【EXTECH Explores】IEC61000 电力模拟：看似简单，实则暗藏玄机

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1965年，Intel的共同创办人高登．摩尔(Gordon Moore)针对半导体发展提出了划时代的理论–––《摩尔定律》。摩尔在此定律中指出，半导体上容纳的晶体管数每两年会增加一倍。时至今日，科技飞跃性的发展让半导体组件倍增的速度已经快过摩尔所预期；而带动5G网络、人工智能、IoT物联网、医疗器材以及电动车技术进步的，正是源于这些先进的半导体技术。为了确保这些技术能安全的运用在产品上并维持其质量，业界常利用安规测试仪对产品进行各种安全测试，如耐压、绝缘及接地阻抗测试等。但在众多电气测试中，存在另一个同等重要、却往往被忽视的角色:执行电网状况模拟的交流电源。本期电子报中，EEC华仪电子将藉由40年来为客户提供安规测试及电源解决方案的独到经验，带您深入探讨如何针对不同需求，选择最适合的交流电源。

择您所需，而非所欲

贪心是人类的通病，总是想要一举多得。我们在选购设备时，要不选择最高规格的机种、期待能以一台机器满足所有需求，要不就是挑选满足最起码性能要求中的最低规格。这个选择逻辑看似没有问题，但往往会导致公司内部的标准不一致。若研发、生产与售后服务部门全都用不同的仪器，可能造成所得的数据质量参差不齐，进而衍生各种数据误差，并使整体持有成本居高不下。

在选择电源之前，EEC建议您先考虑下面几个问题:您的产品是甚么?需要通过的测试又是甚么?是否有需要符合的标准规范?从这三个角度切入思考，您可以更客观且全面的了解自己的需求。

交流电源功能何在?谁该使用交流电源?

只要有插座跟电线，人人都有电可用，为何我们还需要使用额外的电源?

通常来说，使用独立的电源可以带来下列的好处:

  1. 产生不同电压
  2. 产生不同频率
  3. 提供纯净且稳定的输出
  4. 提供与电网隔离的输出
  5. 波形失真率低
  6. 具备功率量测的能力
  7. 可产生各种输出波形、模拟电网状况以及各种瞬时响应

电源的产业应用极为广泛，这边仅针对部分应用进行讨论。IEC 61000电磁兼容性(electromagnetic compatibility, EMC)及IEEE 1547.1是两个各产业常被要求符合的安规标准，其中又以IEC 61000-3与IEC 61000-4为最重要的两个系列标准。另外，电源应用也会随着所测试的产品、或是所用的部门不同而有所改变。

以研发部门来讲，电源常被用来验证电网异常的各种保护措施；产线自动测试系统则需要可靠且安全的电源提供稳定的输出电压与频率；检验及品管部门常需要透过电源验证产品的功率范围、确保成品质量；至于售后服务部门，则需要可提供稳定输出的电源作为仪器调校以及电网异常模拟之用。这些应用中，电源常搭配安规测试仪一并使用，进行如漏电流或接触电流等测试；关于这类测试的介绍与实验设置，我们在Issue 4电子报中(Issue 4网址)有详细探讨。想要深入了解，请见该期电子报。

如何选择交流电源?

做出选择前，首要任务是了解所在地的电力输配送规格。在日本，标准输配电电压为100V、在中国大陆则是220V。尽管新一代的电源都具备弹性的电力输入应对能力(如100V-240V)，在特殊状况下仍需将较为不同的电力环境纳入考虑。为确保电源的可靠与安全性，您可以检查机身上是否有如CE、UL或TUV等检验机构的安全认证标章。

接下来需考虑的，是您的产品需求。测试中被检验的产品一般称为「待测物」(device under test, DUT)，它将决定测试所需的电压、频率，以及需符合的安规标准；部分特殊产品则有额外的浪涌电流及波峰因数等要求。以中央冷暖空调(HVAC)产业为例，由于所用的压缩机功率大，因此测试所需的浪涌电流较其他产品来得大；下方图一说明了需要选择高波峰因数的理由。

图一、浪涌电流与波峰因数关系示意图

浪涌电流会随着待测物不同而改变，而波峰因数代表的则是电源所能提供的瞬间峰值能力。选择电源时，必须将浪涌电流的需求与电源提供的波峰因数能力做比较，并找出最佳解。常见应用如马达，其启动瞬间需要极大的浪涌电流进行驱动。为应对这种状况，直观的解决方法是采用额定功率较大的电源；实际上，只要电源提供的波峰因数够大，额定功率较小的电源也能满足马达的浪涌电流需求。

如同前面所述，各部门的职掌也会决定所需仪器的性能。以研发部门用的仪器为例，高精确度、高输出范围以及多样波形与谐波生成功能是必备的决定性因素。小数点后数个位数的精确微调能力，对研发部门进行产品验证的能力有莫大的影响；波形生成功能，则是进行IEC 61000-3与IEC 61000-4标准相关测试的关键能力。近日新型的电源通常具备内建的step、list、pulse与transient等模式，让安规标准测试设定更加轻松、整体效率更好。图二中列出了部分IEC 61000认证前测试与对应的测试波形。检验与品管部门亦可应用上面提到的功能增进测试效率与质量。

 

IEC 61000-4 标准测试范例

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

图二、部分IEC 61000-4标准测试与其波形

对产线测试部门来说，仪器的账面规格就非首要关键；可靠性、耐用性、安全性与输出稳定性才是最重要的。另外，耗能表现与多机弹性连接能力亦十分重要，可以为应用量大的产线部门带来规模效益。常见的仪器连接接口包括USB、GPIB以及以太网络。特定使用环境下，仪器也可能需具备以模拟输入(BNC)方式外接频率的同步能力。善加利用这些功能，长远来看都有助降低持有成本。

购买适合的仪器需要考虑众多因素。做决定前，可以咨询EEC的电源专家以找出有经济效益且符合需求的解决方案。

EEC华仪电子即将推出全新一代高效可靠的交流电源。本系列产品拥有完整的产品线与功能，完美对应产线、研发、品管及售后服务等各种测试需求。直觉化的控制接口与简单流畅的操作，能大幅提升测试效率。本系列产品不但使用简单且效能强大，更拥有高安全性与稳定耐用度；并搭载可扩充性能套件，能针对您的需求与预算提供弹性多元的应用解决方案、省下一切不必要的花费。本系列产品亦具备高度可靠耐用性以及经认证的安全性，是自动测试设备与制造业应用的好选择。

Issue 7 – July 2020

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