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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung zum Testen von elektrischen Bauelementen und ein Verfahren zum Testen.
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Stand der Technik
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Eine Vielzahl von Testvorrichtungen zum Testen von elektrischen Bauelementen ist bekannt. Hierbei wird beispielsweise die Impedanz und/oder die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im dem elektrischen Bauelement überprüft bzw. getestet. Die Testvorrichtungen weisen üblicherweise eine Matrixstruktur mit einer Vielzahl von Testorten zum Aufnehmen jeweils eines elektrischen Bauelements auf. Die Testvorrichtung weist Reihen und Spalten zum Auswählen eines Testorts und zum Versorgen des elektrischen Bauelements an dem ausgewählten Testort mit Spannung auf. Für die elektrische Isolierung des Bauelements an dem ausgewählten Testort von den anderen elektrischen Bauelementen bzw. den anderen Testorten werden Dioden verwendet, so dass der Messstrom nur durch das elektrische Bauelement an dem ausgewählten Testort der Testvorrichtung fließt.
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Nachteilig hieran ist, dass nur Gleichstrommessungen durchgeführt werden können. So können beispielsweise keine Kondensatoren als elektrische Bauelemente mit den vorbekannten Testvorrichtungen überprüft bzw. getestet werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Testvorrichtung zum Testen von elektrischen Bauelementen bzw. ein Verfahren zum Testen gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Vielzahl elektrischer Bauelemente innerhalb kurzer Zeit technisch einfach mit einer Wechselspannung zu testen und/oder in Dauerläufen zu überwachen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Testvorrichtung zum Testen von elektrischen Bauelementen vorgeschlagen, wobei die Testvorrichtung eine Vielzahl von Testorten zum Aufnehmen jeweils eines elektrischen Bauelements aufweist, wobei die Testvorrichtung ferner eine Auswahlvorrichtung zum Auswählen von einem der Testorte aufweist, wobei die Testvorrichtung in Reihen angeordnete elektrische Leitungen und in Spalten angeordnete elektrische Leitungen zum Versorgen eines an dem ausgewählten Testort angeordneten elektrischen Bauelements mit einer Wechselspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvorrichtung Z-Dioden zum elektrischen Verbinden des jeweiligen elektrischen Bauelements an einem der Testorte über eine der Z-Dioden mit einer der Reihen der elektrischen Leitungen, und einen Signalgenerator aufweist, wobei der Signalgenerator zum Erzeugen eines Testsignals, das ein Spannungssignal als Summe eines Rechtecksignals und eines wellenförmiges Signals, insbesondere eines Sinussignals, aufweist, ausgebildet ist, und wobei die maximale Spannung des Rechtecksignals mindestens der Durchbruchsspannung der jeweiligen Z-Diode des ausgewählten Testorts entspricht.
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Ein Vorteil hiervon ist, dass typischerweise technisch einfach innerhalb kurzer Zeit eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen mit einer Wechselspannung überprüft bzw. getestet werden können. Durch die Z-Dioden kann im Allgemeinen jeweils ein Testort bzw. ein elektrisches Bauelement ausgewählt werden, das gerade überprüft bzw. getestet werden soll. Beim Einschalten der Rechteckspannung wird typischerweise die entsprechende Z-Diode des ausgewählten elektrischen Bauelements bzw. Testorts leitend und die wellenförmige Spannung liegt an dem elektrischen Bauelement an. Beim Abschalten der Rechteckspannung bzw. Anlegen einer Spannung, die der Flussspannung der Z-Diode entspricht, kann im Allgemeinen z.B. bei einem Kondensator dieser wieder entladen werden. Somit können in der Regel technisch einfach und innerhalb einer kurzen Zeit eine Vielzahl elektrischer Bauelemente, die mit Wechselstrom betrieben werden, wie z.B. Kondensatoren, überprüft bzw. getestet werden. Auch Drosseln, Widerstände, Spulen bzw. Induktivitäten können somit im Allgemeinen technisch einfach untersucht werden. Das elektrische Bauelement kann typischerweise auch elektronische Bauelemente und/oder eine Vielzahl von einzelnen elektrischen Bauelementen umfassen. Das Rechtecksignal und das wellenförmige Signal können im Allgemeinen dieselbe Frequenz aufweisen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Testen von an Testorten einer Testvorrichtung, insbesondere einer Testvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, angeordneten elektrischen Bauelementen, vorgeschlagen, wobei die Testvorrichtung eine Vielzahl von Testorten zum Aufnehmen jeweils eines elektrischen Bauelements aufweist und in Reihen angeordnete elektrische Leitungen und in Spalten angeordnete elektrische Leitungen zum Versorgen des an dem ausgewählten Testort angeordneten elektrischen Bauelement mit einer Wechselspannung aufweist, wobei die Testvorrichtung Z-Dioden zum elektrischen Verbinden des jeweiligen elektrischen Bauelements an einem der Testorte über eine der Z-Dioden mit einer der Reihen der elektrischen Leitungen aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Auswählen eines Testorts mittels der Reihen von elektrischen Leitungen und der Spalten der elektrischen Leitungen; und Versorgen des an dem ausgewählten Testort angeordneten elektrischen Bauelements mit einem Testsignal, das ein Spannungssignal als Summe eines Rechtecksignals und eines wellenförmiges Signals, insbesondere eines Sinussignals, aufweist, wobei die maximale Spannung des Rechtecksignals mindestens der Durchbruchsspannung der Z-Diode des ausgewählten Testorts entspricht.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass typischerweise technisch einfach innerhalb kurzer Zeit eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen mit einer Wechselspannung überprüft bzw. getestet werden können. Durch die Z-Dioden kann im Allgemeinen jeweils ein Testort bzw. ein elektrisches Bauelement ausgewählt werden, das gerade überprüft bzw. getestet werden soll. Beim Einschalten der Rechteckspannung wird typischerweise die entsprechende Z-Diode des ausgewählten elektrischen Bauelements bzw. Testorts leitend und die wellenförmige Spannung liegt an dem elektrischen Bauelement an. Beim Abschalten der Rechteckspannung bzw. Anlegen einer Spannung, die der Flussspannung der Z-Diode entspricht, kann im Allgemeinen z.B. bei einem Kondensator dieser wieder entladen werden. Somit können mit diesem Verfahren in der Regel technisch einfach und innerhalb einer kurzen Zeit eine Vielzahl elektrischer Bauelemente, die mit Wechselstrom betrieben werden, wie z.B. Kondensatoren, überprüft bzw. getestet werden. Auch Drosseln, Widerstände, Spulen bzw. Induktivitäten können somit im Allgemeinen mit diesem Verfahren technisch einfach untersucht werden. Das elektrische Bauelement kann typischerweise auch elektronische Bauelemente und/oder eine Vielzahl von einzelnen elektrischen Bauelementen umfassen. Das Rechtecksignal und das wellenförmige Signal können im Allgemeinen dieselbe Frequenz aufweisen.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Die Erfindung basiert auf der Grundidee, bei einer Testvorrichtung mit einer Vielzahl von Testorten zum Aufnehmen von elektrischen Bauelementen in Matrixanordnung Z-Dioden vorzusehen und das Testsignal derart zu gestalten, dass ein Testsignal umfassend ein Rechtecksignal zum Überbrücken der Durchbruchsspannung der Z-Diode und ein wellenförmiges Signal zum Testen des Verhaltens des elektrischen Bauelements an das ausgewählte elektrische Bauelement angelegt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Testvorrichtung ferner einen Shunt zum Bestimmen des Stromflusses durch das elektrische Bauelement an dem ausgewählten Testort auf. Vorteilhaft hieran ist, dass typischerweise technisch einfach der Stromfluss und hieraus die weiteren Charakteristiken des elektrischen Bauelements bestimmt werden können. Zudem ist die Testvorrichtung in der Regel besonders kostengünstig und robust.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Testvorrichtung ferner eine Analysevorrichtung zum Bestimmen einer Impedanz des elektrischen Bauelements an dem ausgewählten Testort und/oder einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Charakteristiken des elektrischen Bauelements in der Regel technisch einfach und schnell bestimmt werden können. Insbesondere kann die Analysevorrichtung typischerweise die angelegte wellenförmige Spannung verrechnen. Hierbei kann zum Beispiel eine diskrete Fourier-Transformation des Stromsignals bzw. des gemessenen Stroms für die Frequenz des eingestellten wellenförmigen Signals, insbesondere des Sinussignals, am Signalgenerator durchgeführt werden. Hierdurch können der Realteil und der Imaginärteil der Impedanz bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Testvorrichtung ist die Analysevorrichtung zum Fourier-Transformieren des bestimmten Stromflusses ausgebildet. Hierdurch können in der Regel Störsignale in dem gemessenen Stromsignal, die z.B. durch das Leitend-Werden bzw. das Nicht-leitend-Werden der Z-Diode entstehen, technisch einfach und schnell aus dem gemessenen Stromsignal entfernt werden. Die Fourier-Transformation kann typischerweise insbesondere nur an einem Punkt bzw. mit einer Frequenz, nämlich der Frequenz der Rechteckspannung bzw. des Rechtecksignals oder der Frequenz des wellenförmigen Signals, insbesondere des Sinussignals, durchgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Testvorrichtung entspricht die minimale Spannung des Rechtecksignals der Flussspannung der jeweiligen Z-Diode des ausgewählten Testorts. Hierdurch wird in der Regel sichergestellt, dass von dem elektrischen Bauelement durch die Z-Diode Strom fließen kann und im Stromsignal bzw. im gemessenen Strom Werte des zu messenden Bauelements enthalten sind.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt: Bestimmen des Stromflusses durch das elektrische Bauelement an dem ausgewählten Testort mittels eines Shunts. Vorteilhaft hieran ist, dass typischerweise technisch einfach der Stromfluss und hieraus die weiteren Charakteristiken des elektrischen Bauelements bestimmt werden können. Zudem kann in der Regel eine Testvorrichtung verwendet werden, die besonders kostengünstig und robust ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt: Analysieren eines bestimmten Stromflusses durch das elektrische Bauelement an dem ausgewählten Testort zum Bestimmen einer Impedanz des elektrischen Bauelements an dem ausgewählten Testort und/oder einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung durch das elektrische Bauelement. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Charakteristiken des elektrischen Bauelements in der Regel technisch einfach und schnell bestimmt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens entspricht die minimale Spannung des Rechtecksignals der Flussspannung der Z-Diode des ausgewählten Testorts. Hierdurch wird in der Regel sichergestellt, dass von dem elektrischen Bauelement durch die Z-Diode Strom fließen kann und im Stromsignal bzw. im gemessenen Strom Werte des zu messenden Bauelements enthalten sind.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Rechtecksignal des Testsignals bei Erreichen der Maximalspannung des wellenförmigen Signals des Testsignals auf einen Minimalwert abgesenkt, wobei insbesondere der Minimalwert des wellenförmigen Signals der Flussspannung der Z-Diode des ausgewählten Testorts entspricht. Ein Vorteil hiervon ist, dass typischerweise insbesondere Kondensatoren technisch einfach sehr effektiv getestet werden können, da die Kondensatoren gleichmäßig geladen und entladen werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Testvorrichtung bzw. des Verfahrens zum Testen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Testvorrichtung; und
- 2 zeigt ein Diagramm des Testsignals und des resultierenden Stroms bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Testvorrichtung 10. Die Testvorrichtung 10 ist zum Testen bzw. Überprüfen einer Vielzahl von elektrischen Bauelementen 40-48 ausgebildet. Die elektrischen Bauelemente 40-48 können beispielsweise Kondensatoren sein, wie dies in 1 gezeigt ist. Auch Spulen, Widerstände, Induktivitäten etc. können als elektrische Bauelemente 40-48 verwendet werden.
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Die Testvorrichtung 10 weist eine Vielzahl (z.B. mehrere Dutzend, mehrere Hundert oder mehrere Tausend) Testorte 20-28 auf. Jeder Testort 20-28 ist zum Aufnehmen eines elektrischen Bauelements 40-48 ausgebildet. Vorstellbar ist auch, dass am Testort 20-28 mehrere elektrische Bauelemente 40-48 aufgenommen werden.
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Die Testvorrichtung 10 weist eine Matrixstruktur auf, wobei die Testvorrichtung 10 Reihen 11-13 von elektrischen Leitungen und Spalten 16-19 von elektrischen Leitungen aufweist. Jeder Testort 20-28 ist mit jeweils genau einer Reihe 11-13 und genau einer Spalte 16-19 elektrisch verbunden. Jeder Testort 20-28 ist über eine Z-Diode 30-38 mit einer Reihe 11-13 der elektrischen Leitungen verbunden, während jeder Testort 20-28 ohne weitere Elemente dazwischen (d.h. unmittelbar bzw. direkt) mit einer Spalte 16-19 der elektrischen Leitungen verbunden ist. Auf diese Weise kann durch entsprechende Auswahl bzw. Versorgung der entsprechenden Reihe 11-13 und Spalte 16-19 mit Wechselspannung genau ein Testort 20-28 ausgewählt werden, der mit Wechselspannung versorgt wird.
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Die Reihen 11-13 können mit den Spalten 16-19 vertauscht werden, d.h. die in dieser Anmeldung als „Reihen“ bezeichneten elektrischen Leitungen können „Spalten“ sein und umgekehrt.
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An jedem Testort 20-28 kann das elektrische Bauelement 40-48 in der Testvorrichtung 10 angeordnet werden und mit einer Reihe 11-13 und einer Spalte 16-19 der elektrischen Leitungen verbunden werden.
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Die Reihen 11-13 der Testvorrichtung 10 sind mit einem Signalgenerator 50 der Testvorrichtung 10 elektrisch verbunden, der eine Wechselspannung in Form eines Testsignals erzeugt. Die Spalten 16-19 sind über einen Shunt 60 zum Messen des Stroms durch den ausgewählten Testort 20-28 bzw. das ausgewählte elektrische Bauelement 40-48 mit Masse verbunden. Der gemessene Strom wird einem Analog-Digital-Wandler 70 zugeführt. Der vom Analog-Digital-Wandler 70 ausgegebene Wert wird einer Analysevorrichtung 80 zugeführt, die die Impedanz und/oder den Phasenunterschied zwischen Strom und Spannung und/oder weitere Charakteristika des elektrischen Bauelements 40-48 aus der vom Signalgenerator 50 erzeugten Wechselspannung und dem mittels des Shunts 60 gemessen Stroms bestimmt.
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Zudem weist die Testvorrichtung 10 eine Auswahlvorrichtung auf, die einen Testort 20-28 und somit ein elektrisches Bauelement 40-48 auswählt, indem die entsprechende Reihe 11-13 und Spalte 16-19 mit dem Signalgenerator 50 und dem Shunt 60 elektrisch verbunden wird.
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Das Testsignal ist ein Summensignal aus einer Rechteckspannung (auch Rechtecksignal genannt) und einer wellenförmigen Spannung (auch wellenförmiges Signal genannt), z.B. einer sinusförmigen Spannung bzw. einem Sinussignal, wobei die Rechteckspannung und das wellenförmige Signal dieselbe bzw. die gleiche Frequenz aufweisen.
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Das Rechtecksignal weist einen hohen Wert bzw. Maximalwert auf, der der Durchbruchsspannung der Z-Diode 30-38 des ausgewählten Orts entspricht. Üblicherweise weisen alle Z-Dioden 30-38 der Testvorrichtung 10 dieselbe Durchbruchspannung (z.B. +9,0 V) auf. Der niedrige Wert bzw. Minimalwert des Rechtecksignals entspricht der Durchflussspannung der Z-Diode 30-38 des ausgewählten Orts. Üblicherweise weisen alle Z-Dioden 30-38 der Testvorrichtung 10 dieselbe Durchflussspannung (z.B. -0,7 V) auf.
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Das Rechtecksignal wird so eingestellt, dass zu einem entsprechenden Zeitpunkt, der abhängig von der Phasenverschiebung der Art des elektrischen Bauelements 40-48 (z.B. ist die Phasenverschiebung bei einem Kondensator anders als die Phasenverschiebung bei einer Spule), die Z-Diode 30-38 leitend wird, so dass der Strom durch das elektrische Bauelement 40-48 an dem ausgewählten Testort 20-28 eine Form aufweist, die dem wellenförmigen Signal des Testsignals entspricht (d.h. bei einem sinusförmigen Spannungssignal weist der Strom durch das elektrische Bauelement 40-48 an dem ausgewählten Testort 20-28 bzw. elektrischen Bauelement 40-48 eine Sinusform auf).
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Zu dem Rechtecksignal wird ein sinusförmiges Signal addiert, um das Testsignal zu bestimmen bzw. zu erhalten. Das sinusförmige Spannungssignal erzeugt sozusagen den sinusförmigen Strom, während das Rechtecksignal lediglich zum Versetzen der Z-Diode 30-38 des ausgewählten Testorts 20-28 in den leitenden Zustand angelegt wird. Die Z-Dioden 30-38 der anderen Testorte 20-28 bzw. der nicht-ausgewählten Testorte 20-28 verbleiben im nicht-leitenden Zustand, so dass keine Spannung an den elektrischen Bauelementen 40-48 der nicht-ausgewählten Testorte 20-28 anliegt.
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Der Maximalwert der Sinusspannung weist einen derartigen Wert auf, dass die Maximalspannung des Testsignals (d.h. Maximalwert des Rechtecksignals plus Maximalwert der Sinusspannung) unterhalb des doppelten bzw. zweifachen Werts der Durchbruchsspannung der Z-Dioden 30-38 ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Spannung nur an dem elektrischen Bauelement 40-48 des ausgewählten Orts anliegt, während die anderen Z-Dioden 30-38 nicht-leitend bleiben.
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Die Analysevorrichtung 80 kann den Realteil und den Imaginärteil des Stroms bestimmen und hieraus die Impedanz, Phasenverschiebung etc. des elektrischen Bauelements 40-48 bestimmen.
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2 zeigt ein Diagramm des Testsignals (d.h. des Spannungssignals bzw. des Testsignals) und des resultierenden Stroms in dem elektrischen Bauelement 40-48 (bzw. im Shunt 60) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Testsignal bzw. Testspannungssignal ist in 1 als durchgezogene Linie dargestellt, während der mittels des Shunts 60 gemessene Strom als gestrichelte Linie dargestellt ist. Beispielhaft sind die Werte für einen Kondensator gezeigt. Die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom beträgt somit 270°.
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Der Verlauf der Spannung (durchgezogene Linie) und des resultierenden gemessenen Stroms (gestrichte Linie) wird nachfolgend von links nach rechts in 2 beschrieben. Zunächst befinden sich das Rechtecksignal des Testsignals beim Maximalwert und das Sinussignal des Testsignals auf dem Minimalwert. Die Z-Diode 30-38 ist somit leitend, da die Durchbruchsspannung durch das Rechtecksignal (+9,0 V) erreicht ist. Das Sinussignal der Anregungsspannung bzw. des Testsignals steigt langsam an. Hierbei wird der Kondensator geladen. Beim Erreichen des Maximalwerts der Sinusspannung bzw. des Sinussignals des Testsignals wird das Rechtecksignal des Testsignals auf den Minimalwert (entspricht der Durchflussspannung der Z-Diode 30-38) geschaltet (-0,7 V). Daher ergibt sich hier ein Sprung in der durchgezogenen Line, da die Spannung in sehr kurzer Zeit abfällt. Anschließend fällt die Sinusspannung des Testsignals wieder ab. Der Kondensator wird nun entladen, während die Rechteckspannung des Testsignals auf dem Minimalwert verleibt. Beim Erreichen des Minimalwerts des Sinussignals des Testsignals wird das Rechtecksignal wieder auf seinen Maximalwert (+9,0 V) geschaltet. Nun lädt der Kondensator sich wieder auf.
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Beim Schalten des Rechtecksignals von dem Maximalwert auf den Minimalwert und in einer geringeren Stärke beim Schalten des Rechtecksignals vom Minimalwert auf den Maximalwert treten Abweichungen von der Sinusform bei dem gemessen Strom auf. Diese Abweichungen können durch Fourier-Transformation in der Analysevorrichtung 80 beseitigt werden. Auch weitere kleinere Abweichungen im gemessenen Stromsignal von der Sinusform können durch Fourier-Transformation beseitigt werden. Aus dem gemessenen Stromsignal werden von der Analysevorrichtung 80 die Impedanz des Kondensators und/oder die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung bestimmt. Die bestimmten Werte können mit Referenzwerten verglichen werden, um eine Qualität bzw. Güte des jeweiligen elektrischen Bauelements 40-48 zu bestimmen.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
