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中級(jí)會(huì)員 | 第8年

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電壓放大器:新能源系統(tǒng)的精密“信號(hào)引擎”

時(shí)間:2025/7/15閱讀:56
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  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(chē)、光伏儲(chǔ)能、風(fēng)力發(fā)電三大場(chǎng)景為主線(xiàn),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(chē):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(chē)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(guò)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(guò)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(wú)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(yáng)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(xiàn)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。


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