고장나무를 이용한 양방향 컨버터의 신뢰성 분석
Fault-tree based reliability analysis for bidirectional converter
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초록
본 논문에서는 양방향 dc-to-dc 컨버터의 고장원인, 고장영향, 고장 결과를 파악하기 위한 failure mode and effectanalysis (FMEA)와 양방향 컨버터의 위험도를 고려한 fault-tree analysis (FTA)를 통해 고장률을 예측한다. 전기차의 구동전압을 효율적으로 상승시키기 위해 인버터 앞단에 부착되는 양방향 컨버터는 배터리 전력을 dc-link 커패시터로 방전시키는 승압모드와 회생전력을 배터리로 충전시키는 강압모드를 가진다. 양방향 컨버터의 동작 특성을 고려한 FMEA 결과를 바탕으로 컨버터의 위험도를 고려한 고장나무를 설계한다. 전기차 MCU용에 맞는 설계 파라메타를 설정하고 출력전압 리플과인덕터 전류 리플에 따른 커패시터와 인덕터의 부품 고장률을 분석한다. 또한 동작 온도에 따른 주요부품의 고장률을MIL-HDBK-217F를 이용하여 구한다. 마지막으로 부품 고장률을 고장나무의 기본 사상의 고장률로 반영하여 컨버터 고장률과 평균고장시간을 예측한다.
Abstract
The failure rate of bidirectional dc-to-dc converter is predicted through the failure mode and effect analysis (FMEA)and the fault-tree analysis (FTA) considering the operational risk. In order to increase the driving voltage of the electricvehicle efficiently, the bidirectional converter is attached to the front of the inverter. It has a boost mode for dischargingbattery power to the dc-link capacitor and a buck mode for charging the regenerative power to the battery. Based on theresults of the FMEA considering the operating characteristics of the bidirectional converter, the fault-tree is designedconsidering the risk of the converter. After setting the design parameters for the MCU for the electric vehicle, weanalyze the failure rate of the capacitor due to the output voltage ripple and the inductor component failure rate due tothe inductor current ripple. In addition, we obtain the failure rate of major parts according to operating temperature usingMIL-HDBK-217F. Finally, the failure rate and the mean time between failures (MTBF) of the converter are predicted byreflecting the part failure rate to the basic event of the fault-tree.
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