KR101062963B1 - 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법 - Google Patents

철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 소자에서 발생하는 온도 변화의 횟수를 감지하여 그 전력 소자의 수명을 예측하고, 그에 따라 적절한 시기에 전력 소자의 유지보수나 교체가 이루어지도록 함으로써, 철도차량의 고장이나 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전력 소자에 전류가 흐르는지를 감지하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 감지한 전류값과 상기 전력 소자의 내부 저항값을 입력받아 전력 소모를 산출하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 산출된 전력 소모와 상기 전력 소자의 열 저항값을 입력받아 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 제3단계와, 상기 전력 소자에 접합 설치되어 열을 방출하는 방열판의 온도를 감지한 후, 상기 제3단계에서 판단된 온도 변화에 합산하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 제4단계 및 상기 제4단계에서 판단된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수를 카운트하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
철도차량, 전력 소자, 온도 변화, 전류, 방열판, 카운터

Description

철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법{Preventive diagnosis apparatus for power transistor of railway vehicle and method thereof}
본 발명은 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전력 소자에서 발생하는 온도 변화의 횟수를 감지하여 그 전력 소자의 수명을 예측하고, 그에 따라 적절한 시기에 전력 소자의 유지보수나 교체가 이루어지도록 함으로써, 철도차량의 고장이나 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 선로를 따라 가설된 전차선(혹은, '트롤리 선' 이라고도 함)으로부터 전력을 공급받아 운행되므로, 전차선을 통해 공급된 전력을 철도차량의 사용 전력에 맞게 변환하는 전력 변환기를 구비하고 있다.
그리고, 이러한 전력 변환기는 전원의 컨버트(convert)나 인버트(invert)를 위해서 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 다수의 전력 소자를 포함하여 구성된다.
그러나, 종래에는 전력 소자로 이루어진 전력 변환기를 설계시 과전류나 과전압과 같은 이상 전원 발생이나, 혹은 과도한 온도 상승 발생시 회로를 강제로 차단하는 보호회로를 포함하고 있을 뿐, 전력 소자의 수명이 다함에 따라 고장이 발생하는 것을 방지하는 사전 예방 수단은 구비하고 있지 않았다.
즉, 전력 소자에 전류가 흐르거나 흐르지 않는 스위칭 동작을 반복하여 전력 소자에서 열이 발생하였다가 식는 과정을 반복하면, 도 1과 같이 전력 소자(10)를 구성하는 본딩 와이어(bonding wire, 11)와 실리콘 칩(12)의 열 팽창 계수 차이에 따라 그 접합부에 열 피로가 누적되고 크랙(crack)이 발생하였다.
이에, 도 2와 같이 전력 소자의 수명(cycle)은 전력 소자의 온도 변화(ΔT℃)에 따라 한정될 수 밖에 없음에도 불구하고, 이를 사전에 예방하는 수단은 구비하고 있지 않았다.
따라서, 종래에는 전력 소자의 수명이 다하기 전의 적절한 시기에 전력 소자의 유지보수나 교체가 이루어지도록 함으로써, 철도차량의 고장이나 사고를 미연에 방지할 수 없다는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 전력 소자를 포함한 전력 변환기의 동작 신뢰성 향상 및 동작 특성의 개선에 사용할 수 있도록 각 전력 소자의 개별 이력을 관리할 수 없다는 문제점도 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전력 소자에서 발생하는 온도 변화의 횟수를 감지하여 그 전력 소자의 수명을 예측하고, 그에 따라 적절한 시기에 전력 소자의 유지보수나 교체가 이루어지도록 하는 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 각 전력 소자의 개별 이력을 관리함으로써, 전력 변환기 등 철도차량용 설비에 대한 동작 신뢰성 향상 및 동작 특성의 개선에 기여할 수 있는 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치는 전력 소자에 전류가 흐르는지를 감지하는 전류 감지부와; 상기 전력 소자의 내부 저항값 및 열 저항값이 저장되어 있는 칩 스펙 저장부와; 상기 전류 감지부에서 감지한 전류값과 칩 스펙의 내부 저항값을 입력받아 전력 소모를 산출하고, 상기 산출된 전력 소모와 상기 열 저항값을 이용하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화 유무를 판단하는 마이콤; 및 상기 마이콤에서 판단된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수를 카운트 하는 카운터;를 포함하여 상기 전력 소자의 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전력 소자에 접합 설치되어 열을 방출하는 방열판의 온도를 감지 하기 위한 온도 감지부를 더 포함하고, 상기 마이콤은 상기 온도 감지부의 온도 변화를 상기 전류 감지부에 의해 검출한 온도 변화에 합산하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 칩 스펙 저장부에 저장된 상기 열 저항값은 상기 전력 소자의 본딩 와이어와 상기 전력 소자의 케이스 사이의 열 저항값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카운터를 통해 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수가 기준 횟수 이상이면 영상 혹은 음성을 통해 경고하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카운터를 통해 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수 데이터를 원격의 관리자에게 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전력 소자는 전차선으로부터 전력을 공급받아 변환하는 철도차량용 전력변환기의 전력 소자인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단방법은 전력 소자에 전류가 흐르는지를 감지하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 감지한 전류값과 상기 전력 소자의 내부 저항값을 입력받아 전력 소모를 산출하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 산출된 전력 소모와 상기 전력 소자의 열 저항값을 입력받아 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 제3단계와; 상기 전력 소자에 접합 설치되어 열을 방출하는 방열판의 온도를 감지한 후, 상기 제3단계에서 판단된 온도 변화에 합산하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 제4단계; 및 상기 제4단계에서 판단된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수를 카운트하는 제5단계;를 포함하여 상기 전력 소자의 수명을 예측하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제5단계에서 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수가 기준 횟수 이상이면 영상 혹은 음성을 통해 경고하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제5단계에서 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수 데이터를 원격의 관리자에게 전송하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법에 의하면, 전력 소자에서 발생하는 온도 변화의 횟수를 감지하여 그 전력 소자의 수명을 예측하고, 그에 따라 적절한 시기에 전력 소자의 유지보수나 교체가 이루어질 수 있게 한다.
또한, 각 전력 소자의 개별 이력을 관리함으로써, 전력 변환기 등 철도차량용 설비에 대한 동작 신뢰성 향상 및 동작 특성의 개선에 기여할 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
단, 이하에서 설명할 철도차량용 전력 소자는 전력 변환기용으로 사용되는 전력 트랜지스터를 일 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 이에 한정하지 아니하고 그 외 다른 용도의 전력 소자에도 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치의 설치 상태도이고, 도 4는 전력 소자의 일반적인 열저항 등가회로를 나타낸 것이고, 도 5는 전력 소자의 예방 진단용 열저항 등가회로를 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치를 나타낸 블록도이다.
먼저, 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 철도차량은 집전장치인 팬터그래프(pantograph)를 통해 전차선(PC)으로부터 전력을 공급받아 차단기(CB)를 거쳐 해당 철도차량에 구비된 전력 변환기(PTR)로 전력을 공급한다.
그리고, 전력 변환기(PTR)는 변압기(TR)와 컨버터(C) 및 인버터(I) 등으로 이루어져 있어서, 변압기(TR)는 공급된 전원을 변압하고, 컨버터(C)는 변압된 AC 전원을 DC 전원으로 다운 컨버팅(down converting)하며, 인버터(I)는 다운 컨버팅된 DC 전원을 AC 전원으로 인버팅(inverting)하여 철도차량의 운행을 위한 구동모터(M)를 구동 및 제어한다.
나아가, 컨버터(C)와 인버터(I)는 각각 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 다수의 전력 소자(도 1의 10 참조)(이하, '전력 트랜지스터'라 함)를 구비하고 있어서, 전력 변환시 전력 트랜지스터(10)에 전류가 흐르면서 많은 열이 발생하므로, 전력 트랜지스터(10)에서 발생한 열을 방열하는 방열판(H)을 구비하고 있다.
이때, 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치(20)는 전력 변환기(PTR)에 인접 설치되되, 컨버터(C) 및 인버터(I)에 각각 구비된 전력 트랜지스터(10)의 전류 흐름을 감지함은 물론, 컨버터(C) 및 인버터(I)의 외부에 접합 설치된 방열판(H)의 온도를 감지할 수 있도록 설치된다.
따라서, 전력 트랜지스터(10)에 흐르는 전류와 방열판(H)의 온도를 이용하여 전력 트랜지스터(10)에서 발생된 온도 변화 횟수를 판단함으로써, 해당 전력 트랜지스터(10)의 수명을 예측하고, 적절한 시기에 전력 트랜지스터(10)의 유지보수나 교체가 이루어질 수 있게 한다.
또한, 각 전력 트랜지스터(10)의 개별 이력을 관리함으로써, 전력 변환기(PTR)의 동작 신뢰성 향상 및 동작 특성의 개선에 기여할 수 있게 한다.
한편, 이상과 같이 전력 트랜지스터(10)에 흐르는 전류와 방열판(H)의 온도를 이용하여 해당 전력 트랜지스터(10)의 수명을 예측하는 것은 아래와 같은 방법으로 가능하다.
즉, 도 1에서 살펴본 바와 같이, 전력 트랜지스터(10)는 실리콘 칩(11)과, 단자나 회로의 전기적 연결에 사용되는 알루미늄 와이어(12, 이하, '본딩 와이어'라 함) 및 상기 실리콘 칩(도 1의 11 참조)과 본딩 와이어(12)를 보호하는 케이스를 포함하여 반도체 칩 패키지(package) 형태로 제공되며, 이때 케이스는 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12)를 덮도록 몰딩된 에폭시 몰딩 컴파운드인 것이 일반적이다.
따라서, 전력 트랜지스터(10)는 도 4와 같이, 전류원과, 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12)의 접합부와 케이스 사이의 열저항(Rth(j-c))과, 상기 케이스와 방열판(H) 사이의 열저항(Rth(c-h)) 및 상기 방열판(H)과 외부공기 사이의 열저항(Rth(h-a))을 포함한 등가회로로 표현되고, 각 노드에서의 온도는 각각 Tj(접합부의 온도), Tc(케이스의 온도), Th(방열판(H)의 온도) 및 Ta(외부공기의 온도)로 표현된다.
그리고, 상기 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12) 접합부에서의 온도(Tj) 및 온도 변화(ΔTj)는 아래의 [수학식 1]을 통해 구해지며, 이때 발생된 전력(P)이 열저항(Rth(j-c), Rth(c-h), Rth(h-a)들에 의해 소모되어 열로 변환됨을 알 수 있다.
Tj = P·{Rth(j-c) + Rth(c-h) + Rth(h-a)} + Ta
ΔTj = P·{Rth(j-c) + Rth(c-h) + Rth(h-a)} + ΔTa
(여기서, Rth(j-c)는 접합부와 케이스 사이의 열저항이고, Rth(c-h)는 케이스와 방열판(H) 사이의 열저항이며, Rth(h-a)는 방열판(H)과 외부공기 사이의 열저항 임.)
나아가, 방열판(H)의 방열 특성이 충분함과 동시에 방열판(H)과 케이스의 접합 상태가 적절히 이루어진 경우라면, 상기 방열판(H)과 케이스의 온도는 서로 동일(혹은, 거의 동일)한 것으로 볼 수 있으므로, 위 [수학식 1]은 아래의 [수학식 2]와 같이 간략화 될 수 있다.
Tj ≒ P·Rth(j-c) + Tc
ΔTj ≒ P·Rth(j-c) + ΔTc
따라서, 전력 트랜지스터(10)의 소모 전력(P)과, 접합부와 케이스 사이의 열저항값(Rth(j-c))(이하, '열저항값' 이라 함) 및 케이스의 온도 변화(ΔTc ≒ 방열판의 온도 변화)를 알면, 전력 트랜지스터(10)의 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12) 접합부의 온도 변화를 검출할 수 있으므로 전력 트랜지스터(10)의 수명을 예측할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12)는 그 재질상 서로 다른 열 팽창 계수를 갖고 있어서, 전력 트랜지스터(10)에 전류가 흘러서 열이 발생하는 경우, 이들 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12)의 팽창 정도가 서로 다르게 된다.
그러면, 도 1에서 살펴본 바와 같이 실리콘 칩(11)과 본딩 와이어(12)의 접합부에 크랙(crack) 등이 발생하여 당해 전력 트랜지스터(10)의 수명이 다하게 되므로, 본 발명은 그 이전에 전력 트랜지스터(10)의 수명을 예측하여 사전에 이를 예방할 수 있게 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치(20)는 칩 스펙(spec) 저장부(21)와, 프로그램 메모리부(22)와, 전류 감지 부(23)와, 온도 감지부(24)와, 카운터(counter, 25)와, 디스플레이부(26)와, 통신부(27)와, 사용자 키(user key, 28) 및 마이콤(MICOM: Micro Computer, 29)을 포함한다.
여기서, 칩 스펙 저장부(21)는 전력 트랜지스터(10)의 제조 회사에서 제공하는 전력 트랜지스터(10)의 내부 저항값(r)과, 접합부와 케이스 사이의 열저항값(Rth(j-c)) 및 도 2에서 살펴본 바와 같은 온도 변화 횟수에 따른 전력 트랜지스터(10)의 수명 등을 저장한다.
그리고, 프로그램 메모리부(22)는 상술한 [수학식 2]의 계산을 수행하는 프로그램을 저장하고 있어서, 저장된 프로그램을 마이콤(29)에 제공하면 마이콤(29)이 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화를 계산할 수 있게 한다.
한편, 전류 감지부(23)는 전력 트랜지스터(10)에 전류가 흐르는지를 감지하는 것으로, 도 3에서 살펴본 바와 같이 컨버터(C)와 인버터(I)에 구비된 각 전력 트랜지스터(10)들에 전류가 흐르는지를 각각 감지한다.
따라서, 전력 트랜지스터(10)에 전류가 흐르면, 해당 전력 트랜지스터(10)에 흐르는 전류값(직접 측정 또는 설계회로로부터 제공되는 전류값 사용)과 칩 스펙 저장부(21)에 저장된 열저항값을 프로그램 메모리부(22)에 저장된 계산 프로그램에 따라 계산하여 전력 트랜지스터(10)에서 온도 변화가 발생하였음을 판단할 수 있게 한다.
즉, 전력 트랜지스터(10)에 흐르는 전류값(i)과 상기 칩 스펙 저장부(21)에 저장된 전력 트랜지스터(10)의 내부 저항값(r)을 이용하여 소모 전력(P = i2×r)을 구하고, 그 소모 전력(P)에 열저항값(Rth(j-c))을 곱하여 열이 발생(즉, 온도 변화)하였음을 판단할 수 있게 한다.
다만, 이상에서는 온도 감지부(24)를 통한 방열판(H)의 온도를 사용하지 않고, 전력 트랜지스터(10)에서의 온도 변화를 감지함을 설명하였으나, 후술하는 바와 같이 전류 감지부(23) 이외에 온도 감지부(24)를 더 구비하여 외부 환경에 따른 외부공기의 현재 온도나 제작 오차에 따른 온도차 등을 모두 적용되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 온도 감지부(24)는 전력 트랜지스터(10)에 접합 설치되어 열을 방출하는 방열판(H)의 온도를 감지하는 것으로, 상기 방열판(H)에 접촉 설치된다.
따라서, 온도 감지부(24)에서 감지한 온도 변화를 전류 감지부(23)에 의해 검출한 온도 변화에 합산하여 전력 트랜지스터(10)에서의 온도 변화를 판단할 수 있게 하고, 그에 따라 외부공기의 현재 온도나 제작 오차에 따른 온도차 등을 모두 고려함으로써 접합부에서 열 피로를 느끼는 온도 변화의 횟수를 더욱 정밀하게 측정할 수 있도록 한다.
그리고, 카운터(25)는 상술한 전류 감지부(23)를 이용하여 간단히 감지한 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화 횟수나, 혹은 전류 감지부(23)와 온도 감지부(24)를 모두 이용하여 정밀하게 감지한 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화 횟수를 카운트한다.
또한, 경보부의 일종으로서, LCD 디스플레이 패널 등으로 이루어진 디스플레이부(26)는 상기 카운터(25)를 통해 카운트된 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화 횟수가 기준 횟수 이상이면 '현재 까지의 횟수', '기준 횟수' 및 '경고 문구' 등을 표시하여 경고를 하며, 필요에 따라서는 음성 출력장치(미도시)를 더 구비하여 음성으로도 경고할 수 있게 한다.
그리고, 경고를 발하는 기준 횟수는, 도 2에서 살펴본 바와 같이 전력 트랜지스터(10)의 제조사에서 제공하는 온도 변화 크기 대비 작동 주기(즉, 작동 횟수)를 참조하여, 그 수명 한계에 도달하기 이전 횟수로 설정함으로써, 전력 트랜지스터(10)가 수명을 다하기 이전에 미리 유지보수나 교체를 수행할 수 있게 한다.
한편, 통신부(27)는 해당 철도차량의 기관실이나 중앙 관리소로 카운터(25)에서 카운트한 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화 횟수 데이터를 유/무선으로 전송한다.
따라서, 각 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화 횟수나 수명에 대한 개별 이력 을 관리하고, 나아가 그 개별 이력을 통해 전력 트랜지스터(10)의 온도 횟수에 따른 전력 변환기(PTR)의 동작 특성을 분석할 수 있도록 함으로써, 전력 변환기(PTR)의 동작 신뢰성 향상 및 동작 특성의 개선에 사용할 수 있도록 한다.
또한, 사용자 키(28)는 칩 스펙 저장부(21)에 저장되는 각 전력 트랜지스터(10)의 내부 저항값과, 열저항값 및 온도 변화 횟수에 따른 전력 트랜지스터(10)의 수명 등과 같은 데이터를 입력하는데 사용하거나, 그 외 장치 조작을 위한 각종 기능을 제공한다.
그리고, 마이콤(29)은 전류 감지부(23)에서 감지한 전류값과 칩 스펙 저장부(21)의 내부 저항값을 입력받아 전력 소모를 산출하고, 상기 산출된 전력 소모와 열 저항값을 이용하여 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화 유무를 판단하거나, 상기 전류 감지부(23)를 이용하여 판단한 전력 트랜지스터(10)의 온도에 온도 감지부(24)에서 감지한 방열판(H)의 온도를 합산하는 기능을 수행한다.
물론, 그 외 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치(20)의 전반적인 프로세싱(processing)도 담당한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단방법을 나타낸 흐름 도이다.
도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단방법은 먼저 전류 감지부(23)에서 컨버터(C)와 인버터(I)에 구비된 각 전력 트랜지스터(10)에 전류가 흐르는지를 감지(S31)한다.
그리고, 전류의 흐름이 감지되면, 마이콤(29)은 해당 전력 트랜지스터(10)에 흐르는 전류값(i)과 칩 스펙 저장부(21)에 저장된 내부 저항값(r)을 입력받아서 프로그램 메모리부(22)에 저장된 계산 프로그램(P = i2r)에 따라 전력 소모(P)를 계산(S32)한다.
나아가, 전력 소모가 계산되면, 위 계산된 소모 전력(P)과 칩 스펙 저장부(21)에 저장된 열저항값(Rth(j-c))을 이용하여 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화(ΔTj ≒ P·Rth(j-c))를 계산(S33)한다.
그리고, 온도 감지부(24)는 전력 트랜지스터(10)에서 발생한 열을 방열하는 방열판(H)의 온도를 감지(S34)하여 위에서 계산된 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화에 합함으로써, 전력 트랜지스터(10)의 온도 변화(ΔTj ≒ P·Rth(j-c) + ΔTc)를 최종적으로 계산(S35)한다.
이때, 카운터(25)는 상술한 온도 변화의 발생 횟수를 카운트(S36)하고, 마이콤(29)은 상기 감지된 횟수가 칩 스펙 저장부(21)에 저장된 전력 트랜지스터(10)의 수명을 참조하여 설정된 기준 횟수 이상인지를 판단(S37)한다.
그 결과, 기준 횟수 이상이면 디스플레이부(26)를 포함한 경고부를 통해 영상 혹은 음성의 경보(S38)를 발한 다음 통신부(27)를 통해 해당 철도차량의 기관실이나 중앙 관리실로 온도 변화 횟수 데이터를 전송(S39)한다.
반면, 기준 횟수 미만이면 별도의 경보 없이 해당 철도차량의 기관실이나 중앙 관리실로 온도 변화 횟수 데이터를 전송(S39)한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치 및 방법은 전력 소자에서 발생하는 온도 변화의 횟수를 감지하여 그 전력 소자의 수명을 예측하고, 적절한 시기에 전력 소자의 유지보수나 교체가 이루어질 수 있게 함으로써 철도차량 운행의 정시성 및 안정성을 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 각 전력 소자의 개별 이력을 관리함으로써, 전력 변환기 등 철도차량용 설비에 대한 동작 신뢰성 향상 및 동작 특성의 개선에 기여함으로써, 철도차량 기술분야의 발전을 앞당기게 한다.
도 1은 일반적인 전력 트랜지스터의 칩 패키지를 나타낸 도이다.
도 2는 일반적인 전력 트랜지스터의 온도 변화 대비 수명을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치의 설치 상태도이다.
도 4는 전력 소자의 일반적인 열저항 등가회로를 나타낸 것이고, 도 5는 전력 소자의 예방 진단용 열저항 등가회로를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량 전력 소자용 예방 진단방법을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 전력 트랜지스터 11: 실리콘 칩
12: 본딩 와이어 20: 예방 진단장치
21: 칩 스펙 저장부 22: 프로그램 메모리부
23: 전류 감지부 24: 온도 감지부
25: 카운터 26: 디스플레이부
27: 통신부 28: 사용자 키
PC: 전차선 PTR: 전력 변환기

Claims (9)

  1. 전력 소자에 전류가 흐르는지를 감지하는 전류 감지부와;
    상기 전력 소자의 내부 저항값 및 열 저항값이 저장되어 있는 칩 스펙(spec) 저장부와;
    상기 전력 소자에 접합 설치되어 열을 방출하는 방열판의 온도를 감지하기 위한 온도 감지부와;
    상기 전력 소자에서 소비하는 전력과 온도변화를 계산하기 위한 프로그램이 저장되어 있는 프로그램 메모리부와;
    상기 프로그램 메모리부에서 프로그램을 제공받아 상기 전류 감지부에서 감지한 전류값과 칩 스펙의 내부 저항값을 입력받아 전력 소모를 산출하고, 상기 산출된 전력 소모와 상기 열 저항값을 이용하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화 유무를 판단하거나, 상기 온도 감지부의 온도 변화를 상기 전류 감지부에서 검출한 전류값을 통하여 산출한 온도 변화에 합산하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 마이콤과;
    상기 마이콤에서 판단된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수를 카운트 하는 카운터와;
    상기 카운터를 통해 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수가 기준 횟수 이상이면 영상과 음성을 통해 경고하는 경고부;
    상기 카운터를 통해 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수 데이터를 원격의 관리자에게 전송하는 통신부;를 포함하여 이루어지고,
    상기 칩 스펙 저장부에 저장된 상기 열 저항값은 상기 전력 소자의 본딩 와이어(bonding wire)와 상기 전력 소자의 케이스 사이의 열 저항값인 것을 특징으로 하는 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력 소자는 전차선(electric car line)으로부터 전력을 공급받아 변환하는 철도차량용 전력변환기의 전력 소자인 것을 특징으로 하는 철도차량 전력 소자용 예방 진단장치.
  7. 전력 소자에 전류가 흐르는지를 감지하는 제1단계와;
    상기 제1단계에서 감지한 전류값과 칩 스펙 저장부에 저장된 전력 소자의 내부 저항값을 입력받아 전력 소모를 산출하는 제2단계와;
    상기 제2단계에서 산출된 전력 소모와 칩 스펙 저장부에 저장된 전력 소자의 열 저항값을 입력받아 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 제3단계와;
    상기 전력 소자에 접합 설치되어 열을 방출하는 방열판의 온도를 감지한 후, 상기 제3단계에서 판단된 온도 변화에 합산하여 상기 전력 소자에서의 온도 변화를 판단하는 제4단계; 및
    상기 제4단계에서 판단된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수를 카운트하는 제5단계;
    상기 제5단계에서 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수가 기준 횟수 이상이면 영상과 음성을 통해 경고하는 제6단계;
    상기 제5단계에서 카운트된 상기 전력 소자의 온도 변화 횟수 데이터를 원격의 관리자에게 전송하는 제7단계;를 포함하여 상기 전력 소자의 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 철도차량 전력 소자용 예방 진단방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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