如何合理解决电容功率的自动化测试？
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。PA310的功率较准采用的是世界功率标准源Fluke6105，要求相当严格。PA310采用高精度模拟电路设计，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。
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合理解决电容功率的自动化测试。
