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문제 정의
- 본 연구는 실외 조명 LED용 SMPS에 대해 온도, 습도 2가지 요인을 통하여 시험을 통해 실외 조명 LED용 SMPS에 맞는 가속수명시험법을 개발하였다.
제안 방법
- 고온 고습 동작 시험에서 진행하였던 두 조건 85℃ 50% R.H, 85℃ 90% R.H에서 고장이 발생했기 때문에 모델식을 이용하여 신뢰성 수준을 추정하였다. 가속 추정 전 형상모수와 척도모수를 통한 가속성 성립 여부를 검정 한 결과 [Table 14]와 [Fig.
- 고온 시험 결과 85℃ 조건은 총 1,900시간까지 진행하였고, 110℃ 조건에서는 시료가 모두 고장이 발생한 950시간까지 시험을 진행하였다. [Fig.
- 본 논문에서는 앞서 실시한 FMEA, QFD를 참고하여 고온 시험과 고온 고습 시험을 진행하였다. 온도는 예비 시험을 통해 제품의 특성이 유지되는 120 ℃를 기준으로 각 제품별 편차치를 고려해 시험 최대 온도를 약 110℃로 정하였다.
- 앞서 실시한 고온 동작 시험에서 두 조건 85 ℃, 110℃에서 모두 고장이 발생했기 때문에 모델식을 이용하여 신뢰성 수준을 추정하였다. 가속 추정 전 형상모수와 척도모수를 통한 가속성 성립 여부를 검정 한 결과 [Table 8]과 [Fig.
- 본 논문에서는 앞서 실시한 FMEA, QFD를 참고하여 고온 시험과 고온 고습 시험을 진행하였다. 온도는 예비 시험을 통해 제품의 특성이 유지되는 120 ℃를 기준으로 각 제품별 편차치를 고려해 시험 최대 온도를 약 110℃로 정하였다.
- 시험결과, 실외 조명 LED용 SMPS는 온도 조건에서는 3모델 모두 가속성이 성립하였고, 습도 조건에서는 외산 모델만 가속성이 성립하였다. 이러한 가속성 성립 여부에 따라 가속수명시험모델을 추정하였다.
- 고온동작 시험 결과 제품의 열화로 인한 효율 감소를 보이지 않았으나 제품 작동에 문제가 발생하였다. 이에 수명 산출은 제품의 생존 여부에 맞춰서 수명 산출을 하였다.
- 필드에서 사용되는 BLDC 모터 드라이버의 고장사례 및 모터 드라이버의 구조를 참고하여 다음 [Table3]과 같이 FMEA 분석 하였다. FMEA 분석한 결과 필터가 RPN 점수가 가장 높았으며, 그 뒤에 IC, 트랜스, 커패시터가 높았다.
- 실외 조명 LED용 SMPS는 모든 제품이 몰딩 후 판매가 되고 있는 시점이므로 몰딩제품에 대해 일관되게 적용할 수 있는 가속시험법을 제안하는 것이 바람직하다. 한 모델에서만 가속성립이 된 습도를 제외하고 모든 조건에서 성립된 온도를 이용한 수명-스트레스 관계식, 가속계수를 [Table 19]로 제안한다. 각각의 식들은 3가지 제품(국산 A, 국산 B, 외산 C)에 대해서 통합된 가속시험법을 추정 파라메터의 범위를 포함하였다.
대상 데이터
- 한 모델에서만 가속성립이 된 습도를 제외하고 모든 조건에서 성립된 온도를 이용한 수명-스트레스 관계식, 가속계수를 [Table 19]로 제안한다. 각각의 식들은 3가지 제품(국산 A, 국산 B, 외산 C)에 대해서 통합된 가속시험법을 추정 파라메터의 범위를 포함하였다.
- 본 논문에서 사용한 SMPS는 가속수명시험법 개발을 위하여 대표성을 가지는 150W 급 제품 국산 2종과 외산 1종을 선정 하였다.
성능/효과
- 필드에서 사용되는 BLDC 모터 드라이버의 고장사례 및 모터 드라이버의 구조를 참고하여 다음 [Table3]과 같이 FMEA 분석 하였다. FMEA 분석한 결과 필터가 RPN 점수가 가장 높았으며, 그 뒤에 IC, 트랜스, 커패시터가 높았다.
- H에서 고장이 발생했기 때문에 모델식을 이용하여 신뢰성 수준을 추정하였다. 가속 추정 전 형상모수와 척도모수를 통한 가속성 성립 여부를 검정 한 결과 [Table 14]와 [Fig. 7]과 같이 에폭시로 몰딩된 제품 국산 A, 국산 B에서는 가속성 여부가 성립되지 않았지만, 실리콘으로 몰딩된 외산 C모델에서는 가속성 여부가 성립되었다.
- 앞서 실시한 고온 동작 시험에서 두 조건 85 ℃, 110℃에서 모두 고장이 발생했기 때문에 모델식을 이용하여 신뢰성 수준을 추정하였다. 가속 추정 전 형상모수와 척도모수를 통한 가속성 성립 여부를 검정 한 결과 [Table 8]과 [Fig. 5]와 같이 SMPS 3모델 모두 가속성 성립이 되는 것으로 확인 하였다.
- QFD 2단계는 QFD 1단계에서 분석된 고장 모드 점수의 합계로 다음 [Table 5]와 같이 시험 내용을 결정하였다. 그 결과 고온, 고온고습 시험이 가장 큰 영향을 주는 고장메커니즘으로 확인하였다.
- 습도에 대한 가속 수명 시험 모델은 펙 모델과 역승모델을 사용하여 얻었으며, 각 제품 중 에폭시로 몰딩된 제품 국산 A, 국산 B에서는 가속성 여부가 성립되지 않았지만, 실리콘으로 몰딩된 외산 C 모델에서는 가속성 여부가 성립되었다. 이는 습도가 실외조명용 SMPS의 가속시험 제안법에 적절하지 않지만 몰딩 성분에 따른 가속성 성립에 대한 추가적인 시험이 가능할 것으로 추측이 된다.
- 시험결과, 실외 조명 LED용 SMPS는 온도 조건에서는 3모델 모두 가속성이 성립하였고, 습도 조건에서는 외산 모델만 가속성이 성립하였다. 이러한 가속성 성립 여부에 따라 가속수명시험모델을 추정하였다.
- 실외 조명 LED용 전원공급 장치의 가속 수명 시험법을 위해 2가지 스트레스 요인(온도, 습도)를 고려하여 시험을 수행한 결과 온도에 의한 가속 수명 시험이 가장 적합한 것으로 확인된다. 고온 조건에서는 몰딩재질에 의한 영향을 확인할 수 없었으나, 습도 조건에서는 몰딩 재질에 따라 가속 여부가 결정되었다.
- 우선 아레니우스 모델을 사용하여 온도의 가속수명 시험 모델을 얻었으며, 각 모델에 따른 수명차이는 있지만 시험을 통해 얻은 모수가 비교적 일정하여 실외조명용 SMPS 가속시험 제안법에 적절하다.
후속연구
- 습도에 대한 가속 수명 시험 모델은 펙 모델과 역승모델을 사용하여 얻었으며, 각 제품 중 에폭시로 몰딩된 제품 국산 A, 국산 B에서는 가속성 여부가 성립되지 않았지만, 실리콘으로 몰딩된 외산 C 모델에서는 가속성 여부가 성립되었다. 이는 습도가 실외조명용 SMPS의 가속시험 제안법에 적절하지 않지만 몰딩 성분에 따른 가속성 성립에 대한 추가적인 시험이 가능할 것으로 추측이 된다.
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