정기헌
(Gi-Heon Jeong)
1iD
이형우
(Hyung-Woo Lee)
2iD
이교범
(Kyo-Beum Lee)
†iD
-
(Body Mechanism Engineering Design team, Hyundai Motor Company, Korea.)
-
(Dept. of Electrical and Computer Engineering, Ajou University, Korea.)
Copyright © The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
Fault tolerance, Fault control, Switch open fault, Inverter reliability, Funtional reliability, xEV Inverter
1. 서 론
최근 완성차를 생산하는 대부분의 업체에서는 내연 기관이 사용하는 화석 연료를 줄이기 위하여 전기 자동차 개발 및 양산에 많은 투자를 하고 있다. 배터리
기술이 집약적으로 발전하면서 전기 에너지만으로 동력을 발생시키는 전기 자동차로의 변화가 빨라지고 있다. 자동차의 동력을 발생시키는 주체가 화석 연료를
사용하는 내연 기관에서 전기를 사용하는 전동기로 전환되면서 전력 변환 장치는 전기 자동차의 핵심부품으로 부상되고 있다. 전동기를 포함하여 각종 부하를
제어하거나 계통에 원하는 전력을 공급하기 위해서는 인버터 또는 컨버터가 필요하다(1-2).
자동차에 적용되는 전기 전자 부품의 경우 안전성 보장을 위해서 국제 표준 규격 및 법규를 통해 규제하고 있다. 첫째는 국제 표준 규격으로는 전기 전자
부품의 기능 안전 (Functional Safety) 과 관련된 ISO26262가 있으며, 전기 자동차의 요구 사항을 제시하고 있다. ISO26262는
자동차 부품 시스템에서 전장 부품 적용의 증가로 인한 위험 관리를 주요 목적으로 한다(3). ISO 기능 안전 관점으로는 부품별로 발생 될 수 있는 고장을 예측하고, 고장 날 확률을 계산하여 차량이 안전한 상태를 유지 할 수 있어야 한다(4). 두 번째는 본 논문에서 제안하는 자동차 시계를 확보하는 부품이 안전을 위해 필수로 확보해야 하는 성능과 관련된 법규로 EU672/2010이 있다.
차량의 앞 또는 뒤의 창유리는 운전 중 얼음 또는 습기가 생기는 상황에서 안전을 확보하기 위해 제상 또는 제습을 위한 히터 장치가 필요하다. 일반적으로
차량에 장착되는 히터 장치는 유럽 법규인 EU672/2010에서 요구하는 제상 또는 제습 성능을 만족해야 한다. 또 다른 개념의 제상 및 제습 장치로
발열 창유리가 있으며, 이 경우에는 기존의 히터에 적용되는 법규인 EU672/2010의 요구 성능 및 기능 안전 확보를 위한 ISO26262를 만족해야
한다(5). 따라서 법규 및 기능 안전 규격을 만족하기 위해서는 전력 공급 장치의 기능 안전성은 반드시 확보해야 한다. 전력 공급 장치의 내부 소자가 고장이
발생 된 상황에서도 정상적인 기능을 제공하기 위해서는 전력 변환 시스템의 고장 모드에 대한 분석이 필요하다.
전력 변환 시스템의 고장 모드 중 21%는 반도체 소자의 고장에 해당하는 것으로 조사되었다. 스위치 장치의 고장은 개방 고장과 단락 고장으로 구분되고,
단락 고장은 개방 고장에 비해 심각하며 시스템 손상에 영향을 미치므로 확인되는 즉시 시스템 구동을 멈춰야 한다. 반면에 스위치 장치의 개방 고장의
경우 스위치 단락 고장 수준은 심각하지 않지만 인버터에서 출력 상전류의 왜곡, 문제가 발생하지 않은 정상 상의 전류 증가, 중성점 전압의 불균형 문제를
발생시킨다. 왜곡된 정보에 의해 발생된 노이즈로 다른 정상 부품에서 고장이 발생 될 가능성이 증가할 수 있으므로 인버터 시스템의 기능 신뢰성을 향상하기
위해서는 전력반도체 스위치의 개방 고장을 안전하게 제어할 수 있는 작동 모드에 대한 고려가 필요하다. 따라서 개방 고장이 발생하는 경우 인버터 출력
성능을 정상적인 상태와 유사하게 유지하기 위해 고장진단 및 허용제어가 필요하다(6). 허용제어는 시스템을 구성하고 있는 요소에 고장이 발생하더라도 전체 시스템의 중단 없이 부여된 기능을 지속적으로 사용할 수 있는 시스템을 의미하며
인버터의 기능 신뢰성을 보장한다(7).
기존에 제안된 인버터 개방 스위치 고장부 판별 시스템의 경우 인버터의 각 상의 상부의 스위치를 켜진 상태로 고정하는 상단 환류 모드 또는 각 상의
하부 스위치를 켜짐 상태로 고정하는 하단 환류 모드로 동작시 펄스폭 변조 인버터의 출력 전류 파형을 분석하여 개방 스위치의 고장을 판별하였다(8). 이는 전력반도체 스위치 개방 고장에 대하여 실시간으로 판별하지 못하는 단점이 있고, 고장 발생시 인버터 사용이 제한되는 문제점이 있다. 이에 따라서
기존 방법은 작동에 대한 신뢰성을 요구하는 자동차 부품에 적용할 수 없다.
본 논문은 전기차 발열 유리의 기능 신뢰성 확보를 위한 3레그 2상 인버터의 허용제어 기법을 제안한다. 기존의 좌표 변환과 복잡한 수식 적용 없이
실시간으로 2주기 내에 측정된 전류의 크기로 개방 고장진단을 한다. 고장이 감지된 전력반도체의 스위치를 정지하고, 고장이 감지되지 않은 다른 전력반도체를
항상 도통 되도록 고정한다. 3레그 2상 인버터에서 개방 고장진단이 발생한 스위치 별로 고장 상태를 구분하여 a상, b상, c상의 시비율을 조절한다.
인버터를 구성하는 스위치별 시비율 조절 및 위상천이 제어를 통하여 개방 고장이 발생된 스위치에 고장 전과 동일한 전력을 공급하여 기능 신뢰성을 확보한다.
기능 신뢰성 확보 기법은 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증한다.
2. 고장진단 및 허용제어 인버터의 구성
2.1 3레그 2상 인버터 시스템의 구성
그림 1은 3레그 2상 인버터 시스템 구성도이다. 차량에서 독립적으로 작동하는 두 개의 발열 유리 시스템을 구성하였으며, 독립적으로 제어하기 위하여 6개의
MOSFET 스위치를 가지는 3레그 2상 인버터 시스템을 구성하였다.
여기서 VDC는 입력 전압이며, Va, Vb, Vc는 각각의 a, b, c 레그에서 출력되는 전압이다. a상을 예로 들어 설명하면 상단에 위치한 MOSFET
스위치의 경우 SaH라고 표현하고, 하단은 SaL이다. 본 논문에서 다루는 발열 유리 부하는 각각 a상과 c상에 연결되어 있는 회로이며, b상은 부하의
독립 제어를 위하여 중성상으로 사용한다.
그림. 1.3레그 2상 인버터 시스템
Fig. 1. 3-leg 2-phase inverter system
중성상으로 사용되는 b상에 흐르는 전류는 a상과 c상의 합과 동일한 크기지만 반대 부호의 전류가 흐른다. 예를 들어 a상이 +20A, c상이 +20A가
흐르는 경우 b상의 경우 –40A가 흐른다.
2.2 다부하 독립제어를 위한 위상천이 및 시비율 제어
3레그 2상 인버터 시스템이 정상 작동하는 경우를 고려하여 전체 MOSFET 스위치의 시비율을 0.5로 고정하여 개별 MOSFET 스위치의 내구 수명을
동등한 수준으로 동작할 수 있도록 설정하였다. 이를 통하여 허용제어가 발생하지 않는 조건에서 스위치의 작동 횟수 차이에 따른 작동 불량이 발생되지
않도록 기본적인 안전성을 확보하였다. 또한 위상천이 기법 적용을 통한 전압 제어를 실시하고, 두 개 이상의 다중 부하에 대한 독립 제어가 가능하다.
위상천이 기법은 요구되는 전력 출력 값에 따라 100% 전력 출력이 필요한 경우 그림 2(a)와 같이 바이폴라 방식으로 작동하고, 100% 미만의 전력 출력이 필요한 경우 그림 2(b)와 같이 유니폴라 방식으로 구현 가능하다. 그림 2에서 Va는 a상에서 발생되는 전압, Vb는 b상에서 발생되는 전압, Vab는 a상과 b상의 선간 전압이다.
그림. 2. 위상천이 기법을 이용한 출력 전압 제어
Fig. 2. Output voltage control by using phase shift method
중성상의 삼각파 위상을 기준점으로 발열 유리 부하의 삼각파 위상천이 각도를 조절하며, 중성상인 b상과 각 발열 유리 부하가 연결된 상인 a상과 c상의
삼각파 위상차를 이용하여 독립적인 전압 인가가 가능하다. 위와 같은 제어 방법을 적용하는 경우 부하 추가에 따른 별도의 개별 제어 기법이 요구되지
않으므로 제어의 효율성 확보가 가능하다.
2.3 고장진단 방법
인버터 스위치의 고장진단은 기존에 사용하던 복잡한 좌표 변환 및 수식 변환 없이 발열 유리에 인가된 전류의 크기를 측정하여 MOSFET 전력반도체의
고장을 진단한다. 표 1과 같이 정상 상태에에서는 고장 상태 코드가 0으로 출력된다. 여기서 SQ#는 전류 측정 순서를 의미한다. 2주기 동안 SQ#0에서 SQ#3까지 총
4회 전류 크기를 순차적으로 측정하여 스위치 고장진단 후 고장 상태를 0에서 6까지의 지정된 코드로 표시한다. 고장 상태 코드 출력으로 3레그 2상
인버터의 스위치 삼각파의 크기가 최대일 때 전류의 값이 최대 값을 가지면 iH가 출력되고, 고장이 발생되어 삼각파가 최대 또는 최소일 때 전류 값은
0A이다. 나머지 경우로 삼각파가 최소인 경우에는 –iH가 출력된다.
그림. 3. 정상 상태 및 고장 상태의 전류 파형
Fig. 3. Current waveform of steady state and fault state
표 1. 스위치 고장에 따른 고장 상태 진단
Table 1. Diagnosis of switch fault condition
|
항목
|
SQ#0
|
SQ#1
|
SQ#2
|
SQ#3
|
고장
|
고장 상태 코드
|
|
a상 전류
|
iH
|
-iH
|
iH
|
-iH
|
없음
|
0
|
|
c상 전류
|
iH
|
-iH
|
iH
|
-iH
|
|
a상 전류
|
0
|
-iH
|
0
|
-iH
|
a상 상단
|
1
|
|
c상 전류
|
iH
|
-iH
|
iH
|
-iH
|
|
a상 전류
|
iH
|
0
|
iH
|
0
|
a상 하단
|
2
|
|
c상 전류
|
iH
|
-iH
|
iH
|
-iH
|
|
a상 전류
|
iH
|
-iH
|
iH
|
-iH
|
c상 상단
|
3
|
|
c상 전류
|
0
|
-iH
|
0
|
-iH
|
|
a상 전류
|
iH
|
-iH
|
iH
|
-iH
|
c상 하단
|
4
|
|
c상 전류
|
iH
|
0
|
iH
|
0
|
|
a상 전류
|
iH
|
0
|
iH
|
0
|
b상 상단
|
5
|
|
c상 전류
|
iH
|
0
|
iH
|
0
|
|
a상 전류
|
0
|
-iH
|
0
|
-iH
|
b상 하단
|
6
|
|
c상 전류
|
0
|
-iH
|
0
|
-iH
|
오픈 고장 모드가 발생되는 전력반도체의 위치에 대해 정확하게 확인 가능하다.
그림 3에서 iH1은 3레그 2상 인버터에 연결된 발열 유리#1이며 iH2는 발열 유리#2이다. 그림 3(a)의 측정 시점과 같이 한주기 동안에 +iH 및 –iH에서 각각 1회식 측정하므로 총 2회의 전류 측정을 실시한다. 이를 통하여 반도체 스위치의 개방
고장에 대하여 상시 진단이 가능하다. 그림 3(b)는 발열 유리 #1에 전류를 공급하는 MOSFET 전력반도체 스위치가 개방성 고장이 발생한 경우이며, 상단의 전류가 0의 값으로 출력된다.
2.4 허용제어 방법
발열 유리는 저항 특성을 가지고 있는 부하이고, 인가되는 전압의 RMS(Root Mean Square) 값이 인가 전력을 결정하므로 허용제어는 고장
발생 전후에서 같은 값을 유지하도록 설정해야 한다. 인버터에 구성된 전력반도체의 고장이 판단되는 경우 정상 동작시 인가하던 전력을 유지하기 위하여
계산된 시비율 및 위상천이 값을 정상 동작하는 상에 적용한다. 고장이 발생한 상은 허용제어를 할 때 스위칭 상태가 고정되기 때문에 다른 상의 시비율
변경은 고장이 발생한 상의 전류의 도통을 결정한다. 예를 들면 a상의 하단 스위치가 고장났을 경우에는 a상 상단의 스위치를 on 상태로 고정하고,
b상의 시비율 제어에 의해 a상의 전류 도통이 결정된다. 위상천이가 적용되는 이유는 정상 동작 및 허용제어 영역에서 각 상에 인가되는 전력을 제어하기
위해 수행된다.
표 2. 고장 상태에 따른 허용제어 시비율 표
Table 2. Duty ratio according to switch fault condition
|
고장 스위치
|
고장 상태
|
a상 시비율
|
b상 시비율
|
c상 시비율
|
|
정상 동작
|
0
|
0.5
|
0.5
|
0.5
|
|
a상 상단
|
1
|
0
|
위상a/180
|
|(위상c/180 – 위상c/180)|
|
|
a상 하단
|
2
|
1
|
1 – 위상a/180
|
1 – |위상c/180 – 위상a/180)|
|
|
c상 상단
|
3
|
|(위상a/180 – 위상c/180)|
|
위상c/180
|
0
|
|
c상 하단
|
4
|
1 – |(위상a/180 – 위상c/180)|
|
1 – 위상c/180
|
1
|
|
b상 상단
|
5
|
위상a/180
|
0
|
위상c/180
|
|
b상 하단
|
6
|
1 − 위상a/180
|
1
|
1 − 위상c/180
|
허용운전 영역에서 인가 전력의 변경이 필요한 경우에는 개방성 고장이 발생한 스위치가 고정되어 있는 상태이므로
표 2와 같이 위상천이 뿐만 아니라 시비율 제어가 함께 동작한다.
표 2에서 발열 유리에 100% 전력이 인가되는 경우에는 바이폴라 방식으로 풀 브릿지로 동작한다. b상을 기준으로 a상 및 c상의 위상차를 180˚로 제어한다.
100% 미만의 전력이 인가되는 경우에는 b상을 기준으로 a상 및 c상의 위상차를 180˚ 미만으로 제어한다. 예를 들어 a상이 180˚, b상이
0˚, c상이 180˚인 경우에는 a상 및 c상에 연결된 발열 유리에 각각 100% 전력이 공급되므로 바이폴라로 동작한다. a상이 120˚, b상이
0˚, c상이 180˚인 경우에는 a상은 유니폴라 동작으로 67%의 전력이 공급되고, c상은 100% 전력 공급이 되므로 바이폴라로 동작한다. 이를
통하여 1도의 위상차는 0.56 %의 전력 차이가 있음을 확인했다.
정상 동작의 경우 시비율을 0.5로 고정한 상태에서 위상천이 기법을 적용하면 각 상에 인가되는 전력을 개별 제어할 수 있다. 그러나 고장이 발생 되어
허용제어가 동작하는 경우에는 인가 전력을 고장 전과 동일한 전력 공급을 위하여 시비율 제어뿐만 아니라 위상천이 기법이 동시에 적용되어야 한다.
3. 시뮬레이션 결과
그림 4및 그림 5는 본 논문에서 제안하는 기법 및 정상상태에 대한 시뮬레이션 결과이다. 입력 전압은 48V, 주파수는 200Hz로 선정하고 저항(R, Resistance)
특성을 가지는 발열 유리 #1과 발열 유리 #2의 입력 저항은 각각 1.6Ω으로 설정하였다. 3레그 2상 인버터 시스템에서 각 상의 전력반도체 스위치별로
고장이 발생되는 시점을 0.11초로 가정하고 PowerSim 소프트웨어로 시뮬레이션을 진행하였다.
그림 4(a)는 정상상태이고, 그림 4(b)는 a상 하단 스위치의 고장진단 및 허용제어가 동작된 시뮬레이션 결과이다.
그림. 4. 정상 상태 및 a상 하단 스위치의 고장 시뮬레이션 결과
Fig. 4. Simulation result of steady state and a-leg lower switch open-fault state
그림 4(b)는 0.11초 시점에 인버터의 a상 하단 스위치가 고장이 발생되었으며, 10ms 내에 고장진단 및 허용제어 동작을 실시한다. 2주기 내에 고장을 판단하고
고장 상태 코드 2번으로 출력하면서 허용제어가 실행되었다. 허용제어가 동작하는 시간은 전력반도체의 작동 주파수와 상관성을 가진다. 2주기에 해당하는
약 10ms 동안에는 하단 스위치만 동작하지 않으므로 Ia는 정상상태의 RMS 전류값인 30ARMS 값 대비 72% 수준인 21.5ARMS의 전류가
흐르고 34.5VRMS의 전압을 발생되는 것을 확인하였다. 그러므로 발열 유리의 작동은 고장진단 및 허용제어가 작동하는 약 10ms의 구간에도 전류가
흐르므로 일부 성능의 저하가 있을 수 있지만 발열 기능은 동작 가능하다. Ic의 경우 a상에서 고장진단과 허용제어가 진행되는 시점과 무관하게 30ARMS의
전류 및 47.9V의 전압이 흐른다. 시뮬레이션을 통하여 고장 발생 전 상태, 고장진단 중 상태, 허용제어 동작 시점에 대하여 단계별 전류 및 전압의
RMS 값을 확인하였으며, 허용제어가 동작하는 경우 전류 및 전압의 RMS 출력 값은 고장 전과 동일한 상태로 제어되는 것을 확인하였다.
그림 5는 3레그 2상 인버터에서 a상과 c상의 부하 출력 조건을 변경한 허용제어 시뮬레이션 결과이다. 그림 5(a)는 a상의 부하 출력을 66%로 변경하고, c상은 100% 출력인 경우이며, 그림 5(b)는 (a)조건의 반대의 경우이다. 그림 4와 마찬가지로 a상 하단의 스위치 고장을 시뮬레이션으로 구현하였으므로 고장 상태는 숫자 2로 출력되었다. 또한 표 2에서 제시한 시비율 값에 따라 허용제어 이후의 출력 값이 달라지는 것을 확인하였다. 이를 통하여 위상천이 기법을 활용한 출력 부하가 변경되는 경우에도
고장진단 및 허용제어가 정상적으로 동작하는 것을 검증하였다.
그림. 5. 각 상의 출력 제어에 대한 허용제어 시뮬레이션
Fig. 5. Fault tolerance simulation for power control of each phase
그림 5와 같이 a상 또는 c상의 출력을 100% 미만으로 변경하여 유니폴라로 동작하는 경우에는 삼각 반송파의 위상 변경을 위하여 a상, b상, c상에 대한
위상천이 각도에 대한 계산이 필요하다. 출력 부하가 0%인 경우는 0˚인 경우이며 100% 출력의 경우 180˚이다. 상세 부하별 위상천이 각도는
식(1)을 활용하여 계산 후 시뮬레이션에서 반영하였다.
식(1)에서 Phase (a, b, c)는 각 상의 가상의 삼각파 위상 각도, x는 a상에 연결되어 있는 발열 유리#1의 위상천이 각도, y는 c상에 연결되어
있는 발열 유리#2의 위상천이 각도이다. 중성상인 b상의 삼각파 위상각은 z˚이다.
시뮬레이션을 통하여 제안하는 기법의 고장진단 및 허용제어가 동작되면 발열 유리의 기능 안전에 대하여 확보할 수 있음을 검증하였다.
4. 실험 결과
4.1 실험 구성
제안된 3레그 2상 인버터의 허용제어는 실험적으로 검증되었다. 그림 6에서 제안하는 허용제어를 검증하기 위해 사용된 하드웨어 구성이다. 제어 보드의 DSP는 TI사의 TMS320F28377S 칩에 기반하여 제어 로직이
설계되었으며, MOSFET 전력반도체 소자는 INFINEON사의 IPP048N12N3GXKSA1을 사용하였다. 실험 조건은 시뮬레이션과 동일하게 b상을
중성상으로 사용하고, a상 및 c상에 발열 유리 부하를 구성하여 실시하였다.
그림. 6. 3레그 2상 인버터의 하드웨어 구성
Fig. 6. Hardware set up of three-leg two-phase inverter
4.2 고장진단 및 허용제어 검증 실험 결과
3레그 2상 인버터에서 a상 하단의 MOSFET 전력반도체 스위치가 개방 고장진단이 발생하는 시나리오 기반으로 실험을 진행하였다. 각 부하별 독립
전력 제어 조건을 포함하여 총 3가지의 제어 동작 모드에 대하여 검증하였다. 시뮬레이션과 동일하게 2주기 동안 4회의 전류 측정을 통해 고장진단을
실시하였다. 그림 7의 첫 번째 시나리오는 a상과 c상에 100% 전력이 인가되는 바이폴라 모드에 대한 허용제어 모드이다. 여기서 Vabc-high, low는 abc
상의 상하단 스위치의 드레인-소스 전압이며, Iac는 ac 상전류이다. 그림 7의 ⓐ 구간의 경우 정상 동작 모드이며, ⓑ 구간은 a상의 하단의 전력반도체 스위치에서 개방 고장이 발생된 상태이다. 2주기 내에 고장진단을 실시하여
ⓒ구간에서 a상 및 c상에 고장진단이 발생되기 전과 동일한 100% 전력이 정상적으로 공급되었다. 2주기 내에 고장을 진단하는 시간은 스위칭 주파수에
따라서 달라지며, 본 실험에서는 2주기에 해당하는 10ms 내에 고장을 진단하고 허용제어로 정상 동작하는 것을 검증하였다.
그림. 7. 허용제어 시나리오 #1 실험 결과
Fig. 7. Experimental result of fault tolerance scenario #1
허용제어의 두 번째 시나리오는 a상과 c상에 각각 다른 비율의 전력을 독립적으로 인가하는 모드이다. a상에는 최대 출력의 66%의 전력을 인가하는
유니폴라로 작동하고, c상은 100% 출력을 인가하는 바이폴라로 동작하는 혼합 모드이다. 실험으로 검증한 세 번째 시나리오는 두 번째 시나리오의 반대의
경우로 a상을 100% 출력인 바이폴라로 동작시키고, c상은 66% 전력 출력을 가지는 유니폴라로 동작시키는 허용제어 모드이다.
그림 8는 정상작동, 고장진단, 허용제어 시나리오#1, 시나리오#2, 시나리오#3을 순차적으로 동작시킨 결과이다.
그림. 8. 고장진단 및 허용제어 시나리오 #1, #2, #3 실험 결과
Fig. 8. Experimental result of fault tolerance scenario #1, #2, #3
그림 8의 ⓐ 구간의 경우 정상 동작 모드이며, ⓑ 구간은 a상의 하단의 전력반도체 스위치에서 개방 고장이 발생된 상태이다. ⓒ구간은 a상 및 c상에 고장진단이
발생되기 전과 동일하게 각각 100% 전력이 공급되는 바이폴라 모드에 대한 허용제어 실험 결과이다. ⓓ구간은 두 번째 시나리오와 동일한 a상과 c상에
독립 전력 제어를 실험한 결과이다. ⓔ구간은 두 번째 시나리오에서 a상과 c상에서 작동하는 모드의 반대 경우에 대한 실험 결과이다.
그림 7및
그림 8의 실험 결과는 시뮬레이션 결과와 일치하는 것을 확인하였다.
제안하는 허용제어 로직의 경우 실험 결과에 따라 3레그 2상 인버터의 중성상을 제외하고 부하가 있는 a상과 c상의 독립적인 전력 출력과 무관하게 정상적인
전력공급이 가능하다. 본 논문에서 제안하는 고장진단 및 허용제어 로직의 적용을 통해 전기차에 적용되는 발열 유리의 기능 신뢰성이 확보됨을 검증하였다.
5. 결 론
본 논문은 전기차 부품의 기능 신뢰성 확보를 위한 3레그 2상 인버터의 허용제어 기법을 제안하였다. 기존의 좌표 변환과 복잡한 수식 적용 없이 실시간으로
2주기 내에 측정된 전류의 크기로 개방 고장진단을 하였다. 고장이 감지된 전력반도체의 스위치를 정지하고, 고장이 감지되지 않은 다른 전력반도체를 항상
도통 되도록 고정하였다. 3레그 2상 인버터에서 개방 고장이 발생한 스위치 별로 고장 상태를 구분하여 a상, b상, c상의 시비율을 변경하였다. 인버터를
구성하는 스위치별 듀티비 조절 및 위상천이 제어를 통하여 개방 고장이 발생 된 스위치에 고장 전과 같은 크기의 전력을 공급하여 기능 신뢰성을 확보하였다.
또한 각 상의 부하에 개별적으로 인가하는 출력 및 작동 모드와 무관하게 허용제어가 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다. 기능 신뢰성 확보 기법은 시뮬레이션과
실험을 통하여 검증하였다.
Acknowledgements
This research was supported by the Korea Institute of Energy Technology Evaluation
and Planning(KETEP) and the Ministry of Trade, Industry & Energy(MOTIE) of the Republic
of Korea (No.20206910100160 and No.20225500000110)
References
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S. H. Park, Apr. 2011, Design and Control of Unified Power Conversion System for EV,
Ph.D. Dissertation Department of Mechatronics Engineering, Graduate School of Sungkyunkwan
University, pp. 1-204
G. T. Lim, Dec. 2013, On the Improvement and Application of the FMEA Process in ISO
26262, Ph.D. Dissertation Department of Systems Engineering, Graduate School of Ajou
University, pp. 1-87
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저자소개
He received his B.S. degree in Mechanical and Automotive Engineering from Keimyung
University, Daegu, South Korea, in 2008; and his M.S. degree in IT Convergence Engineering
from Ajou University, Suwon, South Korea, in 2022.
He has been working as a researcher in the Hyundai Motor Group R&D Division since
2008.
His current research interests include electric machine drives for noise reduction,
and inverter systems for the electric vehicles.
E-mail: ssangdumacha@gmail.com
He received his B.S. and M.S. degrees in Electrical and Computer Engineering from
Ajou University, Suwon, South Korea, in 2020 and 2022, respectively.
He is presently working towards his Ph.D. degree in Electrical and Computer Engineering
at Ajou University.
His current research interests include electric machine drives, power electronics,
and control systems.
E-mail: tiger0322@ajou.ac.kr
He received his B.S and M.S. degrees in Electrical and Electronic Engineering from
Ajou University, Suwon, South Korea, in 1997 and 1999, respectively.
He received his Ph.D. degree in Electrical Engineering from Korea University, Seoul,
South Korea, in 2003.
From 2003 to 2006, he was with the Institute of Energy Technology, Aalborg University,
Aalborg, Denmark.
From 2006 to 2007, he was with the Division of Electronics and Information Engineering,
Jeonbuk National University, Jeonju, South Korea.
In 2007, he joined the Department of Electrical and Computer Engineering, Ajou University,
Suwon, South Korea.
He is an Editor-in-Chief of the Journal of Power Electronics.
He is an associated editor of the IEEE Transactions on Power Electronics.
His current research interests include electric machine drives, renewable power
generations, and electric vehicle applications.
E-mail: kyl@ajou.ac.kr