IEC61000電力模擬：看似簡單，實則暗藏玄機

1965年，Intel的共同創辦人高登．摩爾(Gordon Moore)針對半導體發展提出了劃時代的理論–––《摩爾定律》。摩爾在此定律中指出，半導體上容納的電晶體數，每兩年會增加一倍。時至今日，科技飛躍性的發展讓半導體元件倍增的速度甚至已經快過摩爾所預期的速度；而帶動當今5G網路、人工智慧、IoT物聯網、醫電器材以及電動車技術進步的，正是這些先進的半導體技術。為了確保這些技術能安全的運用在產品上並維持其品質，業界常利用安規測試儀對產品進行各種安全測試，如耐壓、絕緣及接地阻抗測試等。但在這些電氣測試中，存在另一個同等重要、卻往往被忽視的重要角色:執行電網狀況模擬的交流電源。本期電子報中，EEC華儀電子將藉由40年來為客戶提供安規測試及電源解決方案的獨到經驗，帶您深入探討如何針對不同需求，選擇最適合的交流電源。

擇您所需，而非所欲

貪心是人類的通病，總是想要一舉多得。我們在選購設備時，要不選擇最高規格的機種、期待能以一台機器滿足所有需求，要不就是挑選能滿足最起碼性能要求中最低規格的機種。這樣的選擇邏輯看似沒有問題，但往往會導致公司內部的標準不一致，如:研發、生產與售後服務部門全都用不同的儀器，導致所得的資料品質參差不齊，容易造成各種資料誤差，並使整體持有成本居高不下。

在選擇電源之前，EEC建議您先考慮下面幾個問題:您的產品是甚麼?需要通過的測試又是甚麼?是否有需要符合的標準規範?從這三角度切入思考，您可以更客觀且全面的了解自己的需求。

交流電源功能何在?誰該使用交流電源?

只要有插座跟電線，人人都有電可用，為何我們還需要使用額外的電源?

通常來說，使用獨立的電源可以帶來下列的好處:

1. 產生不同電壓
2. 產生不同頻率
3. 提供純淨且可控的輸出
4. 輸出獨立不受電網影響
5. 波形失真率低
6. 可進行功率測量
7. 可產生各種輸出波形、模擬電網狀況以及各種暫態響應

電源的產業應用極為廣泛，這邊僅針對部分應用進行討論。IEC 61000電磁相容性(electromagnetic compatibility, EMC)及IEEE 1547.1是兩個各產業最常需要符合的安規標準，而其中又以IEC 61000-3與IEC 61000-4為最重要的兩個系列標準。另外，電源的應用也會隨著所測試的產品、或是所用的部門不同而有所改變。

以研發部門來講，電源常被用來驗證各式電網異常的保護措施；產線自動測試系統則需要可靠且安全的電源提供穩定的輸出電壓與頻率；檢驗及品管部門常需要透過電源驗證產品的功率範圍、確保最終成品的品質；至於售後服務部門，則需要可提供穩定輸出的電源作為儀器調校以及電網異常模擬之用。這些應用中，電源常搭配安規測試儀一併使用，進行如漏電流或接觸電流等測試；關於這類測試的介紹與實驗設置，我們在Issue 4電子報中有詳細探討。(想要深入了解，請見該期電子報)

如何選擇交流電源?

做出選擇前的首要之務，是瞭解所在地的電力輸配送規格。在日本，標準輸配電電壓為100V、在中國則是220V。儘管新一代的電源都具備彈性的電力輸入應對能力(如100V-240V)，在特殊狀況下仍需將較為不同的電力環境納入考量。為確保電源的可靠與安全性，您可以檢查機身上是否有如CE、UL或TUV等檢驗機構的安全認證標章。

接下來需考慮的，是您的產品需求。測試中被檢驗的產品一般稱為「待測物」(device under test, DUT)，而待測物將決定測試所需的電壓、頻率，以及所需符合的安規標準；部分特殊產品則有額外的湧入電流及波峰因數等要求。以中央冷暖空調(HVAC)產業為例，由於所用的壓縮機功率大，因此測試所需的湧入電流較其他產品來得大；下方圖一說明了需要選擇高波峰因數的理由。

圖一、湧入電流與波峰因數關係示意圖

湧入電流會隨著待測物不同而改變，而波峰因數代表的則是電源所能提供的瞬間峰值能力。選擇電源時，必須將湧入電流的需求與電源提供的波峰因數能力做比較，並找出最佳解。常見應用如馬達，其啟動瞬間需要極大的湧入電流進行驅動。為應對這種狀況，直觀的解決方法是採用額定功率較大的電源；但實際上，只要電源能提供的波峰因數足夠大，額定功率較小的電源也能滿足馬達的湧入電流需求。

如同前面所述，各部門的職掌也會決定所需儀器的性能。以研發部門用的儀器為例，高精確度、大輸出範圍以及多樣波形與諧波生成功能是必備的決定性因素。小數點後數個位數的精確微調能力，對研發部門進行產品驗證的能力有莫大的影響；波形生成功能，則是進行IEC 61000-3與IEC 61000-4標準相關測試的關鍵能力。近日新型的電源通常具備內建的step、list、pulse與transient等模式，讓安規標準測試設定更加輕鬆、整體效率更好。圖二中列出了部分IEC 61000認證前測試與對應的測試波形。檢驗與品管部門亦可應用上面提到的功能增進測試效率與品質。

IEC 61000-4 標準測試範例	波形
IEC 61000-4-11 Voltage Dips, Interrupts and Variations
IEC 61000-4-13 Harmonics and Inter Harmonics
IEC 61000-4-14 Voltage Fluctuations
IEC 61000-4-28 Frequency Variations

圖二、部分IEC 61000-4標準測試與其波形

對產線測試部門來說，儀器的帳面規格就非首要關鍵；可靠性、耐用性、安全性與輸出穩定性才是最重要的。另外，耗能表現與彈性多機連接能力亦十分重要，可以為應用需求量大的產線部門帶來規模效益。常見的儀器連接介面包括USB、GPIB以及乙太網路。特定使用環境下，儀器也可能需具備以類比輸入(BNC)方式外接計時器的同步能力。善加利用這些功能，長遠來看都有助降低持有成本。

購買適合的儀器需要考慮眾多因素。做決定前，可以諮詢EEC的電源專家以找出最有經濟效益且符合需求的解決方案。

EEC華儀電子即將推出全新一代高效可靠的交流電源。本系列產品擁有完整的產品線與功能，完美對應產線、研發、品管及售後服務等各種測試需求。直覺化的控制介面與簡單流暢的操作，能大幅提升測試效率。本系列產品不但使用簡單且效能強大，更擁有領先業界的安全性與穩定耐用度；並搭載可擴充性能套件，能針對您的需求與預算提供彈性多元的應用解決方案、省下一切不必要的花費。本系列產品亦具備高度可靠耐用性以及經世界及認證的安全性，是自動測試設備與製造業應用的最佳選擇。