功率計在電容功耗自動化測試中的應(yīng)用

某大型電容生產(chǎn)企業(yè)，接到歐美客戶要求將每個薄膜電容的功耗作為產(chǎn)品的測試指標(biāo)之一。由于該電容企業(yè)之前沒遇到這種要求，所以沒有合適的測試系統(tǒng)，而且市場上也沒有成熟的測試方案。為此，該電容企業(yè)聯(lián)合周立功致遠(yuǎn)電子采用新一代PA300系列高精度數(shù)字功率計對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級，過程中我們共同攻克了五大難題。

圖1-1 電容自動化測試系統(tǒng)

1. 自動化測試I/O通信問題

針對大規(guī)模的電容測試，自動化測試是測試方案的首要條件。該電容企業(yè)現(xiàn)有的測試系統(tǒng)是數(shù)字I/O通信，而市場上的功率測試儀器并不支持?jǐn)?shù)字I/O通信，這成了測試方案的第一大難題。

針對此，周立功致遠(yuǎn)電子為該電容企業(yè)做了定制化設(shè)計，更改后PA310全面兼容測試系統(tǒng)的數(shù)字I/O通信，具有1個輸入I/O口、1個輸出I/O口。當(dāng)被測電容通過流水線到達(dá)測量位置時，位置檢測夾具發(fā)出一個脈沖給功率計的輸入I/O，觸發(fā)PA310進(jìn)行功率測量，功率計將測量值與預(yù)先設(shè)置好的功率參考值對比判斷被測電容是否合格，電容合格則通過，不合格則發(fā)出一個脈沖，使執(zhí)行器將電容移到不合格箱子里，實(shí)現(xiàn)完美的自動化測試。

2. 功率因數(shù)角φ將近90°

待測電容的功率因數(shù)角φ=arcos((0.0028/5.8)/3.14*180)=89.97°。因?yàn)殡娙莨β适歉鶕?jù)這個偏差φ進(jìn)行運(yùn)算的，因此測試儀器需要具有0.01°的相位角分辨率，才能準(zhǔn)確測量電容的功率。而且在儀器本身的模擬通道中，電壓、電流產(chǎn)生不同的相移△φ也會影響功率因數(shù)角φ的測量。

圖1-2 功率因數(shù)角

PA310 高精度數(shù)字功率計內(nèi)部采用了100MHz同步采樣時鐘，保證了相位角接近90°時，依然能達(dá)到0.01°的分辨率。并通過標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)學(xué)建模運(yùn)算，使硬件上電壓電流通道的相位差為零，同時對各個量程的相位校準(zhǔn)，使在每個量程測試的功率值完全一致，從而消除PA310本身相移的影響，精準(zhǔn)測量待測電容的功率因數(shù)角。

3. 電容電流低于30mA

待測電容的電流，電容內(nèi)部電感L、電阻R 等寄生參數(shù)的影響，使低于30mA電流會有輕微的震蕩。另外，由于電流本身的值小，經(jīng)過外部連接線，又會耦合外部的噪聲，影響電流的測試。

微小電流測量，正是PA310功率計發(fā)揮作用的場合，它采用高精度模擬電路，從硬件上保證信號的調(diào)理與采集，最大限度降低原始信號的失真度;并采用全新雙分流技術(shù)，使PA310在50uA到20A范圍具有0.1%的測試精度。所以，PA310能夠完全準(zhǔn)確地測量低于30mA的電容電流。

圖表 1-3 PA310數(shù)字功率計測試結(jié)果

4. 每0.4s測試一個電容

測試系統(tǒng)的測試速度大概是100 個/分鐘，也就是0.6s 測試一個電容。實(shí)際上，在這整個過程中有1/3 的時間是用于電容通電后的穩(wěn)定，余下2/3 的時間才能進(jìn)行電流采集。而電流采集的時間還需考慮電容通電結(jié)束時的不穩(wěn)定情況，真正對一個電容的測試時間根本不足0.4s。

新一代PA310數(shù)字功率計采用了高效的FPGA+DSP設(shè)計架構(gòu)，利用FPGA 的高速邏輯控制及DSP 的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，高效精確的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)算，快速對測試信號做出響應(yīng)，保證在不足0.4s情況下，也能準(zhǔn)確測量每一個電容的電流。

5. 測試現(xiàn)場存在大量高頻干擾

電容企業(yè)生產(chǎn)線上有大量的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，存在著大量的工頻高次諧波。對測試設(shè)備會造成很大的干擾，存在測試的不穩(wěn)定因素。

PA310高精度數(shù)字功率計采用了工業(yè)四級的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，能夠屏蔽測試中的高頻干擾，并經(jīng)過EMI/EMC電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的層層檢測，保證在各種嚴(yán)劣的測試環(huán)境中依然高精度穩(wěn)定工作。