中國臺灣Chroma 繞線元件脈沖測試器 19301A

19301A 繞線元件脈沖測試器 

產(chǎn)品性能特點(diǎn)

• 高低感量測試應(yīng)用(0.1μH~100μH)

• 10V~1000V脈沖測試電壓，0.25V測量分辨率

• 高速測試最快18mS(Pulse 1.0 ; for ACQ)

• 具備電感測量接觸檢查功能

• 具備電感差異電壓補(bǔ)償功能

• 脈沖測試高取樣率(200MHz)，10bits

• 崩潰電壓分析功能

• 低電壓量測檔位,提高波形分析靈敏度(25V/50V/100V/200V/400V/800V/1000V)

• 繁中/簡中/英文操作接口

• USB波形儲存與畫面擷取功能

• 圖形化彩色顯示

• 標(biāo)準(zhǔn)LAN、USB、RS232 接口

Chroma 19301A 為繞線組件脈沖測試器，結(jié)合了高低感量測試技術(shù)應(yīng)用，擁有1000Vdc脈沖電壓與200MHz高速取樣率，可提供0.1uH~100uH大范圍感量產(chǎn)品測試滿足絕大部份功率電感測試需求，擁有波形面積比較(Area Size)、波形面積差比較(Differential Area)、波形顫動偵測(Flutter)、波形二階微分偵測(Laplacian)、波峰降比偵測(ΔPeak Ratio)/波峰比偵測(Peak Ratio)及共振波面積比(ΔResonant Area)等判定方法，可有效檢測線圈自體絕緣不良。

繞線組件于生產(chǎn)檢測包含電氣特性、電氣安規(guī)耐壓進(jìn)行測試，而線圈之自體絕緣不良通常是造成線圈于使用環(huán)境中發(fā)生層間短路、出腳短路之根源。其形成原因可能源于初始設(shè)計不良、molding加工制程不良，或絕緣材料之劣化等所引起，故加入線圈層間短路測試有其必要性。

Chroma 19301A 為針對繞線組件測試需求所設(shè)計，利用一高壓充電之微小電容(測試能量低)與待測線圈形成RLC并聯(lián)諧振，由振蕩之衰減波形，透過高速且精密的取樣處理分析技術(shù)，可檢驗出線圈自體之絕緣不良，提供功率電感組件進(jìn)行繞線質(zhì)量及磁芯之耐壓測試，讓組件生產(chǎn)廠商及用戶能更有效的為產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)。

Chroma 19301A 應(yīng)用于低感量繞線組件測試，最小感量可達(dá)0.1uH，針對低感量測試特性提供四線式測量、接觸檢查功能、電感檢查與電壓補(bǔ)償功能，可避免因待測物感量變化大或配線等效電感而造成測試電壓誤差大，為低感量繞線組件脈沖測試最佳利器。

Chroma 19301A 于自動化生產(chǎn)上應(yīng)用，擁有超高速測量速度有效縮短測試時間提升生產(chǎn)效率，且電壓補(bǔ)償功能改善了自動化機(jī)臺配線等效電感之影響。

全新的人機(jī)操作接口，整合圖形化彩色顯示并提供畫面擷取功能，透過前面板USB儲存波形，不僅適用于生產(chǎn)現(xiàn)場，更可應(yīng)用于研發(fā)、品保單位使用進(jìn)行樣品分析比對，大幅提升操作便利性。

脈沖測試概論與原理

『繞線組件脈沖測試』是對待測物施加一個『非破壞性』、高速、低能量之電壓脈沖。由于電容(Cs)與繞線組件并聯(lián)，當(dāng)脈沖電壓加壓于并聯(lián)線路上時，電容與繞線組件產(chǎn)生LC諧振(Resonance)，觀察諧振振蕩(Oscillations)的衰減情況也就是阻尼(Damping)來了解繞線組件內(nèi)部線圈的制程狀態(tài)(包含線圈自體之絕緣、線圈感量及并聯(lián)電容量(Cw)等狀態(tài))(如圖1: 測試等效電路圖)。也可藉由分析/比對待測物良品與不良品之等效波形以達(dá)到判定良否之目的。繞線組件脈沖測試主要功能為提早發(fā)現(xiàn)繞線組件中各種潛在之缺陷(例如：繞線層間短路、電極焊接不良、內(nèi)部線圈或磁芯絕緣不良等)。

▲ (圖1) 測試等效電路圖

▲ (圖2) 耐壓測試 (WV Test)

Rp檢查(Rp Check)

利用波峰比偵測(Peak Ratio)來偵測Rp的大小為Chroma測試技術(shù)，可檢出Rp異常或劣化。部分電感待測物在測試前既已因鐵芯損失過大或輕微鐵芯與漆包線短路導(dǎo)致Q值略低(Rp小)，脈沖測試結(jié)束后，將開關(guān)開路(SW1 OFF)并觀察電壓震蕩波形中第一個峰值與第二個峰值的衰減速度及比例之差異來檢測出異常品。波峰比的值越大表示Rp的值也越大,相對的Q值也會比較高。

▲(圖3) 測試波形示意圖

波形判定模式

• 波形面積比較 (Area Size)：將樣本和待測物彼此之總面積大小進(jìn)行比對，面積大小與待測物線圈絕緣有關(guān)，線圈絕緣不良會造成波形快速衰減， 因此面積會相對較小。

• 波形面積差比較 (Differential Area)：將樣本和待測物做點(diǎn)對點(diǎn)面積差異以及設(shè)定之判定條件進(jìn)行比對，此測試與待測物的感量變化有關(guān)聯(lián)，感量差異會造成后段線圈自體震蕩頻率改變使波形的點(diǎn)對點(diǎn)面積產(chǎn)生差異。

• 波形顫動偵測 (Flutter Detection)：以一階微分演算出波形上產(chǎn)生之總放電量，再與樣本之波形總放電量做比對。

• 放電量二次微分偵測 (Laplacian Value)：以二階微分演算后，與設(shè)定之判定條件做比對，可有效檢測出因電氣放電或電極焊接不良引起波形快速變化現(xiàn)象。

▲(圖4) 波形面積示意圖

▲(圖5) 波形面積差比較示意圖

▲(圖6) 局部放電波形示意圖

• 波峰比偵測(Peak Ratio)：在IWT BDV Test模式下，將待測物自體諧振波形的第一個峰值與第二個峰值計算出波峰比。并可利用波峰比的容許范圍來判定待測物是否過度劣化。亦可用于分析待測物的劣化電壓點(diǎn)/崩潰電壓點(diǎn)。

▲(圖7) 波峰比偵測(Peak Ratio detection)示意圖

• 波峰降比偵測(ΔPeak Ratio)：在IWT Test模式下，將待測物自體諧振波形的第一個峰值與第二個峰值計算出波峰比，并將此波峰比與樣品的波峰比進(jìn)行比較。如果待測物與樣品的波峰比相同，Δ PEAK RATIO將會等于0%。Δ PEAK RATIO為待測物與樣品的波峰比差所占樣品的波峰下降比之比例. 操作者可利用Δ PEAK RATIO的上下限設(shè)定來設(shè)定容許的范圍，以便篩檢出與樣品差異較多的異常品。

• 共振波面積比較(ΔResonant Area)：在IWT Test模式下，概念與波形面積比較相當(dāng)，針對開關(guān)(SW1)開路后待測物所產(chǎn)生的自體諧振波形做觀察，并將待測物與樣品的自體諧振波形總面積進(jìn)行比較，面積大小與待測物線圈絕緣有關(guān)，線圈絕緣不良會造成波形快速衰減，因此面積也會相對較小。

▲(圖8) 共振波面積示意圖

低感量脈沖測試技術(shù)

Chroma 19301A為針對低感量繞線組件待測物而開發(fā)，最小測試感量可對0.1uH產(chǎn)品進(jìn)行層間短路測試，低感量待測物有別于一般感量產(chǎn)品測試應(yīng)用，因待測物的感量較低，所以容易受到測試回路上配線之等效電感影響。測試電壓產(chǎn)生分壓于配在線，使待測物端電壓遠(yuǎn)低于量測的設(shè)定電壓。另外，如低感量的Power choke，其工作電壓應(yīng)用于較低電壓，因此其脈沖測試電壓通常會低于一般感量產(chǎn)品。

低電壓檔位
低感量產(chǎn)品，如智能型手機(jī)中的Power choke，其工作電壓較低且體積較小，可測試電壓相對較低，因此用于量測低感量之脈沖測試設(shè)備需具備較低電壓檔位來進(jìn)行波形分析，Chroma 19301A 具有七個電壓檔位分別為25V, 50V, 100V, 200V, 400V, 800V及1600V,以及擁有0.25V的電壓辨識度，最小測試電壓可從10V開始進(jìn)行測試，可有效提高波形判定辨識能力。

▲(圖9) 19301A低感脈沖測試器的測試波形

▲(圖10) 一般脈沖測試器的測試波形

四端測量
一般兩線式層間短路測試設(shè)備因電壓偵測在電流循環(huán)內(nèi)部，在低感量待測物，測得電壓值與實(shí)際待測物上的值有很大差距，Chroma 19301A 采用雙同軸線四線偵測方式，大幅提高電壓精度，達(dá)到正確測試效果。

▲(圖11) 四端測量示意圖

接觸檢查功能
Chroma 19301A 于測試前會進(jìn)行接觸檢查，避免因為接觸不良或開路使得內(nèi)部以最大電壓輸出造成治具端探針接線因高壓而跳火，導(dǎo)致待測物受到損壞。并可延長探針使用壽命。

電壓補(bǔ)償功能
一般如變壓器等感量較大的線圈進(jìn)行測試時 ，配線等效感量相對較小，但在低感量測試時，低感量待測物(如0.2uH)會因配線等效感量大小會影響待測物上之實(shí)際電壓，尤其在自動化測試應(yīng)用時，降低配線影響是一重要設(shè)計考慮。過高的配線阻抗會使低感量測試時電壓分壓在測在線，導(dǎo)致待測物上的電壓低于設(shè)定值而無法有效檢出不良品。且電感產(chǎn)品感量規(guī)格最高可達(dá)正負(fù)30%，因此于低感量測試應(yīng)用時，會因待測物感量變化而造成實(shí)際端點(diǎn)上電壓差異更加明顯，導(dǎo)致波形面積判定失效或測試電壓未達(dá)要求之電壓。Chroma 19301A具備電感差異電壓補(bǔ)償功能，改善上述問題及降低因感量差異造成于端點(diǎn)上實(shí)際電壓的差異，進(jìn)而降低誤判的可能性。

一般應(yīng)用時電感待測物(Lx)兩端端電壓(Vx)會與配線電感(Li&Lw)于線路上形成串聯(lián)分壓，其計算方式如下：

▲ (圖12) 電壓補(bǔ)償示意圖

▲ (圖13) 無電感差異電壓補(bǔ)償功能

▲ (圖14) 具有電感差異電壓補(bǔ)償功能

高低感量產(chǎn)品測試

Chroma 19301A除了低感量產(chǎn)品測試技術(shù)外，也同時涵蓋到較高感量產(chǎn)品測試應(yīng)用，可從0.1uH ~ 100uH 。于測試初始進(jìn)行樣品取樣時，透過內(nèi)部電感量測量功能得知待測物感量大小，自動切換到合適檔位進(jìn)行測試(切換點(diǎn)可設(shè)定)，使待測物在適當(dāng)波形下進(jìn)行比對測量，對使用者操作來說是相當(dāng) 便利的一項功能。單一臺層間短路測試器即結(jié)合了高低感量產(chǎn)品測試應(yīng)用，客戶于生產(chǎn)在線進(jìn)行產(chǎn)品更換時可省略設(shè)備更換時間，不僅縮短了產(chǎn)品換線工時同時也降低工廠設(shè)備負(fù)擔(dān)，有助于工廠端生產(chǎn)管理也替客戶節(jié)省設(shè)備資本支出之成本。

崩潰電壓分析 (B.D.V - Breakdown Voltage)

Chroma 19301A具有崩潰電壓分析功能，設(shè)定起始電壓與結(jié)束電壓及電壓爬升率，利用電壓爬升過程偵測波形面積比(Area SIZE)、二階微分偵測(Laplacian)及波峰比偵測(PEAK RATIO)判定是否超過設(shè)定值，測試出線圈可承受耐電壓強(qiáng)度，藉由這些功能，研究人員可以對產(chǎn)品進(jìn)行分析與研究，針 對線圈較弱的地方做改善。

劣化點(diǎn)分析(Deterioration Point Analysis)

在IWT BDV Test模式下，利用波峰比的容許范圍來判定待測物是否過度劣化。亦可使用數(shù)據(jù)來用于分析待測物的劣化電壓點(diǎn)/崩潰電壓點(diǎn)。

▲(圖15) 劣化點(diǎn)分析示意圖

Pause 暫停功能

在IWT BDV Test模式下，操作者可開啟Pause(暫停功能) 。此功能會使19301A每按一次[START]鍵只做一個step的測試，在每一個Step測試完后暫停至下一個step直到[START]鍵再次被操作者按下。操作者可以利用暫停功能，在暫停時，移動待測物去做其它分析測試，然后再回來繼續(xù)下一個step的測試。

▲(圖16) 暫停功能以及畫面擷取范例

Screenshot 擷取畫面功能

操作者可以利用快捷鍵快速擷取操作當(dāng)下屏幕上所顯示的畫面，屏幕截圖的畫面將會快速儲存于插置在19301A上的USB 隨身硬盤(USB flash drive)。

Export 數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能

操作者可以利用Export功能將每一次測試的數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)出并儲存于插置在19301A上的USB 隨身硬盤(USB flash drive)。操作者亦可針對每一次的測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。儲存文件格式為CSV（Comma Separated Values）。

高速自動化測試應(yīng)用

低感量電感應(yīng)用于智能型手機(jī)或平板計算機(jī)等3C產(chǎn)品，產(chǎn)品外觀尺寸趨向輕薄短小設(shè)計，電感于生產(chǎn)上也采用全自動化測包機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，其自動化機(jī)臺產(chǎn)速相當(dāng)高，因此產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用需搭配高速測量設(shè)備才能滿足生產(chǎn)條件。為了滿足高速自動化測試應(yīng)用，Chroma 19301A具有超高速測量功能及雙同軸線四線測量方式降低配線長度之影響，可直接搭配層測自動化機(jī)上應(yīng)用，為客戶自動化生產(chǎn)帶來更大效益。測試速度提升至最快可達(dá)18ms，可大幅提升自動化的產(chǎn)量。

SMD Power Choke 測試治具

低感量Power Choke產(chǎn)品體積小，為了使層間短路測試操作上能更加便利，Chroma 開發(fā)專用之SMD Power Choke四端測試治具，可搭配19301A之電感差異自動電壓補(bǔ)償功能特點(diǎn)應(yīng)用，為產(chǎn)品開發(fā)或品保人員帶來更為方便進(jìn)行測試提高測試效率。

▲(圖17) SMD Power Choke測試治具(A193001)