本文包含以下部分，可點選快速連結（附介紹影片）
◆ 如何在地面上完成對航天器或衛星在太空中運行時供電可靠性的驗證?
◆ 透過Keysight MP4300系列太陽能陣列模擬器系統來降低風險
◆ E3640系列 VS MP4300系列太陽能陣列模擬器系統
◆ 實際解析影片：MP4300系列太陽能陣列模擬器系統影片介紹
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10年前，由馬斯克創立的美國太空探索技術公司（SpaceX）提出了一個計劃，使用大約 4.2 萬顆衛星取代地面上的傳統通信設施，為全球提供價格低廉、高速且穩定的衛星寬頻服務，這個計劃正是廣為人知的「星鏈」（Starlink）。就在 2024 年 5 月初，SpaceX 剛完成第 74 次星鏈衛星的批量發射，至今星鏈星座中的衛星總數已達到 6352 顆。此外，Starlink 衛星網際網路也已經在美國提供商業衛星寬頻服務，全球用戶數量更是突破了 200 萬。
2023 年 10 月，國家太空中心成功發射了台灣第一枚全自製的氣象衛星「獵風者」，這標誌著台灣在自主衛星技術上邁出了關鍵的一步。經過半年多的校正與觀測，「獵風者」每天能提供 7 千到 8 千筆風速資料，成為更精準氣象預報的關鍵數據來源。台灣對太空產業發展充滿野心，不只要有MIT衛星，還準備設立國家發射場。
然而，航天器或衛星的發射成本極高，並且在太空中進行現場維護或維修幾乎是不可能的。因此，穩定可靠的供電系統顯得尤為重要！那麼，如何在地面上完成對航天器或衛星在太空中運行時供電可靠性的驗證呢？
然而，航天器或衛星的發射成本極高，並且在太空中進行現場維護或維修幾乎是不可能的。因此，穩定可靠的供電系統顯得尤為重要！那麼，如何在地面上完成對航天器或衛星在太空中運行時供電可靠性的驗證呢？
衛星的電力來源主要依賴太陽能（也就是光伏電池），如下圖所示，太陽能電池的輸出功率通常以一條 I-V 曲線來呈現，而電流的大小則取決於光照強度的變化。
在地面的太陽能發電系統中，光照的變化通常是緩慢的，因此工程師更關注太陽能轉換效率，特別是 MPPT（最大功率追蹤）的效能。而在太空中運行的航天器或衛星，由於它們自轉及繞行地球的軌道運動，光伏電池接收到的光照強度會隨時間快速變化。如下圖所示，衛星電源系統需要依序在光伏電池 1、光伏電池 2 等之間進行切換；當進入地球的陰影區域時，光伏電池無法獲得陽光，這時則必須切換到內建電池供電。
因此，衛星測試所使用的太陽能陣列模擬器（SAS）與地面的光伏模擬器（PV源）有著本質上的不同。PV 源主要是用於驗證地面上光照變化緩慢時的MPPT功能及效率測試；而 SAS 則是用來測試衛星電源系統 PCDU（電源控制及配電單元）在各光伏電池陣列之間進行供電切換時的穩定性與可靠性，測試的首要目的是確保電源的穩定，而非轉換效率。
在太空中，有許多操作因素會影響太陽能陣列板的電流-電壓特性曲線（I-V曲線），其中包含光照強度、溫度、日蝕和陰影等條件。當選擇一個電源來模擬光伏電池在這些情況下的行為時，必須考量三個關鍵因素：輸出電容、太陽能輸出彈性，以及待測設備（DUT）的保護機制。由於太陽能板本身是電流源，因此模擬的電源必須具備低輸出電容和高輸出阻抗，以符合這一特性。
此外，太陽能陣列板的I-V曲線呈指數型態，電源也必須能夠模擬這樣的曲線特性。電源還必須能快速調整這些曲線，以模擬太空中不斷變化的環境條件。最後，由於衛星設備的精密性，地面測試使用的電源需提供比傳統電源更高等級的保護。一般電源的基本功能不足以限制瞬間電流尖峰或保護內部元件免受功率耗散的影響。
◆ 綜合解決方案
太陽能陣列模擬需要一個可以快速調整的電源，來模擬太空中的各種環境條件。Keysight 的2U、6 kW MP4300系列太陽能陣列模擬器（SAS）解決方案，支援快速I-V曲線變化和極短的恢復時間，來實現這項功能。
這個解決方案的主要設計是一個電流源，並具備極低的輸出電容，讓其能夠像太陽能板一樣運作。此外，SAS解決方案設計了多層DUT（待測物）保護機制，包含可程式化的軟性限制、大電流限制、過度切換保護等功能，進一步提升測試安全性。藉由精確模擬太空條件，您可快速驗證任何的設計修改，進而加速實現創新的太陽能電池陣列設計。
MP4300 系列提供四款 1 kW/1.4 kW 太陽能陣列模擬器模組，靈活的模組化架構，讓您能快速因應測試需求的改變：
◆ Keysight MP4351A 160 V/10 A/1.4 kW 自動調整範圍模組
◆ Keysight MP4352A 80 V/2 A/1.4 kW 固定範圍模組
◆ Keysight MP4361A 160 V/10 A/1 kW 自動調整範圍模組
◆ Keysight MP4362A 130 V/8 A/1 kW 固定範圍模組
MP4300 則是 Keysight 全新一代的多通道、模組化衛星光伏陣列模擬器平台，在保有 E4360A 快速曲線調整能力的基礎上，進一步提升了模組的功率密度。單台主機最多可支援6個通道，且每個模組最大功率可達 1400W（160V/10A或80V/20A）。此外，MP4300還支援負向功率吸收（可用於電池模擬或電子負載），大幅簡化測試系統的複雜度。
下圖為常見的衛星電源控制單元（PCDU）在光伏電池的時序切換供電架構框圖。PCDU必須時刻監測光伏陣列中各光伏電池的輸出狀態，並快速切換到正常輸出功率的光伏電池，還需要管理電池的充電與放電狀態等。
* 查看產品介紹：Keysight MP4300系列太陽能陣列模擬器系統
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