CN117895805A - 电源装置、电源系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电源装置、电源系统和控制方法，该电源装置用于向负载充电，电源装置包括交流输入电路、AC‑DC转换电路；其中，交流输入电路用于将交流电传输至AC‑DC转换电路；AC‑DC转换电路用于将交流电整流为直流电。交流输入电路包括多相传输线、多个电容和多个开关，多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个电容和至少一个开关，每一个电容串联一个开关。本申请实施例中，通过与每一个电容串联的开关即可控制电容的状态，从而可以灵活调整系统的功率因数，满足系统的无功功率要求。此外，本申请实施例中仅需开关即可实现功率因数的调整，从而减少无功功率损耗，成本较少，且开关的体积较小，容易部署，有利于集成。

Description

电源装置、电源系统和控制方法

技术领域

本申请涉及电力领域，尤其涉及一种电源装置、电源系统和控制方法。

背景技术

电源装置中交流输入电路输出三相交流电，每相传输线与另一传输线之间会连接一个电容，以滤除功率电路产生的高频干扰，但由于电容的存在导致系统的无功功率的损耗增加。

目前减少无功功率损耗的主要方案是增加无功补偿模块，例如，可以是无源无功补偿器或有源无功补偿器，但是这种无功补偿模块的体积较大，空间占用大，难部署，成本较高。而且，增加的无源无功补偿模块所补偿的功率因数较为固定，无法满足系统要求。

发明内容

本申请提供一种电源装置、电源系统和控制方法，可以满足系统的无功功率要求，而且，本申请仅需通过开关即可实现功率因数的灵活调整，从而减少无功功率损耗，成本较低，且开关的体积较小，容易部署，有利于集成。

第一方面，提供了一种电源装置，该电源装置用于向负载充电，电源装置包括交流输入电路、交流电转直流电AC-DC转换电路。其中，交流输入电路用于将交流电传输至AC-DC转换电路；AC-DC转换电路用于将交流电整流为直流电。交流输入电路包括多相传输线、多个电容和多个开关，多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个电容和至少一个开关，每一个电容串联一个开关。

本申请实施例中，通过与每一个电容串联的开关即可控制电容的状态，从而可以灵活调整系统的功率因数，满足系统的无功功率要求。此外，本申请实施例中仅需开关即可实现功率因数的灵活调整，从而减少无功功率损耗，成本较低，且开关的体积较小，容易部署，有利于集成。

结合第一方面，在一种可能的设计中，多相传输线中任意两相传输线之间连接多个电容和多个开关，其中，任意两相传输线之间连接的多个电容并联，且任意两相传输线之间连接的多个电容的容量不同。

本申请实施例中，多相传输线中任意两相传输线之间连接多个电容和多个开关，其中，任意两相传输线之间连接的多个电容并联，且任意两相传输线之间连接的多个电容的容量不同，可以滤除不同频率的高频干扰，从而可以得到更加干净的交流电，避免高频干扰对其他电路造成影响。

结合第一方面，在一种可能的设计中，电源装置用于电源装置用于响应于负载所需的功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；响应于负载所需的功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。

本申请实施例中，由于每一个电容串联一个开关，电源装置可以根据负载所需的有功功率控制多个开关的状态。具体地，电源装置响应于负载所需的功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；以及响应于负载所需的功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。根据负载所需的有功功率调整开关的状态，满足系统的无功功率要求，从而可以避免无功功率损耗过大，由此可以满足电网无功功率和功率因数的要求。

结合第一方面，在一种可能的设计中，每相传输线上串联一个开关，电源装置用于响应于接收到休眠命令，控制与多个电容串联的开关以及每相传输线上串联的开关均断开，休眠命令指示负载所需的有功功率为零。

本申请实施例中，当电源装置接收到休眠命令，即负载不需有功功率，电源装置可以控制与电容串联的所有开关以及每相传输线上串联的开关均断开，以使电源装置停止向负载供电；以及断开与多个电容分别串联的开关，以减少无功功率的损耗。

结合第一方面，在一种可能的设计中，开关为机械开关，电源装置还包括驱动电路、开关管，驱动电路用于驱动开关管的导通或关断，开关管与机械开关的线圈串联。开关管导通，线圈产生磁场，机械开关闭合；或者，开关管关断，线圈未产生磁场，机械开关断开。

本申请实施例中，当需要电容停止工作，驱动电路可以输出低电平，以关断机械开关，从而可以使传输线之间连接的电容停止工作。当需要电容工作，驱动电路可以输出高电平，以闭合机械开关，从而可以使传输线之间的电容工作。由此可以满足系统的无功功率要求，从而可以避免无功功率损耗较大，进一步地，可以满足电网无功功率和功率因数的要求。此外，由于本申请实施例中的开关包括机械开关，可以实现物理隔离，从而可以提高隔离的可靠性。

结合第一方面，在一种可能的设计中，驱动电路与开关管的基极之间串联一个限流电阻。

本申请实施例中，由于驱动电路与开关管的基极之间串联一个限流电阻，则驱动电路通过电阻驱动开关管的回路的阻抗增加，因此，可以减小流入开关管的基极的电流，从而可以避免开关管的损坏。

结合第一方面，在一种可能的设计中，驱动电阻和开关管的基极的连接点通过一个泄放电阻连接参考地。

本申请实施例中，开关管可能存在寄生电容，而寄生电容的存在会导致信号的传输延迟。因为设计了泄放电阻，且开关管的信号极通过泄放电阻接地，寄生电容上能量可以通过泄放电阻泄放，从而可以减少因寄生电容而导致的开关管的导通或关断速度。

结合第一方面，在一种可能的设计中，机械开关还并联一个二极管，二极管的阳极连接开关管的集电极和机械开关的连接点。

本申请实施例中，因为设计了二极管，机械开关中的继电器线圈上的电流可通过二极管泄放掉，从而减少继电器线圈反电动势的干扰，提高机械开关的性能。

结合第一方面，在一种可能的设计中，电源装置还包括滤波电路，滤波电路用于滤除电源装置中因开关器件的导通或关断而导致的谐波干扰。

本申请实施例中，开关管在开通或断开的过程中，在微妙量级上升和下降时间内的大电流变化所产生的射频能量为谐波的主要来源，由于频率较高，它以电磁能的形式直接向空间辐射，或者以干扰电流的形式沿着输入端和输出端之间的导线传送。因此，本申请实施例中，在AC-DC转换电路的输入端和输出端均设置滤波电路，例如，EMI滤波电路，从而可以滤除因开关器件的导通或关断而导致的谐波干扰。

结合第一方面，在一种可能的设计中，电源装置还包括直流电转直流电DC-DC转换电路，DC-DC转换电路用于调整AC-DC转换电路输出的电压值。

本申请实施例中，DC-DC转换电路用于调整AC-DC转换电路输出的电压值，以满足负载所需的电压，从而起到保护负载的作用。

第二方面，提供了一种电源系统，电源系统包括多个第一方面以及第一方面任一可能的设计中的电源装置，多个电源装置并联，电源系统用于向负载充电。

第二方面的任一可能涉及达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能实现方式可以达到的技术效果描述，这里不再重复赘述。

第三方面，提供了一种控制方法，该方法包括：响应于负载所需的功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；响应于负载所需的功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。其中，开关并联在多相传输线之间，每个开关串联电容，多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个电容和至少一个开关。

结合第三方面，在一种可能的设计中，该方法还包括：响应于接收到休眠命令，控制与电容串联的开关以及每相传输线上串联的开关均断开，休眠命令指示负载所需的功率为零。

第三方面的任一可能涉及达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能实现方式可以达到的技术效果描述，这里不再重复赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的充电系统的结构示意图。

图2为图1所示的充电系统的结构示意图。

图3至图12为本申请实施例提供的电源装置的示意图。

图13为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例中采用诸如“第一”、“第二”的前缀词，仅仅为了区分不同的描述对象，对被描述对象的位置、顺序、优先级、数量或内容等没有限定作用。本申请实施例中对序数词等用于区分描述对象的前缀词的使用不对所描述对象构成限制，对所描述对象的陈述参见权利要求或实施例中上下文的描述，不应因为使用这种前缀词而构成多余的限制。此外，在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为了便于理解本申请的方案，下文先对可能涉及的技术术语进行简单介绍。

有功功率：保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率，一般用P表示。

无功功率：用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。无功功率不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率，一般用Q表示。

视在功率：交流电源所能提供的总功率，一般用S表示。

功率因数：电压与电流之间的相位差的余弦，用符号cosθ表示。在数值上，功率因数是有功功率与视在功率的比值，即cosθ＝P/S。

本申请可以应用于电源模块向负载充电的系统。尤其是对于包括充电桩和电动汽车的系统，充电桩可以将来自电网的电能用于为电动汽车充电，电动汽车也可以将自身的电能反向输出给电网。

图1示例性示出了本申请实施例提供的充电系统10的结构示意图。

结合图1中的(a)和图1中的(b)，充电系统10可以包括充电桩11和电动汽车12，充电桩11可以用于接收外部电网20输出的交流电，并将该交流电转换为稳定的直流电后输送至电动汽车12，以向电动汽车12充电。或者，电动汽车12也可以反向输出电能给外部电网20。

在一些实施例中，如图1中的(a)所示，充电桩11可以包括充电装置111、至少一个充电终端112和至少一个充电枪113。其中，充电装置111可以与该至少一个充电终端112电连接，该至少一个充电终端112可以与该至少一个充电枪113电连接。在具体实施时，一个充电终端112可以与一个或多个充电枪113电连接。

其中，充电装置111可以包括多个功率转换装置，该多个功率转换装置可以将来自外部电网20的交流电转换为稳定的直流电后输送至充电终端112。该多个功率转换装置例如可以包括交流电转直流电(alternating current-direct current，AC-DC)转换装置和直流电转直流电(direct current-direct current，DC-DC)转换装置。充电终端112通过充电枪113将该稳定的直流电输送至电动汽车12，以向电动汽车12充电。

充电终端112可以包括外壳、人机交互界面、充电控制单元和计量计费单元等，并用于与电动汽车12进行信息交互、能量传输和计量计费等。

电动汽车12可以是一种以电能驱动行驶的交通工具。电动汽车12可以是纯电动汽车(pure electric vehicle/battery electric vehicle，pure EV/battery EV)、混合动力汽车(hybrid electric vehicle，HEV)、增程式电动汽车(range extended electricvehicle，REEV)或插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)等。

在另一些实施例中，如图1中的(b)所示，充电桩11可以将人机交互界面、充电控制单元和计量计费单元等直接设置在充电装置111中，从而充电桩11可以只包括充电装置111、以及与充电装置111电连接的至少一个充电枪113，不包括充电终端112。充电装置111中的多个功率转换装置可以将来自外部电网20的交流电转换为稳定的直流电后，直接通过充电枪113输送至电动汽车12。

图2为图1所示的充电系统10的结构示意图。其中，电源装置可以包括交流输入电路1110和充电装置111，充电装置111可以包括AC-DC转换装置1111、DC-DC转换装置1112。

AC-DC转换装置1111的输入端可以与交流输入电路1110连接，AC-DC转换装置1111的输出端可以与DC-DC转换装置1112连接。AC-DC转换装置1111可以用于接收来自交流输入电路1110的交流电，并将该交流电转换为直流电后，传输到DC-DC转换装置1112。

DC-DC转换装置1112的输入端可以与AC-DC转换装置1111连接，DC-DC转换装置1112的输出端可以与充电终端112连接。DC-DC转换装置1112可以接收AC-DC转换装置1111输出的直流电，并将该直流电进一步转换为电动汽车12适用的直流电后传输至充电终端112，通过充电终端112传输至电动汽车12，以供电动汽车12充电。

电源装置中交流输入电路1110输出三相交流电，每相传输线与另一传输线之间会连接一个电容，以滤除功率电路产生的高频信号，但由于电容的存在使得系统的无功功率的损耗增加。

目前减少无功功率损耗的主要方案是增加无功补偿模块，例如，可以是无源无功补偿器或有源无功补偿器，但是这种无功补偿模块的体积较大，空间占用大，难部署，成本较高。而且，对于增加的无源无功补偿模块所补偿的功率因数较为固定，无法满足系统要求。

基于此，如图3所示，为本申请实施例提供的一种电源装置的示意图，电源装置用于向负载充电，电源装置包括交流输入电路310、AC-DC转换电路320。

交流输入电路310用于将交流电传输至AC-DC转换电路320。AC-DC转换电路320用于将交流电整流为直流电。

本申请实施例中，交流输入电路310可以与外部电网(图中未示出)连接，以接收外部电网输出的交流电。AC-DC转换电路320与交流输入电路310连接，AC-DC转换电路320可以对该交流输入电路310输出的交流电进行功率转换，得到直流电。

可以理解的是，在本申请实施例中，由交流输入电路310输出的交流电可以称作市电，市电通常为三相交流电，如图3中所示的A相交流电、B相交流电、C相交流电。

本申请实施例中，AC-DC转换电路320可以是三相T型交错维也纳整流电路。其中，AC-DC转换电路320可以包括输入端、三组双路的有源功率因数校正(active power factorcorrection，APFC)转换电路和电容电路，具体内容请参见下文中图6的相关描述。

本申请实施例中，交流输入电路310可以包括多相传输线、多个电容和多个开关，多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个电容和至少一个开关，每一个电容串联一个开关。

参考图3，交流输入电路310包括三相传输线，分别为A相传输线、B相传输线、C相传输线。其中，任意两相传输线之间连接至少一个电容和至少一个开关，例如，A相传输线和B相传输线之间连接电容C1和一个开关，B相传输线和C相传输线之间连接电容C2和一个开关，A相传输线和C相传输线之间连接电容C3和一个开关。

一般情况下，负载所需的交流电的频率为50Hz，交流输入电路310中的交流电中除了包括频率为50Hz的交流电外，还可能包括频率为几百Hz或几千Hz的交流电或直流电，因此，两相传输线之间连接的电容可以对交流电进行滤波，以滤除频率为几百Hz或几千Hz的交流电。然而，虽然电容可以滤除杂波，但是由于电容的存在，导致电源装置的无功功率的损耗增加，降低了设备的利用率。

本申请实施例中，因为每一个电容均串联一个开关，电源装置可以根据负载需求的功率控制电容的状态，从而可以满足负载功率需求的同时，尽量降低因电容而导致的无功功率的损耗。

本申请实施例中，通过与每一个电容串联的开关即可控制电容的状态，从而可以灵活调整系统的功率因数，满足系统的无功功率要求。此外，本申请实施例中仅需通过开关即可实现功率因数的灵活调整，从而减少无功功率损耗，成本较低，且开关的体积较小，容易部署，有利于集成。

一种实施例中，多相传输线中任意两相传输线之间连接多个电容和多个开关，其中，任意两相传输线之间连接的多个电容并联，且任意两相传输线之间连接的多个电容的容量不同。

如图4所示，为本申请实施例提供的另一种电源装置的示意图。参考图4，可以看出，任意两相传输线之间连接两个电容和两个开关。例如，A相传输线和B相传输线之间连接电容C1和一个开关，以及电容C4和一个开关；B相传输线和C相传输线之间连接电容C2和一个开关，以及电容C5和一个开关；A相传输线和C相传输线之间连接电容C3和一个开关，以及电容C6和一个开关。其中，每一个电容与一个开关串联。

本申请实施例中，不同电容的容量不同，可以滤除不同频率的杂波。示例性地，以A相传输线和B相传输线之间连接的电容C1和电容C4为例。假设电容C1的容量为50uF，电容C4的容量为10pF，则电容C1可以滤除频率为f1的信号，电容C4可以滤除频率为f2的信号，从而可得到更加稳定的交流电。

本申请实施例中，多相传输线中任意两相传输线之间连接多个电容和多个开关，其中，任意两相传输线之间连接的多个电容并联，且任意两相传输线之间连接的多个电容的容量不同，可以滤除不同频率的高频干扰，从而可以得到更加干净的交流电，避免高频干扰对其他电路造成影响。

一种实施例中，电源装置用于响应于负载所需的有功功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开。电源装置用于响应于负载所需的有功功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。

本申请实施例中，不同负载所需的功率不同，则电源装置可以根据负载所需的功率控制多个开关的状态。例如，电源装置向负载1供电，负载1所需的有功功率为40kW，为了满足负载1的功率需求，则AC-DC转换装置输出的有功功率为40kW。则交流输入电路的有功功率可能达50kW，针对这一有功功率，为了减少高频信号的干扰，可能仅需任意两相传输线之间一个电容工作即可，因此，电源装置可以控制电容C1、C2、C3工作即可，即可以断开分别与电容C4、C5、C6串联的开关。若电源装置未断开分别与电容C4、C5、C6串联的开关，则电容C4、C5、C6会消耗无功功率，导致系统的无功功率损耗增加，从而导致不满足电网的无功功率的要求。

再例如，电源装置向负载2供电，负载2所需的有功功率为100kW，为了满足负载2的功率需求，则AC-DC转换装置输出的有功功率为100kW。则交流输入电路的有功功率可能达120kW，针对这一有功功率，为了减少高频信号的干扰，可能需任意两相传输线之间至少两个电容工作，因此，电源装置可以控制电容C1～C6全部工作，即可以闭合分别与电容C1、C2、C3、C4、C5、C6串联的开关。在这一情况下，有可能系统的无功功率损耗较高，可以通过APFC对功率因数进行校正，以降低无功功率的损耗。

本申请实施例中，对于同一负载，所需的功率可能也有变化。例如，负载1在第一时间段所需的有功功率为40kW，为了满足负载1的功率需求，则AC-DC转换装置输出的有功功率为40kW。则按照上述实施例的分析，电源装置可以控制电容C1、C2、C3工作即可，即可以断开与电容C4、C5、C6串联的开关。若负载1在第二时间段所需的有功功率变化为100kW，为了满足其功率需求，则AC-DC转换装置输出的有功功率为100kW。则按照上述实施例的分析，电源装置可以控制电容C1～C6全部工作，即可以闭合与电容C4、C5、C6串联的开关。换句话说，当负载所需的功率增加，控制至少部分处于闭合状态的开关断开，如断开本申请实施例中的与电容C4、C5、C6串联的开关。

再例如，负载2在第一时间段所需的有功功率为100kW，为了满足负载2的功率需求，则AC-DC转换装置输出的有功功率为100kW，则按照上述实施例的分析，电源装置可以控制电容C1～C6全部工作，即可以闭合与电容C1、C2、C3、C4、C5、C6串联的开关。若负载2在第二时间段所需的有功功率变化为40kW，为了满足负载2的功率需求，则AC-DC转换装置输出的有功功率为40kW。则按照上述实施例的分析，电源装置可以控制电容C1、C2、C3工作即可，即可以断开与电容C4、C5、C6串联的开关。换句话说，当负载所需的功率减少，控制至少部分处于断开状态的开关闭合，如闭合本申请实施例中的与电容C4、C5、C6串联的开关。

本申请实施例中，电源装置响应于负载所需的功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；以及响应于负载所需的功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。根据负载所需的有功功率调整与电容串联的开关的状态，以满足系统的无功功率要求，从而可以避免无功功率损耗过大，由此可以满足电网无功功率和功率因数的要求。

如图5所示，为本申请实施例提供的又一种电源装置的示意图。

一种实施例中，每相传输线上串联一个开关，电源装置用于响应于接收到休眠命令，控制与多个电容串联的开关以及所述每相传输线上串联的开关均断开，休眠命令指示负载所需的有功功率为零。

本申请实施例中，参考图5，每相传输线上串联一个开关，如A相传输线上串联开关K1、B相传输线上串联开关K2、C相传输线上串联开关K3。当电源装置接收到休眠命令，即负载不需有功功率，电源装置可以控制与电容串联的所有开关以及每相传输线上串联的开关均断开，即断开与A相传输线上串联开关K1、B相传输线上串联开关K2、C相传输线上串联开关K3，以使电源装置停止向负载供电；以及断开与电容C1、C2、C3分别串联的开关，以减少无功功率的损耗。

上文指出AC-DC转换电路320可以是三相T型交错维也纳整流电路，下文将对该三相T型交错维也纳整流电路进行介绍。

参阅图6，AC-DC转换电路320可以是三相T型交错维也纳整流电路。其中，AC-DC转换电路320可以包括输入端、三组双路的功率因数校正转换电路(即双路的APFC转换电路1、双路的APFC转换电路2和双路的APFC转换电路3)和电容电路。

其中，输入端可以包括三条相线：第一相线A、第二相线B和第三相线C，每一条相线可以用于接收对应的一相交流电，从而AC-DC转换电路320可以接收来自外部电网的三相交流电。第一相线A、第二相线B和第三相线C可以分别与一组双路的APFC转换电路的连接，每一组双路的APFC转换电路还与电容电路的电容中点连接。电容电路的第一端可以与正极母线连接，电容支路的第二端可以与负极母线连接。其中，每一组双路的APFC转换电路的结构相同。每一组双路的APFC转换电路可以包括电感、自耦变压器的两个绕组、两个开关桥臂和两个二极管桥臂。电容电路可以包括串联连接的电容C1和电容C2。

具体而言，如图6所示，以双路的APFC转换电路1为例，APFC转换电路1可以包括电感LA、自耦变压器的两个绕组TA1和TA2、开关桥臂1、开关桥臂2、二极管桥臂1和二极管桥臂2。其中，开关桥臂1包括串联连接的开关管Sa1和开关管Sa2，开关桥臂2包括串联连接的开关管Sa3和开关管Sa4，二极管桥臂1包括串联连接的二极管Da1和二极管Da3，二极管桥臂2包括串联连接的二极管Da2和二极管Da4。电感LA的左端与第一相线A连接，电感LA的右端与自耦变压器的绕组TA1和TA2的左端连接。自耦变压器的绕组TA1的右端可以分别与开关桥臂1的左端、二极管桥臂1连接，自耦变压器的绕组TA2的右端可以分别与开关桥臂2的左端、二极管桥臂2连接。开关桥臂1的右端、开关桥臂2的右端可以与电容电路的电容中点连接。二极管桥臂1和二极管桥臂2可以并联连接在电容电路的上端和下端之间。电容电路的上端可以与正极母线连接，电容电路的下端可以与负极母线连接。

相应的，双路的APFC转换电路2可以包括电感LB、自耦变压器的两个绕组TB1和TB2、串联连接的开关管Sb1和开关管Sb2、串联连接的开关管Sb3和开关管Sb4、串联连接的二极管Db1和二极管Db3、串联连接的二极管Db2和二极管Db4。上述各电路元器件的具体连接与APFC转换电路1的连接结构类似，可以参见上述APFC转换电路1的相关描述，此处不再赘述。

相应的，APFC转换电路3可以包括电感LC、自耦变压器的两个绕组Tc1和Tc2、串联连接的开关管Sc1和开关管Sc2、串联连接的开关管Sc3和开关管Sc4、串联连接的二极管Dc1和二极管Dc3、串联连接的二极管Dc2和二极管Dc4。上述各电路元器件的具体连接与PFC转换电路1的连接结构类似，可以参见上述APFC转换电路1的相关描述，此处不再赘述。

本申请实施例中的开关可以为机械开关，也可以为电子开关。其中，机械开关可以为如继电器、断路器等。电子开关可以为开关管，如三极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)，也可以是绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)或氮化镓(gallium nitride，GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)等。

如图7所示，为本申请实施例提供的再一种电源装置的示意图。

一种实施例中，开关为机械开关，电源装置还包括驱动电路、开关管，驱动电路用于驱动开关管的导通或关断，开关管与机械开关的线圈串联。

开关管导通，线圈产生磁场，机械开关闭合；或者，开关管关断，线圈未产生磁场，机械开关断开。

本申请实施例中的机械开关可以为继电器、断路器等。下文以机械开关为继电器为例进行说明。

参考图7，图7示出了与电容C3串联的开关的拓扑示意图。可以理解的是，图中所示的与其他电容串联的开关的拓扑可以参照与电容C3串联的开关的拓扑。下文以与电容C3串联的开关的拓扑介绍电容C3工作和停止工作的内容。

本申请实施例中，驱动电路用于驱动开关管Q1的导通或关断，以导通或关断继电器。具体地，当驱动电路输出高电平，开关管Q1导通，从而电压源连接继电器的回路导通，继电器的线圈通电后，流经继电器的线圈产生磁场，磁场吸附衔铁动作从而使得继电器的触点闭合，由此A相传输线与C相传输线之间的连接的电容C3可以工作，从而可以滤除高频信号。

当驱动电路输出低电平，开关管Q1关断，从而电压源连接继电器的回路断开，继电器的线圈无电流流过，继电器的线圈不会产生磁场，从而继电器的触点断开，由此A相传输线与C相传输线之间的连接的电容C3停止工作。

综上，当需要电容停止工作，驱动电路可以输出低电平，以关断继电器，从而可以使传输线之间连接的电容停止工作。当需要电容工作，驱动电路可以输出高电平，以闭合继电器，从而可以使传输线之间的电容工作。由此可以满足系统的无功功率要求，从而可以避免无功功率损耗较大，进一步地，可以满足电网无功功率和功率因数的要求。此外，由于本申请实施例中的开关包括机械开关，可以实现物理隔离，从而可以提高隔离的可靠性。

如图8所示，为本申请实施例提供的再一种电源装置的示意图。

一种实施例中，驱动电路与开关管Q1的基极之间串联一个限流电阻R1。

本申请实施例中，驱动电路输出的驱动信号的电压较大，若没有限流电阻R1，可能会导致开关管Q1的损坏。示例性地，假设驱动电路输出的驱动信号对应的电压为12V，若没有电阻R1，12V的电压所对应的电流输入至开关管Q1的基极，该电流有可能会大于开关管Q1的基极所能承受的极限电流，从而导致开关管Q1的损坏。

而在本申请实施例中，由于驱动电路通过电阻R1与开关管Q1的基极连接，因此，驱动电路输出的电压所对应的电流通过电阻R1流入开关管Q1的基极，驱动电路通过电阻R1驱动Q1的回路的阻值增加，从而可以减少流入开关管Q1的基极电流，由此可以避免开关管Q1的损坏。

示例性地，仍然以开关管Q1的开启电压为3.4V为例，假设驱动电路输出的高电平信号对应的电压为12V，若电阻R1的阻值足够大，电阻R1可以将流入开关管Q1的基极电流减小至小于其所能承担的极限电流。例如，假设开关管Q1的基极能承受的极限电流为5mA，当电阻R1的阻值足够大，例如，为1000Ω，则可以降低流入开关管Q1的基极电流，例如，降低至4mA，小于开关管Q1的基极所能承担的极限电流，从而可以避免开关管Q1的损坏。

本申请实施例中，由于驱动电路与开关管的基极之间串联一个限流电阻，则驱动电路通过电阻驱动开关管的回路的阻抗增加，因此，可以减小流入开关管的基极的电流，从而可以避免开关管的损坏。

一种实施例中，驱动电路和开关管Q1的基极的连接点通过一个泄放电阻R2连接参考地。

本申请实施例中，开关管Q1可能存在寄生电容，而寄生电容的存在会导致信号的传输延迟。当开关管Q1的寄生电容较大，信号的上升和下降时间会增加，从而影响开关管Q1的响应速度。具体地，若没有泄放电阻R2，当驱动电路输出高电平信号，会影响开关管Q1的导通速度；当驱动电路输出低电平信号，会影响开关管Q1的关断速度。

本申请实施例中，因为设计了泄放电阻R2，且开关管Q1的信号极通过泄放电阻R2接地，寄生电容上能量可以通过泄放电阻R2泄放，从而可以减少因寄生电容而导致的开关管Q1的导通或关断速度。

如图9所示，为本申请实施例提供的再一种电源装置的示意图。

一种实施例中，机械开关还并联一个二极管D1，二极管D1的阳极连接开关管的集电极和机械开关的连接点。

本申请实施例中的二极管D1可以为继电器线圈提供泄放回路。正常情况下，开关管Q1导通，电压源通过机械开关和开关管Q1形成的回路导通。当开关管Q1关断，机械开关断开，继电器线圈会形成反电动势。因为设计了二极管D1，继电器线圈上的电流可通过二极管D1泄放掉，从而减少继电器线圈反电动势的干扰，提高机械开关的性能。

本申请实施例的开关也可以为电子开关，下文以电子开关为三极管为例，介绍本申请的方案。

如图10所示，为本申请实施例提供的再一种电源装置的示意图。

参考图10，当驱动电路输出低电平，由于开关管Q3的发射极接地，且开关管Q3为NPN型三极管，则开关管Q3的基极电压小于开关管Q3的发射极电压，从而开关管Q3关断。又因为开关管Q2的基极通过限流电阻R3连接电压源，相当于开关管Q2的基极连接电压源。若电压源U1输出的电压值较大，则开关管Q2的基极电压会大于开关管Q2的发射极电压，当开关管Q2的基极与发射极之间的电压大于开关管Q2的开启电压，开关管Q2导通。

当驱动电路输出高电平，由于开关管Q3的发射极接地，且开关管Q3为NPN型三极管，则开关管Q3的基极电压大于开关管Q3的发射极电压，从而开关管Q3导通。又因为开关管Q3的集电极与开关管Q2的基极连接，相当于开关管Q2的基极接地。开关管Q2的发射极电压大于开关管Q2的基极电压，开关管Q2关断。

综上，通过控制开关管Q3的状态，进而控制开关管Q2的状态，从而控制与开关管Q2串联的电容C3工作或停止工作。对于其他电容，可以基于类似原理进行控制，以满足系统的无功功率要求，从而可以避免无功功率损耗较大，进一步地，可以满足电网无功功率和功率因数的要求。

本申请实施例中，由于电源装置中的开关的工作频率较高，开关在断开或闭合的过程中，其内部会产生较快的电压变化、电流变化，即du/dt，di/dt，导致电源装置将产生较强的谐波干扰。因此，参考图11，一种实施例中，电源装置还包括滤波电路330，滤波电路用于滤除电源装置中因开关器件的导通或关断而导致的谐波干扰。

本申请实施例中，开关管在开通或断开的过程中，在微妙量级上升和下降时间内的大电流变化所产生的射频能量为谐波的主要来源，由于频率较高，它以电磁能的形式直接向空间辐射，或者以干扰电流的形式沿着输入端和输出端之间的导线传送。因此，本申请实施例中，在AC-DC转换电路的输入端和输出端均设置滤波电路，例如，电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)滤波电路，从而可以滤除因开关器件的导通或关断而导致的谐波干扰。

如图12所示，为本申请实施例提供的再一种电源装置的示意图。

一种实施例中，电源装置还包括DC-DC转换电路340，DC-DC转换电路用于调整AC-DC转换电路输出的电压值。

本申请实施例中的DC-DC转换电路可以调整AC-DC转换电路输出的电压值，以满足负载的电压需求。例如，AC-DC转换电路输出的电压为240V，负载需求的电压为220V，若没有DC-DC转换电路，AC-DC转换电路输出的电压过大，开关容易产生电弧放电，部分有可能出现漏电跳闸现象，导致负载被击穿烧毁，严重的甚至引发火灾。本申请实施例中的DC-DC转换电路可以将240V转换为220V，从而起到保护负载的作用。

再例如，AC-DC转换电路输出的电压为180V，负载需求的电压为220V，若没有DC-DC转换电路，AC-DC转换电路输出的电压过小，电流增大，负载产生的热量增加，会导致负载的损坏，则DC-DC转换电路可以将180V转换为220V，从而起到保护负载的作用。

本申请实施例中的DC-DC转换电路可以为boost电路、buck电路、buck-boost电路等。

本申请还提供了一种电源系统，该电源系统可以包括多个上述任一实施例中的电源装置，这多个电源装置并联，电源系统用于向负载充电。

如图13所示，为本申请提供的一种电源系统的示意图。图13示出了电源系统包括两个电源装置，分别为电源装置1和电源装置2。当负载所需的功率增加，这两个电源装置可以均输出功率，这两个电源装置中与电容串联的开关可以闭合，即所有电容可以工作。当负载所需的功率减少，可以控制其中一个电源装置输出功率，另一个电源装置停止输出功率，例如，可以控制电源装置1输出功率，控制电源装置2停止输出功率，则电源装置2中与电容串联的开关可以断开，从而电源装置2中的电容停止工作。

当只有一个电源装置向负载充电，若负载所需的功率减少，开关的状态可以参考上述实施例相关内容，不再赘述。

此外，本申请还提供了一种控制方法，该方法包括：响应于负载所需的有功功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；响应于负载所需的有功功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。其中，开关并联在多相传输线之间，每个开关串联电容，多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个电容和至少一个开关。

一种实施例中，该方法还包括：响应于接收到休眠命令，控制与电容串联的开关以及每相传输线上串联的开关均断开，休眠命令指示负载所需的有功功率为零。

具体内容请参考上述实施例中相关描述，此处不再赘述。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种电源装置，其特征在于，所述电源装置用于向负载充电，所述电源装置包括交流输入电路、交流电转直流电AC-DC转换电路；其中，

所述交流输入电路用于将交流电传输至所述AC-DC转换电路；

所述AC-DC转换电路用于将所述交流电整流为直流电；

所述交流输入电路包括多相传输线、多个电容和多个开关，所述多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个所述电容和至少一个所述开关，每一个所述电容串联一个开关。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述多相传输线中任意两相传输线之间连接多个所述电容和多个所述开关，其中，任意两相传输线之间连接的所述多个电容并联，且所述任意两相传输线之间连接的所述多个电容的容量不同。

3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置用于：

响应于所述负载所需的有功功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；

响应于所述负载所需的有功功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源装置，其特征在于，每相传输线上串联一个开关，所述电源装置用于：

响应于接收到休眠命令，控制与所述多个电容串联的所述多个开关以及所述每相传输线上串联的开关均断开，所述休眠命令指示所述负载所需的有功功率为零。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源装置，其特征在于，所述开关为机械开关，所述电源装置还包括驱动电路、开关管，所述驱动电路用于驱动所述开关管的导通或关断，所述开关管与所述机械开关的线圈串联；

所述开关管导通，所述线圈产生磁场，所述机械开关闭合；或者，

所述开关管关断，所述线圈未产生磁场，所述机械开关断开。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述驱动电路与所述开关管的基极之间串联限流电阻。

7.根据权利要求5或6所述的电源装置，其特征在于，所述驱动电路和所述开关管的基极的连接点通过一个泄放电阻连接参考地。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电源装置，其特征在于，所述机械开关还并联一个二极管，所述二极管的阳极连接所述开关管的集电极和所述机械开关的连接点。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括滤波电路，所述滤波电路用于滤除所述电源装置中因开关器件的导通或关断而导致的谐波干扰。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括直流电转直流电DC-DC转换电路，所述DC-DC转换电路用于调整所述AC-DC转换电路输出的电压值。

11.一种电源系统，其特征在于，所述电源系统包括多个如权利要求1至10中任一项所述的电源装置，多个所述电源装置并联，所述电源系统用于向负载充电。

12.一种控制方法，其特征在于，所述方法包括：

响应于负载所需的有功功率降低，控制至少部分处于闭合状态的开关断开；

响应于所述负载所需的有功功率增加，控制至少部分处于断开状态的开关闭合；

其中，所述开关并联在多相传输线之间，每个所述开关串联电容，所述多相传输线中任意两相传输线之间连接至少一个所述电容和至少一个所述开关。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于接收到休眠命令，控制与所述电容串联的所述开关以及所述每相传输线上串联的开关均断开，所述休眠命令指示所述负载所需的有功功率为零。