概述

大功率自動化測試設(shè)備 (ATE) 系統(tǒng)的開發(fā)為測試工程師帶來了眾多挑戰(zhàn)。但測試是必要的，它能夠確保產(chǎn)品的安全性以及產(chǎn)品達(dá)到所發(fā)布的性能規(guī)格。測試有助于避免高昂的質(zhì)保期內(nèi)維修成本，并有助于保證產(chǎn)品質(zhì)量、維護(hù)企業(yè)的市場聲譽(yù)，繼而有助于提升市場份額和盈利能力。雖然測試被視作一項(xiàng)必要的功能，但管理層還會要求測試工程師將測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)為滿足以下目標(biāo)：

■最大限度地提高測試性能

■盡可能低的成本

– 盡可能低的基建成本

– 盡可能低的年運(yùn)行成本

– 占用最少的生產(chǎn)場地

■測試系統(tǒng)可靠性高

這些目標(biāo)有可能存在沖突，在管理這些目標(biāo)的同時，挑戰(zhàn)也隨之產(chǎn)生，其中包括既要滿足生產(chǎn)進(jìn)度要求，又要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量目標(biāo)。若未能同時實(shí)現(xiàn)這兩個目標(biāo)，將導(dǎo)致收入減少。

大功率ATE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵因素是管理功率組件。確定ATE系統(tǒng)的功率需求對實(shí)現(xiàn)最大化測試性能、最小化成本和高可靠性的目標(biāo)有很大影響。以下章節(jié)介紹了測試工程師如何實(shí)現(xiàn)嚴(yán)苛的ATE系統(tǒng)目標(biāo)。

以更高的電壓和電流滿足測試性能要求，同時兼顧未來需求

盡可能提高測試容量

測試工程師應(yīng)確保其電源的輸出性能能夠滿足當(dāng)前和未來的需求，如電動汽車 (EV) 生產(chǎn)商能夠在未來車型中更改電池電壓。雖然具有矩形輸出特性的直流電源也許能夠滿足原來的 ATE 系統(tǒng)要求，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的新變化可能促使測試工程師購買新電源，因?yàn)榫哂芯匦屋敵鎏匦缘碾娫礋o法適應(yīng)新要求。

相比具有矩形輸出特性的等效電源，如圖1所示的寬范圍輸出特性能夠輸出更高的電壓和電流。

圖1將EA 30kW電源與兩種傳統(tǒng)22kW輸出電源進(jìn)行了比較。請注意，EA電源的輸出電壓和輸出電流遠(yuǎn)高于這兩種矩形輸出電源。此外，傳統(tǒng)矩形輸出電源只能在最大輸出電壓和最大電流的條件下提供最大功率輸出（輸出矩形的右上角），但寬范圍輸出電源能夠沿這兩點(diǎn) (1500V, 20A) 和 (500V, 60A) 之間的曲線提供全功率輸出。

圖1. 寬范圍輸出特性與傳統(tǒng)矩形輸出電源的比較

EA Elektro-Automatik的寬范圍電源的特殊之處在于，它們能夠提供真正的寬范圍特性，在低至最大輸出電壓的1/3的條件下，依然能夠提供全功率輸出。這種廣泛的容量級使測試工程師能夠靈活地測試在寬電壓范圍內(nèi)運(yùn)行的產(chǎn)品，并使用單個電源進(jìn)行過電壓和欠電壓測試。在使用矩形輸出電源時，可能需要使用至少兩臺電源。

例如，如果電動汽車制造商將400V電池設(shè)計(jì)更改為 900V或更高電壓級別的設(shè)計(jì)，測試工程師可以使用相同的電源。這節(jié)省了整個測試系統(tǒng)的資金成本。測試工程師可能已經(jīng)選擇有著更高輸出的矩形輸出電源來應(yīng)對未來變化，但功率更大的電源也會招致更高的基建成本，并有可能占用更多的廠區(qū)空間。

這同樣適用于電子負(fù)載。寬范圍電子負(fù)載（如新推出的 EA-ELR 10000系列）有著更大的灌電容量、以及更寬的電壓和電流范圍，讓測試工程師能夠盡可能降低產(chǎn)品測試所需的總負(fù)載功率。較低的電子產(chǎn)品負(fù)載既能夠減小測試系統(tǒng)的物理尺寸，又能夠降低測試系統(tǒng)成本。

開展更全面的測試

盡可能提高測試性能可確保系統(tǒng)能夠按照國家和國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。航空電子系統(tǒng)和汽車系統(tǒng)要求按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，其中可能涉及生成復(fù)雜波形。在系統(tǒng)中接入信號發(fā)生器以調(diào)制直流電源，即是為測試系統(tǒng)添加額外的儀器，增大了測試系統(tǒng)的復(fù)雜度。EA電源和電子負(fù)載提供了內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器，能夠安全輕松地生成標(biāo)準(zhǔn)和自定義波形。圖2顯示了EA電源和負(fù)載輸出（或者為負(fù)載灌入）復(fù)雜波形的能力。另外，EA電源和負(fù)載還可以模擬電池、燃料電池和太陽能電池特性，以便更真實(shí)地測試由這些電源供電的產(chǎn)品。因此，利用EA電源和負(fù)載，測試工程師無需額外的儀器儀表，亦可保證測試的全面性，從而能夠降低ATE復(fù)雜度。這樣節(jié)省了資金成本和測試系統(tǒng)規(guī)模。

由于需要購置和控制的儀器更少，可以大大加快研發(fā)速度。簡化的系統(tǒng)讓測試工程師更有可能將經(jīng)驗(yàn)證的ATE系統(tǒng)按時投入生產(chǎn)流程之中，有助于大幅提升收入。

圖2. EA儀器能夠生成的波形。右上圖舉例顯示了標(biāo)準(zhǔn)和自定義波形。波形左側(cè)的PC顯示屏舉例顯示了在使用EA Power Control軟件創(chuàng)建波形時所用的參數(shù)。

盡可能降低基建成本和年運(yùn)行成本

節(jié)省ATE系統(tǒng)成本

成本目標(biāo)往往難以與滿足測試系統(tǒng)性能要求的需求并行。這些相互沖突的目標(biāo)可能會讓測試工程師在儀器性能的某些方面做出妥協(xié)，以將成本控制在資本預(yù)算之內(nèi)。相較于具有矩形輸出/輸入特性的電源儀器，EA的寬范圍儀器儀表允許使用功率更低的儀器。內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器讓您無需額外的儀器，亦可滿足信號生成需求。

如果ATE系統(tǒng)需要同時執(zhí)行拉電和灌電，則測試工程師可以選擇雙向電源來執(zhí)行這兩種功能。此外，使用大容量儀器，比如60kW EA-PU設(shè)備，為測試工程師提供了許多節(jié)省高功率測試系統(tǒng)所需儀器數(shù)量的機(jī)會。大容量電源儀器儀表能夠幫助測試工程師在預(yù)算范圍內(nèi)構(gòu)建ATE系統(tǒng)。

盡可能降低基建成本和年運(yùn)行成本

電源和電子負(fù)載的效率是影響年運(yùn)行成本的一大因素。測試工程師需要尋找高效率電源儀器儀表。工程師應(yīng)該使用具有功率因數(shù)約為0.99的有源功率因數(shù)校正電路和高效開關(guān)模式電源的電源。

測試工程師還應(yīng)考慮能夠?qū)⒛芰克突仉娋W(wǎng)的儀器儀表?；仞伿诫p向可編程直流電源和回饋式電子負(fù)載能夠?qū)⒋罅侩娏λ突仉娋W(wǎng)；而EA Elektro-Automatik的回饋式電源和負(fù)載則能夠?qū)⒏哌_(dá)96%的吸收電能送回電網(wǎng)。

選擇高效率電源儀器儀表能夠節(jié)省大量電耗，進(jìn)而節(jié)省公共事業(yè)成本。此外，效率更高的儀器儀表和回饋式儀器儀表的運(yùn)行溫度更低，這可以顯著降低資本成本和維持ATE系統(tǒng)在安全溫度下的年度公用事業(yè)成本。

節(jié)省制造間接成本

使用更少的儀器和更低功率的儀器，ATE系統(tǒng)規(guī)?？梢愿?。當(dāng)測試系統(tǒng)需要30kW的容量時，高功率密度電源使儀器尺寸僅為4U。事實(shí)上，EA的其中一款產(chǎn)品能夠在6U機(jī)箱中部署60W儀器儀表，這樣的功率密度堪稱業(yè)界典范。

測試工程師可以不需要額外的測試機(jī)架；或者，他們可以將兩套系統(tǒng)構(gòu)建到一臺機(jī)架中。如果測試工程師能夠壓縮其測試系統(tǒng)，則能夠節(jié)省寶貴的制造廠區(qū)空間，從而降低測試的間接費(fèi)用。節(jié)省出來的空間可用于添加更多的測試系統(tǒng)，以提升現(xiàn)有空間內(nèi)的產(chǎn)能，進(jìn)而提高收入。

盡可能降低基建成本和年運(yùn)行成本

ATE系統(tǒng)停機(jī)會降低產(chǎn)量，導(dǎo)致訂單取消和收入損失。這就是管理層要求高ATE系統(tǒng)可靠性的原因。影響可靠性的因素有多種：

■儀器選擇

■系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■校準(zhǔn)程序

■制造商的服務(wù)和支持

高效率儀器儀表和回饋式儀器儀表的使用有助于提升可靠性。相較于傳統(tǒng)電源儀器儀表，效率更高的儀表在更低的溫度下工作，對部件施加的應(yīng)力更小，而且儀表不易發(fā)生故障。此外，EA產(chǎn)品還符合CE、UL和CSA標(biāo)準(zhǔn)。獲得國家認(rèn)可的測試實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證可以建立對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的信心。EA產(chǎn)品可享受2年標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)保，另可選擇3年或5年質(zhì)保，因此測試工程師能夠降低年擁有成本。

在測試機(jī)架中設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐L(fēng)和冷卻、采用合適的接地技術(shù)、以及遵守測試機(jī)架安全措施，可確保良好的質(zhì)量和穩(wěn)定的測量。測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要注意大量設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，以提升系統(tǒng)的性能可靠性、延長系統(tǒng)運(yùn)行時間。EA在電源測試機(jī)架構(gòu)建方面擁有相應(yīng)的專業(yè)知識（見圖3），能夠?yàn)闇y試系統(tǒng)工程師提供指導(dǎo)。

圖3. 大功率電源系統(tǒng)符合安全標(biāo)準(zhǔn)，同時還提供了適當(dāng)?shù)慕拥睾团潆娊泳€。

許多客戶都會要求提供相關(guān)證據(jù)，以證明 ATE系統(tǒng)根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)（如 Z540和ISO 17025）進(jìn)行了校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)間隔期內(nèi)，會定義性能規(guī)格，因此測試工程師可以確信他們的產(chǎn)品將至少在規(guī)定的時間間隔內(nèi)保持校準(zhǔn)。這讓測試工程師能夠更仔細(xì)地預(yù)測何時需要執(zhí)行系統(tǒng)停機(jī)，以免發(fā)生計(jì)劃外生產(chǎn)中斷。

測試工程師應(yīng)考慮能夠從電源儀器儀表供應(yīng)商處獲得支持。其重要性尤其體現(xiàn)在當(dāng)測試系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和制造發(fā)生在不同地點(diǎn)時，在這種情況下，需要能夠提供全球支持的合作伙伴。

無需獨(dú)自應(yīng)對挑戰(zhàn)

成本效益好、性能高、結(jié)構(gòu)緊湊且能效高的ATE系統(tǒng)有著眾多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)；因此，應(yīng)務(wù)必咨詢制造商，以應(yīng)對成本、空間、未來需求和能力方面的挑在。EA Elektro-Automatik提供了高能效且緊湊的電源儀器儀表，其特性能夠滿足測試工程師在批撥的預(yù)算范圍內(nèi)打造高性能ATE系統(tǒng)的需求。EA可幫助測試工程師盡可能提高效率、降低ATE系統(tǒng)壽命期內(nèi)的年運(yùn)行成本。