储能变流器的静电与浪涌防护技术解析

　　一、储能变流器(PCS)

　　储能变流器(Power Conversion System, PCS)又称功率转换系统，是储能系统中实现能量双向转换的核心环节，完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、功率转换系统(PCS)以及其他电气设备构成，负责完成储能单元与电网 / 负载之间交流电与直流电的双向转换。

　　包含以下核心环节

　　二、储能变流器的静电浪涌敏感节点

　　基于模块化设计的理念，储能变流器的典型框图如下：

　　敏感节点分析：

　　三、全链路浪涌防护方案与雷卯电子器件选型

　　基于雷击风险评估原则，结合变流器各模块特性，推荐以下防护方案：

　　1. 直流侧防护(DC48V)

　　l 一级泄流：雷卯电子推荐在GND与PE之间并接陶瓷气体放电管，为浪涌电流提供高效泄放路径;

　　l 二级精准钳位：雷卯电子采用电压精度 ±5%、响应时间<1ns 的 TVS 器件(如 SM8S58CA)，将 8/20μs 浪涌峰值钳位至≤93.6V(典型值)，保护后端 MCU 与传感器。支持 400W(室内小功率)~15kW(室外大功率)多功率等级选型;

　　l 后级精细防护：

　　² 串接低内阻 PMOS(如 LM5D50P10，RDS (ON)<28mΩ)进行极性防反接，功率损耗较传统二极管降低 60%，适配 20A 以上大功率系统;

　　² 靠近芯片端并联低正向压降(VF)肖特基二极管，抑制负压浪涌;

　　² 电池端专用保护：采用 4.5V TVS(SMAJ4.5A)，漏电流 < 1μA，避免锂电池自放电。

　　电源接口DC 3.3V/5V

　　根据电源所处环境，雷卯电子建议选择合适保护电流的ESD/TVS器件，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电8KV，空气放电15KV。如需满足IEC61000-4-5浪涌高等级测试需选用大功率SMC器件，参见文末推荐表格。

　　2. 电网接口交流侧并网防护(220V/380V AC)

　　l 差模/共模浪涌抑制：

　　² 雷卯电子采用 MOV(14D471K/20D471K/25D471K)与 GDT(2R600-8L)组合方案，满足 IEC 61000-4-5 的 4kV(室内)~8kV(室外)测试等级;

　　² MOV 标称电压 470V 匹配交流电网线电压，GDT 冲击电流 10kA 实现大能量泄放。

　　3. 控制系统精细化防护

　　CAN 总线防护

　　l 雷卯电子选用半导体放电管(TSS，型号 P0300SD)，残压≤25V，反应时间 ns 级，兼具浪涌与静电防护能力，保证信号完整性：

　　满足 IEC 61000-4-2 静电等级 4(接触放电 8kV，空气放电 15kV);

　　满足 IEC 61000-4-5 浪涌 10/700μs(8kV)。

　　4. 通信接口强化方案

　　千兆网接口(室外场景)

　　l 二级防护方案：

　　前级 GDT(3R090-5S)泄放大电流，后级 ESD 器件(GBLC03C，0.6PF 低容抗)抑制高频噪声;

　　满足 IEC 61000-4-2(接触 / 空气放电 ±30kV)、IEC 61000-4-5(6kV 浪涌)，高温环境下传输不丢包。

　　RS485 总线

　　l 采用低残压 TSS(P0080SC)，容抗 100PF 适配高速信号：

　　静电防护等级：接触放电 15kV，空气放电 8kV;

　　浪涌防护：10/700μs 波形下承受 6kV 冲击。

　　雷卯电子储能系统防护器件选型表