如何完美解决电容功率的自动化测试？

2021-02-06 来源：好走旅游网

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摘要：为了适应时代低功耗、高质量的需求，对于电子元件的参数测试标准也相应增加，对于电容，除了电容值、耐压、ESR、LCR、温漂参数的测试，如今电容功耗的测试也变得非常重要，电容功耗能极大的体现电容的质量与性能，是电容总体性能的一个体现，特别是对于安规电容。

本文是对某品牌电容（以下统称A电容）测试项目的总结，根据A电容的观点，某些客

户目前要求他们对小规格电容功耗进行测试，将来将会有更多的客户要求他们测试更多种型号电容的功率。

在当今这个时代，环保、节能是当代的两个主题。对于电子仪器，更是将节能运用到极

限，随着各种IC模块的低功耗运用，使电子仪器整体的功耗下降。由于电容是电路不可缺少的成分，半导体器件因为工艺的进步，功耗也随之相较于以前大为减小，以前使用的安规电容功耗在电路中影响不大，而如今随着其他元件功耗的降低，安规电容功耗所占的比重越来越大，所以，对于安规电容功耗的限制，变得越来越重要。

同时，功耗是对电容总体性能的一个体现，通过对电容功耗的测试，可以间接了解电容

的ESR、温漂、电压系数等对电容性能的影响，同时也是电容稳定性的一个体现。电容功耗测试难点测试条件

A电容当前测试的电容规格是275V额定电压，0.47uF以下电容规格的功耗。使用的是

固纬的APS-9000交流电源，输出266V、60Hz对电容功耗测试。测试难点

功率的测试难点主要有三个，其一对通过电容50Hz、60Hz的交流电流的检测，其二是

对电容功率角的检测，其三，在现场设备上稳定运行。

通过电容的电流，选取最大0.47uF的规格、60Hz的频率，可知电容的容抗很大，流过

的电流大概在40mA左右，由于电容内部L、R等寄生参数的影响，电流本身会有轻微的震荡，而且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，这就要求对功率计对电流测试的准确性。

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广州致远电子股份有限公司如何完美解决电容功率的自动化测试关键之处，还在于要现场设备来测试。在现场测试中，电容的通电时间随着电容测试速

度的增加而减小，要在有限的通电时间内，准确检测电容的电流值。举个例子，在正常情况下，一台设备的速度是100个/分钟，即0.6s一个，实际中，由1/3的时间是用来是电容通电后稳定下来，剩下2/3的时间才可用来进行电流采集，电流采集的时间还得考虑电容通电结束时的不稳定情况，所以实际上对一个电容的测试时间不到0.4s，所以在不到0.4s的时间内，需要测试准确一个轻微振荡且带噪声的正弦波电流信号，仪器响应慢就无法准确测量。图1是现场测试设备电容测试部分。

图1 现场设备电容测试夹具与执行机构

电容功率角的检测。电容功率的测试，其中功率因数脚a理论上是90，但实际上为

90-△φ，则会形成△φ的偏差，就是根据△φ的偏差，进行功率运算，而△φ主要由两部分形成，其一，由电容本身的ESR使电压电流相位角偏差△φ1，其二在仪器的模拟通道中电压、电流会产生不同的相移，由于电压、电流信号受电路相移的的影响不一样，因此形成△φ2，即△a=△φ1+△φ2。我们理论上是需要△a1的值，所以需要消除△φ2的值，使△φ=△φ1。这就要求功率计能过消除由于电路本身存在的相位差△φ2。PA310功率计对于电容功率的测试，主要问题是对相角的检测，根据A电容的要求，△a=arcos（（0.0028/5.8）/3.14*180）=89.97,所以要求PA310对相角的检测达到0.01度。

在功率角几乎为90°的情况下，功率的测试尤为困难，这就需要PA310对极低功率因

数情况下，对功率测试的准确性。即PA310在相角为90°左右，能至少达到0.01度的分辨率。由于功率检测的基本原理所决定，这个尤为困难。图2是PA310空载时及连续测试三个统一规格电容功率测试值。可知，空载时功率几乎为零，测试电容的功率因数为0.0004～0.0005之间，电压高达270V的情况下，功率只有几个毫瓦，这之间的功率很难检测。但PA310可以稳定的测试。

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图2 PA310测试结果

在现场测试时，测试现场有大量的执行机构，里面存在着大量的工频高次谐波。功率计

在测试时，不能受周围干扰信号的影响，能够稳定测试。在现场测试时，A电容之前使用chroma的66202，受干扰严重，现场设备运行时，测试不稳定，跳变厉害。图3是chroma现场对同一个电容的测试结果，可以看出测试同一电容功率值波动很大。

图3 66202现场测试波动

结果

PA310电容功率测试措施

PA310对于通电电容电流的测试，通过PA310的千分之一的精度有效保证测量准确性。

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广州致远电子股份有限公司如何完美解决电容功率的自动化测试拟电路设计，从硬件上保证对信号的调理与采集，最大限度降低原始信号的失真度，逻辑控制与数据处理采用FPGA+DSP高效率模式，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。

功率计PA310的模拟带宽为100kHz，电流测试范围为5mA量程到20A的量程，所以对

于电容测试电流，几毫安到几十毫安的电流值，完全可以准确测试。

对于相位的检测，硬件上存在对电压电流信号的相位差，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，是在每个量程测试的功率值完全一致。如图4所示，PA310在标准源输出情况下，即设置模拟电容的功率因数角与电流值，进行测试，测试结果显示PA310与源输出几乎一致，chroma的66202相差较远。

图4 源输出鉴定

总结

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PA310能够准确的测试电容功率值。电容厂商的客户要求测量电容的功率值，目前要求

的电容规格不多，但将来这种趋势会常态化，即会把电容的功耗作为一个指标，来判断电容的合格率。现在在厂线上，电容的检测执行设备的控制信号，可以兼容数字I/O的输出。工业自动化的需求，PA310完美解决电容功率的自动化测试。

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