周立功致遠電子功率計在電容功耗自動化測試中的應用

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數(shù)字I/O通信，這成了測試方案的第一大難題。

針對此，周立功致遠電子為該電容企業(yè)做了定制化設計，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。當被測電容通過流水線到達測量位置時，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進行功率測量，功率計將測量值與預先設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°。因為電容功率是根據(jù)這個偏差φ進行運算的，因此測試儀器需要具有0.01°的相位角分辨率，才能準確測量電容的功率。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，依然能達到0.01°的分辨率。并通過標準源和數(shù)學建模運算，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，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，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 的時間才能進行電流采集。而電流采集的時間還需考慮電容通電結束時的不穩(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設計架構，利用FPGA 的高速邏輯控制及DSP 的強大數(shù)據(jù)處理能力，高效精確的進行數(shù)據(jù)采集運算，快速對測試信號做出響應，保證在不足0.4s情況下，也能準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)線上有大量的機電執(zhí)行機構，存在著大量的工頻高次諧波。對測試設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)四級的設計標準，能夠屏蔽測試中的高頻干擾，并經(jīng)過EMI/EMC電磁兼容實驗室的層層檢測，保證在各種嚴劣的測試環(huán)境中依然高精度穩(wěn)定工作。