KR20230059513A - Switch aging estimation method using switch voltage characteristics - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to aging estimation of a power semiconductor switch. More specifically, according to the present invention, with a power semiconductor switch both ends resonance voltage, magnitude in a frequency domain is analyzed through Fast Fourier Transform (FFT). Accordingly, power semiconductor switch interior resistance can be calculated to estimate aging of a power semiconductor device. A switch aging estimation apparatus of the present invention comprises: a switch measuring unit; an output measuring unit; and a calculation unit.

Description

스위치 전압 특성을 이용한 스위치 노화 추정 방법{Switch aging estimation method using switch voltage characteristics}Switch aging estimation method using switch voltage characteristics}

본 실시예는 전기장치를 구성하는 스위치의 노화 추정에 관한 것으로, 특히 전력반도체 스위치 양단에서 발생하는 공진전압을 측정하여 노화에 따른 전력반도체 스위치 내부저항 값의 변화를 연산하여 전력반도체 스위치의 노화 정도를 추정하는 장치에 관한 것이다. This embodiment relates to aging estimation of a switch constituting an electric device, and in particular, the degree of aging of a power semiconductor switch by measuring a resonance voltage generated at both ends of a power semiconductor switch and calculating a change in internal resistance value of a power semiconductor switch according to aging. It relates to a device for estimating.

전력반도체 스위치는 전기장치에서 전압과 전류를 단속하는 역할을 하는데, 특히 전력변환장치에서 전력변환장치의 구성품으로써 켜고, 꺼짐을 반복하며 전력변환장치가 전력을 변환하는데 핵심적인 역할을 한다. 대표적으로 전력반도체 스위치는 신재생에너지의 발전 및 전력변환 회로, 전기자동차의 배터리 충전 및 모터 구동 회로, 모바일 기기의 배터리 충전 회로, 가전제품의 무선 충전 회로 등에 사용된다. A power semiconductor switch plays a role in regulating voltage and current in an electrical device. In particular, as a component of a power converter in a power converter, it plays a key role in converting power by turning on and off repeatedly. Typically, power semiconductor switches are used for power generation and power conversion circuits for renewable energy, battery charging and motor driving circuits for electric vehicles, battery charging circuits for mobile devices, and wireless charging circuits for home appliances.

전력반도체 스위치가 노화되어 고장이 발생할 경우 전기장치 내부에서 단락 또는 발열을 일으켜 화재, 폭발 등 큰 사고를 야기할 수 있다. 최근에는 신재생에너지, 전기자동차, 모바일 기기, 무선 가전제품 등 다양한 분야에서 전력반도체 스위치가 널리 사용되고 있으며, 특히 전력반도체 스위치를 포함하는 전기장치가 동작하는 환경은 점점 더 사람과 물리적으로 가까워지고 있다. 이러한 상황에서 전력반도체 스위치 노화로 인한 전기장치의 사고는 인명사고로 이어질 수 있어, 사고 예방을 위해 전기장치의 내구연한을 정하고 내구연한이 지나면 해당 전기장치를 교체하는 소극적인 방법은 부족하며, 전기장치의 노화를 추정하여 해당 전기장치의 정비 및 교체 시기를 정확히 파악하는 적극적인 방법이 필요하다. 따라서 전력반도체 스위치 노화 관련 사고 예방을 위해 전력반도체 스위치 노화 추정 기술은 더욱 중요해지고 있으며 관련 연구도 활발히 진행 중이다. When a failure occurs due to aging of the power semiconductor switch, it may cause a short circuit or heat inside the electrical device, causing a fire or explosion. In recent years, power semiconductor switches have been widely used in various fields such as renewable energy, electric vehicles, mobile devices, and wireless home appliances. . In this situation, an electrical device accident due to aging of the power semiconductor switch can lead to a life-threatening accident. To prevent accidents, a passive method of setting the durability period of the electrical device and replacing the electrical device after the durability period is insufficient is insufficient, and the electrical device An active method is needed to accurately determine the maintenance and replacement time of the electrical device by estimating the aging of the electric device. Therefore, power semiconductor switch aging estimation technology is becoming more important to prevent accidents related to aging of power semiconductor switches, and related research is actively underway.

2005년 10월31일 자로 대한민국에 출원되고 2007년 12월13일자로 공고된 “출원번호 10-2005-0102786, 전력기기의 진단 장치 및 방법”특허는 전류신호 검출한 후 연산을 통해 전력기기의 이상 유무를 판단하지만, 전류 검출부를 정상 전류 검출부, 고장 전류 검출부, 고주파수 및 노치 성분 검출부 등 다수로 분류해야하는 단점이 있다, The “Application No. 10-2005-0102786, Apparatus and Method for Diagnosing Power Devices” patent filed in the Republic of Korea on October 31, 2005 and announced on December 13, 2007, detects current signals and then calculates power devices through calculation. Although it determines whether there is an abnormality, there is a disadvantage in that the current detector must be classified into a number of categories, such as a normal current detector, a fault current detector, and a high frequency and notch component detector.

2008년 6월10일 자로 대한민국에 출원되고 2010년 12월7일자로 공고된 “출원번호 10-2008-0054259, 전력변환장치의 노화상태 진단장치 및 이의 진단방법”특허는 인버터 스위칭모듈의 출력단의 전류파형을 추출하고 이를 FFT 분석하여 인버터 스위칭모듈의 노화를 측정하지만, 기술 적용이 인버터 스위칭모듈에 한정된다는 단점이 있다. The patent “Application No. 10-2008-0054259, Device for diagnosing aging state of power converter and method for diagnosing the same”, filed in the Republic of Korea on June 10, 2008 and announced on December 7, 2010, is Although the aging of the inverter switching module is measured by extracting the current waveform and analyzing it by FFT, there is a disadvantage that the application of the technology is limited to the inverter switching module.

2015년 7월17일 자로 대한민국에 출원되고 2016년 2월1일자로 공고된 “출원번호 10-2015-0101494, 양방향 하이브리드 태양광 PCS에서 DC 링크 캐패시터의 노화진단 장치”특허는 DC 링크 캐패시터의 리플전압을 측정하여 노화를 진단하는데, 기술 적용이 태양광 PCS로 제한되며 태양광 PCS 내부 DC 링크 캐패시터의 노화만 추정하며 스위치의 노화는 추정할 수 없다는 단점이 있다. The patent “Application No. 10-2015-0101494, device for diagnosing aging of DC link capacitors in bi-directional hybrid solar PCS” filed in the Republic of Korea on July 17, 2015 and announced on February 1, 2016 is the ripple of DC link capacitors. Aging is diagnosed by measuring voltage, but the application of the technology is limited to solar PCS, and only the aging of the DC link capacitor inside the solar PCS is estimated, and the aging of the switch cannot be estimated.

이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 전력반도체 스위치의 노후 정도를 추정하는 기술을 제공하는 것이다. Against this background, an object of the present embodiment is to provide a technique for estimating the degree of aging of a power semiconductor switch.

다른 측면에서 본 실시예의 목적은, 전력반도체 스위치가 꺼지는 순간 전력반도체 스위치 양단에서 공진전압이 발생하는 모든 전기장치에서, 전력반도체 스위치 양단 공진전압과 전기장치의 출력전압 및 입력전압을 측정하여, 전력반도체 스위치 내부저항을 연산하고 이를 바탕으로 전력반도체 스위치 노화 정도를 추정하는 기술을 제공하는 것이다. In another aspect, an object of this embodiment is to measure the resonance voltage across the power semiconductor switch and the output voltage and input voltage of the electric device in all electric devices in which a resonance voltage is generated at both ends of the power semiconductor switch at the moment the power semiconductor switch is turned off, It is to provide a technology for calculating the internal resistance of a semiconductor switch and estimating the degree of aging of a power semiconductor switch based on this.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 전력반도체 스위치 노화를 추정하는 장치에 있어서, 전기장치(110)를 구성하는 스위치(111)의 스위치 양단전압(111a, 111b)에 대해 제1시계열데이터를 획득하는 스위치측정부(120); 전기장치(110)를 구성하는 전기장치 출력부(112)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)에 대해 제2시계열데이터를 획득하는 출력측정부(130); 상기 제1시계열데이터에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 얻은 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 전기장치(110)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)에 대한 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 스위치 노화 정도를 추정하는 연산부(140);를 포함하는 전력 반도체 스위치 노화 정도 추정 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, in one embodiment, in the apparatus for estimating power semiconductor switch aging, a first time series for the voltages across the switches 111a and 111b of the switch 111 constituting the electric device 110 A switch measuring unit 120 that acquires data; an output measurement unit 130 that obtains second time-series data for the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electrical device output unit 112 constituting the electrical device 110; Magnitude for each frequency of the voltage across the switch obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) on the first time series data and for the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electric device 110 Provides an apparatus for estimating the degree of aging of a power semiconductor switch including a calculation unit 140 for estimating the degree of aging of a switch based on the second time-series data.

상기 스위치측정부(120)는 상기 스위치(111) 양단 전압(111a, 111b)을 획득하는 스위치측정회로(121); 상기 스위치측정회로(121)에서 출력된 신호의 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호 및 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득하는 스위치필터(122); 상기 스위치필터(122)에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 상기 제1시계열데이터를 획득하는 스위치ADC(123);를 더 포함할 수 있다. The switch measuring unit 120 includes a switch measuring circuit 121 for acquiring voltages 111a and 111b across the switch 111; a switch filter (122) for obtaining only an AC component by filtering a noise signal and a DC component of an unnecessary frequency band of the signal output from the switch measurement circuit (121); A switch ADC 123 converting the signal output from the switch filter 122 into a digital signal to obtain the first time-series data; may be further included.

상기 출력측정부(130)는 상기 전기장치(110)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)를 획득하는 출력측정회로(131); 상기 출력측정회로(131)에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과하는 출력필터(132); 상기 출력필터(132)에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 상기 제2시계열데이터를 획득하는 출력ADC(133);를 더 포함할 수 있다. The output measurement unit 130 includes an output measurement circuit 131 for acquiring the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electric device 110; an output filter (132) for filtering noise signals in an unnecessary frequency band with respect to the signal output from the output measurement circuit (131); An output ADC 133 converting the signal output from the output filter 132 into a digital signal to obtain the second time-series data; may be further included.

상기 스위치 측정부(120)와 상기 출력 측정부(130)는, 동일한 시점에 상기 제1시계열데이터와 상기 제2시계열데이터를 획득하기 위해, 시간이 동기화되어 동작할 수 있다. The switch measurement unit 120 and the output measurement unit 130 may operate in synchronization in time to obtain the first time series data and the second time series data at the same time point.

상기 연산부(140)는 상기 스위치측정부(120)에서 획득한 상기 스위치 양단전압(111a, 111b)의 상기 제1시계열데이터에 대하여 설정된 주기에 따라 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득하는 FFT회로(141); 미리 저장된 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 스위치 내부저항의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값을 이용하여 스위치 내부저항 값을 연산하는 내부저항연산회로(142); 상기 내부저항연산회로(142)에서 연산한 스위치 내부저항 값을 바탕으로 노화정도를 추정하는 노화추정회로(143);를 더 포함할 수 있다. The operation unit 140 performs FFT (Fast Fourier Transform) according to a set cycle for the first time series data of the voltages across the switches 111a and 111b obtained by the switch measurement unit 120 to determine the magnitude ( magnitude) FFT circuit 141; An internal resistance calculation circuit 142 for calculating a switch internal resistance value using a magnitude change value of a resonant voltage across the switch in a frequency domain according to a change in the internal resistance of the switch under specific output voltage and output current conditions stored in advance; An aging estimation circuit 143 for estimating the degree of aging based on the switch internal resistance value calculated by the internal resistance calculation circuit 142; may be further included.

상기 연산부(140)에서 스위치 내부저항 값을 연산하는 상기 내부저항연산회로(142)을 사용하지 않고, 상기 스위치측정부(120)와 상기 FFT회로(141)로 획득한 스위치 양단 공진전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 출력측정부(130)로 획득한 출력전압과 출력전류의 시계열데이터를 상기 노화추정회로(143)가 바로 입력받아, 상기 노화추정회로(143)에서 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 스위치 노화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값만으로 스위치의 노화를 추정하는 장치;를 포함하는 전력 반도체 스위치 노화 정도 추정 장치를 제공한다. The internal resistance calculation circuit 142, which calculates the switch internal resistance value in the calculation unit 140, is not used, and the resonant voltage across the switch obtained by the switch measuring unit 120 and the FFT circuit 141 is obtained for each frequency. The aging estimation circuit 143 directly receives time-series data of the output voltage and output current acquired by the magnitude and the output measurement unit 130, and the aging estimation circuit 143 receives specific output voltage and output current conditions. Provides an apparatus for estimating the degree of aging of a power semiconductor switch including a device for estimating the aging of a switch only with the magnitude change value of the resonant voltage across the switch in the frequency domain according to the aging of the switch.

다른 실시예는 스위치 노화를 추정하는 장치에 있어서, 전기장치에 포함되는 스위치의 양단 전압에 대한 제1시계열데이터를 획득하는 스위치측정부; 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 제2시계열데이터를 획득하는 출력측정부; 및 상기 제1시계열데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 얻은 상기 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 연산부를 포함하는 스위치 노화 추정 장치를 제공한다. Another embodiment is an apparatus for estimating switch aging, comprising: a switch measuring unit that obtains first time-series data for voltages at both ends of a switch included in an electric device; an output measuring unit acquiring second time-series data on the output voltage and output current of the electric device; And the switch based on the second time series data for the magnitude (magnitude) for each frequency of the voltage across the switch obtained through FFT (Fast Fourier Transform) for the first time series data and the output voltage and output current of the electric device Provided is an apparatus for estimating switch aging including an arithmetic unit for estimating the degree of aging for .

상기 스위치측정부는, 상기 스위치 양단에 설치되어 상기 스위치 양단 전압을 증폭하거나 감소시키는 스위치측정회로; 상기 스위치측정회로에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호 및 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득하는 스위치필터; 및 상기 스위치필터에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 상기 제1시계열데이터를 획득하는 스위치ADC(Analog-Digital-Converter)를 포함할 수 있다. The switch measurement unit may include a switch measurement circuit installed at both ends of the switch to amplify or reduce the voltage across the switch; a switch filter for obtaining only an AC component by filtering out a noise signal and a DC component of an unnecessary frequency band from the signal output from the switch measuring circuit; and a switch ADC (Analog-Digital-Converter) converting the signal output from the switch filter into a digital signal to obtain the first time-series data.

상기 출력측정부는, 상기 전기장치의 출력부에 설치되어 출력전압을 증폭하거나 감소시키고, 출력전류를 증폭하거나 감소시키고 전압신호로 변환하는 출력측정회로; 상기 스위치측정회로에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과하는 출력필터; 및 출력필터에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 상기 제2시계열데이터를 획득하는 출력ADC(Analog-Digital-Converter)를 포함할 수 있다. The output measuring unit may include an output measuring circuit installed in the output unit of the electric device to amplify or reduce an output voltage, amplify or reduce an output current, and convert the output current into a voltage signal; an output filter filtering a noise signal of an unnecessary frequency band with respect to the signal output from the switch measuring circuit; and an output ADC (Analog-Digital-Converter) converting a signal output from the output filter into a digital signal to obtain the second time-series data.

상기 스위치 측정부와 상기 출력 측정부는, 동일한 시점에 상기 제1시계열데이터와 상기 제2시계열데이터를 획득하기 위해, 시간이 동기화되어 동작할 수 있다. The switch measuring unit and the output measuring unit may operate in synchronization in time to obtain the first time series data and the second time series data at the same time point.

상기 연산부는 스위치ADC(Analog-Digital-Converter)에서 출력된 상기 제1시계열데이터에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수데이터를 획득하는 FFT회로; 상기 FFT회로에서 출력된 신호와 상기 출력ADC에서 출력된 신호를 바탕으로 상기 스위치의 내부저항을 연산하는 내부저항연산회로; 상기 내부저항연산회로로부터 연산된 상기 스위치의 내부저항 값으로 상기 스위치의 노화 정도를 추정하는 노화추정회로를 포함할 수 있다. The operation unit may include an FFT circuit for acquiring frequency data through Fast Fourier Transform (FFT) with respect to the first time-series data output from a switch ADC (Analog-Digital-Converter); an internal resistance calculation circuit for calculating an internal resistance of the switch based on the signal output from the FFT circuit and the signal output from the output ADC; An aging estimation circuit for estimating the degree of aging of the switch based on the internal resistance value of the switch calculated from the internal resistance calculation circuit may be included.

상기 스위치측정부는, 상기 스위치가 꺼지는 순간에 상기 스위치의 내부저항, 내부 기생 캐패시터, 내부 기생 인덕터, 및 상기 스위치 양단에서 상기 스위치측정회로까지의 기생 인덕터로 인해 상기 스위치측정회로 양단에서 발생하는 공진전압을 측정할 수 있다. The switch measurement unit generates a resonant voltage generated at both ends of the switch measurement circuit due to the internal resistance of the switch, an internal parasitic capacitor, an internal parasitic inductor, and a parasitic inductor from both ends of the switch to the switch measurement circuit at the moment when the switch is turned off. can measure

상기 스위치측정부는, 상기 스위치가 꺼지는 순간에 발생하는 공진에 의해 증가하는 상기 스위치측정회로 양단전압의 최댓값을 추출하기 위해 공진전압의 직류성분을 여과하고 교류성분만 획득할 수 있다. The switch measurement unit may filter a DC component of the resonance voltage and obtain only an AC component in order to extract a maximum value of the voltage across the switch measurement circuit, which increases due to resonance occurring at the moment when the switch is turned off.

상기 연산부는, 상기 스위치측정부에서 상기 스위치가 꺼지는 순간에 발생하는 공진전압의 직류성분을 여과하고 획득한 교류성분 시계열데이터에 대하여, 설정된 주기에 따라 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득할 수 있다. The operation unit performs FFT (Fast Fourier Transform) on the AC component time-series data obtained by filtering the DC component of the resonance voltage generated at the moment the switch is turned off in the switch measuring unit according to a set period to determine the magnitude for each frequency. (magnitude) can be obtained.

상기 연산부는, 상기 출력측정부에서 얻은 출력전압 및 출력전류와 상기 스위치측정부 및 상기 연산부 내 FFT회로에서 얻은 주파수별 매그니튜드(magnitude)에 대하여, 상기 내부저항연산회로에 미리 저장된 출력전압, 출력전류, 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 이용하여 상기 스위치의 내부저항을 연산할 수 있다. The calculation unit, with respect to the output voltage and output current obtained from the output measurement unit and the magnitude for each frequency obtained from the switch measurement unit and the FFT circuit in the calculation unit, output voltage, output current, pre-stored in the internal resistance calculation circuit, The internal resistance of the switch may be calculated using a magnitude for each frequency.

상기 연산부는, 상기 내부저항연산회로를 통해 획득한 상기 스위치의 내부저항 값을 바탕으로 상기 스위치의 노화 정도를 추정할 수 있다. The calculation unit may estimate the degree of aging of the switch based on the internal resistance value of the switch obtained through the internal resistance calculation circuit.

또 다른 실시예는 장치가 스위치 노화를 추정하는 방법에 있어서, 전기장치에 포함되는 스위치의 양단 전압에 대한 제1시계열데이터를 획득하는 단계; 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 제2시계열데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제1시계열데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 얻은 상기 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 단계를 포함하는 스위치 노화 추정 방법을 제공한다. Another embodiment provides a method for estimating aging of a switch by a device, comprising: obtaining first time-series data for a voltage across ends of a switch included in an electric device; obtaining second time-series data on the output voltage and output current of the electric device; And the switch based on the second time series data for the magnitude (magnitude) for each frequency of the voltage across the switch obtained through FFT (Fast Fourier Transform) for the first time series data and the output voltage and output current of the electric device Provides a switch aging estimation method comprising the step of estimating the degree of aging for.

상기 제1시계열데이터를 획득하는 단계는, 상기 스위치 양단 전압을 증폭하거나 감소시키고, 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호 및 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득한 후 디지털신호로 변환하여 상기 제1시계열데이터를 획득할 수 있다. The obtaining of the first time-series data may include amplifying or reducing the voltage across the switch, filtering noise signals and direct-current components of unnecessary frequency bands to acquire only AC components, and converting the first time-series data into digital signals to obtain the first time-series data. can be obtained

상기 제2시계열데이터를 획득하는 단계는, 출력전압을 증폭하거나 감소시키고 출력전류를 증폭하거나 감소시켜 전압신호로 변환하며, 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과한 후 디지털신호로 변환하여 상기 제2시계열데이터를 획득할 수 있다. The acquiring of the second time series data may include amplifying or reducing an output voltage and amplifying or reducing an output current to convert them into voltage signals, filtering noise signals in an unnecessary frequency band, and converting them into digital signals to convert the second time series data into a digital signal. data can be obtained.

제1시계열데이터를 획득하는 단계와 제2시계열데이터를 획득하는 단계는, 상기 스위치의 양단 전압과 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류를 같은 시점에 획득하기 위해, 시간적으로 동기화되어 동작할 수 있다. The step of obtaining the first time series data and the step of acquiring the second time series data may operate in synchronization in time to obtain the voltage across the switch and the output voltage and output current of the electric device at the same time. .

상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 단계는, 상기 제1시계열데이터에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수데이터를 획득하고, 상기 주파수데이터와 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치의 내부저항을 연산하며, 상기 스위치의 내부저항 값으로 상기 스위치의 노화 정도를 추정할 수 있다. The step of estimating the degree of aging of the switch may include obtaining frequency data through FFT (Fast Fourier Transform) for the first time series data, and internal resistance of the switch based on the frequency data and the second time series data. , and the degree of aging of the switch can be estimated with the internal resistance value of the switch.

상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 단계는, 상기 스위치가 꺼지는 순간에 발생하는 공진전압의 직류성분을 여과하고 획득한 교류성분 시계열데이터에 대하여, 설정된 주기에 따라 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득할 수 있다. In the step of estimating the degree of aging of the switch, FFT (Fast Fourier Transform) is performed on the AC component time-series data obtained by filtering the DC component of the resonance voltage generated at the moment the switch is turned off according to a set cycle, Magnitude for each frequency can be obtained.

상기 장치는 상기 제1시계열데이터 혹은 상기 제2시계열데이터를 획득하기 위한 ADC(Analog-Digital-Converter)들을 포함할 수 있다. The device may include analog-digital-converters (ADCs) for acquiring the first time-series data or the second time-series data.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전력반도체 스위치의 내부저항을 연산하고 이를 바탕으로 전력반도체 스위치 노화 정도를 추정할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 실시예에 의하면, 전력반도체 스위치 노화 정도를 추정하여 해당 전력반도체가 사용된 전기장치의 정비 또는 교체 시기를 알 수 있고, 전력반도체 스위치 노화로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, there is an effect of calculating the internal resistance of the power semiconductor switch and estimating the degree of aging of the power semiconductor switch based on this. In addition, according to this embodiment, by estimating the degree of aging of the power semiconductor switch, it is possible to know when to repair or replace the electric device using the corresponding power semiconductor, and to prevent accidents due to aging of the power semiconductor switch.

도 1은 일 실시예에 따른 스위치 노화 추정 장치의 구성도이다.
도 2는 스위치 내부저항 값의 변화에 대한 스위치 양단 공진전압의 최댓값 및 파형이다.
도 3은 시간 영역에서 스위치 노화 이전과 이후에 스위치 양단 공진전압의 파형이다.
도 4는 주파수 영역에서 스위치 노화 이전과 이후에 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude)이다.
도 5는 내부저항연회로(142)에 미리 저장된 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 노화에 따른 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 값의 변화 테이블 예시를 나타낸다.
도 6은 노화추정회로(143)에 미리 저장된 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 스위치 노화 정도 변화 테이블 예시를 나타낸다.
도 7은 연산부(140)에서 스위치 내부저항 값을 연산하는 내부저항연산회로(142)을 사용하지 않고, 노화추정회로(143)에서 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 스위치 노화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값만으로 스위치의 노화를 추정하는 경우, 노화추정회로(143)에 미리 저장되는 테이블 예시를 나타낸다.1 is a configuration diagram of an apparatus for estimating switch aging according to an embodiment.
2 shows the maximum value and waveform of the resonant voltage across the switch with respect to the change in the internal resistance of the switch.
3 is a waveform of a resonant voltage across the switch before and after aging of the switch in the time domain.
4 is the magnitude of the resonant voltage across the switch before and after aging of the switch in the frequency domain.
5 shows an example of a change table of the magnitude value of the resonant voltage across the switch in the frequency domain according to the change in the internal resistance value of the switch due to aging under specific output voltage and output current conditions previously stored in the internal resistance circuit 142. indicate
6 shows an example of a switch aging degree change table according to a change in a switch internal resistance value previously stored in the aging estimation circuit 143.
7 is a switch in the frequency domain according to switch aging under specific output voltage and output current conditions in the aging estimation circuit 143 without using the internal resistance calculation circuit 142 that calculates the switch internal resistance value in the calculation unit 140. In the case of estimating the aging of the switch only with the magnitude change value of the resonance voltage of both ends, an example of a table pre-stored in the aging estimation circuit 143 is shown.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is directly connected or connectable to the other element, but there is another element between the elements. It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.

도 1은 일 실시예에 따른 스위치 노화 추정 장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of an apparatus for estimating switch aging according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 스위치 노화 추정 장치는 전기장치(110)를 구성하는 스위치(111)의 스위치 양단전압(111a, 111b)의 시계열데이터를 획득하는 스위치측정부(120); 상기 전기장치(110)를 구성하는 전기장치 출력부(112)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)의 시계열데이터를 획득하는 출력측정부(130); FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 얻은 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 전기장치(110)를 구성하는 전기장치출력부(112)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)를 바탕으로 스위치 노화 정도를 추정하는 연산부(140);로 구성될 수 있다. Referring to Figure 1, the device for estimating switch aging includes a switch measurement unit 120 for acquiring time-series data of voltages across the switches 111a and 111b of the switch 111 constituting the electrical device 110; an output measuring unit 130 that obtains time-series data of the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electrical device output unit 112 constituting the electrical device 110; Magnitude for each frequency of the voltage across the switch obtained through FFT (Fast Fourier Transform) and the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electrical device output unit 112 constituting the electrical device 110 Based on the calculation unit 140 for estimating the degree of aging of the switch; may be configured.

상기 스위치측정부(120)는 상기 스위치 양단 전압(111a, 111b)을 획득하는 스위치측정회로(121); 상기 스위치측정회로(121)에서 출력된 신호의 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호 및 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득하는 스위치필터(122); 상기 스위치필터(122)에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 시계열데이터를 획득하는 스위치ADC(123);를 더 포함할 수 있다. The switch measuring unit 120 includes a switch measuring circuit 121 for acquiring voltages 111a and 111b across the switch; a switch filter (122) for obtaining only an AC component by filtering a noise signal and a DC component of an unnecessary frequency band of the signal output from the switch measurement circuit (121); A switch ADC 123 converting the signal output from the switch filter 122 into a digital signal to obtain time-series data; may be further included.

상기 출력측정부(130)는 상기 전기장치(110)를 구성하는 전기장치출력부(112)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)를 획득하는 출력측정회로(131); 상기 출력측정회로(131)에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과하는 출력필터(132); 상기 출력필터(132)에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 시계열데이터를 획득하는 출력ADC(133);를 더 포함할 수 있다. The output measuring unit 130 includes an output measuring circuit 131 that obtains the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electrical device output unit 112 constituting the electrical device 110; an output filter (132) for filtering noise signals in an unnecessary frequency band with respect to the signal output from the output measurement circuit (131); An output ADC 133 converting the signal output from the output filter 132 into a digital signal to obtain time-series data; may be further included.

상기 스위치측정부(120)과 상기 출력측정부(130)은 같은 시점에 상기 스위치 양단전압(111a, 111b) 및 상기 출력전압(112a, 112b)과 상기 출력전류(112c)를 측정하기 위해 시간이 동기화되어 동작할 수 있다. The switch measurement unit 120 and the output measurement unit 130 are synchronized in time to measure the voltages across the switches 111a and 111b, the output voltages 112a and 112b, and the output current 112c at the same time. and can operate.

상기 연산부(140)는 상기 스위치측정부(120)에서 획득한 상기 스위치 양단전압(111a, 111b)의 시계열데이터에 대하여 설정된 주기에 따라 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득하는 FFT회로(141); 미리 저장된 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 스위치 내부저항의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값을 이용하여 스위치 내부저항 값을 연산하는 내부저항연산회로(142); 상기 내부저항연산회로(142)에서 연산한 스위치 내부저항 값을 바탕으로 노화정도를 추정하는 노화추정회로(143);를 더 포함할 수 있다. The operation unit 140 performs FFT (Fast Fourier Transform) according to a set cycle on the time-series data of the voltages across the switches 111a and 111b obtained by the switch measurement unit 120 to determine the magnitude for each frequency. an FFT circuit 141 for acquisition; An internal resistance calculation circuit 142 for calculating a switch internal resistance value using a magnitude change value of a resonant voltage across the switch in a frequency domain according to a change in the internal resistance of the switch under specific output voltage and output current conditions stored in advance; An aging estimation circuit 143 for estimating the degree of aging based on the switch internal resistance value calculated by the internal resistance calculation circuit 142; may be further included.

상기 전기장치(110)는 전력변환장치를 포함할 수 있다. 일 예로써 전기장치(110)는 발전장치로써 태양광발전장치를 포함하고 태양광발전장치에서 생산된 전력을 변환하여 부하로 공급하는 전력변환장치를 포함할 수 있다. 다른 예로써, 상기 전기장치(110)는 에너지저장장치를 포함하고, 에너지저장장치에 저장된 전력을 변환하여 부하에 공급하는 전력변환장치를 포함할 수 있다. 상기 전기장치(110)는 스위치(111)를 포함하고 있으면서 스위치(111)를 이용하여 전력을 차핑(chopping)하는 방식으로 전력을 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장치(110)는 벅컨버터, 부스트컨버터, 플라이백컨버터, 2상 또는 3상 인버터 등 일 수 있다. 상기 전기장치(110)는 일정한 제어주파수를 가지거나 일정 범위 이내의 제어주파수를 가질 수 있다. 여기서, 제어주파수는 전력을 차핑하는 주기를 결정할 수 있다. The electric device 110 may include a power conversion device. As an example, the electric device 110 may include a photovoltaic device as a power generation device and a power conversion device that converts power generated by the photovoltaic device and supplies it to a load. As another example, the electric device 110 may include an energy storage device, and may include a power conversion device that converts power stored in the energy storage device and supplies it to a load. The electrical device 110 includes a switch 111 and may convert power by chopping power using the switch 111 . For example, the electric device 110 may be a buck converter, a boost converter, a flyback converter, a 2-phase or 3-phase inverter, and the like. The electric device 110 may have a constant control frequency or a control frequency within a certain range. Here, the control frequency may determine a cycle of chopping power.

상기 스위치(111)는 상기 전기장치(110)를 구성하며, 상기 전기장치(110) 구성에 따라 상기 전기장치(110)의 입력단, 출력단 또는 상기 전기장치(110) 내부의 다른 구성품에 연결될 수 있으며, 상기 전기장치(110) 구성에 따라 1개 이상 존재할 수 있다. 상기 스위치(111)는 전압과 전류를 단속할 수 있는 전력반도체 소자로, 노화되면 내부저항이 변화하는 특징이 있다. 예를 들어 상기 스위치는(111) MOSFET, BJT, IGBT 등 일 수 있다. 상기 스위치(111)는 전력변환장치에 적용되는 것으로 제한되지 않고, 스위치가 꺼지는 순간 스위치 내부저항과 기생성분을 포함한 주변 회로소자가 공진을 일으키는 것을 특징으로 하는 모든 전기장치에 적용되는 스위치를 포함할 수 있다. The switch 111 constitutes the electrical device 110, and may be connected to an input terminal, an output terminal of the electrical device 110, or other components inside the electrical device 110 according to the configuration of the electrical device 110, , One or more may exist depending on the configuration of the electric device 110. The switch 111 is a power semiconductor device capable of regulating voltage and current, and is characterized in that internal resistance changes when it is aged. For example, the switch 111 may be a MOSFET, BJT, or IGBT. The switch 111 is not limited to being applied to a power conversion device, but may include a switch applied to all electrical devices characterized in that peripheral circuit elements including internal resistance and parasitic components cause resonance at the moment the switch is turned off. can

상기 스위치측정부(120)은 주기적으로 스위치 양단전압(111a, 111b)을 측정하고, 그 측정값을 시간 순서에 따라 메모리에 시계열데이터로 저장할 수 있다. 상기 스위치측정부(120)는 스위치 양단전압 측정값을 그대로 저장하여 시계열데이터를 생성할 수도 있고, 측정값을 필터링하거나 측정값을 스케일링하여 시계열데이터를 생성할 수도 있다. The switch measurement unit 120 may periodically measure the voltages 111a and 111b across the switches and store the measured values in a memory as time-series data in a time sequence. The switch measurement unit 120 may generate time-series data by storing the measured value of the voltage across the switch as it is, or may generate time-series data by filtering or scaling the measured value.

상기 스위치측정회로(121)은 스위치 양단전압(111a, 111b)을 획득할 수 있으며, 필요에 따라 적정 크기로 전압을 증폭시키거나 감소시킬 수 있다. 상기 스위치측정회로(121)은 상기 스위치(111) 개수에 따라 1개 이상의 스위치 양단 전압을 획득할 수 있다. 상기 스위치측정회로(121)은 스위치가 꺼지는 순간에 스위치 내부저항, 스위치 내부 기생캐패시터, 스위치 내부 기생인덕터와 스위치 양단에서 스위치측정회로까지 기생 인덕터로 인해 스위치측정회로 양단, 즉 스위치 양단에서 발생하는 공진전압을 획득할 수 있다. The switch measurement circuit 121 can obtain the voltages across the switches 111a and 111b, and can amplify or reduce the voltage to an appropriate level as needed. The switch measurement circuit 121 may obtain voltages across one or more switches according to the number of switches 111 . The switch measurement circuit 121 generates resonance at both ends of the switch measurement circuit, that is, both ends of the switch, due to the switch internal resistance, the switch internal parasitic capacitor, the switch internal parasitic inductor, and the parasitic inductor from both ends of the switch to the switch measurement circuit at the moment when the switch is turned off. voltage can be obtained.

도 2는 스위치 내부저항 값의 변화에 대한 스위치 양단 공진전압의 최댓값 및 파형이다. 2 shows the maximum value and waveform of the resonant voltage across the switch with respect to the change in the internal resistance of the switch.

도 2를 참조하면, 상기 스위치의 노화가 진행되어 스위치 내부저항이 증가하면, 상기 스위치측정회로(121) 양단에 발생하는 공진전압, 즉 스위치 양단 공진전압의 최댓값은 감소하는 특징이 있다. 따라서 스위치 양단 공진전압의 최댓값을 이용하여 스위치 내부저항을 연산하고 연산된 스위치 내부저항 값을 바탕으로 스위치 노화 정도를 추정할 수 있다. Referring to FIG. 2 , when the internal resistance of the switch increases as the switch ages, the resonance voltage generated across the switch measuring circuit 121, that is, the maximum value of the resonance voltage across the switch decreases. Therefore, the internal resistance of the switch can be calculated using the maximum value of the resonant voltage across the switch, and the degree of aging of the switch can be estimated based on the calculated internal resistance value of the switch.

도 1을 다시 참조하면, 상기 스위치필터(122)는 스위치 양단에서 발생한 공진에 의해 발생한 전압만 획득하기 위해, 상기 스위치측정회로(121)에서 출력된 신호에 대해 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득하며, 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과할 수 있다. 상기 스위치측정회로(121)가 출력한 신호를 먼저 상기 스위치ADC(123)를 통해 디지털신호로 변환하여 시계열데이터를 획득한 후, 소프트웨어로 구현한 스위치필터(122)를 통해 시계열데이터의 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득하고 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과할 수도 있다. Referring back to FIG. 1, the switch filter 122 obtains only the AC component by filtering the DC component of the signal output from the switch measuring circuit 121 in order to obtain only the voltage generated by the resonance generated at both ends of the switch. and can filter noise signals in unnecessary frequency bands. The signal output by the switch measurement circuit 121 is first converted into a digital signal through the switch ADC 123 to obtain time-series data, and then the DC component of the time-series data is obtained through the switch filter 122 implemented in software. It is also possible to obtain only AC components by filtering and filter noise signals in unnecessary frequency bands.

상기 스위치ADC(123)는 상기 스위치필터(122)에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 시계열데이터를 획득한다. 상기 스위치(111)가 꺼진 구간에서만 시계열데이터를 획득할 수 있고, 상기 스위치(111)가 꺼진 구간과 켜진 구간 모두에서 시계열데이터를 획득할 수도 있다. 또한 정해진 시간 동안 여러 번 반복해서 시계열데이터를 획득할 수도 있다. The switch ADC 123 converts the signal output from the switch filter 122 into a digital signal to obtain time series data. Time-series data can be obtained only in a section where the switch 111 is turned off, and time-series data can be obtained in both a section where the switch 111 is turned off and a section where the switch 111 is turned on. In addition, time-series data may be acquired repeatedly several times during a predetermined time period.

상기 FFT회로(141)은 상기 스위치측정부(120)에서 스위치가 꺼지는 순간에 발생하는 공진전압의 직류성분을 여과하고 획득한 교류성분 시계열데이터에 대하여 설정된 주기에 따라 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득할 수 있다. The FFT circuit 141 filters the DC component of the resonance voltage generated at the moment the switch is turned off in the switch measurement unit 120 and performs FFT (Fast Fourier Transform) on the acquired AC component time-series data according to a set cycle. Thus, the magnitude of each frequency can be obtained.

도 3은 시간 영역에서 스위치 노화 이전과 이후에 스위치 양단 공진전압의 파형이다. 3 is a waveform of a resonant voltage across the switch before and after aging of the switch in the time domain.

도 3을 참조하면, 스위치가 노화되어 스위치 내부저항이 증가함에 따라 스위치 양단 공진전압의 최댓값이 P1에서 P2로 감소하며 경우에 따라 공진전압이 지속되는 시간도 감소한다. Referring to FIG. 3, as the internal resistance of the switch increases due to aging of the switch, the maximum value of the resonance voltage across the switch decreases from P1 to P2, and in some cases, the duration of the resonance voltage also decreases.

도 4는 주파수 영역에서 스위치 노화 이전과 이후에 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude)이다. 4 is the magnitude of the resonant voltage across the switch before and after aging of the switch in the frequency domain.

도 4을 참조하면, 스위치가 노화되어 스위치 내부저항이 증가함에 따라 스위치 양단 공진전압의 최대값이 감소하면, 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 값이 D1에서 D2로 감소한다. 따라서 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 값들을 미리 알고 있으면, 측정한 값을 바탕으로 스위치 내부저항 값을 알 수 있다. 그러나 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 값은 스위치 내부저항이 일정하더라도 전기장치 장치의 출력전압(112a, 112b)와 출력전류(112c) 값에 따라 변하는 특성이 있다. 따라서 스위치 내부저항 값을 연산할 때 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c) 값도 참조하기 위해 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c) 획득한다. Referring to FIG. 4 , when the maximum value of the resonance voltage across the switch decreases as the internal resistance of the switch increases due to aging of the switch, the magnitude value of the resonance voltage across the switch decreases from D1 to D2 in the frequency domain. Therefore, if the magnitude values of the resonant voltage across the switch are known in advance in the frequency domain according to the change in the internal resistance of the switch, the value of the internal resistance of the switch can be known based on the measured value. However, in the frequency domain, the magnitude value of the resonant voltage across the switch has a characteristic that changes according to the values of the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electric device even if the internal resistance of the switch is constant. Therefore, when calculating the internal resistance value of the switch, the output voltages 112a and 112b and the output current 112c are obtained for reference as well.

도 1을 다시 참조하면, 상기 출력측정부(130)은 주기적으로 상기 전기장치(110)의 상기 출력전압(112a, 112b)과 상기 출력전류(112c)를 측정하고, 그 측정값을 시간 순서에 따라 메모리에 시계열데이터로 저장할 수 있다. 상기 출력측정부(130)는 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)의 측정값을 그대로 저장하여 시계열데이터를 생성할 수도 있고, 측정값을 필터링하거나 측정값을 스케일링하여 시계열데이터를 생성할 수도 있다. 상기 출력측정부(130)가 측정하는 상기 출력전압(112a, 112b)과 상기 출력전류(112c)는 상기 전기장치(110) 구성에 따라 1개 이상일 수 있다. Referring to FIG. 1 again, the output measuring unit 130 periodically measures the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the electric device 110, and the measured values are measured in time order. Time series data can be stored in memory. The output measurement unit 130 may generate time-series data by storing the measured values of the output voltages 112a and 112b and the output current 112c as they are, or generate time-series data by filtering or scaling the measured values. may be The output voltages 112a and 112b and the output current 112c measured by the output measuring unit 130 may be one or more depending on the configuration of the electric device 110 .

상기 출력측정회로(131)은 상기 출력전압(112a, 112b)을 획득할 수 있으며, 필요에 따라 적정 크기로 전압을 증폭시키거나 감소시킬 수 있다. 상기 출력측정회로(131)는 상기 출력전류(112c)를 전압형태로 변환하여 획득할 수 있으며, 필요에 따라 적정 크기로 전압을 증폭시키거나 감소시킬 수 있다. The output measuring circuit 131 can obtain the output voltages 112a and 112b, and can amplify or reduce the voltages to an appropriate level as needed. The output measuring circuit 131 can convert the output current 112c into a voltage form and obtain it, and can amplify or reduce the voltage to an appropriate level as needed.

상기 출력필터(132)는 상기 출력측정회로(131)에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과할 수 있다. 상기 출력측정회로(131)가 출력한 신호를 먼저 상기 출력ADC(133)를 통해 디지털신호로 변환하여 시계열데이터를 획득한 후, 소프트웨어로 구현한 출력필터(132)를 통해 시계열데이터의 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과할 수도 있다. The output filter 132 may filter noise signals in a frequency band unnecessary to the signal output from the output measurement circuit 131 . The signal output by the output measurement circuit 131 is first converted into a digital signal through the output ADC 133 to obtain time-series data, and then the unnecessary frequency band of the time-series data is obtained through the output filter 132 implemented in software. The noise signal of may be filtered.

상기 출력ADC(133)는 상기 출력필터(132)에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 시계열데이터를 획득한다. 또한 정해진 시간 동안 여러 번 반복해서 시계열데이터를 획득할 수도 있다. The output ADC 133 converts the signal output from the output filter 132 into a digital signal to obtain time-series data. In addition, time-series data may be obtained repeatedly several times during a predetermined time period.

상기 연산부(140)는 디지털프로세서로 구성되며, 상기 스위치측정부(120)에서 획득한 상기 스위치 양단전압의 시계열데이터에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득하며, FFT를 통해 획득한 스위치 양단전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 출력측정부(130)에서 획득한 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)의 시계열데이터를 이용하여 스위치 내부저항 값을 연산하며, 연산한 스위치 내부저항 값을 이용하여 스위치 노화 정도를 추정한다. The operation unit 140 is composed of a digital processor, and performs FFT (Fast Fourier Transform) on the time-series data of the voltage across the switch obtained by the switch measurement unit 120 to obtain a magnitude for each frequency, The internal resistance value of the switch is calculated using the frequency-specific magnitude of the voltage across the switch obtained through FFT and the time-series data of the output voltages 112a and 112b and the output current 112c obtained from the output measuring unit 130. and estimate the degree of aging of the switch using the calculated switch internal resistance value.

도 5는 상기 내부저항연산회로(142)에 미리 저장된 특정 출력전압과 출력전류 조건에서, 노화에 따른 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 값의 변화 테이블 예시를 나타낸다. 5 is a table of changes in the magnitude value of the resonant voltage across the switch in the frequency domain according to the change in the internal resistance of the switch due to aging under specific output voltage and output current conditions previously stored in the internal resistance calculation circuit 142. indicate an example.

도 1을 다시 참조하면, 상기 내부저항연회로(142)는 도 5와 같이 미리 저장된 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 노화에 따른 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값을 나타내는 테이블과, 상기 스위치측정부(120)와 상기 FFT회로(141)를 통해 획득한 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와, 상기 출력측정부(130)가 획득한 전기장치출력부(112)의 출력전압(112a, 112b)과 출력전류(112c)의 시계열데이터를 이용하여 스위치 내부저항 값을 연산한다. 스위치 내부저항 값 연산 시, 상기 스위치측정부(120)와 상기 FFT회로(141)로 획득한 주파수별 매그니튜드(magnitude)나 상기 출력측정부(130)로 획득한 출력전압과 출력전류의 시계열데이터가 도 5와 같이 미리 저장된 테이블에 없는 경우, 미리 저장된 값들을 이용하여 선형보간법(Linear Interpolation)이나 라그랑주 보간법(Lagrangian Interpolation) 등 보간법을 이용하여, 스위치 내부저항 값을 연산할 수 있다. Referring back to FIG. 1, the internal resistance reduction circuit 142 calculates the magnitude of the resonant voltage across the switch in the frequency domain according to the change in the internal resistance of the switch due to aging under the pre-stored specific output voltage and output current conditions as shown in FIG. A table showing the magnitude change value, the magnitude of each frequency of the voltage across the switch obtained through the switch measuring unit 120 and the FFT circuit 141, and the electricity obtained by the output measuring unit 130 The internal resistance value of the switch is calculated using the time-series data of the output voltages 112a and 112b and the output current 112c of the device output unit 112. When the switch internal resistance value is calculated, the magnitude for each frequency obtained by the switch measurement unit 120 and the FFT circuit 141 or the time-series data of the output voltage and output current obtained by the output measurement unit 130 are shown. If it is not in the pre-stored table, such as 5, the internal resistance value of the switch can be calculated using an interpolation method such as linear interpolation or Lagrangian interpolation using the pre-stored values.

도 6은 노화추정회로(143)에 미리 저장된 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 스위치 노화 정도 변화 테이블 예시를 나타낸다. 6 shows an example of a switch aging degree change table according to a change in the switch internal resistance value previously stored in the aging estimation circuit 143.

도 1을 다시 참조하면, 상기 노화추정회로(143)은 상기 내부저항연산회로(142)에서 연산한 스위치 내부저항 값을 도 6과 같은 테이블을 바탕으로 노화정도를 추정한다. 도 6와 같이 미리 저장된 테이블에 상기 스위치 내부저항 값이나 상기 스위치 노화정도가 없는 경우, 미리 저장된 값들을 이용하여 선형보간법(Linear Interpolation)이나 라그랑주 보간법(Lagrangian Interpolation) 등 보간법을 이용하여, 스위치 노화정도를 추정할 수 있다. Referring back to FIG. 1 , the aging estimation circuit 143 estimates the degree of aging based on the table shown in FIG. 6 for the switch internal resistance value calculated by the internal resistance calculation circuit 142 . As shown in FIG. 6, when there is no value of the internal resistance of the switch or the degree of aging of the switch in the previously stored table, the degree of aging of the switch is obtained by using an interpolation method such as linear interpolation or Lagrangian interpolation using the previously stored values. can be estimated.

다른 실시예로, 스위치 노화 추정 장치는 상기 연산부(140)에서 스위치 내부저항 값을 연산하는 상기 내부저항연산회로(142) 없이, 상기 스위치측정부(120)와 상기 FFT회로(141)로 획득한 스위치 양단 공진전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 출력측정부(130)로 획득한 출력전압과 출력전류의 시계열데이터를 상기 노화추정회로(143)가 바로 입력받아, 스위치의 노화를 추정하는 방법을 포함한다. In another embodiment, the switch aging estimation device obtains the switch measurement unit 120 and the FFT circuit 141 without the internal resistance operation circuit 142 for calculating the switch internal resistance value in the operation unit 140. A method for estimating the aging of a switch by directly receiving the time-series data of the output voltage and output current acquired by the output measurement unit 130 and the magnitude of the resonant voltage of both ends of the switch for each frequency is directly input to the aging estimation circuit 143. include

도 7은 상기 연산부(140)에서 스위치 내부저항 값을 연산하는 내부저항연산회로(142)을 사용하지 않고, 노화추정회로(143)에서 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 스위치 노화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값만으로 스위치의 노화를 추정하는 경우, 노화추정회로(143)에 미리 저장되는 테이블 예시를 나타낸다. 7 shows that the aging estimation circuit 143 does not use the internal resistance calculation circuit 142 that calculates the switch internal resistance value in the calculation unit 140, in the frequency domain according to the aging of the switch under specific output voltage and output current conditions. An example of a table pre-stored in the aging estimation circuit 143 when aging of the switch is estimated only with the magnitude change value of the resonant voltage across the switch is shown.

도 1을 다시 참조하면, 상기 노화추정회로(143)는 도 7과 같은 특정 출력전압과 출력전류 조건에서 노화에 따른 스위치 내부저항 값의 변화에 따른 주파수 영역에서 스위치 양단 공진전압의 매그니튜드(magnitude) 변화 값을 나타내는 테이블을 이용하여, 스위치 노화정도를 추정할 수 있다. 스위치 노화정도 추정 시, 상기 스위치측정부(120)와 상기 FFT회로(141)로 획득한 스위치 양단 공진전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)나 상기 출력측정부(130)로 획득한 출력전압과 출력전류의 시계열데이터 및 스위치 노화정도가 도 7과 같이 미리 저장된 테이블에 없는 경우, 미리 저장된 값들을 이용하여 선형보간법(Linear Interpolation)이나 라그랑주 보간법(Lagrangian Interpolation) 등 보간법을 이용하여, 스위치 노화정도를 추정할 수 있다. Referring back to FIG. 1, the aging estimation circuit 143 calculates the magnitude of the resonant voltage across the switch in the frequency domain according to the change in the internal resistance of the switch due to aging under the specific output voltage and output current conditions as shown in FIG. The degree of aging of the switch can be estimated using a table representing change values. When estimating the degree of aging of the switch, the magnitude of the resonant voltage across the switch obtained by the switch measurement unit 120 and the FFT circuit 141 for each frequency or the output voltage and output current obtained by the output measurement unit 130 If the time series data and the degree of switch aging are not in the pre-stored table as shown in FIG. 7, the degree of switch aging can be estimated using an interpolation method such as linear interpolation or Lagrangian interpolation using pre-stored values. there is.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Terms such as "comprise", "comprise" or "having" described above mean that the corresponding component may be inherent unless otherwise stated, and therefore do not exclude other components. It should be construed that it may further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present invention, they are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (15)

스위치 노화를 추정하는 장치에 있어서,
전기장치에 포함되는 스위치의 양단 전압에 대한 제1시계열데이터를 획득하는 스위치측정부;
상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 제2시계열데이터를 획득하는 출력측정부; 및
상기 제1시계열데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 얻은 상기 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 연산부;
를 포함하는 스위치 노화 추정 장치.In the apparatus for estimating switch aging,
A switch measurement unit for acquiring first time-series data for voltages of both ends of a switch included in an electric device;
an output measuring unit acquiring second time-series data on the output voltage and output current of the electric device; and
Based on the magnitude of the voltage across the switch for each frequency obtained through FFT (Fast Fourier Transform) on the first time series data and the second time series data on the output voltage and output current of the electric device, the switch a calculation unit for estimating the degree of aging;
Switch aging estimation device comprising a. 제 1항에 있어서,
상기 스위치측정부는,
상기 스위치 양단에 설치되어 상기 스위치 양단 전압을 증폭하거나 감소시키는 스위치측정회로;
상기 스위치측정회로에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호 및 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득하는 스위치필터; 및
상기 스위치필터에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 상기 제1시계열데이터를 획득하는 스위치ADC(Analog-Digital-Converter);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 1,
The switch measurement unit,
a switch measurement circuit installed at both ends of the switch to amplify or reduce the voltage across the switch;
a switch filter for obtaining only an AC component by filtering a noise signal and a DC component of an unnecessary frequency band from the signal output from the switch measuring circuit; and
a switch ADC (Analog-Digital-Converter) converting the signal output from the switch filter into a digital signal to obtain the first time-series data;
Switch aging estimation device comprising a. 제 1항에 있어서,
상기 출력측정부는,
상기 전기장치의 출력부에 설치되어 출력전압을 증폭하거나 감소시키고, 출력전류를 증폭하거나 감소시키고 전압신호로 변환하는 출력측정회로;
상기 스위치측정회로에서 출력된 신호에 대해 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과하는 출력필터; 및
상기 출력필터에서 출력된 신호를 디지털신호로 변환하여 상기 제2시계열데이터를 획득하는 출력ADC(Analog-Digital-Converter);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 1,
The output measuring unit,
an output measurement circuit installed in the output unit of the electric device to amplify or reduce an output voltage, amplify or reduce an output current, and convert the output current into a voltage signal;
an output filter filtering a noise signal of an unnecessary frequency band with respect to the signal output from the switch measuring circuit; and
an output ADC (Analog-Digital-Converter) converting the signal output from the output filter into a digital signal to obtain the second time-series data;
Switch aging estimation device comprising a. 제 1항에 있어서,
상기 스위치 측정부와 상기 출력 측정부는, 동일한 시점에 상기 제1시계열데이터와 상기 제2시계열데이터를 획득하기 위해, 시간이 동기화되어 동작하는
것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 1,
The switch measurement unit and the output measurement unit are synchronized in time to obtain the first time series data and the second time series data at the same time point.
Switch aging estimation device, characterized in that. 제 1항에 있어서,
상기 연산부는
상기 스위치ADC(Analog-Digital-Converter)에서 출력된 상기 제1시계열데이터에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수데이터를 획득하는 FFT회로;
상기 FFT회로에서 출력된 신호와 상기 출력ADC에서 출력된 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치의 내부저항을 연산하는 내부저항연산회로;
상기 내부저항연산회로로부터 연산된 스위치의 내부저항 값으로 상기 스위치의 노화 정도를 추정하는 노화추정회로;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 1,
the calculation unit
an FFT circuit for acquiring frequency data through Fast Fourier Transform (FFT) with respect to the first time-series data output from the switch ADC (Analog-Digital-Converter);
an internal resistance calculation circuit for calculating an internal resistance of the switch based on the signal output from the FFT circuit and the second time-series data output from the output ADC;
an aging estimation circuit for estimating the degree of aging of the switch using the internal resistance value of the switch calculated from the internal resistance calculation circuit;
Switch aging estimation device comprising a. 제 2항에 있어서,
상기 스위치측정부는,
상기 스위치가 꺼지는 순간에 상기 스위치의 내부저항, 내부 기생 캐패시터, 내부 기생 인덕터, 및 상기 스위치 양단에서 상기 스위치측정회로까지의 기생 인덕터로 인해 상기 스위치측정회로 양단에서 발생하는 공진전압을 측정
하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 2,
The switch measurement unit,
Measure the resonance voltage generated at both ends of the switch measurement circuit due to the internal resistance of the switch, the internal parasitic capacitor, the internal parasitic inductor, and the parasitic inductor from both ends of the switch to the switch measurement circuit at the moment when the switch is turned off.
Switch aging estimation device, characterized in that for. 제 2항에 있어서,
상기 스위치측정부는,
상기 스위치가 꺼지는 순간에 발생하는 공진에 의해 증가하는 상기 스위치측정회로 양단전압의 최댓값을 추출하기 위해 공진전압의 직류성분을 여과하고 교류성분만 획득
하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 2,
The switch measurement unit,
In order to extract the maximum value of the voltage across the switch measurement circuit, which increases due to the resonance occurring at the moment the switch is turned off, the DC component of the resonance voltage is filtered and only the AC component is obtained.
Switch aging estimation device, characterized in that for. 제 5항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 스위치측정부에서 상기 스위치가 꺼지는 순간에 발생하는 공진전압의 직류성분을 여과하고 획득한 교류성분 시계열데이터에 대하여, 설정된 주기에 따라 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 획득 하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 5,
The calculation unit,
The switch measurement unit filters the DC component of the resonant voltage generated at the moment the switch is turned off and performs FFT (Fast Fourier Transform) on the AC component time-series data obtained according to the set cycle to determine the magnitude for each frequency. Switch aging estimation device, characterized in that obtained. 제 5항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 출력측정부에서 얻은 출력전압 및 출력전류와 상기 스위치측정부 및 상기 연산부 내 FFT회로에서 얻은 주파수별 매그니튜드(magnitude)에 대하여, 상기 내부저항연산회로에 미리 저장된 출력전압, 출력전류, 주파수별 매그니튜드(magnitude)를 이용하여 상기 스위치의 내부저항을 연산
하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 5,
The calculation unit,
With respect to the output voltage and output current obtained from the output measurement unit and the magnitude for each frequency obtained from the FFT circuit in the switch measurement unit and the calculation unit, the output voltage, output current, and magnitude for each frequency pre-stored in the internal resistance calculation circuit ( magnitude) to calculate the internal resistance of the switch
Switch aging estimation device, characterized in that for. 제 5항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 내부저항연산회로를 통해 획득한 상기 스위치의 내부저항 값을 바탕으로 상기 스위치의 노화 정도를 추정
하는 것을 특징으로 하는 스위치 노화 추정 장치.According to claim 5,
The calculation unit,
The degree of aging of the switch is estimated based on the internal resistance value of the switch obtained through the internal resistance calculation circuit.
Switch aging estimation device, characterized in that for. 장치가 스위치 노화를 추정하는 방법에 있어서,
전기장치에 포함되는 스위치의 양단 전압에 대한 제1시계열데이터를 획득하는 단계;
상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 제2시계열데이터를 획득하는 단계; 및
상기 제1시계열데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 얻은 상기 스위치 양단 전압의 주파수별 매그니튜드(magnitude)와 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류에 대한 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 단계;
를 포함하는 스위치 노화 추정 방법.A method for estimating switch aging by a device,
Acquiring first time-series data for voltages of both ends of a switch included in an electric device;
obtaining second time-series data on the output voltage and output current of the electric device; and
Based on the magnitude of the voltage across the switch for each frequency obtained through FFT (Fast Fourier Transform) on the first time series data and the second time series data on the output voltage and output current of the electric device, the switch estimating the degree of aging for;
Switch aging estimation method comprising a. 제 11항에 있어서,
상기 제1시계열데이터를 획득하는 단계는,
상기 스위치 양단 전압을 증폭하거나 감소시키고, 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호 및 직류성분을 여과하여 교류성분만 획득한 후 디지털신호로 변환하여 상기 제1시계열데이터를 획득하는
스위치 노화 추정 방법.According to claim 11,
Obtaining the first time series data,
Amplifying or reducing the voltage across the switch, filtering the noise signal and DC components of unnecessary frequency bands to obtain only AC components, and then converting them into digital signals to obtain the first time-series data
Switch aging estimation method. 제 11항에 있어서,
상기 제2시계열데이터를 획득하는 단계는,
출력전압을 증폭하거나 감소시키고 출력전류를 증폭하거나 감소시켜 전압신호로 변환하며, 불필요한 주파수 대역의 노이즈 신호를 여과한 후 디지털신호로 변환하여 상기 제2시계열데이터를 획득하는
스위치 노화 추정 방법.According to claim 11,
The step of obtaining the second time series data,
Amplifying or reducing the output voltage, amplifying or reducing the output current, converting it into a voltage signal, filtering the noise signal in an unnecessary frequency band, and converting it into a digital signal to obtain the second time series data
Switch aging estimation method. 제 11항에 있어서,
상기 스위치의 양단 전압과 상기 전기장치의 출력전압과 출력전류를 같은 시점에 획득하기 위해, 제1시계열데이터를 획득하는 단계와 제2시계열데이터를 획득하는 단계는 시간적으로 동기화되는 것을 특징으로 하는
스위치 노화 추정 방법.According to claim 11,
In order to obtain the voltage across the switch and the output voltage and output current of the electrical device at the same time, the step of acquiring the first time series data and the step of acquiring the second time series data are synchronized in time
Switch aging estimation method. 제 11항에 있어서,
상기 스위치에 대한 노화 정도를 추정하는 단계는,
상기 제1시계열데이터에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수데이터를 획득하고, 상기 주파수데이터와 상기 제2시계열데이터를 바탕으로 상기 스위치의 내부저항을 연산하며, 상기 스위치의 내부저항 값으로 상기 스위치의 노화 정도를 추정하는
스위치 노화 추정 방법.According to claim 11,
Estimating the degree of aging of the switch,
For the first time series data, frequency data is obtained through FFT (Fast Fourier Transform), the internal resistance of the switch is calculated based on the frequency data and the second time series data, and the internal resistance value of the switch is used. Estimating the degree of aging of the switch
Switch aging estimation method.
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