KR101556283B1 - 커패시터 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 커패시터가 안착되도록 형성되는 안착 지그와 상기 안착 지그에 연결되고, 상기 복수개의 커패시터에 대한 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하도록 구비되는 측정부 및 상기 안착 지그에 전원이 인가되도록 하여 시간에 따른 상기 복수개의 커패시터의 충전 및 방전 특성을 측정하도록 하고, 시간 경과 후 상기 복수개의 커패시터에 대한 상기 특정 값을 순차적으로 측정하도록 상기 측정부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

커패시터 성능 평가 장치 및 방법{Performance evaluation apparatus and method for capacitor}

본 발명은 커패시터 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 커패시터 완제품에 대한 신뢰성 분석에 사용될 데이터를 효과적으로 수집하도록 하는 커패시터 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 커패시터(capacitor)는 두 개의 도체판을 절연물질(insulator)을 중간에 두고 맞대어 놓은 구조물로서, 축전지(storage battery) 등과 더불어 전기 에너지 저장장치의 일종이라 할 수 있다.

여기서, 커패시터는 한 도체판에 잉여의 전자가 존재하게 되면, 반대편 판에서는 도체를 이루고 있는 구조상의 전자들이 앞판의 전자압력에 의해 뒤편으로 밀려가기 때문에, (+)전기의 성질을 띄게 되어 두 판은 서로 전기적으로 반대 극성을 띠고 외부의 전자를 붙들고 있게 된다.

이때, 상기와 같은 상태가 된 것을 커패시터가 충전되었다고 하는데, 일정 시간 동안 복수개의 커패시터를 충전 및 방전 시험 한 후, 특성 값을 반복 측정하여, 커패시터 신뢰성 분석에 사용될 충분한 양의 데이터를 수집하는 것이 중요하다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0062990호(공개일 : 2011.06.10)가 있으며, 상기 선행문헌에는 커패시터의 평가 장치 및 방법에 대한 기술이 개시된다.

본 발명의 목적은, 복수개의 커패시터 완제품에 대한 신뢰성 분석에 사용될 데이터를 효과적으로 수집하도록 하는 커패시터 성능 평가 장치 및 방법를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치 및 방법은 복수개의 커패시터가 안착되도록 형성되는 안착 지그와 상기 안착 지그에 연결되고, 상기 복수개의 커패시터에 대한 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하도록 구비되는 측정부 및 상기 안착 지그에 전원이 인가되도록 하여 시간에 따른 상기 복수개의 커패시터의 충전 및 방전 특성을 측정하도록 하고, 시간 경과 후 상기 복수개의 커패시터에 대한 상기 특정 값을 순차적으로 측정하도록 상기 측정부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 커패시터 성능 평가 장치는 상기 제어부와 연결되고, 상기 측정부에서 반복 측정된 특정 값을 수집하여 저장하는 저장부를 더 포함한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 특정 값을 측정하는 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류에 대한 선택적인 측정이 가능하도록 제어한다.

이때, 상기 제어부는 상기 안착 지그에 인가되는 전원을 제어하여 상기 복수개의 커패시터에 대한 선택적인 측정이 가능하도록 한다.

또한, 상기 측정부는 상기 특정 값에 대한 측정 결과를 실시간으로 LCD 화면상에 그래프 형태로 표현되도록 한다.

그리고, 저장부는 상기 측정부를 통해 측정된 상기 특정 값을 수집하여 SD 카드에 CSV 파일 형태로 누적 저장한다.

한편, 커패시터 성능 평가 방법은 복수개의 커패시터가 안착된 안착 지그에 전원을 인가하여 시간에 따른 상기 복수개의 커패시터에 대한 충전 및 방전 특성을 측정하는 제1단계와 상기 제1단계가 완료되면, 시간 경과 후 상기 복수개의 커패시터에 대한 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하는 제2단계 및 상기 2단계를 통해 반복 측정된 상기 특정 값을 수집하여 저장하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 복수개의 커패시터 완제품에 대한 충전 및 방전 시험을 실시한 후, 시간에 따른 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특성 값을 순차적으로 반복 측정함으로써, 복수개의 커패시터에 대한 신뢰성 분석에 사용될 데이터를 한번에 수집할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

그리고, 복수개의 커패시터 완제품에 대하여 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류의 측정을 필요에 따라 선택적으로 할 수 있기 때문에, 커패시터 완제품에 대한 확실한 성능 평가를 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 은 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치의 커패시터 충전 및 방전 상태를 보여주는 그래프이다.
도 3 은 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치의 실시예를 보여주는 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 방법을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2 은 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치의 커패시터 충전 및 방전 상태를 보여주는 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터 성능 평가 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 커패시터 성능 평가 방법은 복수개의 커패시터(10)가 안착된 안착 지그(100)에 전원을 인가하여 시간에 따른 상기 복수개의 커패시터에 대한 충전 및 방전 특성을 측정한다(S100).

즉, 상기 커패시터 성능 평가 방법은 20개의 커패시터(10)를 상기 안착 지그(100)에 안착시키고, AC 220V의 전원을 인가하여 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 충전 및 방전 특정을 측정한다.

여기서, 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 충전 시간은 약 30±5 sec이고, 방전 시간은 약 5 min 30 sec이다.

이는, 도 2에 도시된 그래프와 같이, 약 30±5 sec의 충전 시간과 약 5 min 30 sec 방전 시간이 경과함에 따라 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 충전 및 방전이 이루어진 것으로 판단하고, 후술 될 제2단계(200)가 실시되도록 한다.

다시 말해, 제1단계(100)가 완료되면, 일정 시간 경과 후 측정부(200)를 통해 상기 20개의 커패시터(10)의 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하도록 한다(S200).

여기서, 상기 특정 값 측정에 있어서 유전 손실에 대해 간략하게 설명하면, 유전체에 교류 전기장을 걸었을 경우에 유전체 속에서 열로 없어지는 에너지 손실이다.

즉, 유전체를 전극에 끼우고 교류전압을 가하면 흐르는 전류의 위상은 유전손실이 있기 때문에 완전히 90도를 향해 나아가지 않고 δ만큼 늦는다.

이때, 상기 δ가 유전손실각이고 유전손실은 tan δ에 비례한다.

상기 유전손실은, 교류의 주파수 또는 전기장의 세기가 증가함에 따라 증가하며, 일반적으로 고주파 영역에서 커진다.

또한, 상기 유전손실의 많고 적음은 절연물의 성능을 결정하는 요소로서, 유전손실이 적을수록 좋은 절연재가 된다.

그리고, 특정 값 측정에 있어서 ESR 변화량 측정에 대하여 간략하게 설명하면, 커패시터에 전자가 저장되었다 다시 꺼냈다 할 경우에 커패시터 내에서 전자가 이동하거나 할 때 전연 장애가 없어야 에너지 소모가 일어나지 않을 것이다.

만약 장애가 있다면, 이것은 저항이 있다는 것을 의미한다.

즉, 저항이 있으면 저장창고가 원래의 저장품을 고스란히 돌려주지 않으므로 에너지의 감소가 계속 일어난다는 것을 의미한다.

이렇게, 커패시터가 가지는 원하지 않는 장애요소를 유효직렬저항(ESR : Effictive Series Resistance)이라고 한다.

이는, 특정 주파수에서 전류의 흐름에 저항을 주는 요소들로서 유전체의 저항성분, 커패시터를 형성하는 도체판의 재료, 전해용액, 단자 등에 의해 결정된다.

이때, 상기와 같은 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 측정하는 측정부(200)는 LCR 미터(210) 및 전류 미터(220)로 이루어지며, 인덕턴스, 커패시턴스, 저항 및 전류를 각각 측정하도록 구비된다.

여기서, 상기 측정부(200)는 정전 용량 및 유전 손실 측정을 위해 사용되는 주파수는 120Hz 이고, ESR 측정을 위해 사용되는 주파수는 100kHz로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 커패시터 성능 평가 방법은 20개의 커패시터(10)에 대한 충전 및 방전이 완료된 후에 상기와 같은 조건으로 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 순차적으로 약 1000회 반복하여 측정함으로써, 상기 20개 커패시터(10)에 대한 성능을 효과적으로 평가할 수 있다.

한편, 상기 커패시터 성능 평가 방법은 상기와 같이 반복 측정된 특정 값을 수집하여 저장하도록 한다(S300).

즉, 상기 커패시터 성능 평가 방법은 저장부(400)를 포함하며, 상기 저장부(400)를 통해 상기 특정 값을 수집하여 누적 저장하도록 한다.

여기서, 상기 저장부(400)는 텍스트 파일로 보전하여 문서 처리기나 편집기에서 용이하게 열람 및 편집할 수 있도록 상기 특정 값을 수집하여 SD 카드에 CSV 파일 형태로 누적 저장하는 것이 바람직하다.

결과적으로, 커패시터 성능 평가 방법은 상기 저장부(400)에 누적되어 저장된 20개의 커패시터(10)의 특정 값을 통해 신뢰성 분석에 사용될 충분한 양의 테이터를 용이하게 수집할 수 있으며, 나아가 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 성능 평가를 효과적으로 할 수 있다.

이하, 도 3 은 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 커패시터 성능 평가 장치는 안착 지그(100), 측정부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.

먼저, 상기 안착 지그(100)는 복수개의 커패시터(10)가 안착될 수 있도록 소정의 크기를 가지며 형성된다.

즉, 상기 안착 지그(100)는 전원이 인가됨에 따라 일정 시간 동안 동시에 충전 및 방전 시험을 실시할 수 있도록 20개의 커패시터(10)가 안착될 수 있는 크기를 가지며 형성된다.

여기서, 상기 안착 지그(100)는 후술 될 측정부(200)와 연결된다.

상기 측정부(200)는, 20개의 커패시터(10)에 대한 정전용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하도록 구비된다.

이때, 상기 측정부(200)는 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 정전용량, 유전 손실, ESR을 측정하는 LCR 미터(210)와 누설 전류를 측정하는 전류 미터(220)로 이루어지며, 상기 측정된 특정 값은 사용자가 파악하기 용이하도록 실시간으로 LCD 화면상에 그래프 형태로 표현된다.

한편, 제어부(300)는 안착 지그(100)와 측정부(200)에 각각 연결된다.

상기 제어부(300)는, 상기 안착 지그(100)에 전원이 인가되도록 하여 시간에 따른 20개의 커패시터(10)의 충전 및 방전 특성을 측정하도록 한다.

즉, 상기 제어부(300)는 약 30±5 sec의 충전시간과 약 5 min 30 sec 방전시간이 기설정되고, 상기와 같은 시간이 경과되면 충전 및 방전이 완료되었다고 판단한다.

이후, 상기 제어부(300)는 상기와 같이 충전 및 방전이 완료된 상기 20개의 커패시터(10)에 대하여 시간 경과 후 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 순차적으로 측정하도록 측정부(200)를 제어한다.

그에 따라, 상기 제어부(300)는 상기 측정부(200)의 제어를 통해 특정 값을 용이하게 측정하여 충전 및 방전이 완료된 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 성능 평가를 효과적으로 할 수 있다.

여기서, 상기 제어부(300)는 상기 특정 값을 측정하는 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류에 대한 선택적인 측정이 가능하도록 제어할 수 있다.

다시 말해, 상기 제어부(300)는 충전 및 방전이 완료된 20개의 커패시터(10)에 대하여 평가하고자 하는 특정 값만을 측정하기 위하여 측정부(200)의 제어를 통해 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류 중 선택적인 측정이 가능하도록 한다.

한편, 커패시터 성능 평가 장치는 제어부(300)와 연결되고, 특정 값을 저장하는 저장부(400)를 더 포함한다.

상기 저장부(400)는, 상기 제어부(300)의 제어에 의해 측정부(200)에서 반복 측정된 특정 값을 수집하여 저장한다.

여기서, 상기 저장부(400)는 상기 측정부(200)를 통해 측정된 상기 특정 값을 수집하여 SD 카드에 CSV 파일 형태로 누적 저장되도록 한다.

즉, 상기 저장부(400)는 SD 카드로 형성되고, 제어부(300)에 삽입되어 상기 측정부(200)를 통해 측정된 특정 값이 실시간으로 누적 저장되도록 한다.

이는, 상기 저장부(400)가 SD 카드에 CSV 파일 형태로 누적 저장되도록 하여 텍스트 파일로 보전하거나 문서 처리기나 편집기에서 용이하게 열람 및 편집할 수 있도록 하기 위함이다.

이하, 도 4 는 본 발명에 따른 커패시터 성능 평가 장치의 실시예를 보여주는 보여주는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 커패시터 성능 평가 장치는 안착 지그(100)에 전원이 인가되도록 하여 시간에 따른 20개의 커패시터(10)의 충전 및 방전 특성을 측정하도록 하고, 일정 시간 경과 후 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 특정 값을 순차적으로 측정하도록 측정부(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함한다.

여기서, 상기 제어부(300)는 상기 안착 지그(100)에 인가되는 전원을 제어하여 상기 20개의 커패시터(10)에 대한 선택적인 측정이 가능하도록 할 수 있다.

즉, 상기 제어부(300)는 상기 안착 지그(100)에 인가되는 전원을 부분적으로 제어하여 상기 20개의 커패시터(10) 중 5개씩 짝을 이루는 커패시터(10`)에 대한 선택적인 측정을 가능하도록 한다.

그에 따라, 커패시터 성능 평가 장치는 상기 5개의 커패시터(10')에 대한 충전 및 방전 특성과 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 선택적으로 측정하도록 할 수 있다.

따라서, 상기 커패시터 성능 평가 장치는 짝을 이루는 상기 5개의 커패시터(10`)에 대한 충전, 방전 및 특정 값의 선택적인 측정을 통해 20개의 커패시터(10)에 대한 성능 비교가 가능할 수 있고, 그에 따라 상기 20개의 커패시터(10)에 대하여 확실하게 성능 평가를 할 수 있다.

본 발명은, 복수개의 커패시터 완제품에 대한 충전 및 방전 시험을 실시한 후, 시간에 따른 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특성 값을 순차적으로 반복 측정함으로써, 복수개의 커패시터에 대한 신뢰성 분석에 사용될 데이터를 한번에 수집할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

그리고, 복수개의 커패시터 완제품에 대하여 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류의 측정을 필요에 따라 선택적으로 할 수 있기 때문에, 커패시터 완제품에 대한 확실한 성능 평가를 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

10 : 커패시터 100 : 안착 지그
200 : 측정부 210 : LCR 미터
220 : 전류 미터 300 : 제어부
400 : 저장부

Claims (7)

1. 복수개의 커패시터가 안착되도록 형성되는 안착 지그;
   상기 안착 지그에 연결되고, 상기 복수개의 커패시터에 대한 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하도록 구비되는 측정부; 및
   상기 안착 지그에 전원이 인가되도록 하여 시간에 따른 상기 복수개의 커패시터의 충전 및 방전 특성을 측정하도록 하고, 시간 경과 후 상기 복수개의 커패시터에 대한 상기 특정 값을 순차적으로 측정하도록 상기 측정부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   
   상기 제어부는 상기 복수개의 커패시터에 대하여 평가하고자 하는 특정 값만을 측정하기 위하여 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류에 대한 선택적인 측정이 가능하도록 제어하며,
   상기 안착 지그에 인가되는 전원을 제어하고, 상기 복수개의 커패시터에 대한 성능 비교가 가능할 수 있도록 상기 복수개의 커패시터에 대한 선택적인 측정이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 성능 평가 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 커패시터 성능 평가 장치는,
   상기 제어부와 연결되고, 상기 측정부에서 반복 측정된 특정 값을 수집하여 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 성능 평가 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는,
   상기 특정 값에 대한 측정 결과를 실시간으로 LCD 화면상에 그래프 형태로 표현되도록 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 성능 평가 장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 저장부는,
   상기 측정부를 통해 측정된 상기 특정 값을 수집하여 SD 카드에 CSV 파일 형태로 누적 저장하는 것을 특징으로 하는 커패시터 성능 평가 장치.
   
7. 복수개의 커패시터가 안착된 안착 지그에 전원을 인가하여 시간에 따른 상기 복수개의 커패시터에 대한 충전 및 방전 특성을 측정하는 제1단계;
   상기 제1단계가 완료되면, 시간 경과 후 상기 복수개의 커패시터에 대한 정전 용량, 유전 손실, ESR(Efficitive Series Resistance) 변화량, 누설 전류 등의 특정 값을 반복 측정하는 제2단계; 및
   상기 2단계를 통해 반복 측정된 상기 특정 값을 수집하여 저장하는 제3단계;를 포함하며,
   상기 제2단계에서는,
   상기 복수개의 커패시터의 정전 용량, 유전 손실, ESR 변화량, 누설 전류에 대한 선택적인 측정이 가능하며, 상기 복수개의 커패시터에 대한 선택적인 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 커패시터 성능 평가 방법.

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