文章精華重點

• 可程式化直流電源是精密測試與自動化系統的核心設備，確保測試準確性與效率。
• 電壓與電流的基本知識是選購與應用電源設備的基礎，必須具備。
• 電壓與電流規格決定設備的應用範圍與性能，影響設備的相容性與適用性。
• 輸出特性（如恆壓、恆流、恆功率模式）對測試精確度極為重要，能滿足不同測試需求。
• 高功率密度可節省空間並降低成本，適合現代測試環境。
• 智慧整合功能（如自動化指令）讓測試更有效率，減少人力資源與操作錯誤。
• 功率因數與能效可降低營運成本與環境負擔，是永續發展的關鍵。
• 不同產業應用有不同的選購優先順序，確保精確且合適的測試。

電壓與電流的基本知識

電壓基礎

電壓的科學定義

電壓（Voltage）是電路中的一個重要物理量，表示對電子流動的推動力。這種受電場影響而產生的力，會使電子從一點移動到另一點。更具體地講，電壓是指兩點之間的電位差，表示單位電荷在移動時所經歷的功或能量變化。其單位用伏特（Volt，符號：V）表示。

電壓的基礎公式

電壓可根據歐姆定律 V = IR 進行計算，其中：

• V：電壓（Volt）
• I：電流（Ampere）
• R：電阻（Ohm）

此外，電壓也與能量和電荷的關係有關，可由以下公式表示：

W = Q x V

其中：

• W：電功（Joule）
• Q：電荷（Coulomb）
• V：電壓（Volt）

這表示 1 伏特等於每庫侖電荷所作的 1 焦耳的功。

在直流電路中，電壓（V）是電位差，提供驅動電子流動的能量；電流（I）則是電子在導體中的流動速率，其單位為安培（A）。兩者之間透過歐姆定律（V = IR）建立關係，並受到電阻的限制。了解這些基本關係對於設計、選型與測試任何電源系統至關重要。

此外，功（W）則是電壓與電流的乘積（P = VI），它描述了設備所消耗的能量速度。

應用說明：

• 家用電器如電鍋、冰箱皆依賴穩定電壓與電流供電。
• 工業應用如伺服馬達、電焊機則需要高電流、嚴格控制的電壓條件。

電壓與電流的測量與誤差管理

測量電壓與電流需使用萬用表、鉗形表、示波器等儀器。電壓需並聯接線，電流需串聯接線。

常見測量誤差來源：

• 儀器校準不準
• 環境干擾（如溫度、濕度、電磁波）
• 測試線阻抗或接觸不良

對策：

• 使用四端測量、差分測量法
• 減少環境干擾、定期校驗儀器
• 測量多次取平均值提高準確性

什麼是可程式化直流電源供應器？

可程式化直流電源供應器（Programmable DC Power Supply）是一種由數位控制的電源設備，可根據使用者設定提供可調整的電壓與電流至被測物（DUT, Device Under Test）。這種設備對於現代需要即時控制、可重複測試流程與自動化整合的應用場景來說是不可或缺的核心工具。

隨著電動車、再生能源、航太科技與半導體產業的快速發展，可程式化電源已從單純的供電設備進化為具備高智能、高性能的測試工具。現代的可程式化 DC 電源除了必須提供穩定的輸出外，還需具備下列能力：

• 可模擬實際使用情境的擾動與波形（模擬功能）
• 雙向能量流動，並將能量回饋至電網（再生回收能力）
• 支援遠端操控與雲端系統整合（通訊與系統連結）

這些能力讓它在品質驗證、生產測試、自動測試設備（ATE）整合中發揮關鍵角色。

可程式化直流電源供應器是一種能透過數位指令控制電壓與電流輸出的電源設備，廣泛用於各種精密測試與研發環境，例如電動車測試、太陽能系統驗證、航太設備開發以及半導體元件測試等。

原因說明：

• 滿足不同研發階段與應用場景的需求。
• 靈活應對各種測試情境，提升測試準確性與效率。

電壓與電流規格的重要性

選購可程式化直流電源時，電壓和電流的額定值是首要考量，因為這會直接影響設備能否滿足實驗需求。

• 提供超過被測設備（DUT）峰值需求的最大輸出電壓
• 高電流輸出能力及負載穩定性
• 支援自動調整輸出範圍（autoranging）

原因說明：

• 電壓不足無法完成高電壓測試。
• 穩定電流確保負載變化時不影響測試結果。
• 自動範圍調整可靈活應對不同負載，避免頻繁更換設備。

輸出特性與負載調節能力

高性能的電源必須能穩定維持設定輸出，無論負載或線路條件如何變化。

• 輸出模式：恆壓（CV）、恆流（CC）、恆功率（CP）
• 遠端感測技術補償線路壓降
• 低漣波、快速暫態恢復和穩定電流限制

原因說明：

• 確保測試數據的一致性與可靠性。
• 避免線路與負載變化影響測試結果。

功率與功率密度：更少空間、更高輸出

在現代測試實驗室與產線機櫃配置中，空間成本高、佈局密度高的環境使得電源設備的功率密度變得愈加重要。所謂功率密度，即設備在單位體積內所能提供的電功率，功率密度越高，代表在相同空間內可以輸出更多能量。

為了最大化空間使用效率，建議選用具備高功率密度的可程式化電源系統，能有效降低基礎設施成本，同時簡化熱管理配置。以 Asterion DC ASM 系列為例，其採用高效率切換式電源設計，能在緊湊結構中提供高輸出能力，並內建 USB/LAN 等遠端監控功能。

此外，支援「平行擴充操作（Parallel-operable）」的電源架構，能讓使用者無須大幅改動配線與系統架構，即可藉由多台設備平行連接來擴充整體功率輸出，這點對未來系統擴容具有高度彈性。

原因說明：

• 有效利用有限空間，降低佈局與散熱成本。
• 可透過模組化擴展功率，適應逐漸提升的應用需求。
• 符合高效能與可擴充並重的測試場景與生產線環境。

功率密度是現代測試實驗室與生產機櫃的重要考量因素。

• 高單位體積功率輸出，節省基礎建設與熱管理成本
• 支援平行連接，提升總輸出功率
• 高效率的切換式電源設計，具備遠端監控及控制能力

原因說明：

• 空間節省有助於降低整體設置成本。
• 提高電力密度能在有限空間內達到更高效能。

智慧化功能與性能進化

現代可程式化電源已從基本輸出功能進化至高智慧化設備。

• 支援波形編程以模擬擾動
• 具備LIST、STEP、PULSE、TRANSIENT模式
• 雙向操作功能，既可輸出也可吸收電流

原因說明：

• 模擬更真實的測試環境，提升測試準確度。
• 雙向操作節約能源並降低測試成本。

控制介面與遠端整合

可程式化電源的核心優勢之一是其整合到測試生態系統的能力。

• USB、LAN、GPIB、CAN通訊介面
• 支援SCPI命令集、LabVIEW、Python軟體控制
• 可透過軟體實現完全自動化測試

原因說明：

• 提升測試過程的自動化與準確性。
• 降低人為操作失誤與時間成本。

功率因數與能源效率

隨著環保與運營成本上升，電源效率成為重要的選購標準。

• 主動式功率因數修正（PFC）
• 能量回收再生功能
• 高轉換效率（≥90%）

原因說明：

• 提高能源使用效率，降低電費與環境負擔。
• 延長設備使用壽命。

應用導向選型建議

不同的應用需求應考慮不同的電源特性優先順序。

原因說明：

• 不同產業有獨特需求，針對性選擇能提高測試效率與精確度。

專家問答與實務建議

工程師與採購專家的常見問答

Q1：選擇電源供應器的關鍵標準是什麼？ A：首先要明確您的電壓與電流需求，接著評估是否支援可程式功能、遠端通訊介面（如USB/LAN）、輸出調節能力（如恆壓/恆流/恆功率）、以及是否具有良好的擴充能力（如平行擴充）。這些都是選購高品質直流電源的基礎條件。

Q2：我是否需要使用可程式化電源供應器？ A：若您在進行自動化測試、電源精密控制、或模擬真實負載行為的情境中工作，那麼答案是肯定的。可程式化電源能大幅提升測試效率與一致性。

Q3：直流電源可以串聯或並聯使用嗎？ A：可以。串聯可提高輸出電壓，並聯可提升總輸出電流。不過在實作時需確認該設備是否支援同步均流與並聯保護，以避免輸出不穩或過載。

Q4：什麼是負載調節？為什麼重要？ A：負載調節是指當負載電流變化時，輸出電壓仍維持穩定的能力。這對安全、測試精度與重複性至關重要，尤其是敏感元件與長時間老化測試中。

常用術語說明（Glossary）

• DUT（Device Under Test）：測試中的設備或裝置。
• CV / CC / CP 模式：恆壓（Constant Voltage）、恆流（Constant Current）、恆功率（Constant Power）。
• Autoranging：在電源的額定功率內，自動調整電壓與電流組合以滿足負載需求。
• SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）：可程式化儀器的標準通訊指令集合。
• PFC（Power Factor Correction）：功率因數校正技術，用於提升供電效率與減少無功功率。
• Remote Sensing（遠端感測）：從實際負載端量測電壓，補償導線損失，提高測試精度。
• Bidirectional Operation（雙向操作）：電源可輸出（source）或吸收（sink）電流，並可將能量回饋至電網。

選擇適合的直流電源需結合對電壓與電流的基礎理解，綜合考量功率因數、密度、自動化介面及未來需求的擴充性，以確保投資效益與長期使用價值。