KR101171584B1

KR101171584B1 - 전력변환기에 대한 직류링크 커패시터의 고장진단을 위한 간단한 용량 추정 시스템

Info

Publication number: KR101171584B1
Application number: KR1020100096022A
Authority: KR
Inventors: 손진근
Original assignee: 손진근
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-08-09
Also published as: KR20120034451A

Abstract

DC를 AC로 변환하는 인버터 및 DC/DC 컨버터 등의 전력변환기에서 직류링크부에 사용되는 커패시터는 DC 에너지의 전압 연계(link) 및 전압 평활화 그리고 충방전 에너지의 완충(buffer)용으로 주로 사용된다. 이의 직류링크 커패시터는 가격이 저렴하면서 용량이 크고, 비교적 빠른 충/방전 특성 때문에 거의 대부분은 알루미늄 전해 커패시터가 사용된다.
그러나 이러한 전해 커패시터의 사용 증대는 열화 및 온도 상승 등으로 인하여 전해질(electrolyte)의 증기분출(vaporization) 등의 사고로 이어질 수 있는 심각한 문제점에 도달하게 된다. 이러한 사고는 전력변환기의 전력회로를 통한 단락사고로 이어지는 매우 위험한 상황이 될 수 있으므로 이에 대한 고장진단 시스템의 설치나 사전의 내부 파라미터 검출에 따른 노후의 부품교체 등 미연의 사고방지 대책이 필요하다.
따라서 각종 전력변환기에 사용되는 직류링크 커패시터의 효율적인 유지 보수를 위하여 커패시터의 내부 파라미터 추정을 근거로 한 부품의 교체시기를 판별할 필요가 있다. 이의 추정 장치에는 사용시간의 증가에 따른 커패시턴스의 용량 감소를 이용하는 방법과 등가 직렬 저항(equivalent series resistor; 이하 'ESR' 이라 칭함)의 상승 추정을 이용한 진단기법이 주로 사용되고 있다. 진단의 상당 부분은 ESR의 추정에 의한 고장 판별기법이 차지하지만 본 발명에서는 진단시스템의 성능확장을 위하여 커패시턴스의 용량 추정장치에 대하여 간단한 측정장치를 발명하였다.
전해 커패시터의 용량추정에 관하여 손진근, 김진식 등은 주파수 분석에 의한 방법에 의한 커패시턴스 용량 및 ESR의 측정기술을 제시하였으나 이의 방법은 운전 중 커패시터의 맥동 전압 및 전류의 신호 검출이 어렵고, 또한 대역통과필터의 구성 및 FFT의 신호 분석 기술이 난해하다는 단점이 있다.
또한 기존의 제안된 방법으로는 정전류 방전에 의한 용량추정 방법이 있으나 이는 정전류 제어회로의 구성이 난해하다는 단점이 존재하고, 또한 주파수 주입방법이 있으나 별도의 교류 컨버터를 구성해야 한다.
따라서 본 발명에서는 전력변환기가 정지 중에 있는 경우 별도의 LCR 메터의 계측기를 사용치 않고 복잡한 별도의 회로 구성이 필요 없는 가격이 저렴한 방식의 커패시터 용량 추정장치를 제안한다.
이의 방법은 진단하고자 하는 전력변환기의 직류링크 커패시터를 이용하여 간단한 충방전 회로의 구성으로 오실로스코프로도 추정 가능한 방식이다. 이는 커패시터의 일정 방전시간(T) 내에서 전력 에너지의 샘플링 누적평균 기법을 이용한 방식으로 제품 제작시에는 간단한 구성품으로 용량을 추정할 수 있으므로 가격이 저렴하고 휴대가 가능할 수 있다는 장점이 있다. 이의 제안된 방법을 검증하기 위한 모의실험 결과는 양호하게 나타났으며, 이의 결과는 향후 전해 커패시터의 용량 추정 값이 정상 값 대비 약 25[%] 이하일 경우에 수명 말기의 시작으로 판단하는 고장진단 시스템에의 응용에 이용되리라 생각하여 본다.
따라서 본 발명에서는 전력변환기가 정지 중에 있는 경우 별도의 LCR 메터의 계측기를 사용치 않고 복잡한 별도의 회로 구성이 필요 없는 가격이 저렴한 방식의 커패시터 용량 추정기술을 제안한다. 이의 방법은 진단하고자 하는 전력변환기의 직류링크 커패시터를 이용하여 간단한 충방전 회로의 구성으로 오실로스코프로도 추정 가능한 방식이다. 이는 커패시터의 일정 방전시간(T) 내에서 전력 에너지의 샘플링 누적평균 기법을 이용한 방식이다.
이의 타당성 확보 및 커패시턴스 추정의 정확도를 살펴보기 위하여 본 본문에서는 측정 주기 T, RC 시정수(

), 샘플링 회수 n의 관계에 대한 결과를 종합적으로 분석하여 보았다. 이의 결과, 커패시턴스의 추정 정확도를 높이기 위해서는 측정 주기 T가 RC 시정수 보다 충분히 적어야 하며, RC?T를 만족시키는 경우에 샘플링 회수 n의 증가에 의해서 커패시턴스 추정의 정확도를 높일 수 있음을 알 수 있었다.
전반적으로 이의 제안된 방법에 대한 모의실험의 결과는 양호하게 나타나 향후, 전해 커패시터의 용량 추정 값이 정상 값 대비 약 25[%] 이하일 경우에 수명 말기의 시작으로 판단하는 고장진단 시스템 등에 요소적 응용이 가능하리라 사료된다.
본 발명은 현재 광범위하게 사용되는 주문형 전력기기에 적용될 것으로 기대되며, 특별히 전해커패시터의 고장 예측이 불가능하여 고가의 필름커패시터를 사용하고 있는 전기자동차, 풍력, 태양광 시스템에 전해커패시터를 적용 할 수 있는 전기를 마련 할 수 있을 것으로 기대 된다.

Description

전력변환기에 대한 직류링크 커패시터의 고장진단을 위한 간단한 용량 추정 시스템 {A Simple Capacitance Estimation System for Failure Diagnosis of DC Link Electrolytic Capacitor in Power Converters}

DC를 AC로 변환하는 인버터 및 DC/DC 컨버터 등의 전력변환기에서 직류링크부에 사용되는 커패시터는 DC 에너지의 전압 연계(link) 및 전압 평활화 그리고 충방전 에너지의 완충(buffer)용으로 주로 사용된다. 이의 직류링크 커패시터는 가격이 저렴하면서 용량이 크고, 비교적 빠른 충/방전 특성 때문에 거의 대부분은 알루미늄 전해 커패시터가 사용된다.

그러나 이러한 전해 커패시터의 사용 증대는 열화 및 온도 상승 등으로 인하여 전해질(electrolyte)의 증기분출(vaporization) 등의 사고로 이어질 수 있는 심각한 문제점에 도달하게 된다. 이러한 사고는 전력변환기의 전력회로를 통한 단락사고로 이어지는 매우 위험한 상황이 될 수 있으므로 이에 대한 고장진단 시스템의 설치나 사전의 내부 파라미터 검출에 따른 노후의 부품교체 등 미연의 사고방지 대책이 필요하다.

따라서 각종 전력변환기에 사용되는 직류링크 커패시터의 효율적인 유지 보수를 위하여 커패시터의 내부 파라미터 추정을 근거로 한 부품의 교체시기를 판별할 필요가 있다. 이의 추정 장치에는 사용시간의 증가에 따른 커패시턴스의 용량 감소를 이용하는 방법과 등가 직렬 저항(equivalent series resistor; 이하 'ESR' 이라 칭함)의 상승 추정을 이용한 진단기법이 주로 사용되고 있다. 진단의 상당 부분은 ESR의 추정에 의한 고장 판별기법이 차지하지만 본 발명에서는 진단시스템의 성능확장을 위하여 커패시턴스의 용량 추정장치에 대하여 간단한 측정장치를 발명하였다.

전해 커패시터의 용량추정에 관하여 손진근, 김진식 등은 주파수 분석에 의한 방법에 의한 커패시턴스 용량 및 ESR의 측정기술을 제시하였으나 이의 방법은 운전 중 커패시터의 맥동 전압 및 전류의 신호 검출이 어렵고, 또한 대역통과필터의 구성 및 FFT의 신호 분석 기술이 난해하다는 단점이 있다.

또한 기존의 제안된 방법으로는 정전류 방전에 의한 용량추정 방법이 있으나 이는 정전류 제어회로의 구성이 난해하다는 단점이 존재하고, 또한 주파수 주입방법이 있으나 별도의 교류 컨버터를 구성해야 한다.

따라서 본 발명에서는 전력변환기가 정지 중에 있는 경우 별도의 LCR 메터의 계측기를 사용치 않고 복잡한 별도의 회로 구성이 필요 없는 가격이 저렴한 방식의 커패시터 용량 추정장치를 제시하였다.

이의 방법은 진단하고자 하는 전력변환기의 직류링크 커패시터를 이용하여 간단한 충방전 회로의 구성으로 오실로스코프로도 추정 가능한 방식이다. 이는 커패시터의 일정 방전시간(T) 내에서 전력 에너지의 샘플링 누적평균 기법을 이용한 방식으로 제품 제작시에는 간단한 구성품으로 용량을 추정할 수 있으므로 가격이 저렴하고 휴대가 가능할 수 있다는 장점이 있다. 이의 제안된 방법을 검증하기 위한 모의실험 결과는 양호하게 나타났으며, 이의 결과는 향후 전해 커패시터의 용량 추정 값이 정상 값 대비 약 25[%] 이하일 경우에 수명 말기의 시작으로 판단하는 고장진단 시스템에의 응용에 이용되리라 판단된다.

따라서 본 발명에서는 전력변환기가 정지 중에 있는 경우 별도의 LCR 메터의 계측기를 사용치 않고 복잡한 별도의 회로 구성이 필요 없는 가격이 저렴한 방식의 커패시터 용량 추정기술을 제안한다. 이의 방법은 진단하고자 하는 전력변환기의 직류링크 커패시터를 이용하여 간단한 충방전 회로의 구성으로 오실로스코프로도 추정 가능한 방식이다. 이는 커패시터의 일정 방전시간(T) 내에서 전력 에너지의 샘플링 누적평균 기법을 이용한 방식이다.

이의 타당성 확보 및 커패시턴스 추정의 정확도를 살펴보기 위하여 본 본문에서는 측정 주기 T, RC 시정수(

), 샘플링 회수 n의 관계에 대한 결과를 종합적으로 분석하여 보았다. 이의 결과, 커패시턴스의 추정 정확도를 높이기 위해서는 측정 주기 T가 RC 시정수 보다 충분히 적어야 하며, RC?T를 만족시키는 경우에 샘플링 회수 n의 증가에 의해서 커패시턴스 추정의 정확도를 높일 수 있음을 알 수 있었다.

전반적으로 이의 제안된 방법에 대한 모의실험의 결과는 양호하게 나타나 향후, 전해 커패시터의 용량 추정 값이 정상 값 대비 약 25[%] 이하일 경우에 수명 말기의 시작으로 판단하는 고장진단 시스템 등에 요소적 응용이 가능하리라 사료된다.

본 발명은 현재 광범위하게 사용되는 주문형 전력기기에 적용될 것으로 기대되며, 특별히 전해커패시터의 고장 예측이 불가능하여 고가의 필름커패시터를 사용하고 있는 전기자동차, 풍력, 태양광 시스템에 전해커패시터를 적용 할 수 있는 전기를 마련 할 수 있을 것으로 기대 된다.

도 1 : 전해 커패시터의 등가 구조
도 2 : 간략화 된 전해 커패시터의 등가 회로
도 3 : 전해 커패시터의 고장 모드 FTA
도 4 : 사용시간에 따른 커패시터의 성능 변화
도 5 : 커패시턴스 추정을 위한 방전 파형
도 6 : 커패시턴스 추정을 위한 회로의 구성
도 7 : 커패시터의 방전 전압/전류 파형
도 8 : 커패시턴스 추정을 위한 모의 회로
도 9 : 방전구간 T=60[ms]에서의 부하 전압/전류 파형(C=6,800[

], n=2)
도 10 : 방전구간 T=60[ms]에서의 부하 전압/전류 파형(C=6,800[

], n=6)
도 10 : 방전구간 T=60[ms]에서의 부하 전압/전류 파형(C=6,800[

], n=6)

각종 전력변환기에서 DC 에너지의 연계 및 전압 평활용으로 많이 사용되는 직류링크 전해 커패시터는 극판의 한쪽을 전도성 재료인 전해액을 사용한다는 점이 타 커패시터와 큰 차이점이다. 특히 알루미늄 전해 커패시터의 양(+)극판(anode foil)은 고 순도의 알루미늄 박 표면에 산화피막(AL₂O₃)인 유전체(dielectric)로 형성되어 있으며, 전해액과 전해지, 그리고 음극 알루미늄 박(cathode foil)으로 각각 구성되어 있다.

< 도 1, 도2 에 대한 설명 >

(도 1)과 (도2)는 위의 설명에 근거한 전해 커패시터의 등가 구조 및 등가회로를 나타낸 것이다. 여기서 커패시턴스 C의 생성은 양(anode & cathode) 극에서 발생되고 내부 저항 R은 전해액과 절연지의 저항으로 나타내며, C와 병렬로 구성되어 있는

는 전해액 누설 전류(leakage current)에 기인하는 저항이며

은 등가직렬 인덕턴스를 나타낸 것이다.

(도 2) (a)의 등가 회로로부터 커패시턴스의 복소 임피던스

는 식 (1)과 같이 나타낼 수 있으며, 여기서

는 각 주파수(

)를 나타낸다.

(1)

< 도 3 에 대한 설명 >

(도 3)은 전해커패시터의 고장모드에 대한 개략적인 FTA(fault tree analysis)를 나타낸 것이다. 여기에서 전해 커패시터의 고장 모드는 전기적 성능 악화와 기계적 스트레스로 나눌 수 있다.

커패시터의 전기적 성능 악화는 거의 대부분 전기화학적(electrochemical) 반응 즉 온도 상승 등에 따른 전해액의 증발(dry-up)이 가장 큰 요인이라 할 수 있다. 이는 전해액의 감소 및 전해액 증기분출(vaporization), 양극과 음극에서의 커패시턴스 감소로 나타나게 되며 이의 요인으로는 온도 및 전압 그리고 맥동전류 등의 초과에 의해서 발생된다. 특히 온도의 초과는 전해액 성능과 직접 관련이 있으며 기타 맥동 전류의 증가에 의하여 온도 상승을 가중시킬 수 있다.

또한 기계적 스트레스에 의해서는 단락 및 개방회로로 이어진다. 단락 시에는 산화막의 유전 파괴가 있을 수 있으나 이는 산화막의 신속한 복귀 성능 때문에 전류의 집중이 거의 일어나지 않아 단락회로의 형성은 매우 드물고 개방회로는 불량연결 등이 있다.

따라서 전해 커패시터의 전기적 성능 악화는 정전용량의 감소 및 ESR의 증가, 유전 손실 tan

의 증가 등을 초래한다고 할 수 있다.

< 도 4 에 대한 설명 >

(도 4)는 사용시간에 따른 커패시터의 성능악화 특성을 나타낸 그림이다. 이때 커패시턴스의 정전용량 감소는 약 10[%]에서 시작하여 약 40[%]~50[%]이상으로 이어질 경우에는 이를 수명 말기로 판단하여 고장에 대비하거나 부품 교체를 수행하게 된다. 또한 ESR의 상승에 대해서는 이의 값이 정상 값 대비 약 2배 이상일 경우 그리고 tan

는 초기 값 대비 약 1.3배 이상일 경우에 이상(abnormal) 징후의 시작으로 판단하여 고장진단 알고리즘에 적용하는 것이 일반적이다.

< 도 5 에 대한 설명 >

(도 2) (a)의 등가 회로에 커패시터 전체의 전압

와 이때 커패시터에 흐르는 전류 I에 대한 전압 방정식은 식 (2)와 같이 표현할 수 있고 (도 2) (b)와 같이 인덕턴스 성분을 무시하면 식 (3)과 같이 간략히 나타낼 수 있다.

(2)

(3)

이때 식 (3)에서 커패시터의 전압에 미분을 취한다면 이를 식 (4)로 다시 표현할 수 있고 커패시터에 흐르는 전류 는 식 (5)와 같이 정의할 수 있으므로 이를 정리하면 최종적인 커패시터의 추정식은 식 (6)과 같이 나타낼 수 있다.

(4)

(5)

(6)

따라서 커패시터의 추정에 대한 식 (4)~(6)에서 커패시터의 전류가 일정하다면 커패시터의 전압

와

에 대한 기울기는 같다고 할 수 있다. 그러므로 커패시터의 커패시턴스는 (도 5)와 같이 정전류 방전실험을 통해 산출할 수 있다. 즉,

시간 동안 정전류 I로 방전을 할 때 전하량 Q및 커패시터의 축전전하량은 각각 식 (7),(8)과 같이 나타낼 수 있다.

(7)

(8)

식 (7)과 식 (8)을 각각 정리하면 커패시턴스 추정은 식 (9)과 같이 산출할 수 있으며 이는 식 (6)과 일치함을 확인할 수 있다.

(9)

그러나 식 (6)이나 식 (9)와 같이 정전류 방전의 기법에 의하여 커패시터를 추정할 수 있으나, 실제의 측정 회로에서는 정전류의 방전회로를 별도로 구성해야하는 복잡한 문제가 있다. 따라서 이의 방법을 피하기 위한 방법으로는 방전 전류가 지수 함수적으로 감소함을 감안하여 식 (10)과 같은 함수식으로 계산할 수 있으나 이의 방법 역시 회로의 시정수 에 대한 지수함수 식을 계산/처리하여야 하므로 간단하지 않고 상당한 오차가 존재할 수 있다.

(10)

< 도 6, 도 7 에 대한 설명 >

(도 6)의 회로에서와 같이 커패시터는 평상시 스위치 S1을 온시켜 일정전압 Vs를 충전하고 있다가 S1을 오프시키고 S2 온 및 부하저항 R을 연결하면 방전이 시작된다. 이때의 방전 스텝전압은 (도 7)과 같이 나타낼 수 있으며, 이의 하강 방전 전압

와 이때의 방전전류

를 측정하는 것에 의하여 커패시턴스를 추정할 수 있다.

이때의 커패시터의 축적된 에너지 E의 관계는 식 (11)과 같이 나타낼 수 있다. 식 (11)에 근거하여 커패시터에 축적된 에너지 E는 방전구간 T시간 내에서 방전시작 t1시간 및 방전 종료시간 t2에서의 에너지 관계로 식 (12) 의 첫 번째 항으로 표현할 수 있고, 또한 이의 에너지는 전압

와 전류

곱에 대한 시간함수를 곱하여 에너지를 구하는 것과 마찬가지로 표현할 수 있다.

(11)

(12)

따라서 커패시터의 정전용량 C[F]는 식 (12)의 관계에 의하여 식(13)과 같이 정리하여 구할 수 있다.

(13)

이때의 커패시터의 에너지 E의 계산은 식 (14)와 같이 이산적(discrete) 샘플링 값

과

의 곱에 대한 누적 평균값에 방전구간 T를 곱하여 에너지를 구할 수 있고, 시정수(

)의 조건과 샘플링 횟수 n의 증가에 의하여 계산 오차를 줄일 수 있게 된다.

(14)

< 도 8 에 대한 설명 >

간단한 방식의 제안된 커패시턴스 용량 추정 기법의 타당성을 검증하기 위하여 (도 8)과 같이 PSIM 7.0의 시물레이션 툴을 사용하여 모의실험을 수행하였다. (도 8)의 알고리즘 구성과 같이 커패시터는 평상시 스위치 S1(12)을 소프트 온시켜 일정전압 Vs(11)를 충전하고 있다가 S1(12)을 오프시키고 S2(13) 온 및 부하저항 R (17)을 연결하면 방전이 시작된다.

< 도 9, 도10 에 대한 설명 >

이때의 방전 스텝전압과 방전전류는 각각 (도 9)와 <(도 10)과 같이 나타나며, 이의 하강 방전 전압

와 이때의 방전전류

를 측정하는 것에 의하여 커패시턴스를 추정하였다. 모의실험은 다음과 같은 조건을 조합해서 실시되었다.

* C :6,800[

], 4,700[

], 2,200[

]

* 측정(방전) 주기 T : 60[ms], 600[ms]

* 샘플링 횟수 : n=2, 6

* 부하저항 R : 50[

]

(도 9)는 커패시턴스 C=6,800[

], 측정주기 T=60[ms], 샘플링 수 n=2 일때의 하강 방전 전압

와 이때의 방전전류

의 모의 실험 파형이다. (표 1)은 (도 9)와 동일조건에서 식 (13)과 식 (14)에 의해서 제안된 커패시턴스 추정 알고리즘의 추정결과이며, 이의 결과 커패시턴스 값이 6,906[

]으로 추정되어서 실제 C 값과 오차율이 1.6[%]로 나타났다.

(도 10)은 커패시턴스 C=6,800[

], 측정주기 =60[ms], 샘플링 수 n=6 일때의 하강 방전 전압

와 이때의 방전전류

의 모의 실험 파형이다. 또한 (표 2)는 (도 10)과 동일조건에서 (표 1)의 동일 시정수를 가지고 식 (13)과 식 (14)에 의해서 제안된 커패시턴스 추정 알고리즘의 추정결과이며, 모의 실험결과 커패시턴스 값이 6,823[

]로 추정되어서 실제 C 값과 오차율이 0.3[%]로 분석되었다.

< 도 11에 대한 설명 >

(도 11)은 커패시턴스 C=6,800[

], 측정주기 =600[ms], 샘플링 수 n=6 일때의 하강 방전 전압

와 이때의 방전전류

의 모의 실험 파형이다. 이의 결과는 (표 3)에 나타낸 바와 같이 추정값이 8,716[

]로 추정되어서 실제 C 값과 오차율이 28.2[%]로 매우 크게 났으며, 이러한 이유는 다음의 설명과 RC시정수와 측정주기 T와 비율 관계에 있음을 알 수 있다.

상기의 모의 실험과 같이 방전구간 즉 측정 주기 T 동안의 샘플링 횟수 n이 각각 n=2회와 n=6회의 차이에도 불구하고 커패시턴스 추정 오차율이 n=2 인 경우에도 1.6[%]로 비교적 만족스러운 결과를 얻는 것으로부터 다음과 같은 착안점을 얻을 수 있다. 커패시터의 에너지 의 계산은 식 (14)와 같이 불연속적 샘플링 값의 누적 평균에 의하여 구하고 샘플링 횟수 의 증가에 의하여 계산 오차를 줄일 수 있지만, 샘플링 회수 n과 함께 RC 시정수(

)와 측정주기 T의 관계에서 RC?T 인 경우는 샘플링 횟수 n을 증가 시키지 않아도 커패시턴스의 추정 오차를 줄일 수 있다.

본 발명에서 제안된 간단한 커패시턴스의 추정기법의 결과에 대하여, 커패시턴스 추정의 정확도와 측정 주기 T, RC 시정수(

), 샘플링 회수 n의 관계에 대한 모의결과를 (표 3)에 종합적으로 분석해 놓았다. 커패시턴스 추정 정확도는 RC 시정수가 측정 주기 T 보다 충분히 큰 경우는 샘플링 회수 n에 크게 영향을 받지 않고 거의 정확히 추정 된다는 사실을 쉽게 얻을 수 있다. 실험 결과에 의하면 RC?T 를 만족시켜서 RC/T의 비율이 39 이상인 경우는 커패시턴스 추정 오차율이 4.1[%] 이하로 분석되었다.

[표 1] 커패시턴스 추정 결과 (C=6,800[uF] / T=60[ms] / n=2)

[표 2] 커패시턴스 추정 결과 (C=6,800[uF] / T=60[ms] / n=6)

[표 3] 다양한 조건에서의 커패시턴스의 추정 결과

11 : 직류전원(Vs)
12 : 커패시터 충전용 스위치(S1)
13 : 커패시터 방전용 스위치(S2)
14 : 커패시터 등가직력리액터(ESL)
15 : 커패시터 등가직력저항(ESR)
16 : 커패시터의 커패시턴스(C)
17 : 부하저항(R)
21 : 부하단 전압(V)와 방전전류(I)를 이용한 전기에너지(E) 계산 블록
22 : 방전시작전압(V(1))과 방전종류전압((V(n)) 및 계산된 전기에너지(E)를 이용한 커패시턴스(C) 추정 블록

R : 부하저항
I : 방전전류
V : 방전시 부하단 전압

Claims

직류전원(11)과 에너지 저장용 직류링크 커패시터(14, 15, 16)와 직류링크 커패시터에 에너지를 충전 하기위한 스위치(12)와 직류링크 커패시터에 저장된 에너지를 방전 하기위한 스위치(13)와 직류링크 커패시터에 저장된 에너지가 유입되는 부하단(17)과 방전 전기에너지(E) 계산 블록(21)과 커패시턴스(C) 추정 블록(22)으로 구성되어서, 직류링크 커패시터의 일정 방전시간(T) 내에서 전력 에너지의 샘플링 누적평균 기법을 이용하여 커패시터 고장진단시스템 제작시에는 간단한 구성품(커패시터의 용량을 추정하기 위한 기존의 정전류 방전은 정전류 제어회로의 구성이 난해하다는 단점이 있고, 주파수 주입방식에 의한 용량 추정 방식은 별도의 교류 컨버터를 구성해야 하는 단점에 대비된 개념으로, 전력변환기가 정지 중에 있는 경우 별도의 LCR 메터 등 계측기를 사용치 않고 복잡한 별도의 추가 회로 구성이 필요 없이 진단하고자 하는 전력변환기의 직류링크 커패시터를 이용하여 충방전 회로(도 8의 12 및 13)의 구성만으로 오실로스코프로도 커패시터 용량 추정이 가능한 방식을 의미)으로 커패시턴스 용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 "전력변환기에 대한 직류링크 커패시터의 고장진단을 위한 간단한 용량 추정 시스템"
청구항 1에 있어서, 방전 전기에너지(E) 계산 블록(21)은 부하단 전압(도 8의 V)와 방전전류(도 8의 I)를 센싱하여 식 (14)와 같이 방전시간(T) 내에서 전력 에너지의 샘플링 누적평균 기법을 적용하여 방전 전기에너지(E)를 계산하는 것을 특징으로 하는 "전력변환기에 대한 직류링크 커패시터의 고장진단을 위한 간단한 용량 추정 시스템"
청구항 1에 있어서, 커패시턴스(C) 추정 블록(22)은 방전시간(T) 내에서 방전시작전압(도 7의 V(1))과 방전종료전압(도 7의 V(n)) 및 계산된 방전 전기에너지(E)를 이용하여 식 (13)과 같이 커패시턴스 용량을 추정하는 것을 특징으로 하는 "전력변환기에 대한 직류링크 커패시터의 고장진단을 위한 간단한 용량 추정 시스템"