림 3-5〉 500MHz 샘플링 Vge를 활용한 고장 진단[이미지참조] 31
〈그림 3-6〉 샘플링 주파수 변화에 따른 Vge 과도특성 분석[이미지참조] 32
〈그림 3-7〉 Vge를 활용한 고장 진단을 위한 실험 구성 사진[이미지참조] 33
〈그림 3-8〉 Vge를 활용한 고장 진단을 위한 실험 구성 회로도[이미지참조] 33
〈그림 3-9〉 Pulse generator를 통한 사각파 제어 신호 입력 회로도 33
〈그림 3-10〉 고장 모드와 심각도에 따른 고장 신호 변화 34
〈그림 3-11〉 전압값을 고려한 과도 특성 데이터 추출 방법 36
〈그림 3-12〉 정상과 고장제품의 데이터의 고장 신호 추출 결과 (a) 샘플 수 비율 분석법 (b) 오름자순 재배치 분석법 38
〈그림 3-13〉 제안된 IGBT 고장진단법을 수행하기 위한 처리과정 39
〈그림 3-14〉 온도 변화에 따른 IGBT Module의 스위칭 특성 (a) Turn On 특성 (b) Turn Off 특성 40
〈그림 3-15〉 Bond wire 고장 모드와 심각성에 따른 샘플 수 비율 분석 (a) 10kHz Sampling frequency (b) 25kHz Sampling frequency 41
〈그림 3-16〉 Bond wire 고장 모드와 심각성에 따른 Miller Plateau 전압분석 (a) 10kHz Sampling, fixed duty cycle (b) 10kHz Sampling, variable... 43
〈그림 3-17〉 분석하는 데이터 세트 시간에 따른 고장 경향성 (a) 25kHz Sampling, 0.5sec 데이터 세트 (b) 25kHz Sampling, 0.8sec 데이터 세트... 45