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：

变流器类型	核心环节特点
整流器（AC/DC）	以整流桥（二极管/ SCR/IGBT）为核心，侧重输入滤波和功率因数校正（PFC）。
逆变器（DC/AC）	以全桥IGBT/PWM 调制为核心，侧重输出滤波和并网同步控制（如锁相环 PLL）。
斩波器（DC/DC）	采用Buck/Boost（降压 / 升压） 等拓扑，侧重高频开关和效率优化（如软开关技术）。
变频器（AC/AC）	包含“整流 + 直流环节 + 逆变” 三级结构，侧重电机调速控制（如矢量控制、V/F 控制）。

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：  

分类	敏感节点	典型电压范围	浪涌标准对应
电网接口	断路器/ 变压器端子	线电压380V AC	IEC 61000-4-5（线-地 ±4kV，线-线 ±2kV）
滤波电路	电感/ 电容连接点	交流侧电压（如PCC 点）	IEC 61000-4-4（EFT电快速瞬变脉冲群±4kV）
功率变换单元	IGBT 栅极、直流母线	直流母线800V DC	IEC 61000-4-2（ESD±6kV，栅极静电防护）
测量单元	电压/ 电流传感器信号端	模拟信号±10V	IEC 61000-4-5（信号端口±1kV浪涌）
DC链路	支撑电容两端（直流母线）	直流母线浪涌> 1.5倍额定电压	UL 1741（直流侧绝缘耐压≥1.5 倍额定 + 1000V）
DC/DC 转换器	输入/ 输出接口、开关器件	输入800V DC	IEC 61000-4-5（双向浪涌测试）
电池组（BMS）	CAN 接口、电压检测端	电池单体3.7V	IEC 61000-4-2（CAN 接口 ESD接触放电±8kV，空气放电±15kV）
控制单元	电源接口（5V/3.3V）	电源浪涌≥6V（5V系统）	IEC 61000-4-4（EFT±2kV信号端口）
辅助电源	输入/ 输出端	输入（220V AC，浪涌 4kV）、输出（24V DC，浪涌 > 36V）	IEC 61000-4-5（电源端口 ±4kV 浪涌）
通信接口	CAN 差分线、以太网 RJ45	CAN总线±5V、RJ45	IEC 61000-4-5（RJ45 接口 ±6kV浪涌）

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）

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；

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；

后级精细防护：

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；

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；

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）

差模/共模浪涌抑制：

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；

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

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）

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

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

类型	品牌	型号	描述	封装	应用
ESD	Leiditech	GBLC24C	24V,Bi,1PF,8A	SOD-323	用于传感器静电防护
ESD	Leiditech	PESD2ETH100-T	24V,Bi,3PF,3A	SOT-23	用于以太网静电防护
ESD	Leiditech	GBLC03C	3.3V,Bi,0.6PF,20A	SOD-323	用于千兆网静电浪涌防护
ESD	Leiditech	SM712	7/12V,Bi,45PF,17A	SOT-23	用于RS485接口静电防护
ESD	Leiditech	SMC24	24V,Bi,30PF,9A	SOD-323	用于CAN总线接口的静电防护
TSS	Leiditech	P0080SC	6V,100PF,6KV	SMB	用于RS422 485静电浪涌防护
TSS	Leiditech	P0300SD	25V,50PF	SMB	用于CAN总线接口的静电浪涌
ESD	Leiditech	SD03CW	3.3V ,Bi,50Pf,38A	SOD-323	用于3.3V电源静电浪涌防护
ESD	Leiditech	SD4571D3W	4.5V,Uni,500Pf,130A	DFN1006	用于3.7V锂电静电浪涌防护
TVS	Leiditech	SMCJ6.0CA	6V,1500W,Bi,145A	SMC	用于3.7V锂电静电浪涌防护
ESD	Leiditech	SD05C	5V,Bi,200PF,40A	SOD-323	用于5V电源静电浪涌防护
TVS	Leiditech	SMCJ6.5CA	6.5V,1500W,Bi,134A	SMC	用于5V电源静电浪涌防护
TVS	Leiditech	SMDJ15CA	15V,3000W,Bi	SMC	用于12V电源浪涌防护
TVS	Leiditech	SM8S36CA	36V,6600W,Bi	DO-218AB	用于24V电源浪涌防护
TVS	Leiditech	SM8S58CA	58V,VPP 2KV,Bi	DO-218AB	用于48V电源浪涌防护
GDT	Leiditech	2R600-8L	800V,Bi,10KA	直径8MM	用于220V/380V交流电源浪涌
MOV	Leiditech	14D471K	470V,Bi,4500KA	14D	用于220V/380V交流电源浪涌
MOV	Leiditech	20D471K	470V,Bi,6500KA	20D	用于220V/380V交流电源浪涌
MOV	Leiditech	25D471K	470V,Bi,15000KA	25D	用于220V/380V交流电源浪涌
PMOS	Leiditech	LM5D28P10	-100V,-28A	DFN5*6-8	极性反接保护
PMOS	Leiditech	LM5D50P10	-100V,-50A	DFN5*6-8	极性反接保护

四、结语

雷卯电子（Leiditech）配套 EMC 实验室可提供浪涌测试报告与定制化摸底测试服务。针对储能变流器复杂的电磁环境，雷卯可根据客户需求提供 “风险评估-方案设计-器件选型-测试验证” 全流程技术支持，助力提升储能系统可靠性与安全性。

雷卯电子（Leiditech）致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD、TVS、TSS、GDT、MOV、MOSFET、Zener、电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。