CN111478408A - 三桥臂拓扑装置、控制方法、以及不间断电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三桥臂拓扑装置、控制方法、以及不间断电源系统，三桥臂拓扑装置通过复用电压转换电路，这样，不需要额外添加充电器即可对电池组实现充电功能。另外，无论在市电供电模式还是电池供电模式，电压转换电路和三桥臂变化电路均参与工作，即三桥臂拓扑装置的所有器件均参与工作。当将该三桥臂拓扑装置应用于电池低压大电流不间断电源系统时，可以提高该系统的器件复用率，避免器件设计冗余，进而降低了电池低压大电流不间断电源系统的成本。

Description

三桥臂拓扑装置、控制方法、以及不间断电源系统
技术领域
本发明涉及不间断电源技术，尤其涉及一种三桥臂拓扑装置、控制方法、以及不间断电源系统。
背景技术
在线式不间断电源(Uninterrupted Power Supply，简称：UPS)系统是指不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路的一种UPS系统。按照功率划分，在线式UPS系统分为在线式中小功率UPS系统和在线式大功率UPS系统。在线式中小功率UPS系统通常是指功率位于1千瓦至3千瓦之间的在线式UPS系统。
电池低压大电流UPS系统是一种在线式中小功率UPS系统，该UPS系统的电池组具有较少节数的电池，在使用该电池组为负载供电时，该电池组可以输出低电压大电流的电能。由于电池低压大电流UPS系统所使用的电池组中电池节数少，因此，电池低压大电流UPS系统在线式中小功率UPS领域被广泛应用。然而，现有电池低压大电流UPS系统的器件复用率较低，导致电池低压大电流UPS系统的成本较高。
发明内容
本发明提供一种三桥臂拓扑装置、控制方法、以及不间断电源系统，用于解决现有电池低压大电流UPS系统的器件复用率较低的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种三桥臂拓扑装置，所述三桥臂拓扑装置包括：电池组、电压转换电路、切换开关和三桥臂变换电路；
所述三桥臂变换电路包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感、第二电感、直流母线电容、第一电容；所述第一桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管；所述第二桥臂包括串联的第三开关管和第四开关管；所述第三桥臂包括串联的第五开关管和第六开关管；所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述直流母线电容并联连接在母线正输出端和母线负输出端之间；所述第一桥臂的中点与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端作为所述三桥臂拓扑装置的正电压输入端连接；所述第二桥臂的中点作为所述三桥臂拓扑装置的负电压输入端连接；所述第三桥臂的中点与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端为所述三桥臂拓扑装置的输出端，分别与负载和所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述负电压输入端连接；
所述电池组与所述电压转换电路的第一端连接，所述电压转换电路的第二端的正极通过所述切换开关分别与所述母线正输出端和所述正电压输入端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接，市电交流电源的火线通过所述切换开关与所述正电压输入端连接，所述市电交流电源的零线与所述负电压输入端连接；所述切换开关，用于在市电供电模式时，控制所述电压转换电路为所述电池组充电；在电池供电模式时，控制所述电压转换电路为所述电池组放电。
第一种可能的实现方式，所述切换开关包括：第一开关、第二开关和平衡元器件；所述电压转换电路的第二端的正极与所述第一开关的固定端连接，所述第一开关的第一选择端与所述平衡元器件的第一端连接，所述平衡元器件的第二端与所述母线正输出端连接，所述第一开关的第二选择端与所述正电压输入端连接，所述第二开关的第一端与所述市电交流电源的火线连接，所述第二开关的第二端与所述正电压输入端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接；所述平衡元器件，用于平衡母线与所述电压转换电路之间的电压；在所述市电供电模式时，所述第一开关的固定端与所述第一开关的第一选择端连通，所述第二开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第一开关的固定端与所述第一开关的第二选择端连通，所述第二开关断开。
可选的，所述第一开关为下述任一项：双掷继电器、双向电子开关、晶闸管。可选的，所述第二开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。可选的，所述平衡元器件为下述任一项：压敏电阻、负温度系数的热敏电阻、第三电感。
可选的，所述平衡元器件为电阻，所述切换开关还包括：第三开关；所述电压转换电路的第二端的正极与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述母线正输出端连接；或者，所述第三开关与所述电阻并联连接；在所述市电供电模式、且在所述母线与所述电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，所述第三开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第三开关断开。可选的，所述第三开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。
第二种可能的实现方式，所述切换开关包括：第一开关、第二开关和平衡元器件；所述电压转换电路的第二端的正极分别与所述第一开关的第一端，以及，所述第二开关的第一选择端连接，所述第一开关的第二端与所述平衡元器件的第一端连接，所述平衡元器件的第二端与所述母线正输出端连接，所述第二开关的第二选择端与所述市电交流电源的火线连接，所述第二开关的固定端与所述正电压输入端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接；所述平衡元器件，用于平衡母线与所述电压转换电路之间的电压；在所述市电供电模式时，所述第一开关闭合，所述第二开关的固定端与所述第二开关的第二选择端连通；在所述电池供电模式时，所述第一开关断开，所述第二开关的固定端与所述第二开关的第一选择端连通。
可选的，所述第一开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。可选的，所述第二开关为下述任一项：双掷继电器、双向电子开关、晶闸管。可选的，所述平衡元器件为下述任一项：压敏电阻、负温度系数的热敏电阻、第三电感。
可选的，所述平衡元器件为电阻，所述切换开关还包括：第三开关；所述电压转换电路的第二端的正极与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述母线正输出端连接；或者，所述第三开关与所述电阻并联连接；在所述市电供电模式、且在所述母线与所述电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，所述第三开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第三开关断开。可选的，所述第三开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。
第三种可能的实现方式，所述切换开关包括：第一开关、第二开关、第三开关和平衡元器件；所述电压转换电路的第二端的正极分别与所述第一开关的第一端和所述第三开关的第一端连接，所述第一开关的第二端与所述正电压输入端连接，所述第二开关的第一端与所述市电交流电源的火线连接，所述第二开关的第二端与所述正电压输入端连接，所述第三开关的第二端与所述平衡元器件的第一端连接，所述平衡元器件的第二端与所述母线正输出端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接；所述平衡元器件，用于平衡母线与所述电压转换电路之间的电压；在所述市电供电模式时，所述第一开关断开，所述第二开关和所述第三开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第一开关闭合，所述第二开关和所述第三开关断开。
可选的，所述第一开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。可选的，所述第二开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。可选的，所述第三开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。可选的，所述平衡元器件为下述任一项：压敏电阻、负温度系数的热敏电阻、第三电感。
可选的，所述平衡元器件为电阻，所述切换开关还包括：第四开关；所述电压转换电路的第二端的正极与所述第四开关的第一端连接，所述第四开关的第二端与所述母线正输出端连接；或者，所述第四开关与所述电阻并联连接；在所述市电供电模式、且在所述母线与所述电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，所述第四开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第四开关断开。可选的，所述第四开关为下述任一项：单掷继电器、单向电子开关、晶闸管。
第四种可能的实现方式，所述电压转换电路包括：第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第七桥臂、变压器、第三电感、第二电容、第三电容；
所述第四桥臂包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端与所述第八开关管的第一端连接；
所述第五桥臂包括第九开关管和第十开关管，所述第九开关管的第一端与所述第十开关管的第一端连接；
所述第六桥臂包括第十一开关管和第十二开关管，所述第十一开关管的第一端与所述第十二开关管的第一端连接；
所述第七桥臂包括第十三开关管和第十四开关管，所述第十三开关管的第一端与所述第十四开关管的第一端连接；
所述第四桥臂与所述第五桥臂并联连接，所述第六桥臂、所述第七桥臂与所述第三电容并联连接，所述变压器的第一端与所述第四桥臂的中点连接，所述变压器的第二端与所述第五桥臂的中点连接，所述变压器的第三端通过所述第三电感和所述第二电容与所述第五桥臂的中点连接，所述变压器的第四端与所述第六桥臂的中点连接；
所述第七开关管的第二端为所述电压转换电路的第一端的正极，所述第八开关管的第二端为所述电压转换电路的第一端的负极，所述第十三开关管的第二端为所述电压转换电路的第二端的正极，所述第十四开关管的第二端为所述电压转换电路的第二端的负极。
第二方面，本发明还提供了一种不间断电源系统，所述系统包括：市电交流电源、负载，以及，如第一方面任一项所述的三桥臂拓扑装置；其中，所述市电交流电源的火线与所述三桥臂拓扑装置的正电压输入端连接，所述市电交流电源的零线与所述三桥臂拓扑装置的负电压输入端连接，所述三桥臂拓扑装置的输出端与所述负载连接。
第三方面，本发明还提供了一种三桥臂拓扑装置的控制方法，该方法用于控制第一方面第一种可能的实现方式所提供的三桥臂拓扑装置，所述方法包括：在市电供电模式时，控制第一开关的固定端与所述第一开关的第一选择端连通，第二开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第一开关的固定端与所述第一开关的第二选择端连通，所述第二开关断开。
可选的，所述方法还包括：在市电供电模式时，在母线与所述三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第三开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第三开关断开。
第四方面，本发明还提供了一种三桥臂拓扑装置的控制方法，该方法用于控制第一方面第二种可能的实现方式所提供的三桥臂拓扑装置，所述方法包括：在市电供电模式时，控制第一开关闭合，第二开关的固定端与所述第二开关的第二选择端连通；在电池供电模式时，控制所述第一开关断开，所述第二开关的固定端与所述第二开关的第一选择端连通。
可选的，所述方法还包括：在市电供电模式时，在母线与所述三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第三开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第三开关断开。
第五方面，本发明还提供了一种三桥臂拓扑装置的控制方法，该方法用于控制第一方面第三种可能的实现方式所提供的三桥臂拓扑装置，所述方法包括：在市电供电模式时，控制第一开关断开，第二开关和第三开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第一开关闭合，所述第二开关和所述第三开关断开。
可选的，所述方法还包括：在市电供电模式时，在母线与所述三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第四开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第四开关断开。
本发明提供的三桥臂拓扑装置、控制方法、以及不间断电源系统，通过复用电压转换电路实现电池组的充电或放电，不需要额外添加充电器即可对电池组实现充电功能。另外，无论在市电供电模式还是电池供电模式，电压转换电路和三桥臂变化电路均参与工作，即三桥臂拓扑装置的所有器件均参与工作。当将该三桥臂拓扑装置应用于电池低压大电流UPS系统时，可以提高该系统的器件复用率，避免器件设计冗余，进而降低了电池低压大电流UPS系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种电池低压大电流UPS系统的结构示意图；
图2为本发明提供的第一种三桥臂拓扑装置的示意图一；
图3为本发明提供的第一种三桥臂拓扑装置的示意图二；
图4为本发明提供的第二种三桥臂拓扑装置的示意图；
图5为本发明提供的第三种三桥臂拓扑装置的示意图；
图6为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置的示意图；
图7为本发明提供的第五种三桥臂拓扑装置的示意图；
图8为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图；
图9为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图；
图10为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图；
图11为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图；
图12为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流示意图；
图13为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流示意图；
图14为本发明提供的第六种三桥臂拓扑装置的示意图；
图15为本发明提供的第七种三桥臂拓扑装置的示意图；
图16为本发明提供的第八种三桥臂拓扑装置的示意图；
图17为本发明提供的第九种三桥臂拓扑装置的示意图；
图18为本发明提供的第十种三桥臂拓扑装置的示意图；
图19为本发明提供的第十一种三桥臂拓扑装置的示意图；
图20为本发明提供的第十二种三桥臂拓扑装置的示意图；
图21为本发明提供的第十三种三桥臂拓扑装置的示意图；
图22为本发明提供的第十四种三桥臂拓扑装置的示意图；
图23为本发明提供的第十五种三桥臂拓扑装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为现有技术提供的一种电池低压大电流UPS系统的结构示意图。如图1所示，目前，常见的电池低压大电流UPS系统包括：充电器、电池组、单向的直流电(Direct Current-Direct Current，简称：DC-DC)转换器、市电交流电源(Alternating Current，简称：AC)、维也纳整流变换器、半桥逆变器。
在市电供电模式下(即AC供电时)，维也纳整流变换器将市电交流电源转换为直流电，半桥逆变器将直流电再转换为交流电提供给负载，充电器为电池组充电。在市电供电模式下，维也纳整流变换器、半桥逆变器和充电器参与工作，在该模式下，DC-DC转换器处于闲置状态。
在电池供电模式下(即电池组供电时)，DC-DC变换器对电池组输出的直流电进行升压处理、半桥逆变器将直流电再转换为交流电提供给负载。即，DC-DC变换器与半桥逆变器参与工作。在电池供电模式下，维也纳整流变换器和充电器处于闲置状态。
也就是说，现有的电池低压大电流UPS系统在工作时，部分器件处于闲置状态，使得现有电池低压大电流UPS系统的器件复用率较低，导致电池低压大电流UPS系统的成本较高。
考虑到上述问题，本申请实施例提供了一种三桥臂拓扑装置，当该装置应用于电池低压大电流UPS系统时，无论是市电供电模式，还是电池供电模式，该装置所有的器件均参与工作，提高了电池低压大电流UPS系统的器件复用率，进而降低了电池低压大电流UPS系统的成本。
下面结合具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图2为本发明提供的第一种三桥臂拓扑装置的示意图一。如图2所示，该三桥臂拓扑装置可以包括：电池组、电压转换电路、切换开关和三桥臂变换电路。
该三桥臂变换电路可以包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感L1、第二电感L2、直流母线电容E1、第一电容Co。
所述第一桥臂包括第一开关管Q1、第二开关管Q2，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2串联接在BUS+和BUS-之间，BUS+即母线正输出端，BUS-即母线负输出端。例如，第一开关管Q1的第一端与BUS+连接，所述第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与BUS-连接。其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2的公共端称为第一桥臂的中点。在一些实施例中，该第一桥臂也可以称为功率因数校正(Power FactorCorrection，简称：PFC)侧高频桥臂。
所述第二桥臂包括第三开关管Q3、第四开关管Q4，所述第三开关管Q3和第四开关管Q4串联接在BUS+和BUS-之间。例如，第三开关管Q3的第一端与BUS+连接，所述第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q4的第一端连接，第四开关管Q4的第二端与BUS-连接。其中，第三开关管Q3和第四开关管Q4的公共端称为第二桥臂的中点。在一些实施例中，该第二桥臂也可以称为PFC与逆变器(inverter，简称：INV)共用的桥臂。
所述第三桥臂包括第五开关管Q5、第六开关管Q6，所述第五开关管Q5和第六开关管Q6串联接在BUS+和BUS-之间。例如，第五开关管Q5的第一端与BUS+连接，所述第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端连接，第六开关管Q6的第二端与BUS-连接。其中，第五开关管Q5和第六开关管Q6的公共端称为第三桥臂的中点。在一些实施例中，该第三桥臂也可以称为INV侧高频桥臂。
直流母线电容E1连接在BUS+和BUS-之间。也就是说，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和直流母线电容E1并联连接在BUS+和BUS-之间。
第一电感L1为PFC侧的高频电感，第二电感L2为INV侧的高频电感。第一桥臂的中点与第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端作为三桥臂拓扑装置的正电压输入端AC_L。第二桥臂的中点作为三桥臂拓扑装置的负电压输入端AC_N。第三桥臂的中点与第二电感L2的第一端连接，第二电感L2的第二端为三桥臂拓扑装置的输出端，分别与负载和第一电容Co的第一端连接，第一电容Co的第二端与负电压输入端AC_N连接。
电池组的正极与电压转换电路的第一端的正极连接，电池组的负极与电压转换电路的第一端的负极连接。电压转换电路的第二端的正极通过切换开关分别与BUS+和正电压输入端AC_L连接，电压转换电路的第二端的负极与BUS-连接，市电交流电源AC的火线通过切换开关与正电压输入端AC_L连接，市电交流电源AC的零线与负电压输入端AC_N连接。
上述所说的电池组可以包括至少一节电池，具体可以根据该三桥臂拓扑装置所应用的UPS系统的功率确定，例如，该UPS系统可以为功率位于1千瓦至3千瓦之间的在线式UPS系统，或者说，该UPS可以为电池低压大电流UPS系统。
在本实施例中，三桥臂拓扑装置存在两种供电模式，分别为：市电供电模式和电池供电模式。这里所说的市电供电模式可以是由市电交流电源AC提供稳定的市电的模式；电池供电模式可以是由UPS系统的电池组供电的模式，此时，市电交流电源AC输入的市电为低压，或者，无市电输入。通过切换开关，三桥臂拓扑装置可以在上述两种模式之间切换。
在市电供电模式下，切换开关可以控制市电交流电源AC为三桥臂变换电路供电。此时，三桥臂变换电路工作在AC-AC模式。例如，三桥臂变换电路的PFC将市电交流电源AC输入的交流电转换为直流电(即对市电交流电源AC输入的交流电进行整流)，直流母线电容E1对PFC转换得到的直流电进行滤波(也可以称为稳压)，得到稳定的直流电，三桥臂变换电路的INV将稳定的直流电再转换为交流电后输出给负载，以为负载供电。
需要说明的是，虽然上述PFC将交流电转换为直流电，但是该直流电中仍含有一定的脉动交流成分，这种脉动交流成分称为纹波电压。因此，在市电供电模式下，直流母线电容E1可以对PFC转换得到的直流电进行滤波(也可以称为稳压)，以滤除直流电中的纹波电压，得到平滑、稳定的直流电压。同时，直流母线电容E1可以进行储能。
在市电供电模式下，切换开关可以控制电压转换电路为电池组充电。例如，切换开关可以在市电供电模式且电池组低压时，控制电压转换电路为电池组充电。即通过复用电压转换电路实现电池组的充电，不需要额外添加充电器。此时，在市电供电模式下，电压转换电路和三桥臂变化电路均参与工作，即三桥臂拓扑装置的所有器件均参与工作。
示例性的，切换开关可以控制电压转换电路挂接在BUS+与BUS-之间，电压转换电路工作在BUCK模式(即降压模式)，对直流母线电容E1输出的BUS电压(即直流母线电容E1对PFC转换得到的直流电进行滤波后得到的电压)进行降压处理，得到电池组的充电电压，以使用该充电电压为电池组充电。此时，电池组作为电压转换电路的输出源。
参照图1，现有技术中在采用充电器为电池组充电时，充电器需设置有：整流电路和降压电路，其中，整流电路用于对市电交流电源提供的交流电进行整流，得到直流电。降压电路用于对该直流电进行降压处理，得到电池组的充电电压。由于市电交流电源提供的交流电存在宽电压范围波动的情况，因此，充电器中设置的降压电路需要实现较宽范围调压，导致降压电路的电压转换效率较低，因此，在采用充电器为电池组充电时，充电器的充电效率较低。
而在本发明实施例中，直流母线电容E1输出的BUS电压为经过三桥臂变换电路的PFC整流得到的稳定的直流电压，因此，使用直流母线电容E1输出的BUS电压为电池组进行充电时，可以复用电压转换电路对直流母线电容E1输出的BUS电压进行降压处理，且无需再单独设置整流电路。或者说，复用了三桥臂变换电路的PFC，得到了为电池组进行充电的直流电。
另外，由于直流母线电容E1输出的BUS电压为稳定的直流电，因此，无需使用较宽范围调压的电压转换电路，即可对直流母线电容E1输出的BUS电压进行降压处理，提高了电压转换电路的转换效率，进而提高了电池组的充电效率。
在电池供电模式时，切换开关可以控制电压转换电路为电池组放电。示例性的，切换开关可以控制电压转换电路接通在PFC侧的高频电感(即第一电感L1)和BUS-之间。此时，电压转换电路与“第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成Boost升压电路”串联连接，在为电池组放电时实现两级升压处理。具体地，电压转换电路工作在Boost模式(即升压模式)，对电池组的输出电压进行一级升压处理，第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成Boost升压电路，对电池组的输出电压进行二级升压处理，升压处理后的电压输入至三桥臂变换电路的直流母线电容E1，以维持母线电压平衡。
电池低压大电流的UPS系统中，电池组输出的电压较低，而负载所需的电压较高。因此，当将该三桥臂拓扑装置应用于电池低压大电流的UPS系统时，在电池低压大电流的UPS系统使用电池组为负载供电时，该三桥臂拓扑装置需要将一个较低的电压抬升至一个较高的电压，即，需要执行较大压差的升压处理。若将电压转换电路与“第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成Boost升压电路”并联连接，以仅使用电压转换电路执行该升压操作(即使用电压转换电路进行一级升压处理)，会存在如下问题：
1、电压转换电路存在最大升压比(例如输出电压除以输入电压)限制，可能导致电压转换电路使用最大升压比所抬升的电压，仍然小于电池低压大电流的UPS系统的负载所需的电压，无法满足电池低压大电流的UPS系统的使用需求。
2、升压比越高，电压转换电路的转换效率越低，电压转换电路的电流应力风险和热损耗风险越大。因此，上述使用电压转换电路进行一级升压处理，导致电压转换电路需执行较高升压比的升压处理，导致电压转换电路的转换效率较低，电压转换电路的电流应力风险和热损耗风险较高。
考虑到上述使用电压转换电路进行一级升压处理所存在的问题，本发明通过将电压转换电路与“第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成Boost升压电路”串联连接实现两级升压的方式，可以使第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成的Boost升压电路分担一部分电压升压的操作，从而在获得较大升压比的同时，又可以使电压转换电路本身无需执行较大压差的升压处理。当电压转换电路的输入电压与输出电压之间的压差越小时，即升压比越小时，电压转换电路的电压转换效率越高。因此，通过上述两级升压的方式可以提高电压转换电路的转换效率，进而降低了电压转换电路的电流应力风险和热损耗风险，提高了电池低压大电流的UPS系统的可靠性。
在电池供电模式下，电池组为电压转换电路的输入源，电压转换电路的输出为三桥臂变换电路供电。此时，三桥臂变换电路工作在DC-AC模式。例如，三桥臂变换电路的第一桥臂以及第一电感L1工作在Boost模式，直流母线电容E1对升压后的直流电进行滤波，得到稳定的直流电，第三桥臂工作在逆变模式，将稳定的直流电转换为交流电后输出给负载，以为负载供电。同时，直流母线电容E1可以进行储能。此时，在电池供电模式下，电压转换电路和三桥臂变化电路均参与工作，即三桥臂拓扑装置的所有器件均参与工作。
可以理解，本发明实施例所涉及的电压转换电路可以为任一具有双向电压转换功能的电路。例如，具有软开关的电压转换电路、具有硬开关的电压转换电路等。该电压转换电路可以是具有电气隔离的电压转换电路，也可以是无电气隔离的电压转换电路。示例性的，该电压转换电路也可以称为DC-DC变换器。
图3为本发明提供的第一种三桥臂拓扑装置的示意图二，如图3所示，示例性的，本发明实施例所涉及的电压转换电路例如可以包括：第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第七桥臂、变压器TX11、第三电感L3、第二电容C2、第三电容E2。
所述第四桥臂包括第七开关管Q7和第八开关管Q8，所述第七开关管Q7的第一端与所述第八开关管Q8的第一端连接。此时，第七开关管Q7和第八开关管Q8的公共端称为第四桥臂的中点。
所述第五桥臂包括第九开关管Q9和第十开关管Q10，所述第九开关管Q9的第一端与所述第十开关管Q10的第一端连接。此时，第九开关管Q9和第十开关管Q10的公共端称为第五桥臂的中点。
所述第六桥臂包括第十一开关管Q11和第十二开关管Q12，所述第十一开关管Q11的第一端与所述第十二开关管Q12的第一端连接。此时，第十一开关管Q11和第十二开关管Q12的公共端称为第六桥臂的中点。
所述第七桥臂包括第十三开关管Q13和第十四开关管Q14，所述第十三开关管Q13的第一端与所述第十四开关管Q14的第一端连接。此时，第十三开关管Q13和十四开关管Q14的公共端称为第七桥臂的中点。
所述第四桥臂与所述第五桥臂并联连接。例如，所述第七开关管Q7的第二端与所述第九开关管Q9的第二端连接，所述第八开关管Q8的第二端与所述第十开关管Q10的第二端连接。
所述第六桥臂、所述第七桥臂、所述第三电容E2并联连接。例如，所述第十一开关管Q11的第二端与所述第十三开关管Q13的第二端、所述第三电容E2的第一端连接，所述第十二开关管Q12的第二端与所述第十四开关管Q14的第二端、所述第三电容E2的第二端连接。应理解，该第三电容E2可以为直流电容，用于提供滤波功能，以使电压转换电路为电池组充电或放电时，提供稳定的直流电。
所述变压器TX11的第一端A与所述第四桥臂的中点连接，所述变压器TX11的第二端B与所述第五桥臂的中点连接，所述变压器TX11的第三端C通过所述第三电感L3和所述第二电容C2与所述第五桥臂的中点连接，所述变压器TX11的第四端D与所述第六桥臂的中点连接。
在该电压转换电路中，所述第七开关管Q7的第二端为所述电压转换电路的第一端的正极，所述第八开关管Q8的第二端为所述电压转换电路的第一端的负极，所述第十三开关管Q13的第二端为所述电压转换电路的第二端的正极，所述第十四开关管Q14的第二端为所述电压转换电路的第二端的负极。
当采用图3所示的电压转换电路为电池组充电时，Q11、Q12、Q13和Q14用作开关管，Q7、Q8、Q9和Q10的体外二极管(也称为寄生二极管等)用作整流器。其中，Q11、Q14同时导通，Q12和Q13同时导通。例如，可以采用定频定占空比的方式的控制方式为电池组充电。这里所说的定占空比是指使用相同的占空比进行控制，以使Q11和Q14的导通时长，与，Q12和Q13的导通时长相同。这里所说的定频是指采用固定频率进行调压控制。
当采用图3所示的电压转换电路为电池组放电时，Q7、Q8、Q9和Q10用作开关管，Q11、Q12、Q13和Q14的体外二极管(也称为寄生二极管等)用作整流器。其中，Q7和Q10同时导通，Q8和Q9同时导通。例如，可以采用变频定占空比的控制方式为电池组放电。这里所说的定占空比是指使用相同的占空比对Q7、Q8、Q9和Q10进行控制，以使Q7和Q10的导通时长，与，Q8和Q9的导通时长相同。这里所说的变频是指采用变频进行调压控制。
通过上述电压转换电路的结构，可以实现电压转换电路的软开关。软开关(Soft-Switching)是相对硬开关(Hard-Switching)而言的一种开关技术。软开关技术可以使电压转换电路中的开关管在开通前，将电压先降到零，在开关管关断前，将电流先降到零(即零电压开通、零电流关断)，以消除开关管在开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除电压转换电路的开关损耗，实现电压转换电路的高频化。
由于具有软开关的电压转换电路的调压能力较差。也就是说，在电压转换电路实现较大压差的调压时，电压转换电路仅能实现零电压开通，无法实现零电流关断，导致电压转换电路无法实现零电压开通、零电流关断的全工况的软开关，即电压转换电路无法工作在零电压开通、零电流关断的全工况下，进而导致电压转换电路的转换效率低于全工况时的转换效率，加大了电压转换电路的电流应力风险和热损耗风险。
因此，在将上述具有软开关的电压转换电路应用于在本发明实施例提供的三桥臂拓扑装置上时，通过将电压转换电路与“第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成Boost升压电路”串联连接的方式，可以使电压转换电路实现固定升压比(该固定升压比例如可以实现较小压差的调压)的软开关功能，第一电感L1与三桥臂变换电路的第一桥臂构成的Boost升压电路实现调压功能，即，在获得较大升压比的同时，又可以使具有软开关的电压转换电路本身无需执行较大压差的升压处理。这样，具有软开关的电压转换电路可工作于零电压开通、零电流关断的全工况下，提高了具有软开关的电压转换电路的转换效率，进而降低了具有软开关的电压转换电路的电流应力风险和热损耗风险，提高了电池低压大电流的UPS系统的可靠性。
应理解，图3仅是对具有软开关的电压转换电路的一种示意，具体实现时，本发明实施例的方案也可以采用其他具有软开关的电压转换电路，对此不再赘述。
另外，虽然上述图3是以设置有电气隔离的电压转换电路(例如图3中的变压器实现了电压转换电路的电气隔离)为例的示意图，但是应理解，本发明实施例涉及的电压转换电路可以是具有电气隔离的电压转换电路，也可以是无电气隔离的电压转换电路。例如，电压转换电路具有电气隔离、三桥臂变换电路的第一桥臂无电气隔离，或者，电压转换电路无电气隔离、三桥臂变换电路的第一桥臂具有电气隔离，或者，电压转换电路具有电气隔离、三桥臂变换电路的第一桥臂具有电气隔离，或者，电压转换电路无电气隔离、三桥臂变换电路的第一桥臂无电气隔离等。
需要说明的是，上述三桥臂拓扑装置在从市电供电模式切换至电池供电模式时，或者，在从电池供电模式切换到市电供电模式时，因模式切换存在一定的时间差(例如，从市电断开到电池组供电可能会有X秒的时间差)，因此，在该时间差内，三桥臂拓扑装置可以使用直流母线电容E1所存储的电压为负载供电，以为负载提供稳定的交流电，避免负载掉电。
本发明实施例提供的三桥臂拓扑装置，通过复用电压转换电路，即通过电压转换电路实现电池组的充电或放电，不需要额外添加充电器即可对电池组实现充电功能。另外，无论在市电供电模式还是电池供电模式，电压转换电路和三桥臂变化电路均参与工作，即三桥臂拓扑装置的所有器件均参与工作。当将该三桥臂拓扑装置应用于电池低压大电流UPS系统时，可以提高该系统的器件复用率，避免器件设计冗余，进而降低了电池低压大电流UPS系统的成本。
下面对上述切换开关的实现方式进行示例说明：
继续参照图2，在三桥臂拓扑装置中，切换开关例如可以包括：第一开关K1、第二开关K2和平衡元器件。
其中，电压转换电路的第二端的正极与第一开关K1的固定端连接，第一开关K1的第一选择端与平衡元器件的第一端连接，平衡元器件的第二端与BUS+连接，第一开关K1的第二选择端与正电压输入端AC_L连接，第二开关K2的第一端与市电交流电源AC的火线连接，第二开关K2的第二端与正电压输入端AC_L连接，电压转换电路的第二端的负极与BUS-连接。
在市电供电模式时，第一开关K1的固定端与第一开关K1的第一选择端连通，第二开关K2闭合；在电池供电模式时，第一开关K1的固定端与第一开关K1的第二选择端连通，第二开关K2断开。例如，第一开关K1可以为任一能够根据控制信号导通或关断的选择开关，例如双掷继电器或双向电子开关或晶闸管。第二开关K2可以为任一能够根据控制信号导通或关断的开关，例如，单掷继电器、单向电子开关、晶闸管等。
上述平衡元器件，用于在市电供电模式时，平衡三桥臂变换电路的BUS与电压转换电路之间的电压，从而避免第一开关K1的固定端与第一开关K1的第一选择端连通瞬间，向电压转换电路输入较大电流，从而可以对电压转换电路实现过流保护。
继续参照图2，第一种可能的实现方式，上述平衡元器件例如可以为压敏电阻RZ。
图4为本发明提供的第二种三桥臂拓扑装置的示意图。如图4所示，在第二种可能的实现方式中，上述平衡元器件例如可以为负温度系数的热敏电阻RT等。
图5为本发明提供的第三种三桥臂拓扑装置的示意图。如图5所示，在第三种可能的实现方式中，上述平衡元器件例如可以为第三电感L3。
图6为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置的示意图。如图6所示，在第四种可能的实现方式，上述平衡元器件例如可以为电阻R1。在该实现方式下，上述切换开关还可以包括：第三开关K3。
继续参照图6，电压转换电路的第二端的正极与第三开关K3的第一端连接，第三开关K3的第二端与BUS+连接。图7为本发明提供的第五种三桥臂拓扑装置的示意图。如图7所示，在第五种可能的连接方式中，第三开关K3与电阻R1并联连接。
参照图6或图7所示的切换开关，在市电供电模式、且在母线与电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，第三开关K3闭合，以使电压转换电路为电池组充电。在电池供电模式时，第三开关K3断开。
示例性的，上述第三开关K3可以为任一能够根据控制信号导通或关断的开关，例如，单掷继电器、单向电子开关、晶闸管等。
应理解，第二开关K2和第三开关K3可以采用相同的开关，也可以采用不同的开关。例如，第二开关K2采用晶闸管，第三开关K3采用单向电子开关等。
下面以图6所示的三桥臂拓扑装置的结构为例，对三桥臂拓扑装置在不同供电模式下各开关的状态、各开关管的状态，以及，电流走向进行示意说明：
市电供电模式：控制第一开关K1的固定端与第一开关K1的第一选择端连通，第二开关K2闭合，并在三桥臂拓扑装置的BUS+与三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第三开关K3闭合。此时，电压转换电路工作于Buck模式。
图8为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图。如图8所示，在交流电的正半周期的第一阶段，控制三桥臂变换电路的第二开关管Q2和第四开关管Q4导通、第一开关管Q1和第三开关管Q3关断。此时，三桥臂拓扑装置中的电流流向如下所示：
1、市电交流电源AC的火线→第一电感L1→第二开关管Q2→第四开关管Q4→市电交流电源AC的零线，构成电感L1的储能回路。
2、BUS+→电压转换电路的正极→电池组正极→电池组负极→电压转换电路的负极→BUS-，构成了电池组的储能回路。
图9为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图，如图9所示，在交流电的正半周期的第二阶段，控制第一开关管Q1和第四开关管Q4导通，第二开关管Q2和第三开关管Q3关断。此时，三桥臂拓扑装置中的电流流向如下所示：
1、市电交流电源AC的火线→第一电感L1→第一开关管Q1→直流母线电容E1→第四开关管Q4→市电交流电源AC的零线，构成了电感L1与市电同时为直流母线电容E1储能的储能回路。
2、BUS+→电压转换电路的正极→电池组正极→电池组负极→电压转换电路的负极→BUS-，构成了电池组的储能回路。
图10为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图，如图10所示，在交流电的负半周期的第一阶段，控制第一开关管Q1和第三开关管Q3导通、第二开关管Q2和第四开关管Q4关断。此时，三桥臂拓扑装置中的电流流向如下所示：
1、市电交流电源AC的零线→第三开关管Q3→第一开关管Q1→第一电感L1→市电交流电源AC的火线，构成电感L1的储能回路。
2、BUS+→电压转换电路的正极→电池组正极→电池组负极→电压转换电路的负极→BUS-，构成了电池组的储能回路。
图11为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流示意图，如图11所示，在交流电的负半周期的第二阶段，控制第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，第一开关管Q1和第四开关管Q4关断。此时，三桥臂拓扑装置中的电流流向如下所示：
1、市电交流电源AC的零线→第三开关管Q3→直流母线电容E1→第二开关管Q2→第一电感L1→市电交流电源AC的火线，构成了电感L1与市电同时为直流母线电容E1储能的储能回路。
2、BUS+→电压转换电路的正极→电池组正极→电池组负极→电压转换电路的负极→BUS-，构成了电池组的储能回路。
电池供电模式：控制第一开关K1的固定端与第一开关K1的第二选择端连通，第二开关K2和第三开关K3断开。此时，电压转换电路工作于Boost模式。
图12为本发明提供的第四种三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流示意图，如图12所示，在电池供电模式的第一阶段，控制第二开关管Q2导通、第一开关管Q1、第三开关管Q3和第四开关管Q4关断。此时，三桥臂拓扑装置中的电流流向如下所示：
电池组正极→电压转换电路的正极→第一电感L1→第二开关管Q2→电压转换电路的负极→电池组负极，构成了第一电感L1的储能回路。
图13为本发明提供的另一种三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流示意图，如图13所示，在电池供电模式的第二阶段，控制第一开关管Q1导通，第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4关断。此时，三桥臂拓扑装置中的电流流向如下所示：
电池组正极→电压转换电路的正极→第一电感L1→第一开关管Q1→直流母线电容E1→电压转换电路的负极→电池组负极，构成了直流母线电容E1的储能回路。
应理解，虽然上述图8至图12所示的三桥臂拓扑装置的电流走向均以图6所示的第四种三桥臂拓扑装置为例进行了示意说明。但是，本领域技术人员可以理解的是，该电流走向，以及，各开关和各开关管的状态同样适用于图7所示的三桥臂拓扑装置，其实现原理类似，对此不再赘述。
另外，当采用图2至图5任一结构的三桥臂拓扑装置时，该三桥臂拓扑装置在不同模式下各开关的状态、各开关管的状态，以及，电流走向如下所示：
市电供电模式：控制第一开关K1的固定端与第一开关K1的第一选择端连通，第二开关K2闭合。此时，电压转换电路工作于Buck模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图8至图11对应的描述，对此不再赘述。
电池供电模式：控制第一开关K1的固定端与第一开关K1的第二选择端连通，第二开关K2断开。此时，电压转换电路工作于Boost模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图12至图13对应的描述，对此不再赘述。
图14为本发明提供的第六种三桥臂拓扑装置的示意图。如图4所示，在三桥臂拓扑装置中，切换开关例如可以包括：第一开关K1、第二开关K2和平衡元器件。
电压转换电路的第二端的正极分别与第一开关K1的第一端，以及，第二开关K2的第一选择端连接，第一开关K1的第二端与平衡元器件的第一端连接，平衡元器件的第二端与BUS+连接，第二开关K2的第二选择端与市电交流电源的火线连接，第二开关K2的固定端与正电压输入端AC_L连接，电压转换电路的第二端的负极与BUS-连接。
在市电供电模式时，第一开关K1闭合，第二开关K2的固定端与第二开关K2的第二选择端连通；在电池供电模式时，第一开关K1断开，第二开关K2的固定端与第二开关K2的第一选择端连通。例如，第一开关K1可以为任一能够根据控制信号导通或关断的开关，例如，单掷继电器、单向电子开关、晶闸管等。第二开关K2可以为任一能够根据控制信号导通或关断的选择开关，例如双掷继电器或双向电子开关或晶闸管。
上述平衡元器件，用于在市电供电模式时，平衡三桥臂变换电路的BUS+与电压转换电路之间的电压，从而避免第一开关K1的固定端与第一开关K1的第一选择端连通瞬间，向电压转换电路输入较大电流，从而可以对电压转关电路实现过流保护。
继续参照图14，第六种可能的实现方式，上述平衡元器件例如可以为压敏电阻RZ。
图15为本发明提供的第七种三桥臂拓扑装置的示意图。如图15所示，在第七种可能的实现方式中，上述平衡元器件例如可以为负温度系数的热敏电阻RT等。
图16为本发明提供的第八种三桥臂拓扑装置的示意图。如图16所示，在第八种可能的实现方式中，上述平衡元器件例如可以为第三电感L3。
当采用图14至图16任一结构的三桥臂拓扑装置时，该三桥臂拓扑装置在不同模式下各开关的状态、各开关管的状态，以及，电流走向如下所示：
市电供电模式：控制第一开关K1闭合，第二开关K2的固定端与第二开关K2的第二选择端连通。此时，电压转换电路工作于Buck模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图8至图11对应的描述，对此不再赘述。
电池供电模式：控制第一开关K1断开，第二开关K2的固定端与第二开关K2的第一选择端连通。此时，电压转换电路工作于Boost模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图12至图13对应的描述，对此不再赘述。
图17为本发明提供的第九种三桥臂拓扑装置的示意图。如图17所示，在第九种可能的实现方式，上述平衡元器件例如可以为电阻R1。在该实现方式下，上述切换开关还可以包括：第三开关K3。
继续参照图17，电压转换电路的第二端的正极与第三开关K3的第一端连接，第三开关K3的第二端与BUS+连接。图18为本发明提供的第十种三桥臂拓扑装置的示意图。如图18所示，在第十种可能的连接方式中，第三开关K3与电阻R1并联连接。
参照图17或图18所示的切换开关，在市电供电模式、且在母线与电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，第三开关K3闭合，以使电压转换电路为电池组充电。在电池供电模式时，第三开关K3断开。
示例性的，上述第三开关K3可以为任一能够根据控制信号导通或关断的开关，例如，单掷继电器、单向电子开关、晶闸管等。
应理解，第一开关K1和第三开关K3可以采用相同的开关，也可以采用不同的开关。例如，第一开关K1采用晶闸管，第三开关K3采用单向电子开关等。
当采用图17至图18任一结构的三桥臂拓扑装置时，该三桥臂拓扑装置在不同模式下各开关的状态、各开关管的状态，以及，电流走向如下所示：
市电供电模式：控制第一开关K1闭合，第二开关K2的固定端与第二开关K2的第二选择端连通，并在三桥臂拓扑装置的BUS与三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第三开关K3闭合。此时，电压转换电路工作于Buck模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图8至图11对应的描述，对此不再赘述。
电池供电模式：控制第一开关K1和第三开关K3断开，第二开关K2的固定端与第二开关K2的第一选择端连通。此时，电压转换电路工作于Boost模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图12至图13对应的描述，对此不再赘述。
图19为本发明提供的第十一种三桥臂拓扑装置的示意图。如图19所示，在三桥臂拓扑装置中，切换开关例如可以包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和平衡元器件。
其中，电压转换电路的第二端的正极分别与第一开关K1的第一端和第三开关K3的第一端连接，第一开关K1的第二端与正电压输入端AC_L连接，第二开关K2的第一端与市电交流电源AC的火线连接，第二开关K2的第二端与正电压输入端AC_L连接，第三开关K3的第二端与平衡元器件的第一端连接，平衡元器件的第二端与BUS+连接，电压转换电路的第二端的负极与BUS-连接。
在市电供电模式时，第一开关K1断开，第二开关K2和第三开关K3闭合；在电池供电模式时，第一开关K1闭合，第二开关K2和第三开关K3断开。
上述平衡元器件，用于在市电供电模式时，平衡三桥臂变换电路的BUS与电压转换电路之间的电压，从而避免第一开关K3的闭合瞬间，向电压转换电路输入较大电流，从而可以对电压转关电路实现过流保护。
继续参照图19，在第十一种可能的实现方式，上述平衡元器件例如可以为压敏电阻RZ。
图20为本发明提供的第十二种三桥臂拓扑装置的示意图。如图20所示，在第十二种可能的实现方式中，上述平衡元器件例如可以为负温度系数的热敏电阻RT。
图21为本发明提供的第十三种三桥臂拓扑装置的示意图。如图21所示，在第十三种可能的实现方式中，上述平衡元器件例如可以为第三电感L3。
当采用图19至图21任一结构的三桥臂拓扑装置时，该三桥臂拓扑装置在不同模式下各开关的状态、各开关管的状态，以及，电流走向如下所示：
市电供电模式：控制第一开关K1断开，第二开关K2和第三开关K3闭合。此时，电压转换电路工作于Buck模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图8至图11对应的描述，对此不再赘述。
电池供电模式：控制第一开关K1闭合，第二开关K2和第三开关K3断开。此时，电压转换电路工作于Boost模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图12至图13对应的描述，对此不再赘述。
图22为本发明提供的第十四种三桥臂拓扑装置的示意图。如图22所示，在第十四种可能的实现方式，上述平衡元器件例如可以为电阻R1。在该实现方式下，上述切换开关还可以包括：第四开关K4。
继续参照图22，电压转换电路的第二端的正极与第四开关K4的第一端连接，第四开关的第二端与BUS+连接。图23为本发明提供的第十五种三桥臂拓扑装置的示意图。如图23所示，在第十五种可能的连接方式中，第四开关K4与电阻R1并联连接。
参照图22或图23所示的切换开关，在市电供电模式、且在母线与电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，第四开关K4闭合，以使电压转换电路为电池组充电。在电池供电模式时，第四开关K4断开。
示例性的，上述第四开关K4可以为任一能够根据控制信号导通或关断的开关，例如，单掷继电器、单向电子开关、晶闸管等。
在本实施例中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4可以为任一能够根据控制信号导通或关断的开关，例如，单掷继电器、单向电子开关、晶闸管等。应理解，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4可以采用相同的开关，也可以采用不同的开关。例如，第一开关K1采用晶闸管，第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4采用单掷继电器等，本实施例对此不进行限定。
当采用图22至图23任一结构的三桥臂拓扑装置时，该三桥臂拓扑装置在不同模式下各开关的状态、各开关管的状态，以及，电流走向如下所示：
市电供电模式：控制第一开关K1断开，第二开关K2和第三开关K3闭合，并在三桥臂拓扑装置的BUS与三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第四开关K4闭合。此时，电压转换电路工作于Buck模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在市电供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图8至图11对应的描述，对此不再赘述。
电池供电模式：控制第一开关K1闭合，第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4断开。此时，电压转换电路工作于Boost模式。
在该模式下，该三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的各开关管的状态相同。该三桥臂拓扑装置的电流走向与图6所示的三桥臂拓扑装置在电池供电模式下的电流走向相同，具体可以参照图12至图13对应的描述，对此不再赘述。
应理解，上述图2、图4至图7，以及，图14至图23所示的切换开关仅是一种示例，由于切换开关的实现方式众多，此处不再一一列举应用于三桥臂拓扑装置的切换开关。具体实现时，可以根据实际需求，选择切换开关，以实现在市电供电模式时控制电压转换电路为电池组充电，在电池供电模式时控制电压转换电路为电池组放电的功能，对此不再赘述。
另外，虽然上述三桥臂拓扑电路均以应用于电池低压大电流UPS系统为例进行了示例说明，但是本领域技术人员可以理解，该三桥臂拓扑电路也可以应用于其他UPS系统(例如大功率UPS系统)，或者其他在不同情况下使用不同电源(市电或电池组)供电的系统(例如逆变系统)等，对此不再赘述。
再者，在上述图2、图4至图7，以及，图14至图23所示的三桥臂拓扑装置的示例中，电压转换电路可以为任一具有双向电压转换功能的电路。例如，图3中所示的电压转换电路等，对此不进行限定。
本发明还提供一种不间断电源系统，该系统包括：市电交流电源AC、负载，以及，前述实施例中所示的三桥臂拓扑装置(例如图2、图4至图7，以及，图14至图23任一图示的三桥臂拓扑装置)。其中，市电交流电源的火线与三桥臂拓扑装置的正电压输入端AC_L连接，市电交流电源的零线与三桥臂拓扑装置的负电压输入端AC_N连接，三桥臂拓扑装置的输出端与负载连接。
本发明提供的不间断电源系统例如可以为电池低压大电流UPS系统，或者为在线中小功率UPS系统等。
本发明提供的UPS系统，其实现原理和技术效果与前述三桥臂拓扑装置类似，在此不再赘述。
可以理解的是，在本发明中涉及的各种编号(例如第一开关管、第二开关管、第一开关、第二开关等)仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本发明的实施例的范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种三桥臂拓扑装置，其特征在于，所述三桥臂拓扑装置包括：电池组、电压转换电路、切换开关和三桥臂变换电路；
所述三桥臂变换电路包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感、第二电感、直流母线电容、第一电容；
所述第一桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管；
所述第二桥臂包括串联的第三开关管和第四开关管；
所述第三桥臂包括串联的第五开关管和第六开关管；
所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述直流母线电容并联连接在母线正输出端和母线负输出端之间；所述第一桥臂的中点与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端作为所述三桥臂拓扑装置的正电压输入端；所述第二桥臂的中点作为所述三桥臂拓扑装置的负电压输入端；所述第三桥臂的中点与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端为所述三桥臂拓扑装置的输出端，分别与负载和所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述负电压输入端连接；
所述电池组的正极与所述电压转换电路的第一端的正极连接，所述电池组的负极与所述电压转换电路的第一端的负极连接，所述电压转换电路的第二端的正极通过所述切换开关分别与所述母线正输出端和所述正电压输入端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接，市电交流电源的火线通过所述切换开关与所述正电压输入端连接，所述市电交流电源的零线与所述负电压输入端连接；
所述切换开关，用于在市电供电模式时，控制所述电压转换电路为所述电池组充电；在电池供电模式时，控制所述电压转换电路为所述电池组放电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换开关包括：第一开关、第二开关和平衡元器件；
所述电压转换电路的第二端的正极与所述第一开关的固定端连接，所述第一开关的第一选择端与所述平衡元器件的第一端连接，所述平衡元器件的第二端与所述母线正输出端连接，所述第一开关的第二选择端与所述正电压输入端连接，所述第二开关的第一端与所述市电交流电源的火线连接，所述第二开关的第二端与所述正电压输入端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接；
所述平衡元器件，用于平衡母线与所述电压转换电路之间的电压；
在所述市电供电模式时，所述第一开关的固定端与所述第一开关的第一选择端连通，所述第二开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第一开关的固定端与所述第一开关的第二选择端连通，所述第二开关断开。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述平衡元器件为电阻，所述切换开关还包括：第三开关；
所述电压转换电路的第二端的正极与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述母线正输出端连接；或者，所述第三开关与所述电阻并联连接；
在所述市电供电模式、且在所述母线与所述电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，所述第三开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第三开关断开。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换开关包括：第一开关、第二开关和平衡元器件；
所述电压转换电路的第二端的正极分别与所述第一开关的第一端，以及，所述第二开关的第一选择端连接，所述第一开关的第二端与所述平衡元器件的第一端连接，所述平衡元器件的第二端与所述母线正输出端连接，所述第二开关的第二选择端与所述市电交流电源的火线连接，所述第二开关的固定端与所述正电压输入端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接；
所述平衡元器件，用于平衡母线与所述电压转换电路之间的电压；
在所述市电供电模式时，所述第一开关闭合，所述第二开关的固定端与所述第二开关的第二选择端连通；在所述电池供电模式时，所述第一开关断开，所述第二开关的固定端与所述第二开关的第一选择端连通。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述平衡元器件为电阻，所述切换开关还包括：第三开关；
所述电压转换电路的第二端的正极与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述母线正输出端连接；或者，所述第三开关与所述电阻并联连接；
在所述市电供电模式、且在所述母线与所述电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，所述第三开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第三开关断开。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换开关包括：第一开关、第二开关、第三开关和平衡元器件；
所述电压转换电路的第二端的正极分别与所述第一开关的第一端和所述第三开关的第一端连接，所述第一开关的第二端与所述正电压输入端连接，所述第二开关的第一端与所述市电交流电源的火线连接，所述第二开关的第二端与所述正电压输入端连接，所述第三开关的第二端与所述平衡元器件的第一端连接，所述平衡元器件的第二端与所述母线正输出端连接，所述电压转换电路的第二端的负极与所述母线负输出端连接；
所述平衡元器件，用于平衡母线与所述电压转换电路之间的电压；
在所述市电供电模式时，所述第一开关断开，所述第二开关和所述第三开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第一开关闭合，所述第二开关和所述第三开关断开。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平衡元器件为电阻，所述切换开关还包括：第四开关；
所述电压转换电路的第二端的正极与所述第四开关的第一端连接，所述第四开关的第二端与所述母线正输出端连接；或者，所述第四开关与所述电阻并联连接；
在所述市电供电模式、且在所述母线与所述电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，所述第四开关闭合；在所述电池供电模式时，所述第四开关断开。
8.根据权利要求2、4、6任一项所述的装置，其特征在于，所述平衡元器件为下述任一项：压敏电阻、负温度系数的热敏电阻、第三电感。
9.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述电压转换电路包括：第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第七桥臂、变压器、第三电感、第二电容、第三电容；
所述第四桥臂包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的第一端与所述第八开关管的第一端连接；
所述第五桥臂包括第九开关管和第十开关管，所述第九开关管的第一端与所述第十开关管的第一端连接；
所述第六桥臂包括第十一开关管和第十二开关管，所述第十一开关管的第一端与所述第十二开关管的第一端连接；
所述第七桥臂包括第十三开关管和第十四开关管，所述第十三开关管的第一端与所述第十四开关管的第一端连接；
所述第四桥臂与所述第五桥臂并联连接，所述第六桥臂、所述第七桥臂、所述第三电容并联连接，所述变压器的第一端与所述第四桥臂的中点连接，所述变压器的第二端与所述第五桥臂的中点连接，所述变压器的第三端通过所述第三电感和所述第二电容与所述第五桥臂的中点连接，所述变压器的第四端与所述第六桥臂的中点连接；
所述第七开关管的第二端为所述电压转换电路的第一端的正极，所述第八开关管的第二端为所述电压转换电路的第一端的负极，所述第十三开关管的第二端为所述电压转换电路的第二端的正极，所述第十四开关管的第二端为所述电压转换电路的第二端的负极。
10.一种不间断电源系统，其特征在于，所述系统包括：市电交流电源、负载，以及，如权利要求1至9任一项所述的三桥臂拓扑装置；
其中，所述市电交流电源的火线与所述三桥臂拓扑装置的正电压输入端连接，所述市电交流电源的零线与所述三桥臂拓扑装置的负电压输入端连接，所述三桥臂拓扑装置的输出端与所述负载连接。
11.一种三桥臂拓扑装置的控制方法，其特征在于，所述方法用于控制如权利要求2所述的三桥臂拓扑装置，所述方法包括：
在市电供电模式时，控制第一开关的固定端与所述第一开关的第一选择端连通，第二开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第一开关的固定端与所述第一开关的第二选择端连通，所述第二开关断开。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在市电供电模式时，在母线与所述三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第三开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第三开关断开。
13.一种三桥臂拓扑装置的控制方法，其特征在于，所述方法用于控制如权利要求4所述的三桥臂拓扑装置，所述方法包括：
在市电供电模式时，控制第一开关闭合，第二开关的固定端与所述第二开关的第二选择端连通；在电池供电模式时，控制所述第一开关断开，所述第二开关的固定端与所述第二开关的第一选择端连通。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在市电供电模式时，在母线与所述三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第三开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第三开关断开。
15.一种三桥臂拓扑装置的控制方法，其特征在于，所述方法用于控制如权利要求6所述的三桥臂拓扑装置，所述方法还包括：
在市电供电模式时，控制第一开关断开，第二开关和第三开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第一开关闭合，所述第二开关和所述第三开关断开。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在市电供电模式时，在母线与所述三桥臂拓扑装置的电压转换电路之间的电压差值小于或等于预设阈值时，控制第四开关闭合；在电池供电模式时，控制所述第四开关断开。
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