覆盖5kW 至 25 kW+，直流耦合储能系统设计实战指南

与储能系统搭配使用的变流器，按照耦合方式可以分为直流耦合和交流耦合。其中，直流耦合只需要一步功率转换，效率更高。

《直流耦合储能系统图解手册》旨在帮助电源设计工程师理解直流耦合储能系统的技术要点，充分利用安森美产品，构建高效、可靠且具有竞争力的储能系统方案。精华内容如下：

介绍直流耦合储能电站 (BESS) 架构

适用于住宅、商业和工业系统，功率范围通常为 5 kW 至 250 kW 以上

按照主要的能量流向进行介绍：电池 ↔ 双向 DC-DC ↔ 直流链路 ↔ DC-AC ↔ 电网/负载

提供三种用于电池接口的双向 DC-DC 转换器选项

提供多种用于并网运行的 DC-AC 逆变器选项

涵盖隔离式和非隔离式辅助电源

包含用于上桥开关域的隔离式栅极驱动电源

概述用于控制、保护和通信的支持电路和 MCU 接口

每个选项都提供方案优势、应用描述、亮点和实用设计指南

顶层框图

双向 DC-DC 转换器-双有源桥

方案优势

真正的双向电力传输，具有电气隔离功能

在中高功率水平下具有高能效

支持宽电池电压工作范围

非常适合模块化和可扩展的 PCS 架构

双有源桥 (DAB) 转换器是一种双向隔离式 DC-DC 拓扑，用作直流耦合储能系统中的电池接口。它通过高频变压器在电池组和高压直流链路之间传输能量，从而实现电气隔离和灵活的电压匹配。通过初级桥和次级桥之间的相移调制来控制电力传输的方向和大小。典型的电池电压范围从几百伏到 1000 V，而直流链路通常工作在 700 V 到 1500 V。客户选择 DAB 是因为它具有隔离性、双向功能，并且适用于中高功率 PCS 设计。

亮点：

电气隔离可提高安全性和系统隔离性

相移控制可实现双向操作

非常适合基于 SiC 的高频设计

实用设计指南：

初级/次级开关：根据电池和直流链路电压，使用 650V/750V 或 1200V 等级；包括过冲和漏感裕量

变压器：设计绝缘层以承受直流链路的全部应力；尽量减少漏电流以降低循环电流

模块/PIM：考虑使用集成桥式整流器来减少寄生效应并提高可重复性

栅极驱动器：使用隔离式、高 CMTI 驱动器，并进行精确的延迟匹配

直流链路电容器：根据双向工作期间纹波和瞬变电流确定额定值

保持初级和次级换向回路紧凑且对称

采用软启动和可控相移斜坡来限制浪涌电流

两侧具有过压保护/欠压保护和快速关断

验证最坏情况下的电池电压、变压器饱和度和 EMI

双向 DC-DC 转换器-双有源桥

方案优势

在宽负载范围内具有极高的效率

双向软开关

降低开关损耗和 EMI

高功率密度，适用于先进储能系统设计

双向 DC-DC 转换器

CLLC 谐振转换器是一种隔离式双向 DC-DC 拓扑，用于高效直流耦合储能系统。它采用谐振槽和高频变压器，可在充电和放电模式下实现零电压开关。这种拓扑支持宽范围的电池电压变化，同时保持高效率，因此对住宅和商业储能系统具有吸引力。典型应用包括 300 V 至 1000 V 的电池电压和高达 1500 V 的直流链路电压。当效率、功率密度和声学/EMI 性能是设计中的关键考量因素时，客户会选择 CLLC。

亮点：

软开关可提高效率和可靠性

由于谐振工作，具有优异的 EMI 性能

与全 SiC 实现方案非常契合

实用设计指南

初级/次级开关：根据反射电压，使用 650V/750V 或 1200V 等级；包含瞬变裕量

谐振槽 (L/C)：选择合适的数值，以覆盖整个电池电压范围，同时避免过大的循环电流

变压器：优化对称双向运行的匝数比

栅极驱动器：隔离驱动器，具有良好的时序控制和欠压锁定（UVLO）

输出电容：确保在变频控制运行过程中的稳定性

在满负载和电压范围内验证零电压开关

保持谐振回路布线紧凑且对称

控制启动顺序，避免谐振槽过载

验证轻载运行时的 EMI 和可听噪声