2014 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2014S014

제동 전자제어장치(EOD)의 PCB 특성저하 방지방안 연구

A Study on the Anti-degradation Characteristics of PCB for Electric Operating Device

안상덕*, 최원석*, 김경섭*†

Sang-duk An*, Won-Suk Choi*, Kyung-Seob Kim*†

Abstract EOD of Line 4 Daewoo detects the two air spring pressure of the vehicle and trailer vehicle through pneumatic-electric transducer, controls the braking force of the motor and trailer’s, blending regenerative and air braking of the vehicle as well as controlling the trailer’s air brake as the first methods of electrical braking.(Cross Blending) In addition, EOD controls the change rate of braking force in order to improve riding comfort during braking and degrades deterioration of the PCB resistance and controls the overcurrent out of output range according to the braking step. This study intended to prevent degraded performance characteristics of the PCB through improved braking by preventing the breakdown in advance to ensure safe operation of train that purpose. Keywords : EOD, Cross Blending, pneumatic-electric transducer, braking step

초 록 4호선 대우DV용 전동차의 제동전자제어장치(EOD)는 자차와 부수차의 공전전환기를

통해 두 개의 공기스프링 압력을 감지하고, 구동차와 부수차의 제동력을 제어하며, 자차의

회생제동과 공기제동을 Blending시킬 뿐 아니라, 전기제동우선방법(Cross Blending)으로 파

트너 부수차의 공기제동을 제어한다. 뿐만 아니라, 승차감을 향상시키기 위하여 제동력의

변화율을 제어하는데, 제동Step별 출력범위를 벗어난 과전류에 의해 PCB의 저항이 열화하게

되어 절연성이 떨어진다. 본 연구에서는 PCB의 특성저하를 예방하고자 성능개선을 통하여

제동에 의한 고장을 사전에 예방함으로써 전동차 안전운행을 확보하는데 그 목적이 있다.

주요어 : 제동전자제어장치,전기제동우선방법,공전전환기,제동스텝

1. 서 론

EOD(Electronic Operating Device) 제동전자제어 유니트는 일괄교차제어식(Cross B len

-ding)에 의하여 구동차(M)와 부수차(T)의 상용제동력을 제어한다. 공기제동은 상용제동,

비상제동, 보안제동과 같이 세 종류로 구성되어 있다. 제동작용장치(BOU)는 상용과 비상제

동 체결이나 완해 시 제동통으로 공기를 충기시키거나, 제동통으로부터 공기를 배기시키는

† 교신저자: 서울메트로 창동차량사업소, 공학박사(polraris7@seoulmetro.co.kr)

* 서울메트로 창동차량사업소

일을 제어한다. 이 제동장치에 있어서 지령선에서부터 제동력 Blending까지의 모든 기능들은

전기회로에 의해서 이루어 진다. 상용제동지령은 SB선을 통하여 전송되고, Blending 연산은

제동전자제어 유니트(EOD)에서 이루어진다. 이와 같이 전동차의 상용제동력을 제어하는 제동

전자제어 유니트(EOD)에 과전류[1]가 흐르게 되면 열화에 의한 2차적인 손상으로 인하여 전동

차의 안전운행에 방해를 초래하게 되는데, 과전류를 사전에 예방하여 상용제동력의 확보는 물

론이고, 전동차 안전운행확보를 위하여 본 연구를 수행하였다.

2. 본 론

2.1 EOD(제동전자제어장치)의 기능

상용제동 인통선들로 부터 상용제동(Digital) 전기지령은 응하중 신호에 더해져, 제동패

턴이 계산 되어지고, 회생제동력패턴 지령으로써 견인전자제어장치(PE)에 전송되어 진다.

견인전자제어장치(PE)로부터 제동전류감지신호(BCD)를 수신하는 동안, 견인제동과 공기제동

의 블렌딩이 실행된다. 블랜딩 결과 부족분은 일괄교차제어식(Cross Blending) 제어[4]에

의하여 공기제동으로 구동차(M)와 부수차(T)에 출력되어 각 차의 전공변환밸브(EPV)를 제어

한다. 전공변환밸브(EPV)는 전류의 양을 공기압력으로 전환시킨다. 전공변환밸브(EPV)로부

터의 출구공기 유량이 적으므로, 그것은 중계밸브(RV)의 파일실로 안내되고, 그곳에서 유량

이 증폭되어진다. 그리고 그때, 이 출력압력은 공기제동력으로서 제동통에 안내된다. Fig 1

은 상용제동시스템의 블록다이어그램을 나타낸 것이며, Fig 2는 제동전자 유니트(EOD)의 기

능적 블럭다이어 그램을 나타낸 것이다.

2.2 고장의 원인분석

EOD는 제동충격 시 승차감을 향상시키기 위하여 제동력의 변화율을 미세하게 제어하는데,

제동 Step별 출력범위를 벗어난 과전류[1]에 의해 PCB의 저항이 열화하게 되어 절연성이

떨어지거나, 소자의 특성을 변화시켜 제동고장을 발생시킨다. Fig 3은 열화에 의한 PCB소손의

Fig.1 Block diagram of common braking system Fig.2 Functional block diagram of EOD

Fig.3 Burnout of EOD Fig.4 Resistance degradation of EOD Fig.5 Pattern degradation of EOD Fig.6 Pattern degradation of EOD

전형적인 형태를 보여준 것이며, 이러한 소자 소손의 원인은 과전류에 의한 저항의 발열에 의

한 1차적인 열화가 장기간 진행되어 PCB소자의 절연성이 현저히 떨어져 2차적인 소손의

양상이 나타나는 것으로 검토된다. Fig 3과 Fig 4는 EOD PCB의 소손 부분을 나타내고 있으

며, Fig 5와 Fig 6은 EPV(전공변환밸브)의 패턴열화를 나타낸다. Fig 7은 UPC177 op-amp에

서 Vin을 CON1-26 피드백 전압으로 하여 출력전류가 제동Step별로 정전류 출력[2]을 하도록

구성되어 있는 회로이다. 회로에서 제동 Step별 출력범위를 벗어나는 경우에는 B-A를 따르

는 전류흐름으로 TR에 과전류[1]가 흐르게 되어 B와 C 저항이 발열되며 PCB도 열화하게 된

다. 이와 같이 장기간 열화[3]가 진행되어 PCB는 절연파괴 되는 것으로, 그림에서 TR과 저

항이 특성변화가 발생되고, EPV(전공변환밸브) 솔레노이드 부분의 순간 과전류[1]가 오랜

기간 지속되면서 고유기능에 대한 특성변화를 발생한 것으로 보인다. 따라서, 소자의 순기

능을 유지하면서 제동력을 안전하게 확보하기 위해서는 개선대책이 필요한 것으로 사료된다.

2.3 개선대책

열화에 의한 EOD PCB의 보완대책으로서 Fig 8과 Fig9와 같이 휴즈를 설치하여 과전류[1]가

흐를 경우 소자를 보호하도록 개선하였다. 이 경우 안전운행 확보는 물론 교환과 수선에 따른

Fig.7 The current flow in the circuit of EOD Fig.8 Install the fuse of EOD Fig.9 Install the fuse of EOD

Fig.10 Change the pressure sensor of EOD Fig.11 Improved circuit of EOD Fig.12 Improve power supply of EOD Fig.13 EOD attach to the vehicle

비용절감효과를 거둘 수 있다. 또한 Fig 10과 같이 수선을 하여 EPV(전공변환밸브) 회로에

업보드를 장착하여 추가적인 패턴 소손을 지연시킴으로써, PCB를 장기간 사용[3]할 수 있도록

하였다. 마지막으로 신품 오버홀을 통하여 회로개선 및 압력센서를 신형으로 교환하였으며,

노후화된 전원부를 개선하고 회로패턴 점퍼선을 모두 없애 간소화하여 양질의 전원을

공급하도록 하였다.

3. 결 론

EOD(Electronic Operating Device)는 정전류 출력[2]을 하도록 구성되어진 회로인데, 전

류흐름이 순간 과전류[1]가 누적 지속됨으로서 열화에 의한 소자 고유의 기능을 상실하여

절연 파괴되는 현상이 발생한다. 이와 같은 현상은 운행에 필수불가결한 제동력의 확보와

안전운행이라는 차원에서 기술적으로 반드시 해결해야 하는 사항으로 검토하였으며, 개선사

항으로서 4호선 대우 전동차 제동제어용 EOD(Electronic Operating Device) PCB의 열화진행

부품소자를 우선적으로 휴즈를 설치하여 과전류[1]가 흐를 경우 소자를 보호하도록 개선하

였고, 업보드를 장착하여 일괄 교체하여 고장을 사전에 예방하고, 중·장기 대책으로는 성능

개량을 통한 EOD (Electronic Operating Device) PCB를 일괄 교체하여 제동고장을 사전에

방지하고자 하였다.

참고문헌

[1] D.W.Kim, C.S.Choi, H.W.Moon, et al. (2007) The Protective Countermeasure of Water Purifier PCB according to Abnormal Voltage, Journal of The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, 21(8), pp.64-70. [2] D.W.Lee, T.Y.An, (2005) High Power Density Open-frame Type DC-DC Converter Module with Constant Current Control, Journal of The Korean Institute Power Electronics, 10(4), pp. 380-387. [3] H.C.Kang, H.C.Kim, H.C.Park, (2011) A Study on the Development of Low Pass Filter for Chopper Gate Control Unit of Electric Rolling Stock , Spring Conference of The Korean society for Railway. [4] H.K.Back, (2011) A Study on the Improvement of Regenerative Brake System of Urban Railway Vehicle, Master’s Thesis, Graduate School of the City University. .

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

/CreateJDFFile false /Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure false /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles false /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /DocumentCMYK /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /UseDocumentProfile /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice