軍用電源系統正在發生深刻變革。而隨著這種變化的深入，確保電力電子設備的相容性(或互操作性)以維持其連續運行的需求日益迫切。此外，如何在相同的空間內實現更高效能，以驅動人工智慧(AI)、高性能計算(HPC)及其他高功耗技術，也成為迫切需求。
隨著國防平台在相同空間中整合更多功能，軍用電源系統正經歷快速轉型。從人工智慧驅動的威脅偵測、定向能武器，到自主無人機集群與電動飛行器，當前戰場的電力需求量已達到十年前難以想像的水準。
同時，戰場型態也在持續演變：軍隊逐步採取更分散的部署方式以降低遭偵測風險，這也為能源如何有效輸送至關鍵節點帶來新的挑戰。軍用電源系統設計者面臨的問題，不再只是提升功率輸出，而是如何在高度機動與分散的作戰環境中，高效率且即時地供應電力。
人工智慧和電子戰(EW)系統等高能耗技術的快速發展，是推升戰場整體電力需求的主要驅動因素之一。在既要支持傳統作戰平台，又要滿足無人系統等新型作戰能力的情況下，軍用電源系統設計面臨更為複雜的挑戰。此外，多數軍事平台的服役週期長達數十年，使此挑戰更加明確：工程師必須在不改變設備外形尺寸的前提下，將功率輸出提升至原有的數倍以上，同時仍須符合嚴格的軍用標準，以確保系統在惡劣環境中的效率、可靠性與生存能力。
為因應上述需求，國防產業正透過新技術與新型供電架構的結合來尋求解方。先進電晶體、智慧電源轉換技術、改良型電池設計以及移動式能源系統，正逐步改變軍隊在發電、儲能與配電上的運作方式。更重要的是，電力供電正從過去的固定支援功能，轉變成一種戰術能力：必須能隨作戰單位移動、適應快速變化的戰場環境，並在高度對抗情境中支撐任務達成。
電力需求快速攀升
當前戰場給電源系統帶來巨大壓力的一個明顯跡象，是需要大量電力的平台種類和數量極多：電動車輛、無人機、寬頻連接以及電動垂直起降(electric Vertical Take-Off and Landing, eVTOL)飛行器都需要大量的電力。
Aegis Power Systems總裁Ron Gaw指出，當今軍用平台的電力需求正逐漸呈現與商業和及消費性產品相似的成長趨勢，只是軍用平台的能源需求主要來自人工智慧目標辨識、追蹤及即時戰場情報蒐集等任務。
更嚴峻的是，許多軍事平台最初並不是為滿足這樣的功率水準而設計的(圖1)。Vicor航空航太與國防全球業務發展高級總監Matt Renola表示，許多設備的外形尺寸並未改變，但功率需求卻提高至原本的三倍，留給工程師的設計空間卻沒有增加。功率提升會帶來熱管理難題。任何時候，當你試圖在相同的空間內提供更大功率時，都必須解決散熱問題。即便是效率高達96.5%的轉換器，仍需將剩餘能量以熱能形式耗散，而這些熱量必須得到有效疏導。
圖1 Vicor推出符合SOSA規範的商用現貨電源模組，適用於3U OpenVPX系統，可應用於航空電子、艦載系統及其他國防平台
當前軍隊的作戰方式讓問題更加複雜：部隊為規避偵測而廣泛分散部署於廣大作戰區域，此舉雖提升了生存能力，卻引發了供應鏈與電力輸送的雙重難題。
通訊限制使得邊緣計算變得至關重要，這反過來又推高了各個平台的電源需求。
Vicor國防、航空航太及衛星解決方案銷售與業務發展高級總監Scott Lee認為，當前面臨的最大問題之一是平台間的通訊能力有限。因此，人們正積極將處理能力，特別是與人工智慧結合的處理能力，部署到單個平台上。
因應嚴苛作戰環境
惡劣或敵對的作戰環境也為電源設計帶來挑戰。Gaw指出，儘管在高對抗環境中，至關重要的電源系統核心要素未曾改變(如堅固結構與穩定供電)，但其他方面正受到更高程度的重視。
在這些優先事項中，效率首當其衝。轉換效率將是最關鍵的因素之一，因為它將直接影響任務時長、能力以及後勤保障需求。更高的效率不僅能延長運行時間。它還將降低關鍵系統的冷卻需求，這意味著整體系統本身的重量、封裝體積和能源消耗都將减少。
熱管理仍是一個持續困擾業界的問題，尤其是在密封主機殼內。
很多這類系統安裝在密封、沒有空氣流動的主機殼內。即使是效率高達96.5%的1000瓦DC-DC轉換器，仍需有效耗散並疏導這些熱量。部分廠商如Vicor已著手研究採用液冷和新型熱設計技術的解決方案。
Gaw指出，電源系統設計者面臨著多重同步要求：需適應廣泛的輸入電源；能夠輸出更高電壓與更低電流，藉此更輕量化系統；將電源轉換產品本身整合到日趨小型化、更機動、更快速的裝備中；並能對不斷變化的電源需求及電源轉換輸入/輸出遙測資料作出即時響應。
寬禁帶電晶體
軍用電源系統設計者正利用氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)等寬禁帶電晶體來應對這些挑戰。Renola表示，航空航太和國防市場大量使用寬禁帶電晶體。提供更高的功率密度、更高的頻率、更低的導通損耗和開關損耗。其帶來的優勢不僅限於性能指標的提升。這些技術的進步能夠依客戶需求靈活擴充，讓原已擁有25至30年歷史的飛機平台或其他裝備，能夠借助更先進的技術持續服役。
然而，除了技術本身之外，模組化與可擴充性也正逐漸成為軍用電源系統的重要設計原則。
軍用供電邁向智慧化
Aegis的Gaw強調了影響未來設計的兩個尤為重要的發展方向。他說道：「一是具備自主回報功能的智慧電源轉換，能夠安全、隱蔽、實時地提供關鍵運作狀態資訊，以增強作戰人員的裝備態勢感知能力，減輕戰場認知負荷，並強化未來系統資產的感知能力。二是高效、低可探測性的電力傳輸技術，提供更多隱蔽部署方式，以擴大無人系統的任務範圍和能力。
就儲能而言，其發展同樣迅速。Renola說道，新型電池化學系統正在出現，儲能也是受到大量關注的領域之一，涉及鋰電池、鋰聚合物電池及不同類型的化學體系，以儲存更多電能以供備援，以便在適當時使用。
更高電壓的架構也已初現端倪；Renola指出，他注意到對800 V直流系統的需求正不斷增加。此外，太空應用正成為一個重要發展領域，就衛星應用的討論明顯增加，在接下來25到30年，也將比現在更受到重視。
Gaw指出，隨著威脅型態持續演變，電源系統的備援能力與韌性正成為未來軍事系統不可或缺的一環。現代戰場的定義正在快速改變，敵方發動的第一波攻擊很可能是針對能源系統的網路攻擊，其規模也將前所未有。因此，僅靠提升電源系統韌性已不足以因應未來威脅，建立完善的備援機制，才能確保作戰裝備持續維持連線能力，以及支撐整體戰場的實體與數位作戰能力。
Gaw進一步表示，未來電源系統的設計重點，不僅是打造更堅固的設備或提升電力韌性，更重要的是具備快速調度電力的能力，能夠依需求將電力自任何電源快速供應至任何位置，特別是關鍵負載所在的位置。
此外，各項作戰平台也必須具備相互支援的能力，必要時能即時投入任務，確保任務持續執行，同時提升部隊及關鍵裝備的機動性與隱蔽性。
(本文作者為美商懷格科技台灣區總經理)