KR20170077005A

KR20170077005A - Igbt의 c-e간 온 저항을 이용한 고장 예지 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20170077005A
Application number: KR1020150187023A
Authority: KR
Inventors: 한창운; 박승일
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2015-12-27
Filing date: 2015-12-27
Publication date: 2017-07-05

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.

Description

IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 방법 및 시스템{Breakdown Prediction Method and System according to the On Resistance between Collector and Emitter of IGBT}

본 발명은 신뢰성 평가 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 고장을 예지하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

전력 반도체 소자, 특히 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 신재생 에너지를 비롯한 각종 고전압/고전류 모듈에 널리 이용되면서 그 중요성이 커지고 있다.

이에 따라, 전력 반도체 소자의 결함에 의한 고장을 진단하고 예측하는 것이 더불어 중요한 문제로 부각되었다.

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.

그 결과, IGBT에 대한 보다 정확한 고장 예지는 매우 어려운 실정이라 할 수 있다.

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.

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.

그리고, 상기 트랜지스터의 전압과 상기 트랜지스터의 전압은, 시간의 경과에 따라 크기가 반대로 변하는 패턴을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 예지부는, 상기 온 저항에 따른 잔여 수명이 매칭된 테이블, DB 및 관계식 중 적어도 하나를 참조하여, 상기 트랜지스터의 고장을 예지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고장 예지 시스템은, 고장 예지 결과를 출력하는 출력부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 온 저항은, 상기 트랜지스터의 C-E간 온 저항이고, 상기 트랜지스터는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.

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.

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.

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.

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.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

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.

도 1에 도시된 바와 같이, IGBT가 On 상태에서, 콜렉터 전압은 시간이 지남에 따라 점차 증가하다 어느 순간에 고장 상태를 나타낸다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, IGBT가 On 상태에서, 콜렉터 전류는 시간이 지남에 따라 점차 감소하다가 어느 순간에 고장 상태를 나타낸다.

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.

이에, 변화 패턴이 민감하지 않은 Vce는 고장 예지를 위한 파라미터로 적합하지 않다.

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.

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.

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.

이에, IGBT의 C-E간 온 저항을 이용하여 고장을 예지하게 되면, 예지 민감도를 향상시킬 수 있다.

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.

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.

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.

전압 인가부(110)는 IGBT(10)의 게이트에 전압을 인가하고, 저항 측정부(120)는 IGBT(10)의 C-E간 온 저항을 측정한다.

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.

출력부(140)는 고장 예지부(130)에 의한 고장 예지 결과를 출력하기 위한 디스플레이를 포함한다.

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.

이를 위해, 먼저, IGBT의 게이트에 전압을 인가하고(S210), IGBT의 C-E간 온 저항을 측정한다(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.

이후, S230단계에서의 고장 예지 결과를 시각적으로 출력하여, 사용자/관리자에게 안내한다(S240).

지금까지, IGBT의 C-E간 온 저항을 이용한 고장 예지 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.

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.

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.

110 : 전압 인가부
120 : 저항 측정부
130 : 고장 예지부
140 : 출력부

Claims

트랜지스터에 전압을 인가하는 인가부;
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.
청구항 1에 있어서,
상기 트랜지스터의 전압과 상기 트랜지스터의 전압은,
시간의 경과에 따라 크기가 반대로 변하는 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
청구항 1에 있어서,
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.
청구항 1에 있어서,
고장 예지 결과를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 온 저항은,
상기 트랜지스터의 C-E간 온 저항이고,
상기 트랜지스터는,
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 하는 고장 예지 시스템.
트랜지스터에 전압을 인가하는 단계;
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.