电源系统和操作电源系统的方法与流程

1.本公开内容涉及电子电路的领域，并且具体地涉及不间断电源(ups，uninterruptible power supply)。


背景技术：

2.ups能够在电网异常的情况下不间断地为负载提供备用交流电源以维持负载的正常工作。ups广泛地用于数字世界，例如但不限于，计算机、数据中心、电信设备或其他电子设备。
3.图1a示出了传统的ups设备的框图。如图1a所示，ups设备包括ac(交流)至dc(直流)pfc(功率因数校正)整流模块1、旁路模块2、dc至ac逆变模块3、电池bat、dc至dc电池充放电模块4、检测电路5、开关s11和s12以及微控制单元mcu。ac输入通过开关s11连接至整流模块1，整流模块1通过dc(直流)母线连接至逆变模块3和电池充放电模块4，并且旁路模块2通过开关s12连接至ups设备的输出。检测电路5检测ups设备的输入端和/或输出端的电压/电流/频率。mcu接收来自检测电路5的电压/电流/频率的采样信号并且基于该采样信号发送开关器件和继电控制信号。
4.图1a所示的传统ups一般包括两种工作模式。第一种模式是市电输入、逆变输出并且通过dc母线给电池充电。第二种模式是电池模式，即电池通过dc母线放电，以及逆变输出。
5.为了提高效率，也可以在市电输入符合负载需求时通过旁路模块2给负载供电而不通过整流模块1和逆变模块3。
6.图1b示出了图1a的ups设备的详细电路图。为了简洁，图1b没有示出检测电路5和mcu的电路结构。
7.如图1b所示，整流模块1包括分别连接至三相ac输入的三个相的三个开关单元，每个开关单元包括两个串联连接的晶体管和两个串联连接的二极管。旁路模块2包括分别连接至三个相的三对反向并联的晶闸管bypass_a、bypass_b和bypass_c。逆变模块3包括三个开关单元，每个开关单元都包括四个串联的晶体管和两个串联的二极管，并且通过dc母线分别连接至整流模块1的对应开关单元。电池充放电模块4包括四个串联连接的晶体管，并且电池耦接在第一个和第四个晶体管之间。


技术实现要素：

8.在下文中给出了关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
9.根据本发明的一个方面，提供了一种电源系统，包括：输入端子，其接收交流输入；输出端子，其连接至负载；第一开关、第二开关和第三开关；整流和充放电模块，其一端通过
第一开关耦接至输入端子并且通过第三开关耦接至电池；转换模块，其一端通过dc母线耦接至整流和充放电模块的另一端，并且另一端耦接至输出端子；旁路模块，其一端耦接至输入端子，并且另一端通过第二开关耦接至输出。通过切换第一开关、第二开关和第三开关的导通和关断，使电源系统按照线性模式、电池模式和ac超限模式中之一工作。
10.优选地，在线性模式下，第一开关关断而第二开关和第三开关导通。在电池模式下，第一开关和第二开关关断而第三开关导通。在ac超限模式下，第一开关导通而第二开关和第三开关关断。
11.优选地，在线性模式下，旁路模块工作并向负载供电、转换模块对接收自旁路模块的交流电流或电压进行整流并且对dc母线充电、并且dc母线通过整流和充放电模块对电池充电。在电池模式下，旁路模块不工作、整流和充放电模块对电池进行放电、并且转换模块对接收自整流和充放电模块的直流电流或电压转换成交流电流或电压；以及在ac超限模式下，旁路模块不工作、整流和充放电模块对经由输入端子接收的交流电流或电压进行整流、并且转换模块将接收自整流和充放电模块的直流电流或电压转换成交流电流或电压。
12.优选地，整流和充放电模块包括两个开关单元，电池耦接在这两个开关单元之间。转换模块包括两个开关单元，其分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元。
13.优选地，在线性模式和电池模式下，整流和充放电模块的两个开关单元分别耦接在电池的正极和负极之一与dc母线之间。在ac超限模式下，整流和充放电模块的两个开关单元处于并联状态。
14.优选地，整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括三个晶体管和一个二极管，三个晶体管中的第二晶体管和第三晶体管反向串联连接，三个晶体管中的第一晶体管的一端和一个二极管的一端均与第二晶体管连接并且第一晶体管的另一端和一个二极管的另一端均连接至dc母线。电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的二极管的阴极与另一个开关单元的二极管的阳极之间。
15.优选地，整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括四个晶体管和两个二极管。四个晶体管中的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管以及两个二极管中的第一二极管彼此串联连接。四个晶体管中的第四晶体管和两个二极管中的第二二极管彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接。电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的第二二极管的阴极与另一个开关单元的第二二极管的阳极之间。
16.优选地，整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括三个晶体管和三个二极管。三个晶体管中的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管以及三个二极管中的第一二极管彼此串联连接，并且三个二极管中的第二二极管和第三二极管彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接。电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的第二晶体管和第三晶体管的中间节点与另一个开关单元的第二晶体管和第三晶体管的中间节点之间。
17.优选地，整流和充放电模块的两个开关单元每个都包括两个串联连接的晶体管。电池耦接在整流和充放电模块的两个开关单元中的每个开关单元的两个晶体管的中间节点之间。
18.可选地，整流和充放电模块的两个开关单元每个都包括串联连接的晶体管和二极
管，并且电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的二极管的阴极与另一个开关单元的二极管的阳极之间。
19.优选地，整流和充放电模块包括分别连接至交流输入的三个相的第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元。转换模块包括三个开关单元，其分别通过dc母线耦接至整流和充放电模块的第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元。旁路模块包括分别连接至三个相的三个开关。
20.优选地，电源系统还包括第四开关。电池的正极通过第三开关并且负极通过第四开关耦接在整流和充放电模块的相应的两个开关单元之间。
21.优选地，第一开关单元和第二开关单元均包括三个晶体管和一个二极管。三个晶体管中的第二晶体管和第三晶体管反向串联连接，并且三个晶体管中的第一晶体管的一端和一个二极管的一端均与第二晶体管连接并且第一晶体管的另一端和一个二极管的另一端均连接至dc母线。电池的正极耦接至第一开关单元或第二开关单元中的二极管的阴极，并且负极耦接至第二开关单元或第一开关单元中的二极管的阳极。第三开关单元包括两个晶体管和两个二极管，两个晶体管彼此反向串联连接，并且两个二极管中每个二极管的一端连接至两个晶体管并且另一端连接至dc母线。
22.优选地，第一开关单元和第二开关单元每个都包括四个晶体管和两个二极管。四个晶体管中的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管以及两个二极管中的第一二极管彼此串联连接，并且四个晶体管中的第四晶体管和两个二极管中的第二二极管彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接。电池的正极耦接至第一开关单元或第二开关单元中的二极管的阴极，并且负极耦接至第二开关单元或第一开关单元中的二极管的阳极。第三开关单元包括两个晶体管和四个二极管，两个晶体管和四个二极管中的第一二极管和第二二极管彼此串联连接并且与彼此串联的第三二极管和第四二极管并联连接。
23.优选地，第一开关单元和第二开关单元每个都包括三个晶体管和三个二极管。三个晶体管中的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管以及三个二极管中的第一二极管彼此串联连接。三个二极管中的第二二极管和第三二极管彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接。电池的正极和负极耦接在第一开关单元和第二开关单元各自的第二和第三晶体管的中间节点之间。第三开关单元包括两个晶体管和四个二极管，两个晶体管和四个二极管中的第一二极管和第二二极管彼此串联连接并且与第三二极管和第四二极管并联连接。
24.优选地，第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元均包括两个串联连接的晶体管。电池耦接在第一开关单元中的两个晶体管的中间节点与第二开关单元中的两个晶体管的中间节点之间。
25.可选地，第一开关单元和第二开关单元均包括串联连接的晶体管和二极管，并且第三开关单元包括两个串联连接的二极管。电池的正极耦接至第一开关单元或第二开关单元中的二极管的阴极，并且负极耦接至第二开关单元或第一开关单元中的二极管的阳极。
26.优选地，第一开关单元连接至交流输入的三个相中的第一相、第二开关单元连接至第二相、以及第三开关单元连接至第三相。整流和充放电模块还包括连接至第一相的第四开关单元、连接至第二相的第五开关单元以及连接至第三相的第六开关单元。三个电池中的第一电池耦接在第一开关单元与第四开关单元或第五开关单元之间、第二电池耦接在
第二开关单元与第五开关单元或第六开关单元、以及第三电池耦接在第三开关单元与第六开关单元或第四开关单元之间。转换模块还包括另外三个开关单元，其分别通过dc母线耦接至整流和充放电模块的第四开关单元、第五开关单元和第六开关单元。
27.优选地，旁路模块中的三个开关中的每个开关都包括两个反向并联的晶闸管。
28.优选地，电源系统还包括控制器。控制器通过检测输入端子和/或输出端子处的电压、电流及频率中的至少之一来向电源系统提供用于导通或关断电源系统中的相应开关和晶体管的控制信号，该控制信号使得电源系统在线性模式、电池模式和ac超限模式之间进行转换。
29.根据本发明的另一个方面，提供了一种操作上述电源系统的方法。该方法包括：检测电源系统的输入端子和/或输出端子处的电压、电流及频率中至少之一；根据检测到的电压、电流及频率中至少之一，确定电源系统以线性模式、电池模式和ac超限模式中之一工作；在确定电源系统以线性模式工作的情况下，向电源系统提供用于关断第一开关并且导通第二开关和第三开关的控制信号；在确定电源系统以电池模式工作的情况下，向电源系统提供用于关断第一开关和第二开关并且导通第三开关的控制信号；以及在确定电源系统以ac超限模式工作的情况下，向电源系统提供用于导通第一开关并且关断第二开关和第三开关的控制信号。
30.通过本发明的电源系统，使得减少开关器件和电感的总体数量并且简化整体结构。
31.通过以下结合附图对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。
附图说明
32.为了进一步阐述本公开内容的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本公开内容的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本公开内容的典型示例，而不应看作是对本公开内容的范围的限定。在附图中：
33.图1a示出了传统ups设备的框图；
34.图1b是图1a的ups设备的详细电路图；
35.图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的电源系统的框图；
36.图3是根据第一实施方式的具有单相ac输入的电源系统的详细电路图；
37.图4a和图4b是图3的电源系统的变型实施方式的详细电路图；
38.图5a和图5b是图3的电源系统的变型实施方式的详细电路图；
39.图6是根据第二实施方式的具有三相ac输入的电源系统的详细电路图；
40.图7是根据第三实施方式的具有三相ac输入的电源系统的详细电路图；
41.图8a和图8b分别是图7的电源系统的变型实施方式的详细电路图；
42.图9a和图9b分别是图7的电源系统的变型实施方式的详细电路图；
43.图10a、图10b和图10c分别示出了图7的电源系统在线性模式、电池模式和ac超限模式下的电流路径；
44.图11a是根据本发明的第四实施方式的电源系统的详细电路图；
45.图11b是图11a的电源系统的变型实施方式的详细电路图；
46.图12是根据本发明的实施方式的用于控制电源系统的方法的流程图。
具体实施方式
47.在下文中将结合附图对本公开的示范性实施方式进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施方式的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
48.在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本公开关系不大的其他细节。
49.下面结合图2描述根据本发明的实施方式的电源系统200。在本实施方式中，电源系统200例如(但不限于)是ups设备。
50.如图2所示，电源系统200包括整流和充放电模块201、旁路模块202、转换模块203、控制器204、电池205、检测电路208、开关s21、s22、s23以及输入端子206和输出端子207。整流和充放电模块201的一端通过开关s21耦接至输入端子206并且通过开关s22耦接至电池205。转换模块203的一端通过dc母线耦接至整流和充放电模块201的另一端，并且另一端耦接至输出端子207。旁路模块202的一端耦接至输入端子206，并且另一端通过开关s23耦接至输出端子207。输入端子206接收ac输入，并且输出端子207连接至负载(未示出)。
51.在图2所示的电源系统200中，检测电路208检测输入端子206和/或输出端子207处的电压/电流/频率。控制器204接收来自检测电路208的电压/电流/频率的采样信号、基于采样信号确定电源系统200的工作模式并且根据所确定的工作模式向相应的开关和晶体管发送相应的控制信号。
52.例如，在ac输入满足负载供电要求或者在电源系统规格以内的情况下，控制器204可以确定电源系统200按照线性模式工作。
53.例如，在没有ac输入的情况下，控制器204可以确定电源系统200按照电池模式工作。
54.例如，在ac输入不符合负载供电要求的情况下，控制器204可以确定电源系统200按照ac超限模式工作。
55.在控制器204确定电源系统200按照线性模式、电池模式和ac超限模式中之一工作的情况下，开关s21、s22和s23根据控制器204发送的控制信号来被导通和关断。
56.具体地，在本实施方式中，在线性模式下，开关s21关断而开关s22和s23导通。此时，旁路模块202工作、转换模块203对接收自旁路模块202的ac电流或电压进行整流并且对dc母线充电(例如通过电容充电)、并且dc母线通过整流和充放电模块201对电池205充电。
57.在电池模式下，开关s21和s23关断而开关s22导通。此时，旁路模块202不工作、整流和充放电模块201对电池205放电、并且转换模块203将接收自整流和充放电模块201的dc
电流或电压转换成ac电流或电压。
58.在ac超限模式下，开关s21导通而开关s22和s23关断。此时，旁路模块202不工作、整流和充放电模块201对经由输入端子206接收的ac电流或电压进行整流、并且转换模块203将接收自整流和充放电模块201的dc电流或电压转换成ac电流或电压。
59.与图1a的现有ups设备相比，根据本实施方式的电源系统200使得减少开关器件和电感的总体数量并且简化整体结构。
60.下面结合图3至图11b来描述图2的电源系统200的详细电路结构的各个实施方式。
61.应指出，图2的电源系统200中的控制器204和检测电路208可以采用任何合适的现有方式来实现。为了简洁，图3至图11b中省略了控制器204和检测电路208的详细电路结构，并且下文中也省略了对控制器204和检测电路208的详细描述。
62.图3示出了根据第一实施方式的具有单相ac输入的电源系统300的详细电路图。
63.如图3所示，电源系统300包括整流和充放电模块301、旁路模块302、转换模块303、开关s_a1、s_b1、s_a2和s_a3、电池bat、输入端子vin_a和vin_b以及输出端子vout_a和vout_b。整流和充放电模块301的两个开关单元分别通过开关s_a1和s_b1连接至ac输入端子vin_a和vin_b。旁路模块302一端连接至ac输入端子vin_a和vin_b，并且另一端通过开关s_a2连接至输出端子vout_a和vout_b。转换模块303的两个开关单元通过dc母线分别连接至整流和充放电模块301的相应开关单元。电池bat通过开关s_a3连接在整流和充放电模块301的两个开关单元之间。
64.优选地，电源系统300还可以包括开关s_a4。电池bat的正极和负极分别通过开关s_a3和s_a4连接在整流和充放电模块301的两个开关单元之间。
65.在图3所示的实施方式中，整流和充放电模块301包括上、下两个开关单元。第一开关单元包括晶体管q_a1、q_a2和q_a3和二极管d_a4。晶体管q_a2和q_a3串联连接，并且晶体管q_a2的集电极通过电感耦接到开关s_a1。晶体管q_a1的发射极连接至晶体管q_a2的集电极并且集电极连接至dc母线。二极管d_a4的阴极连接至晶体管q_a2的集电极并且阳极连接至dc母线。第二开关单元包括晶体管q_b2、q_b3和q_b4和二极管d_b1。如图所示，第二开关单元的各元件与第一开关单元的各元件是对称布置的。
66.参见图1b，传统的ups电路结构与图3所示的电路结构相似，除了图3的整流和充放电模块301只包括两个开关单元而图1b中的整流模块1包括三个开关单元，并且在图3中用晶体管q_a1和q_b4替换了图1b中的二极管d_a1和d_b4。已知地，二极管只有整流功能。在图3所示的实施方式中，通过将图1b中的二极管d_a1和d_b4替换为晶体管q_a1和q_b4，并且通过将电池bat的正极耦接至晶体管q_a1的发射极而负极耦接至晶体管q_b4的集电极，可以在实现对电池充放电的同时，减少电源系统中的电感和晶体管的总体数量。
67.应指出，在线性模式和电池模式下，整流和充放电模块301的两个开关单元分别耦接在电池bat的正极和负极之一与dc母线之间，而在ac超限模式下，这两个开关单元处于并联状态。
68.如图3所示，旁路模块302例如包括两个反向并联的晶闸管。转换模块303也包括两个相应的开关单元，其中，第一开关单元包括串联连接的晶体管q_a5、q_a6、q_a7和q_a8、以及耦接在晶体管q_a5和q_a8之间并且彼此串联连接的二极管d_a9和d_a10；第二开关单元包括串联连接的晶体管q_b5、q_b6、q_b7和q_b8、以及耦接在晶体管q_b5和q_b8之间并且彼
此串联连接的二极管d_b9和d_b10。
69.图4a和图4b分别示出了图3的电源系统300的变型实施方式。图4a和图4b的电源系统400和400’与图3的电源系统300的不同之处在于整流和充放电模块以及转换模块的具体电路结构不同。
70.具体地，在本实施方式中，图4a的整流和充放电模块401的第一开关单元包括晶体管q_a1和二极管d_a2，其中，晶体管q_a1的发射极连接至二极管d_a2的阴极并且通过电感耦接至开关s_a1，并且晶体管q_a1的集电极和二极管d_a2的阳极连接至dc母线；并且第二开关单元包括晶体管q_b2和二极管d_b1。第二开关单元的各元件与第一开关单元的各元件是对称布置的。
71.图4a的转换模块403的第一开关单元包括串联连接的晶体管q_a3和q_a4；并且第二开关单元包括串联连接的晶体管q_b3和q_b4。
72.图4b的整流和充放电模块401’的第一开关单元包括串联连接的晶体管q_a1和q_a2；并且第二开关单元包括串联连接的晶体管q_b1和q_b2。
73.图4b的转换模块403’的电路结构与图4a所示的转换模块403相同。图4a的旁路模块402和图4b的旁路模块402’的电路结构与图3所示的旁路模块302相同。
74.图5a和图5b分别示出了图3的电源系统300的变型实施方式。图5a和图5b的电源系统500和500’与图3的电源系统300的不同之处在于整流和充放电模块以及转换模块的具体电路结构不同。
75.具体地，在本实施方式中，图5a的整流和充放电模块501的第一开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_a1、q_a2、q_a3和二极管d_a4、以及彼此串联连接的二极管d_a5和d_a6，其中，二极管d_a5和d_a6耦接在晶体管q_a1和二极管d_a4之间，晶体管q_a1的发射极连接至晶体管q_a2的集电极并且集电极连接至dc母线，二极管d_a4的阴极连接至晶体管q_a3的发射极并且阳极连接至dc母线；并且第二开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_b2、q_b3、q_b4和二极管d_b1、以及彼此串联连接的二极管d_b5和d_b6。第二开关单元的各元件与第一开关单元的各元件是对称布置的。
76.图5a的转换模块503的第一开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_a5、q_a6、q_a7和q_a8、以及彼此串联连接的二极管d_a9和d_a10，其中，二极管d_a9和d_a10耦接在晶体管q_a5和q_a8之间；并且第二开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_b5、q_b6、q_b7和q_b8、以及彼此串联连接的二极管d_b9和d_b10，其中，二极管d_b9和d_b10耦接在晶体管q_b5和q_b8之间。
77.图5b的整流和充放电模块501’的第一开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_a1、q_a2、q_a3和二极管d_a4、以及彼此串联连接的晶体管q_a9和二极管d_a6，其中，晶体管q_a9和二极管d_a6耦接在晶体管q_a1和二极管d_a4之间，晶体管q_a9的集电极连接至晶体管q_a1的发射极，并且发射极通过电感耦接至开关s_a1并且还连接至二极管d_a6的阴极，二极管d_a6的阳极连接至二极管d_a4的阴极；并且第二开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_b2、q_b3、q_b4和二极管d_b1、以及彼此串联连接的晶体管q_b9和二极管d_b5。第二开关单元的各元件与第一开关单元的各元件是对称布置的。
78.图5b的转换模块503’的电路结构与图5a的转换模块503相同。图5a的旁路模块502和图5b的旁路模块502’与图3所示的旁路模块302相同。
79.图6示出了根据本发明的第二实施方式的具有三相ac输入的电源系统的详细电路图。如图6所示，电源系统600的整流和充放电模块601、旁路模块602和转换模块603各自均包括三个开关单元，其中，整流和充放电模块601的三个开关单元分别通过开关s_a1、s_b1和s_c1连接至ac输入的三个相vin_a、vin_b和vin_c，第一和第二开关单元的电路结构与图3所示相同，第三开关单元包括串联连接的晶体管q_c2和q_c3、以及串联连接的二极管d_c1和d_c4。电池bat的正极通过开关s_a3连接至第一开关单元并且负极连接至第二开关单元。转换模块603的三个开关单元的电路结构与图3所示相同。旁路模块602的三个开关单元bypass_a、bypass_b和bypass_c各自包括一对反向并联的晶闸管，它们分别通过开关s_a2、s_b2和s_c2连接至输出vout_a、vout_b和vout_c。
80.图7示出了根据本发明的第三实施方式的具有三相ac输入的电源系统的详细电路图。图7的电源系统700的电路结构与图6的电源系统600基本相同，除了电池bat的负极还通过开关s_a4连接至整流和充放电模块701的第二开关单元。
81.参见图1b，传统的ups电路结构与图6和图7所示的电路结构基本相同，除了在图6和图7中用晶体管q_a1和q_b4替换了图1b中的二极管d_a1和d_b4。已知地，二极管只有整流功能。在图3所示的实施方式中，通过将图1b中的二极管d_a1和d_b4替换为晶体管q_a1和q_b4，并且通过将电池bat的正极耦接至晶体管q_a1的发射极而负极耦接至晶体管q_b4的集电极，可以在实现对电池充放电的同时，减少电源系统中的电感和晶体管的总体数量。
82.图8a和图8b分别示出了图7的电源系统的变型实施方式的详细电路图。图8a和图8b的电源系统800和800’与图7的电源系统700的不同之处在于整流和充放电模块以及转换模块的具体电路结构不同。
83.具体地，在本实施方式中，图8a的整流和充放电模块801包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图4a所示的整流和充放电模块401的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的二极管d_c1和d_c2。
84.图8a的转换模块803包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图4a所示的转换模块403的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_c3和q_c4。
85.图8b的整流和充放电模块801’包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图4b所示的整流和充放电模块401’的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_c1和q_c2。
86.图8b的转换模块803’包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图4b所示的转换模块403’的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_c3和q_c4。
87.图8a的旁路模块802和图8b的旁路模块802’与图7所示的旁路模块702相同。
88.图9a和图9b分别示出了图7的电源系统的变型实施方式的详细电路图。图9a和图9b的电源系统900和900’与图7的电源系统700的不同之处在于整流和充放电模块以及转换模块的具体电路结构不同。
89.具体地，在本实施方式中，图9a的整流和充放电模块901包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图5a所示的整流和充放电模块501的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的二极管d_c1、晶体管q_c2和q_c3和二极管d_c4、以
及彼此串联连接的二极管d_c5和d_c6，其中，二极管d_c5和d_c6耦接在二极管d_c1和d_c4之间。
90.图9a的转换模块903包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图5a所示的转换模块503的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_c5、q_c6、q_c7和q_c8、以及彼此串联连接且耦接在晶体管q_c5和q_c8之间的二极管d_c9和d_c10。
91.图9b的整流和充放电模块901’包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图5b所示的整流和充放电模块501’的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的二极管d_c1、晶体管q_c2和q_c3和二极管d_c4、以及彼此串联连接的二极管d_c5和d_c6，其中，二极管d_c5和d_c6耦接在二极管d_c1和d_c4之间。
92.图9b的转换模块903’包括三个开关单元，其中，第一开关单元和第二开关单元的电路结构与图5b所示转换模块503’的开关单元相同，第三开关单元包括彼此串联连接的晶体管q_c5、q_c6、q_c7和q_c8、以及彼此串联连接且耦接在晶体管q_c5和q_c8之间的二极管d_c9和d_c10。
93.图9a的旁路模块902和图9b的旁路模块902’与图7所示的旁路模块702相同。
94.应指出，虽然在附图中将晶体管显示为绝缘栅双极晶体管(igbt)，但是本发明不限于此，而是可以使用能够实现相同功能的任何其他类型的晶体管，例如但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、场效应晶体管(fet)、结型场效应晶体管(jfet)、双栅极mosfet，等等。
95.图10a、图10b和图10c分别示出了电源系统1000在线性模式、电池模式和ac超限模式下的电流路径。
96.图10a、图10b和图10c中的整流和充放电模块1001的电路结构与图7所示的整流和充放电模块701的结构相同、旁路模块1002的电路结构与图7的旁路模块702的结构相同、并且转换模块1003的电路结构与图9a所示的转换模块903的结构相同。
97.如图10a所示，在线性模式下，开关s_a1、s_b1和s_c1关断，而开关s_a2、s_b2、s_c2、s_a3和s_a4导通。电流流通路径如图中箭头所示。ac输入电流经由旁路模块1002流至转换模块1003，转换模块1003对该ac电流进行整流，并且对dc母线的电容充电，ac输入从旁路模块1002直接至输出vout_a、vout_b和vout_c。然后，dc母线的电容通过整流和充放电模块1001对电池bat充电。
98.如图10b所示，在电池模式下，开关s_a1、s_b1、s_c1、s_a2、s_b2和s_c2关断而开关s_a3和s_a4导通。电流流通路径如图中箭头所示。整流和充放电模块1001使电池bat放电、并且dc电流从整流和充放电模块1001流至转换模块1003，转换模块1003将该dc电流转换成ac电流并且转换后的ac电流流至输出vout_a、vout_b和vout_c。
99.如图10c所示，在ac超限模式下，开关s_a1、s_b1、s_c1导通而开关s_a2、s_b2、s_c2、s_a3和s_a4关断。电流流通路径如图中箭头所示。ac输入电流流至整流和充放电模块1001，转换模块1003将接收自整流和充放电模块1001的经整流的dc电流转换成ac电流。转换后的ac电流流至输出vout_a、vout_b和vout_c。
100.图11a示出了根据本发明的第四实施方式的电源系统的详细电路图。如图11a所示，电源系统1100的整流和充放电模块1101和转换模块1103各自包括六个开关单元，其中，
整流和充放电模块1101的六个开关单元的电路结构与图7所示的整流和充放电模块701的开关单元相同，并且转换模块1103的六个开关单元的电路结构与图9a所示的转换模块903的开关单元相同，其中，电池bat_a耦接在整流和充放电模块1101的第一和第二开关单元之间、电池bat_b耦接在第三和第四开关单元之间并且电池bat_c耦接在第五和第六开关单元之间。
101.图11b是图11a的电源系统的变型实施方式的详细电路图。图11b的电源系统1100’与图11a的电源系统1100的区别在于，电池bat_a耦接在整流和充放电模块1101’的第一和第四开关单元之间、电池bat_b耦接在第三和第六开关单元之间并且电池bat_c耦接在第二和第五开关单元之间。
102.图11a的旁路模块1102和图11b的旁路模块1102’与图7所示的旁路模块702相同。
103.应理解，虽然图11a和图11b所示的电源系统的整流和充放电模块和转换模块各自包括六个开关单元，但是本发明不限于此，而是可以根据实际需要布置更多或更少的开关单元。
104.还应理解，图11a和图11b所示的电源系统的整流和充放电模块和转换模块各自的开关单元也可以用其他电路结构来实现，例如(但不限于)图4a、图4b、图5a、图5b、图8a、图8b、图9a和图9b所示的详细电路结构的任意组合。
105.图12是根据本发明的实施方式的用于控制电源系统的方法的流程图。应指出，图12的方法1200可以利用根据本发明的各实施方式的电源系统来实现。下面结合图2的电源系统200来描述图12的用于控制电源系统的方法1200。
106.首先，在步骤1201中，检测电源系统的输入端子和/或输出端子处的电压、电流及频率中至少之一。具体地，在本实施方式中，图2的电源系统200的检测电路208检测输入端子206和输出端子207处的电压/电流/频率。
107.接着，在步骤1202中，根据检测到的电压、电流及频率中至少之一，确定电源系统以线性模式、电池模式和ac超限模式中之一工作。
108.具体地，在本实施方式中，例如，在在ac输入满足负载供电要求或者在电源系统规格以内的情况下，控制器204可以确定电源系统200按照线性模式工作；在没有ac输入的情况下，控制器204可以确定电源系统200按照电池模式工作；以及在ac输入的电压/电流/频率不符合负载供电要求的情况下，控制器204可以确定电源系统200按照ac超限模式工作。
109.接着，在步骤1203中，在确定电源系统以线性模式工作的情况下，向电源系统提供用于关断第一开关并且导通第二开关和第三开关的控制信号。
110.具体地，在本实施方式中，控制器204在确定电源系统200以线性模式工作的情况下，发送关断开关s21并且导通开关s22和s23的控制信号。此时，旁路模块202工作并对负载供电、转换模块203对接收自旁路模块202的ac电流或电压进行整流并且对dc母线的电容充电、并且dc母线的电容通过整流和充放电模块201对电池205充电。
111.在步骤1204中，在确定电源系统以电池模式工作的情况下，向电源系统提供用于关断第一开关和第二开关并且导通第三开关的控制信号。
112.具体地，在本实施方式中，控制器204在确定电源系统200以电池模式工作的情况下，发送关断开关s21和s23并且导通开关s22的控制信号。此时，旁路模块202不工作、整流和充放电模块201对电池205放电、并且转换模块203将接收自整流和充放电模块201的dc电
流或电压转换成ac电流或电压。
113.在步骤1205中，在确定电源系统以ac超限模式工作的情况下，向电源系统提供用于导通第一开关并且关断第二开关和第三开关的控制信号。
114.具体地，在本实施方式中，控制器204在确定电源系统200以ac超限模式工作的情况下，发送导通开关s21而关断开关s22和s23的控制信号。此时，旁路模块202不工作、整流和充放电模块201对经由输入端子206接收的ac电流或电压进行整流、并且转换模块203将接收自整流和充放电模块201的dc电流或电压转换成ac电流或电压。
115.应指出，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
116.还应指出，在所描述的实施方式中，元件之间的任何直接电连接或耦接，即没有中间元件的连接或耦接可以由间接连接或耦接代替，即包括一个或更多个附加的中间元件的连接或耦接，反之亦然，只要基本保持连接或耦接的一般目的，例如提供某种信号、某种信息或某种控制。换言之，只要连接或耦接的一般目的和功能基本保持不变，就可以修改连接和耦接。
117.至少一些实施方式由下面给出的示例来限定。
118.示例1.一种电源系统，包括：
119.输入端子，其接收交流输入；
120.输出端子，其连接至负载；
121.第一开关(s21)、第二开关(s23)和第三开关(s22)；
122.整流和充放电模块，其一端通过第一开关耦接至输入端子并且通过第三开关耦接至电池；
123.转换模块，其一端通过直流母线耦接至整流和充放电模块的另一端，并且另一端耦接至输出端子；
124.旁路模块，其一端耦接至输入端子，并且另一端通过第二开关耦接至输出端子，
125.其中，通过切换第一开关、第二开关和第三开关的导通和关断，使电源系统按照线性模式、电池模式和交流超限模式中之一工作。
126.示例2.根据示例1的电源系统，其中，在线性模式下，第一开关关断而第二开关和第三开关导通，在电池模式下，第一开关和第二开关关断而第三开关导通，并且在交流超限模式下，第一开关导通而第二开关和第三开关关断。
127.示例3.根据示例2的电源系统，其中：
128.在线性模式下，旁路模块工作并向负载供电、转换模块对接收自旁路模块的交流电流或电压进行整流并且对直流母线充电、并且直流母线通过整流和充放电模块对电池充电；
129.在电池模式下，旁路模块不工作、整流和充放电模块对电池进行放电、并且转换模块将接收自整流和充放电模块的直流电流或电压转换成交流电流或电压；以及
130.在交流超限模式下，旁路模块不工作、整流和充放电模块对经由输入端子接收的
交流电流或电压进行整流、并且转换模块将接收自整流和充放电模块的直流电流或电压转换成交流电流或电压。
131.示例4.根据示例3的电源系统，其中，整流和充放电模块包括两个开关单元，其中，电池耦接在两个开关单元之间，以及
132.其中，转换模块包括两个开关单元，其分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元。
133.示例5.根据示例4的电源系统，其中，在线性模式和电池模式下，整流和充放电模块的两个开关单元分别耦接在电池的正极和负极之一与直流母线之间，以及其中，在交流超限模式下，整流和充放电模块的两个开关单元处于并联状态。
134.示例6.根据示例4的电源系统，还包括第四开关(s_a4)，其中，电池的正极通过第三开关并且负极通过第四开关而被耦接在整流和充放电模块的两个开关单元之间。
135.示例7.根据示例6的电源系统，其中，整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括三个晶体管和一个二极管，三个晶体管中的第二晶体管(q_a2，q_b2)和第三晶体管(q_a3，q_b3)反向串联连接，三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)的一端和一个二极管(d_a4，d_b1)的一端均与第二晶体管连接并且第一晶体管的另一端和一个二极管的另一端均连接至直流母线，以及
136.其中，电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的二极管的阴极与另一个开关单元的二极管的阳极之间。
137.示例8.根据示例6的电源系统，其中，整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括四个晶体管和两个二极管，四个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及两个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，并且四个晶体管中的第四晶体管(q_a9，q_b9)和两个二极管中的第二二极管(d_a6，d_b5)彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接，以及
138.其中，电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的第二二极管的阴极与另一个开关单元的第二二极管的阳极之间。
139.示例9.根据示例6的电源系统，其中，整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括三个晶体管和三个二极管，三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及三个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，并且三个二极管中的第二二极管(d_a5，d_b5)和第三二极管(d_a6，d_b6)彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接，以及
140.其中，电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的第二晶体管和第三晶体管的中间节点与另一个开关单元的第二晶体管和第三晶体管的中间节点之间。
141.示例10.根据示例6的电源系统，其中：
142.整流和充放电模块的两个开关单元每个都包括两个串联连接的晶体管，电池耦接在整流和充放电模块的两个开关单元中的每个开关单元的两个晶体管的中间节点之间；或者
143.整流和充放电模块的两个开关单元每个都包括串联连接的晶体管和二极管，电池的正极和负极分别耦接至整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的二极管
的阴极与另一个开关单元的二极管的阳极之间。
144.示例11.根据示例3的电源系统，
145.其中，整流和充放电模块包括分别连接至交流输入的三个相的第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，以及
146.其中，转换模块包括三个开关单元，其分别通过直流母线耦接至整流和充放电模块的第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，以及
147.其中，旁路模块包括分别连接至三个相的三个开关(bypass_a,bypass_b,bypass_c)。
148.示例12.根据示例11的电源系统，还包括第四开关(s_a4)，其中，电池的正极通过第三开关并且负极通过第四开关(s_a4)耦接在整流和充放电模块的相应的两个开关单元之间。
149.示例13.根据示例12的电源系统，其中：
150.第一开关单元和第二开关单元均包括三个晶体管和一个二极管(d_a4，d_b1)，三个晶体管中的第二晶体管(q_a2，q_b2)和第三晶体管(q_a3，q_b3)反向串联连接，并且三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)的一端和一个二极管的一端均与第二晶体管连接并且第一晶体管的另一端和一个二极管的另一端均连接至直流母线，其中，电池的正极耦接至第一开关单元或第二开关单元中的二极管的阴极，并且电池的负极耦接至第二开关单元或第一开关单元中的二极管的阳极；以及
151.第三开关单元包括两个晶体管(q_c2，q_c3)和两个二极管(d_c1，d_c4)，两个晶体管彼此反向串联连接，并且两个二极管中每个二极管的一端连接至两个晶体管并且另一端连接至直流母线。
152.示例14.根据示例12的电源系统，其中：
153.第一开关单元和第二开关单元每个都包括四个晶体管和两个二极管，四个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及两个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，并且四个晶体管中的第四晶体管(q_a9，q_b9)和两个二极管中的第二二极管(d_a6，d_b5)彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接，其中，电池的正极耦接至第一开关单元或第二开关单元中的二极管的阴极，并且电池的负极耦接至第二开关单元或第一开关单元中的二极管的阳极；以及
154.第三开关单元包括两个晶体管(q_c2，q_c3)和四个二极管，两个晶体管和四个二极管中的第一二极管(d_c1)和第二二极管(d_c4)彼此串联连接并且与彼此串联的第三二极管(d_c5)和第四二极管(d_c6)并联连接。
155.示例15.根据示例12的电源系统，其中：
156.第一开关单元和第二开关单元每个都包括三个晶体管和三个二极管，三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及三个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，三个二极管中的第二二极管(d_a5，d_b5)和第三二极管(d_a6，d_b6)彼此串联连接并且与第二晶体管和第三晶体管并联连接，其中，电池的正极和负极耦接在第一开关单元和第二开关单元各自的第二和第三晶体管的中间节点之间，以及
157.第三开关单元包括两个晶体管(q_c2，q_c3)和四个二极管，两个晶体管和四个二
极管中的第一二极管(d_c1)和第二二极管(d_c4)彼此串联连接并且与第三二极管(d_c5)和第四二极管(d_c6)并联连接。
158.示例16.根据示例12的电源系统，其中：
159.第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元均包括两个串联连接的晶体管，电池耦接在第一开关单元中的两个晶体管的中间节点与第二开关单元中的两个晶体管的中间节点之间；或者
160.第一开关单元和第二开关单元均包括串联连接的晶体管和二极管，并且第三开关单元包括两个串联连接的二极管，电池的正极耦接至第一开关单元或第二开关单元中的二极管的阴极，并且电池的负极耦接至第二开关单元或第一开关单元中的二极管的阳极。
161.示例17.根据示例12的电源系统，其中，第一开关单元连接至交流输入的三个相中的第一相、第二开关单元连接至三个相中的第二相、以及第三开关单元连接至三个相中的第三相，
162.其中，整流和充放电模块还包括连接至第一相的第四开关单元、连接至第二相的第五开关单元以及连接至第三相的第六开关单元，
163.其中，电池包括三个电池，三个电池中的第一电池耦接在第一开关单元与第四开关单元或第五开关单元之间、第二电池耦接在第二开关单元与第五开关单元或第六开关单元、以及第三电池耦接在第三开关单元与第六开关单元或第四开关单元之间，以及
164.其中，转换模块还包括另外三个开关单元，其分别通过直流母线耦接至整流和充放电模块的第四开关单元、第五开关单元和第六开关单元。
165.示例18.根据示例11的电源系统，其中，旁路模块中的三个开关中的每个开关都包括两个反向并联的晶闸管。
166.示例19.根据示例1的电源系统，还包括控制器，控制器通过检测输入端子和/或输出端子处的电压、电流及频率中的至少之一来向电源系统提供用于导通或关断电源系统中的相应开关和晶体管的控制信号，该控制信号使得电源系统在线性模式、电池模式和交流超限模式之间进行转换。
167.示例20.一种操作根据示例1的电源系统的方法，包括：
168.检测电源系统的输入端子和/或输出端子处的电压、电流及频率中至少之一；
169.根据检测到的电压、电流及频率中至少之一，确定电源系统以线性模式、电池模式和交流超限模式中之一工作；
170.在确定电源系统以线性模式工作的情况下，向电源系统提供用于关断第一开关并且导通第二开关和第三开关的控制信号；
171.在确定电源系统以电池模式工作的情况下，向电源系统提供用于关断第一开关和第二开关并且导通第三开关的控制信号；以及
172.在确定电源系统以交流超限模式工作的情况下，向电源系统提供用于导通第一开关并且关断第二开关和第三开关的控制信号。
173.以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施方式，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是被配置为说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式做出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

技术特征：
1.一种电源系统，包括：输入端子，其接收交流输入；输出端子，其连接至负载；第一开关(s21)、第二开关(s23)和第三开关(s22)；整流和充放电模块，其一端通过所述第一开关耦接至所述输入端子并且通过所述第三开关耦接至电池；转换模块，其一端通过直流母线耦接至所述整流和充放电模块的另一端，并且另一端耦接至所述输出端子；旁路模块，其一端耦接至所述输入端子，并且另一端通过所述第二开关耦接至所述输出端子，其中，通过切换所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的导通和关断，使所述电源系统按照线性模式、电池模式和交流超限模式中之一工作。2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，在所述线性模式下，所述第一开关关断而所述第二开关和所述第三开关导通，在所述电池模式下，所述第一开关和所述第二开关关断而所述第三开关导通，并且在所述交流超限模式下，所述第一开关导通而所述第二开关和所述第三开关关断。3.根据权利要求2所述的电源系统，其中：在所述线性模式下，所述旁路模块工作并向负载供电、所述转换模块对接收自所述旁路模块的交流电流或电压进行整流并且对所述直流母线充电、并且所述直流母线通过所述整流和充放电模块对所述电池充电；在所述电池模式下，所述旁路模块不工作、所述整流和充放电模块对所述电池进行放电、并且所述转换模块将接收自所述整流和充放电模块的直流电流或电压转换成交流电流或电压；以及在所述交流超限模式下，所述旁路模块不工作、所述整流和充放电模块对经由所述输入端子接收的交流电流或电压进行整流、并且所述转换模块将接收自所述整流和充放电模块的直流电流或电压转换成交流电流或电压。4.根据权利要求3所述的电源系统，其中，所述整流和充放电模块包括两个开关单元，其中，所述电池耦接在所述两个开关单元之间，以及其中，所述转换模块包括两个开关单元，其分别耦接至所述整流和充放电模块的两个开关单元。5.根据权利要求4所述的电源系统，其中，在所述线性模式和所述电池模式下，所述整流和充放电模块的两个开关单元分别耦接在所述电池的正极和负极之一与所述直流母线之间，以及其中，在所述交流超限模式下，所述整流和充放电模块的两个开关单元处于并联状态。6.根据权利要求4所述的电源系统，还包括第四开关(s_a4)，其中，所述电池的正极通过所述第三开关并且负极通过所述第四开关而被耦接在所述整流和充放电模块的两个开关单元之间。7.根据权利要求6所述的电源系统，其中，所述整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括三个晶体管和一个二极管，所述三个晶体管中的第二晶体管(q_a2，q_b2)和
第三晶体管(q_a3，q_b3)反向串联连接，所述三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)的一端和所述一个二极管(d_a4，d_b1)的一端均与所述第二晶体管连接并且所述第一晶体管的另一端和所述一个二极管的另一端均连接至所述直流母线，以及其中，所述电池的正极和负极分别耦接至所述整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的二极管的阴极与另一个开关单元的二极管的阳极之间。8.根据权利要求6所述的电源系统，其中，所述整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括四个晶体管和两个二极管，所述四个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及所述两个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，并且所述四个晶体管中的第四晶体管(q_a9，q_b9)和所述两个二极管中的第二二极管(d_a6，d_b5)彼此串联连接并且与所述第二晶体管和第三晶体管并联连接，以及其中，所述电池的正极和负极分别耦接至所述整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的第二二极管的阴极与另一个开关单元的第二二极管的阳极之间。9.根据权利要求6所述的电源系统，其中，所述整流和充放电模块的两个开关单元中的每一个都包括三个晶体管和三个二极管，所述三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及所述三个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，并且所述三个二极管中的第二二极管(d_a5，d_b5)和第三二极管(d_a6，d_b6)彼此串联连接并且与所述第二晶体管和所述第三晶体管并联连接，以及其中，所述电池的正极和负极分别耦接至所述整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的第二晶体管和第三晶体管的中间节点与另一个开关单元的第二晶体管和第三晶体管的中间节点之间。10.根据权利要求6所述的电源系统，其中：所述整流和充放电模块的两个开关单元每个都包括两个串联连接的晶体管，所述电池耦接在所述整流和充放电模块的两个开关单元中的每个开关单元的两个晶体管的中间节点之间；或者所述整流和充放电模块的两个开关单元每个都包括串联连接的晶体管和二极管，所述电池的正极和负极分别耦接至所述整流和充放电模块的两个开关单元中的一个开关单元的二极管的阴极与另一个开关单元的二极管的阳极之间。11.根据权利要求3所述的电源系统，其中，所述整流和充放电模块包括分别连接至所述交流输入的三个相的第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，以及其中，所述转换模块包括三个开关单元，其分别通过所述直流母线耦接至所述整流和充放电模块的第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元，以及其中，所述旁路模块包括分别连接至所述三个相的三个开关(bypass_a,bypass_b,bypass_c)。12.根据权利要求11所述的电源系统，还包括第四开关(s_a4)，其中，所述电池的正极通过所述第三开关并且负极通过所述第四开关(s_a4)耦接在所述整流和充放电模块的相应的两个开关单元之间。13.根据权利要求12所述的电源系统，其中：
所述第一开关单元和所述第二开关单元均包括三个晶体管和一个二极管(d_a4，d_b1)，所述三个晶体管中的第二晶体管(q_a2，q_b2)和第三晶体管(q_a3，q_b3)反向串联连接，并且所述三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)的一端和所述一个二极管的一端均与所述第二晶体管连接并且所述第一晶体管的另一端和所述一个二极管的另一端均连接至所述直流母线，其中，所述电池的正极耦接至所述第一开关单元或所述第二开关单元中的二极管的阴极，并且所述电池的负极耦接至所述第二开关单元或所述第一开关单元中的二极管的阳极；以及所述第三开关单元包括两个晶体管(q_c2，q_c3)和两个二极管(d_c1，d_c4)，所述两个晶体管彼此反向串联连接，并且所述两个二极管中每个二极管的一端连接至所述两个晶体管并且另一端连接至所述直流母线。14.根据权利要求12所述的电源系统，其中：所述第一开关单元和所述第二开关单元每个都包括四个晶体管和两个二极管，所述四个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及所述两个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，并且所述四个晶体管中的第四晶体管(q_a9，q_b9)和所述两个二极管中的第二二极管(d_a6，d_b5)彼此串联连接并且与所述第二晶体管和第三晶体管并联连接，其中，所述电池的正极耦接至所述第一开关单元或所述第二开关单元中的二极管的阴极，并且所述电池的负极耦接至所述第二开关单元或所述第一开关单元中的二极管的阳极；以及所述第三开关单元包括两个晶体管(q_c2，q_c3)和四个二极管，所述两个晶体管和所述四个二极管中的第一二极管(d_c1)和第二二极管(d_c4)彼此串联连接并且与彼此串联的第三二极管(d_c5)和第四二极管(d_c6)并联连接。15.根据权利要求12所述的电源系统，其中：所述第一开关单元和所述第二开关单元每个都包括三个晶体管和三个二极管，所述三个晶体管中的第一晶体管(q_a1，q_b4)、第二晶体管(q_a2，q_b3)和第三晶体管(q_a3，q_b2)以及所述三个二极管中的第一二极管(d_a4，d_b1)彼此串联连接，所述三个二极管中的第二二极管(d_a5，d_b5)和第三二极管(d_a6，d_b6)彼此串联连接并且与所述第二晶体管和所述第三晶体管并联连接，其中，所述电池的正极和负极耦接在所述第一开关单元和第二开关单元各自的第二和第三晶体管的中间节点之间，以及所述第三开关单元包括两个晶体管(q_c2，q_c3)和四个二极管，所述两个晶体管和所述四个二极管中的第一二极管(d_c1)和第二二极管(d_c4)彼此串联连接并且与第三二极管(d_c5)和第四二极管(d_c6)并联连接。16.根据权利要求12所述的电源系统，其中：所述第一开关单元、所述第二开关单元和所述第三开关单元均包括两个串联连接的晶体管，所述电池耦接在所述第一开关单元中的两个晶体管的中间节点与所述第二开关单元中的两个晶体管的中间节点之间；或者所述第一开关单元和所述第二开关单元均包括串联连接的晶体管和二极管，并且所述第三开关单元包括两个串联连接的二极管，所述电池的正极耦接至所述第一开关单元或所述第二开关单元中的二极管的阴极，并且所述电池的负极耦接至所述第二开关单元或所述第一开关单元中的二极管的阳极。
17.根据权利要求12所述的电源系统，其中，所述第一开关单元连接至所述交流输入的三个相中的第一相、所述第二开关单元连接至所述三个相中的第二相、以及所述第三开关单元连接至所述三个相中的第三相，其中，所述整流和充放电模块还包括连接至所述第一相的第四开关单元、连接至所述第二相的第五开关单元以及连接至所述第三相的第六开关单元，其中，所述电池包括三个电池，所述三个电池中的第一电池耦接在所述第一开关单元与所述第四开关单元或所述第五开关单元之间、第二电池耦接在所述第二开关单元与所述第五开关单元或所述第六开关单元、以及第三电池耦接在所述第三开关单元与所述第六开关单元或所述第四开关单元之间，以及其中，所述转换模块还包括另外三个开关单元，其分别通过所述直流母线耦接至所述整流和充放电模块的第四开关单元、第五开关单元和第六开关单元。18.根据权利要求11所述的电源系统，其中，所述旁路模块中的三个开关中的每个开关都包括两个反向并联的晶闸管。19.根据权利要求1所述的电源系统，还包括控制器，所述控制器通过检测所述输入端子和/或所述输出端子处的电压、电流及频率中的至少之一来向所述电源系统提供用于导通或关断所述电源系统中的相应开关和晶体管的控制信号，该控制信号使得所述电源系统在所述线性模式、所述电池模式和所述交流超限模式之间进行转换。20.一种操作根据权利要求1所述的电源系统的方法，包括：检测所述电源系统的输入端子和/或输出端子处的电压、电流及频率中至少之一；根据检测到的电压、电流及频率中至少之一，确定所述电源系统以所述线性模式、所述电池模式和所述交流超限模式中之一工作；在确定所述电源系统以所述线性模式工作的情况下，向所述电源系统提供用于关断所述第一开关并且导通所述第二开关和所述第三开关的控制信号；在确定所述电源系统以所述电池模式工作的情况下，向所述电源系统提供用于关断所述第一开关和所述第二开关并且导通所述第三开关的控制信号；以及在确定所述电源系统以所述交流超限模式工作的情况下，向所述电源系统提供用于导通所述第一开关并且关断所述第二开关和所述第三开关的控制信号。

技术总结
公开了一种电源系统和操作电源系统的方法。该电源系统包括：输入端子，其接收交流输入；输出端子，其连接至负载；第一开关、第二开关和第三开关；整流和充放电模块，其一端通过第一开关耦接至输入端子并且通过第三开关耦接至电池；转换模块，其一端通过DC母线耦接至整流和充放电模块的另一端，并且另一端耦接至输出端子；旁路模块，其一端耦接至输入端子，并且另一端通过第二开关耦接至输出端子，其中，通过切换第一开关、第二开关和第三开关的导通和关断，使电源系统按照线性模式、电池模式和AC超限模式中之一工作。AC超限模式中之一工作。AC超限模式中之一工作。


技术研发人员：周明 沈嵩 陈立烽 普拉迪普
受保护的技术使用者：英飞凌科技股份有限公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2023/8/31