KR20170077005A - Breakdown Prediction Method and System according to the On Resistance between Collector and Emitter of IGBT - Google Patents
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Abstract
IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 시스템은, 트랜지스터에 전압을 인가하여 트랜지스터의 온 저항을 측정하고, 온 저항을 기초로 트랜지스터의 고장을 예지한다. 이에 의해, IGBT의 열화에 따라 비교적 민감하게 변화하는 IGBT의 온 저항으로 IGBT의 고장을 비교적 정확하게 예지할 수 있게 된다.A fault prediction method and system using C-E on-resistance of IGBT is provided. A failure prediction system according to an embodiment of the present invention measures the ON resistance of a transistor by applying a voltage to the transistor and predicts a failure of the transistor based on the ON resistance. This makes it possible to relatively accurately predict the failure of the IGBT by on-resistance of the IGBT which changes relatively sensitively with deterioration of the IGBT.
Description
본 발명은 신뢰성 평가 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 고장을 예지하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a reliability evaluation technique, and more particularly, to a method and system for predicting a failure of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
전력 반도체 소자, 특히 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 신재생 에너지를 비롯한 각종 고전압/고전류 모듈에 널리 이용되면서 그 중요성이 커지고 있다.BACKGROUND ART Power semiconductor devices, particularly IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), have become increasingly important because they are widely used in various high voltage / high current modules including renewable energy.
이에 따라, 전력 반도체 소자의 결함에 의한 고장을 진단하고 예측하는 것이 더불어 중요한 문제로 부각되었다.Accordingly, diagnosing and predicting a failure due to a defect in a power semiconductor device has become an important issue.
즉, IGBT에 대한 보다 정확한 고장 예지가 중요하다. IGBT의 열화에 따라 변화하게 되는 파라미터의 열화 패턴을 분석하여, 고장을 예지하여야 하는데, 대부분의 파라미터들이 열화 패턴에 민감하지 않다.That is, more accurate fault prediction for IGBTs is important. It is necessary to analyze the deterioration pattern of the parameter which changes according to the deterioration of the IGBT to predict the failure. However, most of the parameters are not sensitive to the deterioration pattern.
그 결과, IGBT에 대한 보다 정확한 고장 예지는 매우 어려운 실정이라 할 수 있다.As a result, more accurate fault prediction of IGBTs is very difficult.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, IGBT의 온 저항(On Resistance)의 변화를 측정하여 고장을 예지하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and system for estimating a failure by measuring a change in an on resistance of an IGBT.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 고장 예지 시스템은, 트랜지스터에 전압을 인가하는 인가부; 상기 전압이 인가된 트랜지스터의 온 저항을 측정하는 측정부; 및 상기 온 저항을 기초로, 상기 트랜지스터의 고장을 예지하는 예지부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a failure prediction system including: an application unit for applying a voltage to a transistor; A measuring unit for measuring on-resistance of the transistor to which the voltage is applied; And a prediction unit for predicting a failure of the transistor based on the on-resistance.
그리고, 상기 트랜지스터의 전압과 상기 트랜지스터의 전압은, 시간의 경과에 따라 크기가 반대로 변하는 패턴을 나타낼 수 있다.The voltage of the transistor and the voltage of the transistor may exhibit a pattern in which the magnitude thereof changes inversely with the lapse of time.
또한, 상기 예지부는, 상기 온 저항에 따른 잔여 수명이 매칭된 테이블, DB 및 관계식 중 적어도 하나를 참조하여, 상기 트랜지스터의 고장을 예지할 수 있다.Also, the predictor can predict a failure of the transistor by referring to at least one of a table, a DB, and a relational expression matched with the remaining service life according to the on-resistance.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 시스템은, 고장 예지 결과를 출력하는 출력부;를 더 포함할 수 있다.The fault diagnosis system according to an embodiment of the present invention may further include an output unit that outputs a fault diagnosis result.
또한, 상기 온 저항은, 상기 트랜지스터의 C-E간 온 저항이고, 상기 트랜지스터는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.In addition, the on-resistance is an on-resistance between C and E of the transistor, and the transistor may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고장 예지 방법은, 트랜지스터에 전압을 인가하는 단계; 상기 전압이 인가된 트랜지스터의 온 저항을 측정하는 단계; 및 상기 온 저항을 기초로, 상기 트랜지스터의 고장을 예지하는 단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a fault prediction method includes: applying a voltage to a transistor; Measuring an ON resistance of the transistor to which the voltage is applied; And predicting a failure of the transistor based on the on-resistance.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, IGBT의 열화에 따라 비교적 민감하게 변화하는 IGBT의 온 저항을 측정하여, IGBT의 고장을 비교적 정확하게 예지할 수 있게 된다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to relatively accurately predict the failure of the IGBT by measuring the ON resistance of the IGBT which changes relatively sensitively with deterioration of the IGBT.
이에, 본 발명의 실시예들에 따르면, 신재생 에너지 발전 시스템에 사용되는 IGBT에 고장이 발생하기 전에 고장을 비교적 정확하게 예지할 수 있어, 발전 시스템의 유지 보수 관리를 강화하고 안전성을 높일 수 있게 된다.Therefore, according to the embodiments of the present invention, failure can be predicted relatively accurately before a failure occurs in an IGBT used in a new and renewable energy generation system, and maintenance and management of the power generation system can be enhanced and safety can be enhanced .
도 1은 IGBT의 On/Off 사이클 구동시 발생하는 콜렉터 전압을 나타낸 그래프,
도 2는 IGBT의 On/Off 사이클 구동시 발생하는 콜렉터 전류를 나타낸 그래프,
도 3은 IGBT의 On/Off 사이클 구동시 발생하는 C-E간 온 저항을 나타낸 그래프,
도 4에는 IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 결과를 예시한 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 시스템의 블럭도, 그리고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.1 is a graph showing a collector voltage generated when an On / Off cycle of an IGBT is driven,
2 is a graph showing a collector current generated when the IGBT is turned on / off,
3 is a graph showing the on resistance between CEs generated when the IGBT is turned on / off,
FIG. 4 is a graph illustrating a result of the failure prediction using the CE-on-resistance of the IGBT,
FIG. 5 is a block diagram of a failure prediction system using CE-on-resistance of an IGBT according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for predicting a failure using an on-resistance between CEs of an IGBT according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
IGBT에 게이트 전압을 주기적(On/Off Cycling)으로 가하는 경우, IGBT에 발생하는 콜렉터 전압(Collector Voltage)과 콜렉터 전류(Collector Current)를, 도 1과 도 2에 각각 나타내었다.Collector voltage and collector current generated in the IGBT when the gate voltage is applied to the IGBT periodically (On / Off Cycling) are shown in FIG. 1 and FIG. 2, respectively.
도 1에 도시된 바와 같이, IGBT가 On 상태에서, 콜렉터 전압은 시간이 지남에 따라 점차 증가하다 어느 순간에 고장 상태를 나타낸다.As shown in FIG. 1, when the IGBT is in the ON state, the collector voltage gradually increases with time and indicates a failure state at any moment.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, IGBT가 On 상태에서, 콜렉터 전류는 시간이 지남에 따라 점차 감소하다가 어느 순간에 고장 상태를 나타낸다.Further, as shown in FIG. 2, when the IGBT is in the ON state, the collector current gradually decreases with time, and at the moment, it indicates a failure state.
이에, Vce의 변화 패턴(열화 패턴)을 이용하면, IGBT의 고장 시간을 예지할 수 있다. 하지만, 도 1에 나타난 바와 같이, 전압의 변화 패턴이 민감하지 않으므로, Vce의 변화 패턴 역시 민감하지 않다.Thus, by using the change pattern (deterioration pattern) of Vce, the failure time of the IGBT can be predicted. However, as shown in Fig. 1, since the voltage variation pattern is not sensitive, the variation pattern of Vce is also not sensitive.
이에, 변화 패턴이 민감하지 않은 Vce는 고장 예지를 위한 파라미터로 적합하지 않다.Therefore, the Vce which is not sensitive to the change pattern is not suitable as a parameter for failure prediction.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 시간이 지남에 따라 콜렉터 전압은 점점 상승하는 반면, 도 2에 도시된 바와 같이 시간이 지남에 따라 콜렉터 전류는 점점 감소하는 경향을 보인다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the collector voltage gradually increases with time, while the collector current tends to gradually decrease with time as shown in FIG.
전압에 비례하고 전류에 반비례하는 저항은 전압이나 전류에 비해 민감도가 훨씬 높을 수 밖에 없다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 방법 및 시스템에서는 IGBT의 C-E간 온 저항(On-Resistance)으로부터 IGBT의 고장을 예지하는 기법을 제시한다.A resistor that is proportional to the voltage and inversely proportional to the current has a much higher sensitivity than the voltage or current. Accordingly, in the fault diagnosis method and system according to the embodiment of the present invention, a technique for predicting the failure of the IGBT from the C-E on-resistance of the IGBT is presented.
도 3은 IGBT에 게이트 전압을 주기적(On/Off Cycling)으로 가하는 경우, IGBT의 C-E간 온 저항을 나타낸 그래프이다. 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, IGBT의 C-E간 온 저항은, 도 1과 도 2에 제시된 IGBT의 콜렉터 전압 및 콜렉터 전류 보다 민감도가 크다.3 is a graph showing on-resistance between C and E of the IGBT when the gate voltage is applied to the IGBT periodically (On / Off Cycling). As can be seen from FIG. 3, the C-E on-resistance of the IGBT is more sensitive than the collector voltage and collector current of the IGBT shown in FIGS.
이에, IGBT의 C-E간 온 저항을 이용하여 고장을 예지하게 되면, 예지 민감도를 향상시킬 수 있다.Thus, if the failure is predicted by using the on-resistance between C and E of the IGBT, the prediction sensitivity can be improved.
도 4에는 IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 결과를 예시한 그래프이다. 도 4를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지는 비교적 정확하며, 잔여 수명이 많이 남지 않은 경우에 정확도가 더 높은 것으로 나타났다.FIG. 4 is a graph illustrating the result of the failure prediction using the C-E on-resistance of the IGBT. As can be seen from FIG. 4, the failure prediction using the C-E on-resistance of the IGBT is relatively accurate and the accuracy is higher when the remaining life is not much.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 예지 시스템의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 시스템은 IGBT의 C-E간 온 저항을 이용하여 고장을 예지한다.5 is a block diagram of a failure prediction system in accordance with an embodiment of the present invention. The failure prediction system according to the embodiment of the present invention predicts a failure using the C-E on-resistance of the IGBT.
이와 같은 기능을 수행하는, 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 전압 인가부(110), 저항 측정부(120), 고장 예지부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the failure diagnosis system according to the embodiment of the present invention, which performs such functions, includes a
전압 인가부(110)는 IGBT(10)의 게이트에 전압을 인가하고, 저항 측정부(120)는 IGBT(10)의 C-E간 온 저항을 측정한다.The
고장 예지부(130)는 저항 측정부(120)에서 측정된 IGBT(10)의 C-E간 온 저항을 기초로 IGBT(10)의 잔여 수명을 예측하고 고장을 예지한다. 이를 위해, 고장 예지부(130)는 C-E간 온 저항에 따른 잔여 수명이 매칭된 테이블, DB 또는 이들 간의 관계식을 보유하고 있다.The
출력부(140)는 고장 예지부(130)에 의한 고장 예지 결과를 출력하기 위한 디스플레이를 포함한다.The
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고장 예지 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 방법은 IGBT의 C-E간 온 저항을 이용하여 고장을 예지한다.6 is a flow chart provided in the description of the failure prediction method according to another embodiment of the present invention. The failure prediction method according to the embodiment of the present invention predicts a failure by using the C-E on-resistance of the IGBT.
이를 위해, 먼저, IGBT의 게이트에 전압을 인가하고(S210), IGBT의 C-E간 온 저항을 측정한다(S220).To this end, first, a voltage is applied to the gate of the IGBT (S210), and the on-resistance between C and E of the IGBT is measured (S220).
다음, S220단계에서 된 IGBT의 C-E간 온 저항을 기초로 IGBT의 잔여 수명을 예측하고 고장을 예지한다(S230). S230단계에서의 고장 예지에는, C-E간 온 저항에 따른 잔여 수명이 매칭된 테이블, DB 또는 이들 간의 관계식 등이 참조될 수 있다.Next, the remaining life of the IGBT is predicted based on the C-E on-resistance of the IGBT in step S220, and a failure is predicted (S230). In the failure prediction in step S230, a table, a DB, a relational expression between them, or the like may be referred to in which the remaining service life according to the C-E on resistance is matched.
이후, S230단계에서의 고장 예지 결과를 시각적으로 출력하여, 사용자/관리자에게 안내한다(S240).Thereafter, the result of the failure prediction in step S230 is visually outputted and the user / manager is informed (S240).
지금까지, IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.Up to now, preferred embodiments have been described in detail for a failure detection method and system using the C-E inter-on resistance of an IGBT.
위 실시예에서 고장 예지의 대상으로 언급한 IGBT는 전력 반도체의 일종으로 언급한 것이다. 다른 종류의 전력 반도체는 물론, 그 밖의 다른 반도체 소자에 대해서도 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지가 가능함은 물론이다.In the above embodiment, the IGBT referred to as a failure prediction is referred to as a kind of power semiconductor. It goes without saying that the failure diagnosis according to the embodiment of the present invention is also possible for other semiconductor devices as well as other types of power semiconductors.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
110 : 전압 인가부
120 : 저항 측정부
130 : 고장 예지부
140 : 출력부110:
120: resistance measuring unit
130:
140:
Claims (6)
상기 전압이 인가된 트랜지스터의 온 저항을 측정하는 측정부; 및
상기 온 저항을 기초로, 상기 트랜지스터의 고장을 예지하는 예지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
An application unit for applying a voltage to the transistor;
A measuring unit for measuring on-resistance of the transistor to which the voltage is applied; And
And a prediction unit for predicting a failure of the transistor based on the on-resistance.
상기 트랜지스터의 전압과 상기 트랜지스터의 전압은,
시간의 경과에 따라 크기가 반대로 변하는 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage of the transistor and the voltage of the transistor are set so that,
And a pattern whose magnitude is reversely changed with the passage of time.
상기 예지부는,
상기 온 저항에 따른 잔여 수명이 매칭된 테이블, DB 및 관계식 중 적어도 하나를 참조하여, 상기 트랜지스터의 고장을 예지하는 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
The method according to claim 1,
The pre-
Wherein the failure prediction system predicts a failure of the transistor by referring to at least one of a table, a DB, and a relational expression in which the remaining service life according to the on resistance is matched.
고장 예지 결과를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
The method according to claim 1,
And an output unit for outputting a failure prediction result.
상기 온 저항은,
상기 트랜지스터의 C-E간 온 저항이고,
상기 트랜지스터는,
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
The method according to claim 1,
The on-
The on-resistance between the CE of the transistor,
The transistor comprising:
(IGBT) is an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
상기 전압이 인가된 트랜지스터의 온 저항을 측정하는 단계; 및
상기 온 저항을 기초로, 상기 트랜지스터의 고장을 예지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 예지 방법.Applying a voltage to the transistor;
Measuring an ON resistance of the transistor to which the voltage is applied; And
And predicting a failure of the transistor based on the on-resistance.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20151227 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination |