電壓放大器：新能源系統(tǒng)的精密“信號(hào)引擎”

　　在全球能源結(jié)構(gòu)向可再生、分布式、電氣化加速轉(zhuǎn)型的當(dāng)下，新能源系統(tǒng)對(duì)“低噪、寬頻、高共模抑制"的信號(hào)鏈路提出了更高的要求。電壓放大器（含高壓功率放大器、隔離放大器、運(yùn)算放大器等）正是把微弱電信號(hào)提升到可被采樣、運(yùn)算或驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵器件。本文以新能源汽車、光伏儲(chǔ)能、風(fēng)力發(fā)電三大場(chǎng)景為主線，梳理電壓放大器在新能源系統(tǒng)中的典型作用與技術(shù)演進(jìn)。

圖：電壓放大器在電池超聲導(dǎo)波掃描實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

　　一、新能源汽車：從電芯監(jiān)測(cè)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“全鏈路放大"

　　電池管理系統(tǒng)（BMS）

　　動(dòng)力電池的單體電壓僅2.5–4.3V，而一臺(tái)乘用車往往串聯(lián)數(shù)百節(jié)電芯。為了把毫伏級(jí)的電壓變化放大到ADC可分辨的范圍，需要高共模、高增益精度的差分放大器。電池超聲導(dǎo)波掃描實(shí)驗(yàn)中，使用超聲信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)、ATA-2021B功率放大器放大信號(hào)，激勵(lì)壓電陶瓷晶片在電池內(nèi)產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，通過激光多普勒測(cè)振儀探測(cè)電池內(nèi)部的超聲信號(hào)。移動(dòng)位移平臺(tái)搭載實(shí)驗(yàn)電池，對(duì)電池進(jìn)行導(dǎo)波信號(hào)掃描。使用數(shù)據(jù)采集卡與測(cè)振儀相連接，采集測(cè)振儀所探測(cè)到的導(dǎo)波信號(hào)，最后使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)導(dǎo)波信號(hào)進(jìn)行分析處理。

　　內(nèi)阻與溫度監(jiān)測(cè)

　　電池內(nèi)阻增大是容量衰退的前兆。通過在毫秒級(jí)脈沖工況下放大并采樣電芯端電壓，可計(jì)算得到交流內(nèi)阻；同時(shí)運(yùn)放將NTC熱敏電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換為0–5V信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度同步采集。

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　二、光伏與儲(chǔ)能：把“低電壓直流"推向“高電壓交流"

　　儲(chǔ)能變流器（PCS）

　　在光儲(chǔ)充一體站中，PCS需要快速在四象限運(yùn)行（整流、逆變、無功補(bǔ)償）。高壓功率放大器將電網(wǎng)電壓、電流采樣信號(hào)放大后，送入DSP進(jìn)行dq變換與鎖相，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)并離網(wǎng)切換。

　　三、超聲波噴涂：把“機(jī)械振動(dòng)"與“涂料霧化"變成“新能源材料"

　　超聲波噴涂

　　為提高風(fēng)機(jī)葉片與太陽能電池板的耐候性，業(yè)界采用超聲波霧化噴涂技術(shù)。ATA-2048高壓放大器將0–10V、40kHz驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大到100–200Vp-p，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷換能器，實(shí)現(xiàn)涂料均勻霧化，膜厚偏差<3μm。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　從電芯到電網(wǎng)，從直流母線到交流負(fù)載，電壓放大器在新能源系統(tǒng)中扮演著“信號(hào)倍增器"與“能量橋梁"的雙重角色。