智能電表PCBA模塊的功能性測試設備

倪晨鴻,宋春偉

(中國計量大學,浙江杭州,310018)

智能電表PCBA模塊的功能性測試設備

倪晨鴻,宋春偉

(中國計量大學,浙江杭州,310018)

針對智能電表實裝印刷電路板的質量問題，提出了一種針對智能電表PCBA功能測試的檢測設備。在對新型FCT設備的機械結構描述的基礎上，提出了夾具及機臺的主要設計參數。對智能電表的各個測試項目進行研究，提出智能電表在PCBA模塊檢測階段的功能性測試方法，并依據測試方法提出FCT硬件方案和測試流程。

智能電表；計量芯片；檢測設備

0　前言

國家電網公司國家電網智能電表從零件組成上可以分為如下幾個部分：電表外殼（包含金具），分流器，互感器，繼電器和實裝印刷電路板模塊（Printed Circuit Board Assembly, PCBA）。實裝印刷電路板是指印刷電路板經過自動貼片焊接，自動插件焊接和補充焊接等制程后的零部件產品，以下簡稱PCBA。PCBA模塊的功能性檢測（Functional Circuit Test，FCT）就是對被測目標板提供模擬的運行環境和輸入激勵，檢測目標板的參數和輸出響應是否符合設計要求。智能電表的概念產生于上世紀90年代，它是一種以電子單片機為核心的，具有自動計量、電能質量監控、雙向通訊和遠程斷供電的計量設備。針對智能電表PCBA模塊的FCT檢測工作，本文提出一種針對國網單相智能費控電能表產品所對應的PCBA模塊的檢測技術方法和設備方案。

1　設備結構

圖1　設備總體構成示意圖

智能電表PCBA模塊的FCT測試設備是能夠測試PCBA模塊中各項電氣性能及電氣參數，能夠快速，自動并且全面的判斷PCBA模塊是否屬于合格產品。PCBA模塊的FCT測試結果可以通過上位機的PC軟件上傳到服務器，如圖1所示。設備可以分為設備測試機臺和夾具兩部分。測試夾具是安裝于測試機臺上的，被測目標板需要放入其對應的測試夾具，再由機臺進行測試。針對不同型號的同類型電表PCBA模塊，檢測車間人員只需要更換相應的夾具。

如圖2所示，自動化或者半自動化的PCBA模塊FCT測試設備，都是通過“針床”式的機械結構將被測試的PCBA與機臺中檢測電路連接在一起。FCT設備一般俗稱“測試壓機”，通過專門定制的測試夾具和壓力機構完成被測PCBA與測試電路的電氣連接。測試夾具上安裝有大量探針，探針數量和電路板的設計測試點的數量相同。探針自帶的彈簧和夾具的彈性機構的共同作用將探針與電路板上的測試點牢牢的壓接在一起，足夠大的壓力才能充分減少了探針和電路板測試點之間的接觸電阻。

圖2　智能電表PCBA針床測試示意圖

除了探針以外，針對智能電表PCBA的檢測需求，還需要安裝光敏電阻，視頻識別和微型氣缸。其中光敏電阻是測試LED指示燈，而視頻識別設備是用于識別電表液晶屏的顯示情況。微型氣缸是用來檢測按鈕和開蓋端子，智能電表是不允許用戶自行打開端蓋，如果端蓋被打開就會觸發警報。因此，當夾具上的微型氣缸下壓時電表處于正常狀態，當微型氣缸抬起時就觸發了智能電表的報警機制，這個報警信號可以觸發相應的LED指示燈，同時通過485總線也可以讀取到。一般來講，測試探針上所施加的壓力根據探針規格是有明確的要求的，而機臺主氣缸的壓力與探針數量也存在線性關系。通常100根左右的探針和轉接針，需要施加150 N以上400 N以下的壓力。

2　電氣檢測技術

如圖3所示，FCT設備中針對智能電表PCBA各部分功能電路分別設計不同的檢測電路進行檢測：（1）對電表中電源電壓值設計了專門的電壓采樣電路進行采集；（2）機臺中設計有485通訊模塊對目標板上的485通訊進行功能檢測；（3）對于電表核心計量部分模擬電表實際工況，在模塊與分流器和互感器接觸的測試施加模擬電流采樣信號，在這樣模擬工作狀況下，電表計量部分開始工作計算有功和無功電能；（4）在計量部分工作的條件下，智能電表特有的功率脈沖信號開始出現（該信號用于電表精度的校正），通過脈沖計數可以檢測這部分電路的工作期刊；（5）對指示燈的亮度用光敏電阻進行量化測試；（6）紅外通訊模塊也是按照與485通訊同樣的規約進行檢測，紅外通訊模塊安裝于夾具上界面；（7）獨立的微型氣缸通過自動按壓操作實現對端蓋和按鍵的邏輯功能的檢測；（8）液晶屏幕可能存在的“缺筆”問題可以通過視頻識別技術進行檢測，這方面技術已經比較成熟。此外，智能電表模塊的程序燒寫功能也可以集中在FCT檢測設備中完成。

圖3　檢測電路與被測功能模塊對應關系圖

設備測試流程從檢測人工放料是否到位開始：首先對電源電路進行檢測，避免了對故障PCBA模塊上電過程可能存在的短路或者過流現象的發生。完成了電源電路部分的檢測之后，PCBA模塊已經進入上電工作狀態，接下來還是先對其485通訊模塊進行檢測。這樣的設計主要是因為485通訊模塊是之后各個檢測工序的基礎。剩余幾個測試項目，如按鍵端子，負荷開關，紅外通訊都可以并行檢測完成。整個測試流程的時間可以控制在10s以內。

3　結語

本文介紹了一套應用于智能電表PCBA模塊的FCT檢測設備，介紹了其主機部分和夾具部分的分體式設計思路，論述了機臺中電氣檢測電路的設計方案，采用模塊化的硬件電路對智能電表PCBA的各項功能進行檢測，介紹了設備的操作方法和一般測試流程。

[1]李鵬,王勝勇,盧家斌等.模塊化的開放性PCBA功能測試平臺[J].企業導報,2013(04):261-263.

[2]王晏斌.基于單片機的PCBA測試系統研究[J].科技資訊,2011(03):76-78.

[3]王榕模.模擬的動態信號下電能表試驗研究[J].機電技術,2011(04):54-57.

[4]王思彤,周暉,袁瑞銘等.智能電表的概念及應用[J].電網技術, 2010(04):17-23.

倪晨鴻，中國計量學院，碩士，研究方向為變頻器數字控制原理。通訊作者： 宋春偉，博士，講師，中國計量學院碩士生導師，研究

方向為大功率變流器拓撲與控制。

Functional circuit test equipment for PCBA module of smart electric meter

Ni Chenhong,Song Chunwei
(China Jiliang University,Hangzhou,Zhejiang,310018,China)

Aiming at quality problems of printed circuit board assembly (PCBA) for smart meter,a test equipment for PCBA functional circuit test (FCT) of smart meter was proposed.Based on a brief description ofthe mechanical structure of the novel FCT equipment,the main parameters of the fixture and the machine were provided. Each test project of smart meter PCBA was studied, the FCT methods of smart meter in PCBA module testing were proposed, and the FCT hardware scheme and testing process were disscused according to these proposed test methods.

smart meter;printed circuit board assembly;functional circuit test

TM

B

項目來源：浙江省自然科學基金青年基金項目（LQ16E070001），浙江省“儀器科學與技術”重中之重學科開放基金（JL150512）