철도차량용 DCU(Door Control Unit) 전원모듈의 신뢰성평가에 관한 연구

Abstract

지하철 및 전동차 등의 철도 차량은 현재, 국민들에게 없어선 안 될 중요한 교통수단으로 자리매김하였다. 그러나 출입문 시스템의 빈번한 고장 발생으로 많은 고객들이 불편을 겪고 있는 실정이며, 2006년 이후로 차량의 도어 개폐 방식이 공압식 제어에서 전자식 제어로 바뀜에 따라 더욱 더 높은 신뢰성을 가진 제어 유닛이 필요하게 되었다. 이에 출입문 시스템의 DCU(Door Control Unit) 중, 전원 모듈에 대한 신뢰성 평가를 수행하였다.

실제 필드의 고장사례를 통해 FTA 및 FMEA를 실시하여 주요 고장원인 및 환경에 대한 스트레스 요인을 분석하였다. 또한 예비시험 및 QFD를 통해 고온고습이 주요 환경 스트레스임을 확인하였고 이에 관련 시험 규격 및 기존 논문을 참고하여, 평가를 위한 시험 엄격도를 선정하였다. 고장률보증 시험을 이용하였으며 가속을 위한 모형은 Peck’s Model을 사용하였다. 총 2,000시간동안 시험을 진행한 결과 PCB의 패턴 열화 및 국부 탄화, 커패시터 부풀음 및 누액 현상 등을 확인하였다. 또한 시험기간 동안 정격부하 상태에서 소비전류가 감소하는 경향성을 보였으며, DCU 전원모듈의 현재 B10 수명 수준을 재 추정하였다.

본 논문에서는 고온고습시험을 통해 DCU 전원모듈의 PCB 및 수동소자의 열화를 확인하였고, DCU 전원모듈의 현재 수명수준은 신뢰수준 60%에서 B10 수명 49,000시간으로 추정되었다. 이는 향후에 발생할 수 있는 고장에 대한 예측에 도움이 될 것으로 기대되며, 본 연구와 더불어 더욱 다양한 데이터가 축적되면 철도차량용 DCU 전원모듈의 신뢰성 향상은 물론, DCU 전반의 품질 향상에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.