산업용 장비 수리를 위한 혁신적인 진단 기술
산업분야의 유지보수 방법을 바꾸게 한 혁신적인 진단기술, V-I Testing

V-I 시험에 대해 전혀 들어보지 못하였거나 잘 모르는 분들을 위해 혁신적인 시험 기술인 V-I에 대해 잠시 설명하고자 합니다. PCB를 구성하는 SMD 부품 소자들이 많아짐에 따라 점점 더 수리도 어려워지고 있습니다. 수많은 부품으로 구성된 PCB를 시험하는 것은 마치 악몽과도 같습니다. 우리는 이러한 많은 부품에 대해 점검과 시험을 위해 많은 노력과 시간을 할애할 수밖에 없습니다.

PCB 고장 진단을 위해 아날로그 형상 분석 (Analog Signature Analysis, ASA) 또는 V-I 기술이라고 알려진 매우 강력하고 유용한 기술이 있습니다. 이러한 시험 기술은 우리가 보드에 대한 회로도나 설명서가 없는 경우, PCB에 바로 전원을 인가할 수 없을 경우(고장 난 PCB의 경우 바로 전원을 인가할 경우 또 다른 파손이나 고장이 확산될 가능성이 있기 때문에 바로 전원을 인가하지 못하며, PCB상의 전원 및 관련 부품이나 회로가 정상으로 확인되고 안전이 확인된 이후에 전원을 인가해야 한다.)에 선택할 수 있는 최선의 시험 방법입니다.

이러한 V-I 시험 기술은 이미 오래전에 나온 기술임에도 불구하고 아직도 대부분의 수리나 진단, 개발 업무를 수행하는 엔지니어에게는 잘 알려지지 않은 생소한 기술입니다.

이러한 기술의 잠재적인 사용자들 대부분은 PCB 설계자, 유지보수 부서, 수리 회사들일 것입니다. 하지만 대부분 V-I 기술에 대해서 들어보지 못했으며 사용하지도 않고 있는 것이 현실입니다. V-I 기술은 시험 대상의 부품에 대해 적당한 가변 범위의 전압을 인가하고 측정된 전류를 그래프 곡선으로 화면에 표시해주는 아주 간단한 시험기술입니다. 

V-I 기술은 아주 단순하고 간단한 개념으로 아래의 예를 통해 설명해 보겠습니다

V-I를 이용한 Zener Diode 시험의 유용성

부품에 기록된 번호가 지워지거나 유실되어 부품번호를 모르는 경우 :
V-I 시험은 매우 빠르게 Zener 다이오드 전압을 표시함으로써 고장 여부를 확인하고 적당한 대체품을 선정할 수 있도록 관련 정보를 제공할 수 있습니다. 다만, 만일 Zener 다이오드가 쇼트 되거나 타버린 고장의 경우에는 도면이나 부품도를 통해 대체품을 확인해야 할 것입니다.

Zener 다이오드 부품 번호 가독성으로 인한 혼란 :
다이오드 몸체에 인쇄된 번호 중 일부는 수리하는 엔지니어에게 혼란을 유발하기도 합니다. 때로는 PCB상의 다이오드를 보면서 만일 다이오드가 8.2v 또는 2.8v인지를 어떻게 할 수 있을까? 라는 의문을 갖게 됩니다. 이런 경우 V-I 시험은 정확하고 빠르게 순방향 전압과 동시에 역방향 전압을 볼 수 있도록 합니다
 

간헐적으로 발생하는 문제의 발견 :
제너 다이오드의 역방향 전압과 관련된 전체 시험을 수행할 경우 일반적으로 외부의 어댑터를 이용한 Out-of-Circuit 시험을 하거나 또는 다리를 PCB에서 빼내어 시험을 수행해야 합니다. 우리는 특히 고장 가능성이 있는 형상이나 측정 범위를 초과한 사항에 대해 주의 깊게 관찰해야 합니다. 같은 모델의 양품 부품에 대한 저장된 형상(V-I Signature)을 가지고 있다면 형상을 비교해 통해 불량이나 고장을 손쉽게 판단할 수 있습니다.
 

전체 부하에서의 항복전압 :
우리가 사용하는 일반적인 멀티미터의 경우 전체 사용되는 전압 범위에서 제너다이오드 항복을 시험할 수 없습니다. 아날로그 미터의 최대 운영 범위가 대략 12v 정도일 경우 최대 25v의 제너 다이로드를 어떻게 시험해야 할까요? 이러한 회로상의 특별한 문제를 만났을 때에는 이것을 고장으로 확정할 수는 없을 것이며 이런 경우 V-I 시험이 아주 유용하게 활용될 수 있습니다.15v 제너 다이오드는 음의 영역에서의 형상을 통해 항복전압이 15v 임을 확인할 수 있으며, 일반적인 실리콘 다이오드의 제너는 양의 방향으로 0.7v 순방향 도통 전압을 갖습니다.

단락 회로 시험 (Short circuit test): 단락된 제너 다이오드의 경우 그림과 같이 수직의 선으로 표시됩니다. 이것은 다이오드가 접지인 GND에 직접 연결된 것을 의미합니다.

개방 회로 시험 (Open circuit) : 개방된 제너 다이오드의 경우 그림과 같이 수평의 선으로 표시됩니다. 가변 전압 구간의 시험에 대해 전류가 0으로 회로가 GND와 완전 개방된 것임을 알려줍니다.

참고사항) 일반적으로 제너다이오드의 경우 5에서 20%의 여유를 갖습니다. 따라서 양품의 15v 제너 다이오드를 시험할 경우 14.5v로부터 14.9v 범위의 다양한 결과를 얻을 수도 있습니다.

위의 예를 통해 알 수 있듯이 V-I 기술은 제너 다이오드 뿐만 아니라 PCB상에 있는 모든 부품들에 대해서도 적용이 가능한 매우 유용하고 강력한 기술입니다. V-I 기술은 Power-Off (전원을 인가하지 않고 시험하는 기술) 시험이며, 특히 양품의 보드와 비교하여 시험할 수 있는 매유 유용하고 쉬운 기술입니다. 서로 다른 부품의 전기적 특성 곡선은 동일한 전기적인 자극이나 동작으로부터의 반응이 서로 다름을 표시할 수 있어 고장을 검출할 수 있도록 돕습니다 

위의 설명에 활용된 모든 사진은 ABI Electronics' SYSTEM8 Ultimate 소프트웨어에서 캡처되었습니다. 더 궁금하신 점이나 상세한 정보가 필요하실 경우 아래의 연락처로 문의 주시기 바랍니다. 

출처: Sergio Soriano, ABI Business developer Test & Measurement

 
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