功率计在电容功耗自动化测试中的应用

某大型电容生产企业，接到欧美客户要求将每个薄膜电容的功耗作为产品的测试指标之一。由于该电容企业之前没遇到这种要求，所以没有合适的测试系统，而且市场上也没有成熟的测试方案。为此，该电容企业联合周立功致远电子采用新一代PA300系列高精度数字功率计对现有系统进行了改造升级，过程中我们共同攻克了五大难题。

图1-1 电容自动化测试系统

1. 自动化测试I/O通信问题

针对大规模的电容测试，自动化测试是测试方案的首要条件。该电容企业现有的测试系统是数字I/O通信，而市场上的功率测试仪器并不支持数字I/O通信，这成了测试方案的第一大难题。

针对此，周立功致远电子为该电容企业做了定制化设计，更改后PA310全面兼容测试系统的数字I/O通信，具有1个输入I/O口、1个输出I/O口。当被测电容通过流水线到达测量位置时，位置检测夹具发出一个脉冲给功率计的输入I/O，触发PA310进行功率测量，功率计将测量值与预先设置好的功率参考值对比判断被测电容是否合格，电容合格则通过，不合格则发出一个脉冲，使执行器将电容移到不合格箱子里，实现完美的自动化测试。

2. 功率因数角φ将近90°

待测电容的功率因数角φ=arcos((0.0028/5.8)/3.14*180)=89.97°。因为电容功率是根据这个偏差φ进行运算的，因此测试仪器需要具有0.01°的相位角分辨率，才能准确测量电容的功率。而且在仪器本身的模拟通道中，电压、电流产生不同的相移△φ也会影响功率因数角φ的测量。

图1-2 功率因数角

PA310 高精度数字功率计内部采用了100MHz同步采样时钟，保证了相位角接近90°时，依然能达到0.01°的分辨率。并通过标准源和数学建模运算，使硬件上电压电流通道的相位差为零，同时对各个量程的相位校准，使在每个量程测试的功率值完全一致，从而消除PA310本身相移的影响，精准测量待测电容的功率因数角。

3. 电容电流低于30mA

待测电容的电流，电容内部电感L、电阻R 等寄生参数的影响，使低于30mA电流会有轻微的震荡。另外，由于电流本身的值小，经过外部连接线，又会耦合外部的噪声，影响电流的测试。

微小电流测量，正是PA310功率计发挥作用的场合，它采用高精度模拟电路，从硬件上保证信号的调理与采集，最大限度降低原始信号的失真度;并采用全新双分流技术，使PA310在50uA到20A范围具有0.1%的测试精度。所以，PA310能够完全准确地测量低于30mA的电容电流。

图表 1-3 PA310数字功率计测试结果

4. 每0.4s测试一个电容

测试系统的测试速度大概是100 个/分钟，也就是0.6s 测试一个电容。实际上，在这整个过程中有1/3 的时间是用于电容通电后的稳定，余下2/3 的时间才能进行电流采集。而电流采集的时间还需考虑电容通电结束时的不稳定情况，真正对一个电容的测试时间根本不足0.4s。

新一代PA310数字功率计采用了高效的FPGA+DSP设计架构，利用FPGA 的高速逻辑控制及DSP 的强大数据处理能力，高效精确的进行数据采集运算，快速对测试信号做出响应，保证在不足0.4s情况下，也能准确测量每一个电容的电流。

5. 测试现场存在大量高频干扰

电容企业生产线上有大量的机电执行机构，存在着大量的工频高次谐波。对测试设备会造成很大的干扰，存在测试的不稳定因素。

PA310高精度数字功率计采用了工业四级的设计标准，能够屏蔽测试中的高频干扰，并经过EMI/EMC电磁兼容实验室的层层检测，保证在各种严劣的测试环境中依然高精度稳定工作。