电容器测试的挑战与方案

而且，串联电阻器给测量结果加入了Johnson噪声——这是任何电阻器都会产生的热噪声。在室温条件下，这种噪声约为A，峰峰值。在典型的3Hz带宽下，1TΩ反馈电阻器的电流噪声约为8×10-16A。在10V条件下测量1016Ω的绝缘电阻时，噪声电流将占测量电流的80%。

　　替代的测试电路

　　通过在电路中加入正向偏置二极管(D)可以获得更高的测量准确度，如图3所示。二极管的行为很像可变电阻，当电容器的充电电流高时其阻值很低，当电流随时间增加而降低时二极管的电阻值增大。由此，串联电阻器的阻值可以较之前低得多，因为它只需用于当电容器短路时防止电压源过载和二极管损坏。采用的二极管应为小信号二极管，例如IN914或IN3595，但是它必须密封在不透光的封装内以消除光电干扰和静电干扰。对于双极性测试，应使用两颗背靠背并联的二极管。

　　测试硬件的考虑

　　当测量电容器的漏电时，测量仪器的选择需要考虑多个方面。

　　● 虽然完全可以建立带分立电压源的系统，但是集成系统可以极大地简化配置和设置过程，因此请寻找具有内建可变电压源的静电计或皮安表。因为连续可变电压源能提供电压系数的便捷计算。对于高额定电压电容器的高阻测量，最好选用内建电流限制的1000V电压源。对于给定电容器，在其额定电压范围内施加的电压越大产生的漏电流也越大。以同样的固有噪底测量较大电流会得到较高信噪比，进而获得更准确的读数。

       ● 温度和湿度对高阻测量影响很大，所以监测、调节和记录这些条件对于确保测量准确度至关重要。例如吉时利6517B型静电计/源(图4)等新推出的电表具有同步监测温度和湿度的能力。这不但能记录条件还能更方便地确定温度系数。自动时间戳的读数还能进一步记录时间分辨的测量。

　　● 测试设置中加入开关硬件可以实现测试过程自动化。对于实验室台式测试设置的小批量测试，请考虑使用静电计以提供开关插卡的便捷性。对于较大批量的电容器测试，请寻找能轻松集成较多通道数开关系统的测量仪器。

　　测试系统配置实例

　　为了获得足够多的有用数据以便统计分析，需要快速测试大量电容器。显然，手动测试不切实际，因而需要自动测试系统。图5示出的系统利用了内建电压源的静电计以及封装了低电流扫描卡和C型开关卡的开关主机。在此测试设置中，一台测试仪器就能提供电压源与低电流测量的功能。计算机控制测量仪器自动进行测试。

　　使用一组开关轮流为每颗电容器施加测试电压;使用第二组开关在适当的延迟时间后将每颗电容器连至静电计的皮安表输入端。当测试完电容器后，电压源应当置为零，然后将电容器放电一段时间后再从测试装置上移走。需要注意的是，在图5中，电容器的放电通道经过继电器的常闭触点。为了防止电击，测试连接的配置必须避免用户接触导体、连接或DUT。安全安装要求正确的屏蔽、障碍和接地以防接触导体。

　　如果需要的话，可以实现更为复杂的测试系统，其中组合了漏电测量与电容测量、介质吸收和其他测试。这种测试系统的简化方案如图6所示，其中使用了LCR(LCZ)桥和带电压源的皮安表。

　　测试系统的安全性

　　许多电气测试系统或仪器都能测量或输出危险的电压和功率电平。在单错误情况下(例如，程序设计错误或仪器故障)，甚至在系统提示当前无危险的情况下，也可能输出危险电平。这些高电压和高功率电平对于保护操作人员在任何时候远离所有危险来说至关重要。测试系统设计、集成和安装工程师的责任是确保对操作和维护人员的保护既到位又有效。保护方法包括：

　　● 设计好测试装置，以防操作人员接触任何危险电路;

　　● 确保被测器件完全封闭，以保护操作人员免受飞溅碎片的伤害;

　　● 操作人员可能接触到的所有电气连接都必须双重绝缘。双重绝缘可以在其中一个绝缘层失效后仍然能确保操作人员的安全;

　　● 当打开测试装置盖时，使用可靠性高的失效-安全互锁开关断开电源;

　　● 只要可能均使用自动机械手，让操作人员不接触测试装置的内部;

　　● 为系统的全部用户提供适当的培训，让大家理解所有潜在危险并知道如何保护自己免受伤害。