概述

大功率自動化測試設備 (ATE) 系統的開發為測試工程師帶來了眾多挑戰。但測試是必要的，它能夠確保產品的安全性以及產品達到所發布的性能規格。測試有助于避免高昂的質保期內維修成本，并有助于保證產品質量、維護企業的市場聲譽，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必要的功能，但管理層還會要求測試工程師將測試系統設計為滿足以下目標：

■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

– 盡可能低的年運行成本

– 占用最少的生產場地

■測試系統可靠性高

這些目標有可能存在沖突，在管理這些目標的同時，挑戰也隨之產生，其中包括既要滿足生產進度要求，又要實現產量目標。若未能同時實現這兩個目標，將導致收入減少。

大功率ATE系統設計的一個關鍵因素是管理功率組件。確定ATE系統的功率需求對實現最大化測試性能、最小化成本和高可靠性的目標有很大影響。以下章節介紹了測試工程師如何實現嚴苛的ATE系統目標。

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

測試工程師應確保其電源的輸出性能能夠滿足當前和未來的需求，如電動汽車 (EV) 生產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 系統要求，但產品設計方面的新變化可能促使測試工程師購買新電源，因為具有矩形輸出特性的電源無法適應新要求。

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22kW輸出電源進行了比較。請注意，EA電源的輸出電壓和輸出電流遠高于這兩種矩形輸出電源。此外，傳統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 (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運行的產品，并使用單個電源進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電池設計更改為 900V或更高電壓級別的設計，測試工程師可以使用相同的電源。這節省了整個測試系統的資金成本。測試工程師可能已經選擇有著更高輸出的矩形輸出電源來應對未來變化，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空間。

這同樣適用于電子負載。寬范圍電子負載（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品測試所需的總負載功率。較低的電子產品負載既能夠減小測試系統的物理尺寸，又能夠降低測試系統成本。

開展更全面的測試

盡可能提高測試性能可確保系統能夠按照國家和國際標準進行測試。航空電子系統和汽車系統要求按照相關標準進行測試，其中可能涉及生成復雜波形。在系統中接入信號發生器以調制直流電源，即是為測試系統添加額外的儀器，增大了測試系統的復雜度。EA電源和電子負載提供了內置函數發生器，能夠安全輕松地生成標準和自定義波形。圖2顯示了EA電源和負載輸出（或者為負載灌入）復雜波形的能力。另外，EA電源和負載還可以模擬電池、燃料電池和太陽能電池特性，以便更真實地測試由這些電源供電的產品。因此，利用EA電源和負載，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復雜度。這樣節省了資金成本和測試系統規模。

由于需要購置和控制的儀器更少，可以大大加快研發速度。簡化的系統讓測試工程師更有可能將經驗證的ATE系統按時投入生產流程之中，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準和自定義波形。波形左側的PC顯示屏舉例顯示了在使用EA Power Control軟件創建波形時所用的參數。

盡可能降低基建成本和年運行成本

節省ATE系統成本

成本目標往往難以與滿足測試系統性能要求的需求并行。這些相互沖突的目標可能會讓測試工程師在儀器性能的某些方面做出妥協，以將成本控制在資本預算之內。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。內置函數發生器讓您無需額外的儀器，亦可滿足信號生成需求。

如果ATE系統需要同時執行拉電和灌電，則測試工程師可以選擇雙向電源來執行這兩種功能。此外，使用大容量儀器，比如60kW EA-PU設備，為測試工程師提供了許多節省高功率測試系統所需儀器數量的機會。大容量電源儀器儀表能夠幫助測試工程師在預算范圍內構建ATE系統。

盡可能降低基建成本和年運行成本

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

測試工程師還應考慮能夠將能量送回電網的儀器儀表。回饋式雙向可編程直流電源和回饋式電子負載能夠將大量電力送回電網；而EA Elektro-Automatik的回饋式電源和負載則能夠將高達96%的吸收電能送回電網。

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

節省制造間接成本

使用更少的儀器和更低功率的儀器，ATE系統規模可以更小。當測試系統需要30kW的容量時，高功率密度電源使儀器尺寸僅為4U。事實上，EA的其中一款產品能夠在6U機箱中部署60W儀器儀表，這樣的功率密度堪稱業界典范。

測試工程師可以不需要額外的測試機架；或者，他們可以將兩套系統構建到一臺機架中。如果測試工程師能夠壓縮其測試系統，則能夠節省寶貴的制造廠區空間，從而降低測試的間接費用。節省出來的空間可用于添加更多的測試系統，以提升現有空間內的產能，進而提高收入。

盡可能降低基建成本和年運行成本

ATE系統停機會降低產量，導致訂單取消和收入損失。這就是管理層要求高ATE系統可靠性的原因。影響可靠性的因素有多種：

■儀器選擇

■系統設計

■校準程序

■制造商的服務和支持

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，對部件施加的應力更小，而且儀表不易發生故障。此外，EA產品還符合CE、UL和CSA標準。獲得國家認可的測試實驗室的認證可以建立對產品質量和可靠性的信心。EA產品可享受2年標準質保，另可選擇3年或5年質保，因此測試工程師能夠降低年擁有成本。

在測試機架中設計適當的通風和冷卻、采用合適的接地技術、以及遵守測試機架安全措施，可確保良好的質量和穩定的測量。測試系統設計師需要注意大量設計細節，以提升系統的性能可靠性、延長系統運行時間。EA在電源測試機架構建方面擁有相應的專業知識（見圖3），能夠為測試系統工程師提供指導。

圖3. 大功率電源系統符合安全標準，同時還提供了適當的接地和配電接線。

許多客戶都會要求提供相關證據，以證明 ATE系統根據國際標準（如 Z540和ISO 17025）進行了校準。在校準間隔期內，會定義性能規格，因此測試工程師可以確信他們的產品將至少在規定的時間間隔內保持校準。這讓測試工程師能夠更仔細地預測何時需要執行系統停機，以免發生計劃外生產中斷。

測試工程師應考慮能夠從電源儀器儀表供應商處獲得支持。其重要性尤其體現在當測試系統的工程設計和制造發生在不同地點時，在這種情況下，需要能夠提供全球支持的合作伙伴。

無需獨自應對挑戰

成本效益好、性能高、結構緊湊且能效高的ATE系統有著眾多設計挑戰；因此，應務必咨詢制造商，以應對成本、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算范圍內打造高性能ATE系統的需求。EA可幫助測試工程師盡可能提高效率、降低ATE系統壽命期內的年運行成本。