절연형 Full-Bridge 토폴로지를 적용한 전동차 객실용 DC-DC 컨버터에 관한 연구 = A Study on Isolated DC-DC Converter Using Full-Bridge Topology for the Passenger Cars of Electric Railway Vehicles

국문 초록 (Abstract)

국내 철도차량은 스마트 철도 인프라 확충 계획, 열차 내 정보서비스 품 질 제고 정책 등으로 승객 안내표시기의 기술적 중요성이 지속적으로 확대 되고 있으며, 차량 지연, 화재 등 비정상 상황에서 신속하고 신뢰도 높은 승객 안내가 필수화되고 있다. 현재 운행 중인 전동차 객실 안내표시기는 운행 연수가 오래되고 부품 단종으로 제어기, 전원공급장치 등의 주요 부품이 열화되어 한쪽면 LED module이 점등되지 않거나, 전부 또는 일부 LED가 점등되지 않는 고장이 지속적으로 발생하고 있어 대책이 시급한 상황이다.
본 연구는 도시철도 전동차 객실용 안내표시기의 DC-DC Converter를 기존 절연형 Flyback Converter 타입에서 이론적 고찰 결과를 토대로 전압 활용률과 고전력 응용에서 최적의 성능을 제공하는 Full-Bridge Converter 를 적용한 설계와 부품 고장에도 지속적인 안내표시가 가능하도록 제어기 및 전원공급장치 이중화 설계를 제안하였다. 연구 결과 제안한 제어기와 전원공급장치의 출력 파형 결과에서 제어기는 Clock 주파수 값 2.1[㎒], Latch 펄스폭 값 4.760[ns], Clock-Latch 지연시간 값 384.5, 화면전환률 값 6.152[㎐]로 범위 내 충족하여 성능에 이상 없음을 확인하였다. 전원공급기는 중앙제어기용 전원공급장치 출력전 압 DC 12[V], 안내표시기 출력전압 DC 5[V]로 범위 내 충족하였고, 전원 공급장치 정상상태에서 A 전원공급장치가 고장 될 경우, ch2는 ch1과 상 보적으로 동작하여 B 전원공급장치에서 전원이 인가되어 이중화 성능에 이 상 없음이 확인되어 기존 제어기와 전원공급장치보다 성능이 향상되었다. 또한 현차시험에서 승객 안내표시기의 정상적 표시를 확인하여 운행열차 적용 가능성을 입증하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구목적 및 필요성 1
• 1.2 논문의 구성 4
• Ⅱ. 전동차 객실용 전원공급장치 5
• 2.1 전동차 안내 표시장치 5
• 2.2 전원공급장치 고장분석 8
• Ⅲ. 전원공급장치 이론적 고찰 18
• 3.1 비절연형 방식 18
• 3.2 절연형 방식 23
• Ⅳ. 안내표시기 설계 및 실험 42
• 4.1 안내표시기 설계 42
• 4.2 안내표시기 실험 47
• 4.3 현차 검증 52
• Ⅴ. 결론 55