前言

在機架空間十分有限以及降低測試成本的壓力未曾稍減的情況下，能夠用一部系統電源供應器來產生各種範圍的電壓和電流，而不必使用多部電源供應器才是最理想的方式。在測試時，可以採用一部能自動調整輸出範圍的直流電源供應器來提供所需的電壓和電流範圍，以取代好幾部輸出特性為方形的電源供應器，或是一部更大的電源供應器。

《圖一　能自動調整輸出範圍的直流電源供應器》

什麼是自動調整範圍的輸出特性？

由可程控直流電源供應器的輸出特性圖可以看出在特定輸出下，所有有效電壓和電流組合的範圍界線。直流電源供應器的輸出特性主要分為兩大類：方形（rectangular）或自動調整範圍（autoranging）的輸出。在典型的方形輸出特性中，產生最大功率的點正好就是最高電壓和最大電流值所在的那一點，但在自動調整範圍的輸出特性中，設定的範圍內都會自動產生電壓和電流值的最大功率，因此，不需要增加最大功率，即可“自動”延伸有效工作電壓和電流的範圍。

《圖二　可程控直流電源供應器的輸出特性圖》

可自動調整範圍的電源供應器優點

自動調整範圍的電源供應器在多種的測試狀況下，都很適合用來做為直流電源，特別是當：

• ●待測物（DUT）需要各種的輸入電壓和電流，且全都在大約相同的功率位準時。例如，測試公稱（nominal）輸入電壓為24V的直流／直流轉換器時，輸入電壓的範圍可能是從14V到40V。



• ●有各種不同的DUT，雖然其消耗的功率很接近，但需要的電壓和電流卻不同。此時，同一電源系列的不同直流／直流轉換器的公稱輸入電壓可以是12V、24V或48V，造成輸入電壓可以低至9V或高到72V。



• ●直流輸入需求已知即將改變，但輸入功率並未相對地改變，例如，汽車配件的輸入電壓可能從12V的公稱值變成42V的公稱值，但輸入功率的需求不一定需要改變。



• ●輸入電壓和電流的範圍需要更大的彈性，特別是如果預期日後的測試需求會改變，但目前還不清楚實際的細節時。

一般而言，一部電源供應器所提供的最大功率會決定它的尺寸和價位，當然，功率愈高，尺寸就愈大，價格也愈高。視應用而定，自動調整輸出範圍的電源供應器可用來取代好幾部功率規格相近的電源供應器，或是一部具有較高功率規格的電源供應器。不論是哪一種情形，自動調整範圍的電源供應器所佔用的空間都較小，花費也比較省。

舉例來說，讓我們來看一下測試一個直流/直流轉換器（規格如下表所列）時，其輸入功率的需求為何。

(表一)　固定輸出之直流／直流轉換器的規格
輸出參數	輸入參數
12V 的固定輸出電壓	14V 的最低輸入電壓
3.5A 的最大輸出電流	24V 的公稱輸入電壓
42W 的最大輸出功率	40V 的最高輸入電壓
?	90 ％的典型電源效率

若要進行完整的測試，此直流／直流轉換器應該要在整個輸入電壓範圍內（在此例中為14V到40V），以最大的輸出功率（42W）進行測試。選擇輸入電源以提供轉換器所需的直流輸入功率時要考慮轉換器最低和最高的輸入電壓，以及轉換器最大輸出功率下相對應的輸入電流。在已知最大輸出功率為42W及電源效率為90％的情況下，可以計算出在最低、公稱及最高輸入電壓下的輸入電流：

Pin = Pout/efficiency = 42W/0.9 = 46.67W

Iin = Pin / Vin

At 14V in, Iin = 46.67W / 14V = 3.33A.

At 24V in, Iin = 46.67W / 24V = 1.94A.

At 40V in, Iin = 46.67W / 40V = 1.17A.

這些值可摘要如下表：

因此，在最大的輸出功率下，此直流／直流轉換器所吸汲的輸入電流會從1A多到將近3.5A，視輸入電壓而定。請注意，這是在90％的典型電源效率下所產生的狀況，如果電源效率低於90％，則在同樣的輸入電壓下，輸入電流會變大。

由於需要的最高輸入電壓為40V，最大輸入電流至少為3.33A，因此輸出特性為方形的單一部輸入電源至少要能提供133W（40V×3.33A）的功率，才能涵蓋所需之輸入電壓和電流的完整範圍。常見的50V、4A、200W電源供應器可以涵蓋這樣的範圍，如(圖三)所示。

《圖三　200W電源供應器所涵蓋的電壓、電流圖》

然而，40V和3.33A並不是同時需要的，因此使用200W的方形輸出電源供應器在功率上太過浪費（超過四倍），因為實際上只需要46.67W。另一種選擇是使用好幾部功率較低的電源供應器，以涵蓋直流／直流轉換器所需的輸入電壓和電流範圍。這種方法同樣可以提供需要的電壓和電流，如(圖四)所示，但比起一部可自動調整輸出範圍的電源供應器，會佔用較多的空間，花費也比較高。

《圖四　多部低功率的電源供應器所涵蓋的電壓、電流圖》

《圖五　可自動調整範圍的電源供應器所能涵蓋之電壓、電流圖》

比較合適的選擇是使用單一部自動調整範圍的電源供應器，如安捷倫科技新推出的N6751A，其最大額定輸出為50V、5A、50W。採用自動調整範圍的解決方案，只要單一部可輸出合適功率的電源供應器，就能涵蓋所需之電壓和電流組合的整個範圍，而不需要使用功率過高的大型產品，或是會佔用太多空間的多部電源供應器，如(圖五)所示。

N6751A電源供應系統是安捷倫科技全新平台之直流電源供應器的其中一款，此新一代的電源產品是一套彈性十足的主機系統，每部主機最多可容納四個輸出模組，高度卻只有1U，而輸出模組則可提供50W或100W的自動範圍調整能力。最新推出的此系列電源產品可讓使用者自行配置輸出模組，使用者可選擇自動調整範圍或方形的輸出，以及標準或高精確的準確度。每部主機最多可配置四組輸出能進一步簡化直流／直流轉換器的測試工作，因為使用者可將額外的輸出運用到轉換器的輸入上，如輸出開／關、上調和下調等。此系列配備了完整的功能，包括內建直流電壓和電流量測能力，也可以選擇內建電壓和電流數位化的功能 ，同時還整合了LAN、USB和GPIB介面，讓整套產品更臻完善。

結論

在多種的測試應用中，相較於方形輸出的電源供應器，可自動調整範圍的電源供應器才是更明智的選擇。這些應用中的DUT（或DUT的集合體）可能會用到多種的電壓和電流，但其最大功率通常維持不變，如上所述，其中一種應用是提供直流／直流轉換器測試所需的輸入功率。雖然使用單一部功率遠高於需求的方形輸出電源供應器，或是多部方形輸出的供應器也可以涵蓋所有的測試點，但可自動調整範圍的電源供應器還是較佳的選擇。在這些應用中，比起方形輸出的電源供應器，可自動調整範圍的供應器能提供更大的彈性、涵蓋更多的電壓和電流組合，而且佔用的空間更省、花費也更少，因此是解決各種直流電源需求的不二選擇。

（作者任職於安捷倫科技）