(57)【要約】      （修正有）【課題】パワーデバイスを横切って接続された複数の電源のストリングを有するパワーシステムのための方法を提供する。【解決手段】方法は、各電源１０１を横切ってそれぞれ接続された安全スイッチを有する複数の安全電圧ユニット７１５を接続することと、電源の複数のパラメータを感知することと、パワーデバイス１３９から送信された信号を監視することと、を含む。安全スイッチのそれぞれは、所定の期間内の信号の検出に応答してオフになるように起動される。所定の期間内にパワーデバイスからの信号を検出しない場合、パワーシステムの安全動作モードに入り、電源のそれぞれの電圧は、安全スイッチをオンにすることによって所定の電圧レベル未満の電圧レベルまで低減される。【選択図】図７Ａ
2020074661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列ストリングで接続された複数の電源であって、前記直列ストリングはパワーデバイスを横切って接続され、前記直列ストリングの電圧を前記パワーデバイスに提供する、複数の電源と、
前記複数の電源の各電源を横切って接続可能なそれぞれの複数のバイパス回路（１１５、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、７１８ａ、７１８ｂ）をそれぞれが含む複数の安全電圧ユニット（７１５）と、
前記複数の電源の各電源に接続可能な複数のセンサと
を備えるパワーシステムであって、
前記複数のセンサは前記複数の電源の複数のパラメータを感知するように構成され、
前記複数の安全電圧ユニットの各安全電圧ユニットは前記パワーデバイスから信号出力を受信するように構成され、
前記複数の安全電圧ユニットは、ａ）前記複数の安全電圧ユニットによる前記信号の検出、またはｂ）感知された前記パラメータに基づいて決定された動作基準、の少なくとも一方に応答して、前記複数のバイパス回路の各バイパス回路が、前記パワーシステムの通常動作モードにおいてオフになることを引き起こすように構成され、
前記複数の安全電圧ユニットは、前記複数の安全電圧ユニットの少なくとも１つの安全電圧ユニットが前記信号を検出しないことに応答して、前記パワーシステムが前記通常動作モードから安全動作モードに入ることを引き起こすように構成され、
前記複数の安全電圧ユニットは、前記パワーシステムが前記安全動作モードに入ることに応答して、前記複数のバイパス回路がオンになることを引き起こし、前記直列ストリングの各ポイントの電圧レベルが所定の電圧レベル以下になることを保証し、前記直列ストリングの前記電圧を前記所定の電圧レベル以下になるように低下させるように構成される
パワーシステム。
【請求項２】
前記通常動作モードにおいて、前記直列ストリングからの電力が前記パワーデバイスに印加され、前記複数のセンサによって感知された前記パラメータが前記通常動作モードを表す場合、前記複数の安全電圧ユニットはオフになるように制御される、請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項３】
前記複数の電源がバッテリを備え、
前記パワーデバイスからの電力が、前記通常動作モードにおいて前記バッテリを充電するために前記直列ストリングに印加され、
前記信号の受信および感知された前記パラメータに適用された前記動作基準のうちの少なくとも一方により、前記複数のバイパス回路の各バイパス回路は、前記通常動作モードにおいてオンまたはオフになることが可能になる、
請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項４】
前記複数の電源がバッテリを備え、
前記バッテリからの電力が前記直列ストリングから前記パワーデバイスに提供され、それにより前記通常動作モードにおいて前記バッテリを放電し、
前記信号の受信および感知された前記パラメータに適用された前記動作基準のうちの少なくとも一方により、前記複数のバイパス回路の各バイパス回路は、前記通常動作モードにおいてオンまたはオフになることが可能になる、
請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項５】
前記複数の電源が太陽電池パネルを備え、
前記通常動作モードにおいて、前記太陽電池パネルからの電力が前記直列ストリングから前記パワーデバイスに提供され、
前記信号の受信および感知された前記パラメータに適用された前記動作基準のうちの少なくとも一方により、前記複数のバイパス回路の各バイパス回路は、前記太陽電池パネルが陰になるとき、順方向バイアスをかけられることが可能になる、
請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項６】
前記パワーシステムの前記通常動作モードにおいて前記複数のバイパス回路がオンまたはオフになることを引き起こすために動作電力が前記複数のバイパス回路に提供される、請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項７】
前記通常動作モードの前記動作基準が、前記複数の電源の電圧レベル、前記複数の電源の相互の極性、前記直列ストリングの電流レベル、前記直列ストリングの電流の向き、または前記直列ストリングの電圧、のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項８】
前記パワーシステムが、前記直列ストリングの切断、前記直列ストリングと前記パワーデバイスとの間の切断、前記パワーデバイスに接続されたグリッドの停止、漏れ電流、前記パワーデバイスの機能不全、回路ブレーカの遮断、またはパワーデバイスのシャットダウン、のうちの少なくとも１つにより、前記通常動作モードから前記安全動作モードに入る、請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項９】
前記パワーデバイスに接続された負荷をさらに備え、前記負荷がＡＣグリッド、ＤＣグリッド、ＤＣ−ＡＣインバータ、またはＤＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のパワーシステム。
【請求項１０】
パワーデバイスを横切って接続された複数の電源の直列ストリングを有するパワーシステムのための方法であって、
前記複数の電源の前記直列ストリングに、前記複数の電源の各電源を横切ってそれぞれ接続された複数のバイパス回路を含む複数の安全電圧ユニットを接続すること、
動作電力を前記複数のバイパス回路に印加すること、
前記複数の電源の複数のパラメータを感知すること、
前記複数の安全電圧ユニットによって、前記パワーデバイスから送信される信号を監視すること、
前記信号の受信および通常動作モードに関連付けられる前記動作電力または前記感知の少なくとも一方に応答して、前記複数のバイパス回路の各バイパス回路がオフになることを引き起こすこと、
前記パワーデバイスからの前記信号を受信しないことに応答して、または異常動作モードに関連付けられる前記複数のバイパス回路に印加された前記動作電力に基づいて、前記複数のバイパス回路をオンに起動することによって前記複数の電源の各電源の電圧を所定の電圧レベル未満の電圧レベルまで低減することにより前記パワーシステムの安全動作モードに入ること
を備える方法。
【請求項１１】
前記起動が、前記監視に基づいて前記複数のバイパス回路の少なくとも１つをオフからオンに切り替えることを備え、前記監視は、前記複数の電源の他の電源の他の極性に対するそれぞれの電源の逆極性を監視する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記低減により、前記複数の電源の前記直列ストリングの各ポイントで安全な電圧レベルが保証される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記直列ストリングの前記電圧は、前記複数のバイパス回路の少なくとも１つをオンに起動することに基づき、前記安全動作モードの安全な電圧レベルまで低減される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記動作電力が、前記複数の電源の電圧レベル、前記複数の電源の相互の極性、前記直列ストリング内の電流レベル、前記直列ストリング内の電流の方向、または前記直列ストリングの電圧、のうちの少なくとも１つを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記感知が、前記直列ストリングの切断、または前記直列ストリングと前記パワーデバイスとの間の切断、のうちの少なくとも１つの兆候を感知することを備える、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年３月１９日に出願され、「パワーシステムのパワーモジュールをバイパスするバイパス回路と方法」と題された特許出願シリアル番号第１５／９２４，５６４号の一部の継続であり、この特許出願は、２０１７年３月２９日に出願され、「バイパス回路」と題された仮特許出願シリアル番号第６２／４７８，３６６号に付与された優先権、および２０１７年８月１８日に出願され、「太陽光発電モジュールのバイパス」と題された仮特許出願シリアル番号第６２／５４７，２２１号に付与された優先権を主張し、それらの全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
パワーシステムは、パワーデバイスに結合された多数の発電機を有し得る。パワーシステムは、発電機からの電力の収穫および抽出を制御し、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の発電機および／またはパワーデバイスをバイパスするように構成され得る。いくつかのシナリオでは、１つまたは複数のパワーデバイスをバイパスすることにより、パワーシステムはより効率的に動作する場合がある。いくつかのシナリオでは、１つまたは複数のパワーデバイスで、過熱や過電圧などの潜在的に危険な状態が発生する場合がある。安全規制は、システムの安全でない部分を切断またはバイパスすることを要求する場合がある。安全規制は、パワーシステムまたはパワーデバイスの電圧または熱を下げるか、システムパワーデバイスから高電圧ポイントを遠ざけるおよび／または電気的に分離することを要求する場合がある。電圧を下げる、またはシステムパワーデバイスから高電圧ポイントを遠ざけるおよび／または分離する１つの方法は、パワーデバイスをバイパスすることであり得る。
【０００３】
また、バイパスダイオードまたはフリーホイールダイオードなどのバイパス回路が、太陽電池（ＰＶ）パネル、バッテリ、発電機などの相互結合された電源の出力を横切って並列に配線され得、電源がその出力に電力を供給できないことによって故障した場合に、それらの周囲に電流経路を提供する。例えば、相互結合されたＰＶパネルに関するバイパス回路の使用により、結合されたＰＶセル、ＰＶパネルの直列ストリング、および／または直列に接続されたパワーデバイス出力の直列ストリングが、全く電流を供給しないのではなく、低減された電圧で負荷に電力を供給し続けることが可能になり得る。それというのも、バイパス回路を使用すると、故障したＰＶパネル出力および／またはパワーデバイスの出力の周囲に継続的に電流を引き込むことが可能になり得るからである。特定のバイパス回路では、重大な損失が生じる可能性がある（例えば、導通しているバイパス回路を横切る実質的な電圧降下による）。重大な損失を招くことなく、電源および／または他の回路要素のバイパスを可能にし得る効率的なバイパス回路が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
以下の概要は、例示のみを目的とした本発明の概念の一部の簡単な概要であり、本発明および実施例を詳細な記載に制限または制約することを意図するものではない。当業者は、詳細な記載から他の新規な組み合わせおよび特徴を認識するであろう。
【０００５】
本明細書に開示される例示的な実施形態は、パワーシステム内の電源に関するものであり得、電源の様々なグループの相互接続を考慮し得る。電源の各グループには、太陽光、風力、波力から提供されるものなどの再生可能エネルギー源と、例えばタービンまたは発電機の駆動に使用される燃料などの非再生可能エネルギー源の両方から得られるさまざまな種類の電力が含まれ得る。いくつかの例示的な実施形態は、複数のパワーモジュールを介した負荷へのＤＣ電源の接続を考慮し得る。
【０００６】
本明細書に開示される例示的な実施形態は、負荷および／または貯蔵装置に電力を供給するために利用されるパワーシステムを含み得る。パワーシステムは、例えば、様々な直列、並列、直列並列、および並列直列の組み合わせで接続されてもよい直流（ＤＣ）電源のグループの様々な相互接続を含み得る。より具体的には、本明細書で開示される例示的な実施形態は、直列ストリングで接続された複数の電源を備えたパワーシステムを含み、直列ストリングは、パワーデバイスを横切って接続され、直列ストリングの電圧をパワーデバイスに提供する。パワーシステムは、各電源を横切って接続可能なそれぞれの複数の安全スイッチをそれぞれが含む複数の安全電圧ユニットと、各電源に接続可能な複数のセンサとを含む。センサは、電源の複数のパラメータを感知するように構成される。各安全電圧ユニットは、パワーデバイスからの信号出力を監視するように構成される。パワーシステムは、ａ）所定の期間内の安全電圧ユニットによる信号の検出、およびｂ）感知されたパラメータに基づいて決定された動作基準、の少なくとも一方により、各安全スイッチがパワーシステムの通常動作モードでオフにされるように制御可能である。パワーシステムは、安全電圧ユニットの少なくとも１つが所定の期間内に信号を検出しない場合、パワーシステムが通常動作モードから安全動作モードに入るように制御可能である。パワーシステムは、パワーシステムが安全動作モードに入ると、安全スイッチがオンになり、直列ストリングの各ポイントの電圧レベルが所定の電圧レベル以下になることを保証し、それにより所定の電圧レベルをクリアするまたは下回るように直列ストリングの電圧レベルを低下させるように制御可能である。
【０００７】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、電源はバッテリを備え、パワーデバイスからの電力は、通常動作モードでバッテリを充電するために直列ストリングに印加され、ここで、信号の受信、および感知されたパラメータに適用される動作基準、の少なくとも一方により、通常動作モードに応答して各安全スイッチがオフまたはオンになることが可能になる。
【０００８】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、電源はバッテリを備え、バッテリからの電力は直列ストリングからパワーデバイスに提供され、それによって通常動作モードでバッテリを放電し、ここで、信号の受信、および感知されたパラメータに適用される動作基準、の少なくとも一方により、パワーシステムの通常動作モードにおいて、各安全スイッチがオフまたはオンになることが可能になる。
【０００９】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、電源は太陽電池パネルを備え、太陽電池パネルからの電力は、通常動作モードで直列ストリングからパワーデバイスに提供され、ここで、信号の受信、および感知されたパラメータに適用される動作基準、の少なくとも一方により、通常動作モードにおいて、太陽電池パネルが陰になっていない場合は各安全スイッチのそれぞれがオフになり、太陽電池パネルが陰になっている場合はオンになることが可能になる。
【００１０】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、直列ストリングの電圧は、電源の開回路電圧よりも低い。
【００１１】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、パワーシステムの通常動作モードで安全スイッチをオンまたはオフにするために、安全スイッチに動作電力が提供され、ここで、安全電圧ユニットの動作電力は、電源の少なくとも１つと、電源から独立した補助電源とから供給される。
【００１２】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、通常モードでの動作基準は、電源の電圧レベル、互いに対する電源の極性、直列ストリング内の電流レベル、直列ストリング内の電流の方向、または直列ストリングの電圧レベルを含む基準のグループから選択される。
【００１３】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、パワーシステムは、直列ストリングの切断、直列ストリングとパワーデバイスとの間の切断、パワーデバイスに接続されたグリッドの停止、漏れ電流、パワーデバイスの機能不全、回路ブレーカの遮断、またはパワーデバイスのシャットダウンの少なくとも１つにより、通常動作モードから安全動作モードに入る。
【００１４】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、直列ストリングの電圧は、電源の電圧のそれぞれの合計である。
【００１５】
パワーシステムのいくつかの態様によれば、パワーシステムは、パワーデバイスに接続された負荷をさらに含み、負荷は、ＡＣグリッド、ＤＣグリッド、変圧器、ＤＣ−ＡＣインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、またはＡＣ−ＤＣ整流器を含む負荷のグループから選択される。
【００１６】
本明細書で開示される例示的な実施形態は、パワーデバイスを横切って接続された複数の電源の直列ストリングを有するパワーシステムのための方法を含み、方法は、各電源を横切ってそれぞれ接続された複数の安全スイッチを含む複数の安全電圧ユニットを接続することを含む。この方法はまた、安全スイッチに適用される動作電力を監視することも含む。この方法は、電源の複数のパラメータを感知することをさらに含む。この方法は、安全電圧ユニットによって、パワーデバイスから送信された信号を監視することをなおもさらに含む。この方法は、所定の期間内の信号の検出と、通常動作モードに関連付けられる動作電力および感知の少なくとも一方とに応答して、各安全スイッチをオフに起動させることも含む。方法は、所定の期間内にパワーデバイスからの信号を検出しない場合、または異常動作モードに関連付けられる安全スイッチに印加された動作電力に基づいて、安全スイッチをオンに起動することによって各電源の電圧を所定の電圧レベル未満の電圧レベルまで下げることによって、パワーシステムの安全動作モードに入ることをさらに含む。
【００１７】
方法のいくつかの態様によれば、起動は、監視に応答して安全スイッチの少なくとも１つをオフからオンに切り替えることを含み、監視は、他の電源の他の極性に対するそれぞれの電源の逆極性を監視する。
【００１８】
方法のいくつかの態様によれば、低減により、電源の直列ストリングの各ポイントで安全な電圧レベルが確保される。
【００１９】
方法のいくつかの態様によれば、直列ストリングの電圧の低下は、安全スイッチの少なくとも１つをオンに起動し、それによってストリングの電圧を安全動作モードの安全な電圧レベルまで下げることにより達成され、ここで、安全動作モードにおいて、直列ストリングの電圧は各電源の開回路電圧よりも低く、動作電力は、電源の電圧レベルおよび電源の相互の極性、電流レベル、ならびに直列ストリング内の電流の方向、または直列ストリングの電圧レベル、を含む群から選択される。
【００２０】
方法のいくつかの態様によれば、感知は、直列ストリングの切断、および直列ストリングとパワーデバイスとの間の切断のうちの少なくとも１つを感知することを含む。
【００２１】
上記のように、この概要は、本書に記載されている特徴のいくつかの概要にすぎない。網羅的ではなく、特許請求の範囲を制限するものではない。
【００２２】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の記載、特許請求の範囲、および図面に関してより深く理解されるようになる。本開示は例として示され、添付の図によって限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】１つまたは複数の例示的な実施形態によるパワーシステムを示す。
【図１Ｂ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーモジュールなどのパワーデバイスに見られる回路を示す。
【図１Ｃ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、電力変換器のためのバック＋ブースト回路実装を示す。
【図１Ｄ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、電力変換器のバック回路実装を示す。
【図１Ｅ】１つまたは複数の例示的な実施形態によるパワーシステムを示す。
【図１Ｆ】１つまたは複数の例示的な実施形態によるパワーシステムを示す。
【図１Ｇ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の部分ブロック図、部分概略図である。
【図１Ｈ】１つまたは複数の例示的な実施形態による方法のフローチャートを示す。
【図１Ｉ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、結合回路、バイパススイッチ、およびバイパス回路内の回路のさらなる詳細を示す。
【図１Ｊ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、図１Ｉのバイパス回路内の回路のさらなる詳細を示す。
【図１Ｋ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路のための方法のフローチャートを示す。
【図１Ｌ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、図１Ｉに示されたバイパス回路の動作設計で行われた測定の過渡トレースを示す。
【図１Ｍ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、図１Ｉに示されるバイパス回路の定常状態測定トレースを示す。
【図１Ｎ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の定常状態測定トレースを示す。
【図１Ｏ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の部分回路図、部分概略図である。
【図１Ｐ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の部分回路図、部分概略図である。
【図１Ｑ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路のさらなる詳細を示す。
【図１Ｒ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、図１Ｈに示されるステップのさらなる詳細を示すフローチャートを示す。
【図１Ｓ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーシステムを示す。
【図１Ｔ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、多数のパワーデバイスおよび多数の発電機を含むパワーシステムの部分概略図、部分ブロック図である。
【図２】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスのブロック図である。
【図２Ａ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の実装の概略図である。
【図２Ｂ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の実装の概略図である。
【図２Ｃ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスの一部のブロック図である。
【図３】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスの部分概略図、部分ブロック図である。
【図３Ａ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路に接続された補助電力回路の部分概略図、部分ブロック図である。
【図３Ｂ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスの部分概略図、部分ブロック図である。
【図３Ｃ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の概略図である。
【図４】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスの部分概略図、部分ブロック図である。
【図４Ａ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパスを起動するように構成された選択回路の概略図である。
【図４Ｂ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパススイッチを起動させる方法のフローチャートを示す。
【図５】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路を作動させる方法のフローチャートを示す。
【図６Ａ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路の部分概略図、部分回路図を示す。
【図６Ｂ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、バイパス回路に含まれる回路の部分概略図、部分回路図を示す。
【図６Ｃ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスの部分概略図、部分ブロック図を示す。
【図６Ｄ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーデバイスの部分概略図、部分ブロック図を示す。
【図７Ａ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーシステムの部分概略図、部分ブロック図である。
【図７Ｂ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーモジュールに配置され接続され得る安全電圧ユニットのさらなる詳細を示す。
【図７Ｃ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、安全性を提供するためにパワーシステムに適用される方法のフローチャートを示す。
【図７Ｄ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、安全性を提供するためにパワーシステムに適用される方法のフローチャートを示す。
【図７Ｅ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、安全性を提供するためのパワーシステムに適用される方法のフローチャートを示す。
【図７Ｆ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーシステムを示す。
【図７Ｇ】１つまたは複数の例示的な実施形態による、図７Ｆのパワーシステムのさらなる詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
様々な例示的な実施形態の以下の記載において、本明細書の一部を形成し、本開示の態様を実施することができる様々な実施形態を例示として示す添付図面を参照する。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、構造的および機能的な修正を行うことができることを理解されたい。
【００２５】
序論として、１つまたは複数の実施形態の特徴は、例えば、パワーモジュール出力の直列接続におけるパワーモジュール出力で利用され得るパワーシステムおよびバイパス回路に向けられ得る。各パワーモジュールは１つまたは複数の直流（ＤＣ）電源に結合された入力を有し得る。直列接続は、負荷を横切って結合され得る。本明細書で開示されるバイパス回路の可能な特徴は、直列に結合されたパワーモジュール出力および／または電源出力の潜在的なバイパスを提供する連続バイパス動作を含み得る。いくつかの実施形態では、バイパス回路は、関連するＤＣ電源の低レベルの電力生成中にバイパス経路を提供し得る。いくつかの実施形態では、バイパス回路は、他のパワーモジュール出力と比較して少なくとも１つのパワーモジュールの出力で低電力が生成され得る場合にバイパス経路を提供し得る。いくつかの実施形態では、バイパス回路はスイッチを利用してもよく、パワーモジュールおよび／または電源の直列接続を通る高電流および低電流の両方について、他の受動または能動バイパスデバイスの使用と比較して低電力損失を有し得る。例示的なバイパス回路は、スイッチにバイアス電圧を提供または増加するように適合され得る追加の回路を含み得る。バイアス電圧により、スイッチのパワーモジュールおよび／または電源出力の直列接続によって通常提供される最小限の動作パラメータを下回るスイッチの動作が可能になり得る。
【００２６】
本文献の詳細な記載において使用される「多数の（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）」という用語は、いくつかの部品、要素、またはメンバーを有するまたは伴う特性を示す。本文献のクレームセクションで使用される「複数の（ａ  ｐｌｕｒａｌｉｔｙ  ｏｆ）」というクレーム用語は、用語「多数の」および／または他の複数形の使用を伴う記載における裏付けを見出す。他の複数形には、例えば、文字「ｓ」または「ｅｓ」のいずれかを追加して複数形を形成する規則名詞が含まれ、例えば、コンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の複数形はコンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ）であり、またはスイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）の複数形はスイッチ（ｓｗｉｔｃｈｅｓ）である。
【００２７】
本文献のクレームセクションで使用されるクレーム用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の使用を伴う記載における裏付けを見出す。
【００２８】
例示的な実施形態による、パワーシステム１００ａを示す図１Ａを参照する。接続構成１０４ａは、パワーモジュール１０３の入力端子に結合された直流（ＤＣ）出力端子を有する電源１０１を含む。接続構成１０４ｂは、パワーモジュール１０３の入力端子に結合された直列接続の直流（ＤＣ）出力端子を有する直列接続で結合された２つの電源１０１を含む。パワーモジュール１０３の出力は、パワーモジュール１０３出力の直列結合ストリングを形成するために直列に結合されてもよい。パワーモジュール１０３出力の直列結合ストリングは、システムパワーデバイス１３９の入力を横切って結合され得る総電圧出力Ｖストリングを有する。パワーモジュール１０３は、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータであり得る。代替として、総電圧出力Ｖストリングは負荷１０７を横切って結合されてもよい。パワーモジュール１０３の出力は、システムパワーデバイス１３９に必要な入力電圧（Ｖストリング）を提供するために、より多くのパワーモジュール１０３が追加され得る直列ストリングに結合されてもよい。システムパワーデバイス１３９は、例えば、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータであってもよく、または負荷１０７に電力を供給するＤＣ−交流（ＡＣ）インバータであってもよい。いくつかの実施形態では、システムパワーデバイス１３９は、電源の多数のストリング、安全装置（例えば接地事故検出器および／または安全スイッチ）、および／またはパワーシステム１００ａに関連する動作パラメータを測定、監視および／または報告するように構成された監視装置を組み合わせるためのコンバイナボックスであり得る。負荷１０７は、例えば、バッテリ、交流（ＡＣ）グリッド、ＤＣグリッド、またはＤＣ−ＡＣインバータであり得る。
【００２９】
接続構成１０４ａのパワーモジュール１０３の正（＋）出力端子は、別のパワーモジュール１０３の負（−）出力端子または接続構成１０４ｂのパワーモジュール１０３の負（−）出力端子に結合されてもよい。バイパスダイオードＢＰＤ１には、電源１０１のそれぞれの正（＋）出力端子に接続されたカソードと、電源１０１のそれぞれの負（−）出力端子に接続されたアノードが提供され得る。バイパスダイオードＢＰＤ１は、パワーモジュール１０３の出力を横切って同様に結合され得る。接続構成１０４ｂでは、それぞれのバイパスダイオードＢＰＤ１を含む２つの電源１０１が直列に接続されて電圧（Ｖ１＋Ｖ２）を提供する。次いで、電圧（Ｖ１＋Ｖ２）は、パワーモジュール１０３の端子ＣおよびＤでパワーモジュール１０３の入力に印加され得る。接続構成１０４ａにおいて、バイパスダイオードＢＰＤ１を有する単一の電源１０１は電圧Ｖ３を提供する。電圧Ｖ３は、パワーモジュール１０３の端子ＣおよびＤでパワーモジュール１０３の入力に印加される。接続構成１０４ａ／１０４ｂの多数の出力は、直列に配線されて、システムパワーデバイス１３９の入力に印加され得るストリング電圧（Ｖストリング）を与えることができる。
【００３０】
以下の記載において、電源１０１は、太陽電池（ＰＶ）発電機、例えば、ＰＶセル、ＰＶセルの直列ストリング、ＰＶセルの直列に結合されたＰＶストリングの並列接続、太陽電池またはソーラーパネル、ＤＣ発電機、バッテリ、または燃料電池であり得る。いくつかの実施形態では、例えば、電源１０１がＰＶサブストリングまたはＰＶセルなどの多数の直列に結合された電源を含む場合、バイパスダイオードＢＰＤ１は、各直列に結合された電源１０１に並列に結合された追加のダイオードによって置換または補完され得る。また、電源１０１のＤＣ電源は、例えばスイッチモードパワーサプライ、ダイナモまたはオルタネータから供給される整流または変換された交流（ＡＣ）源から得られてもよい。
【００３１】
バイパスダイオードＢＰＤ１の動作は、例として、電源１０１が太陽電池パネルであり得る場合に例示され得る。接続構成１０４ｂの電源は、影１５５で陰になって示されている。したがって、陰になった電源１０１の電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１およびＶ３に関して他の陰になっていないパネルに対して反対の極性を有し得る。反対の極性は、Ｉパネルの制限された電流の結果であり得、それにより、陰になっていないパネルは、電流をパワーモジュール１０３に流すことを試み得る。電流を流す試みは、バイパスダイオードＢＰＤ１が順方向バイアスをかけられることを引き起こし得る。したがって、バイパスダイオードＢＰＤ１の機能は、直列接続されたパワーモジュール出力１０３の直列ストリング内の陰になったパネルおよび／または機能しないパワーモジュール１０３出力をバイパスする機能を提供し得る。電源１０１の出力にバイパスダイオードＢＰＤ１がない場合、電圧Ｖ２は、電流Ｉパネルが実質的にゼロになるように電流Ｉパネルの流れに対抗し得る。実質的にゼロの電流Ｉパネルは、接続構成１０４ｂのパワーモジュール１０３が動作不能であり得、したがって、システムパワーデバイス１３９の入力への電流Ｉストリングおよび電圧Ｖストリングの両方が実質的にゼロであり得ることを意味する。
【００３２】
しかしながら、バイパスダイオードＢＰＤ１を使用すると、バイパスダイオードＢＰＤ１を横切ってＶ２の反対の極性が印加され、バイパスダイオードＢＰＤ１に順方向バイアスをかける可能性がある。電圧Ｖ１およびＶ３は、それぞれのバイパスダイオードＢＰＤ１に逆バイアスをかけることがある。バイパスダイオードＢＰＤ１に印加されるＶ２の順方向バイアスにより、陰になった電源１０１の出力で電流ＩパネルがバイパスダイオードＢＰＤ１のアノードからカソードに流れる。したがって、バイパスダイオードＢＰＤ１は、非動作中のまたは影１５５で陰になるパネルまたは電源１０１の周囲に電流導通の潜在的な並列経路を提供する。一般に、動作中のパネルはバイパスダイオードを横切って逆バイアス電圧を印加し、非動作中のパネルまたは陰になったパネルはバイパスダイオードＢＰＤ１を横切って順方向バイアス電圧を印加する。
【００３３】
バイパスダイオードＢＰＤ１は、パワーモジュール１０３の出力を横切って結合され得る。パワーモジュール１０３がパワーモジュール出力の直列ストリングで非アクティブになる場合、非アクティブパワーモジュール１０３を通過しようとする電流（Ｉストリング）が代替の並列経路を提供され得る。代替の並列経路は、バイパスダイオードＢＰＤ１を介した非アクティブなパワーモジュール１０３の出力の周りに存在し得る。非アクティブなパワーモジュール１０３の出力に電流（Ｉストリング）を強制するのではなく、電流（Ｉストリング）の流れによりバイパスダイオードＢＰＤ１が順方向にバイアスをかけられる可能性がある。バイパスダイオードＢＰＤ１の順方向バイアスにより、電流ＩストリングがバイパスダイオードＢＰＤ１のアノードからカソードに流される場合がある。したがって、バイパスダイオードＢＰＤ１は、結合されたパワーモジュール１０３出力の直列ストリング内の機能していないパワーモジュール１０３出力の周りに電流導通の潜在的な並列経路を提供し得る。
【００３４】
ここで図１Ｂを参照すると、図１Ｂは、例示的な実施形態によるパワーモジュール１０３などのパワーデバイス内に見出され得る回路を示している。パワーモジュール１０３は、図１Ａに示されているパワーモジュール１０３と同様または同一であり得る。いくつかの実施形態では、パワーモジュール１０３は、電力回路１３５を含み得る。電力回路１３５は、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バック／ブーストコンバータ、バック＋ブーストコンバータ、Ｃｕｋコンバータ、フライバック（Ｆｌｙｂａｃｋ）コンバータおよび／またはフォワードコンバータなどの直流電流−直流電流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ、または電荷ポンプを含み得る。いくつかの実施形態では、電力回路１３５は、マイクロインバータなどの直流電流−交流電流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータ（インバータとしても周知である）を含み得る。電力回路１３５は、２つの入力端子および２つの出力端子を有し得、これらは、パワーモジュール１０３の入力端子および出力端子と同一であり得る。いくつかの実施形態では、パワーモジュール１０３は、パワーデバイスが結合され得る電源から増大された電力を抽出するように構成された最大電力点追従（ＭＰＰＴ）回路１３８を含み得る。いくつかの実施形態では、電力回路１３５は、ＭＰＰＴ機能を含み得る。いくつかの実施形態では、ＭＰＰＴ回路１３８は、パワーデバイスが結合され得る電源から増大された電力を抽出するためにインピーダンス整合アルゴリズムを実装し得、パワーモジュール１０３は、マイクロプロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのコントローラ１０５をさらに含み得る。
【００３５】
さらに図１Ｂを参照すると、コントローラ１０５は、共通バス１９０を介してパワーデバイス１０３の他の要素を制御し、および／またはその要素と通信し得る。いくつかの実施形態では、パワーデバイス１０３は、パラメータを直接測定するように構成された回路および／またはセンサおよび／またはセンサインターフェース１２５を含み得、または電源上もしくは電源の近くで、電源によって出力された電圧および／もしくは電流ならびに／または電源によって出力された電力などのパラメータを測定するように構成された結合センサおよび／またはセンサインターフェース１２５から測定パラメータを受信し得る。いくつかの実施形態では、電源は、太陽電池（ＰＶ）セルを含む太陽電池（ＰＶ）発電機であり得、センサもしくはセンサインターフェースは、ＰＶセルによって受光された放射照度の測定値、および／またはＰＶ発電機上またはＰＶ発電機近くの温度を直接測定し、または受信し得る。
【００３６】
さらに図１Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、パワーデバイス１０３は、他のデバイスからのデータおよび／またはコマンドを送信および／または受信するように構成された通信インターフェース１２９を含み得る。通信インターフェース１２９は、電力線通信（ＰＬＣ）技術、音響通信技術、またはさらに別の技術、例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラー通信、もしくは他の無線方法を使用して通信し得る。いくつかの実施形態では、パワーモジュール１０３は、１つまたは複数のセンサ／センサインターフェース１２５によって取得された測定値の記録を取って、コード、動作プロトコル、または他の動作情報を記憶するために、メモリ１２３を含み得る。メモリ１２３は、フラッシュメモリ、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ソリッドステートデバイス（ＳＳＤ）、または他のタイプの適切なメモリデバイスであり得る。
【００３７】
さらに図１Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、パワーデバイス１０３は、安全装置１６０（例えば、ヒューズ、回路ブレーカ、および残留電流検出器）を含み得る。安全装置１６０は、受動的または能動的であり得る。例えば、安全装置１６０は、パワーデバイス１０３内に配置される１つまたは複数の受動的なヒューズを含み得、ヒューズのエレメントは、ヒューズの定格を超える過電流が流れたときに融解して破壊し、その結果、損傷を防ぐためにパワーデバイス１０３の一部を切断するように設計され得る。いくつかの実施形態では、安全装置１６０は、コントローラ（例えば、コントローラ１０５または外部コントローラ）からコマンドを受信してパワーデバイス１０３の一部を短絡させるおよび／または切断するように構成された、またはセンサによって測定された測定値（例えば、センサ／センサインターフェース１２５によって測定または取得された測定値）に応答してパワーデバイス１０３の一部を短絡させるおよび／または切断するように構成された能動的な切断スイッチを含み得る。いくつかの実施形態では、パワーデバイス１０３は、パワーデバイス１０３に結合された電源から電力を受け取り、他の回路部品（例えば、コントローラ１０５、通信インターフェース１２９等）を作動させるのに適した電力を出力するように構成された補助電力回路１６２を含み得る。パワーモジュール１０３の様々な構成要素間の通信、電気的結合、および／またはデータ共有は、共通バス１９０を介して実行され得る。
【００３８】
図１Ｃを参照すると、図１Ｃは、１つまたは複数の例示的な実施形態による電力回路１３５用のバック＋ブースト回路実装を示している。電力回路１３５用のバック＋ブースト回路実装は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４に金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を利用する。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４のソースは第１の端子と呼ばれ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４のドレインは第２の端子と呼ばれ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４のゲートは第３の端子と呼ばれる。コンデンサＣｉｎは、バック＋ブースト回路の正（＋）および負（−）入力端子ＣおよびＤを横切って並列に結合され得、ここで電圧はＶＩＮで表すことができる。コンデンサＣｏｕｔは、バック＋ブースト回路の正（＋）および負（−）出力端子ＡおよびＢを横切って並列に結合され得、ここで電圧はＶＯＵＴで表すことができる。スイッチＳ３およびＳ２の第１の端子は、バック＋ブースト回路の共通の負（−）の出力端子および入力端子に結合し得る。スイッチＳ１の第２の端子は、正（＋）の入力端子に結合し得、スイッチＳ１の第１の端子は、スイッチＳ３の第２の端子に結合し得る。スイッチＳ４の第２の端子は、正（＋）の出力端子に結合し得、スイッチＳ４の第１の端子は、スイッチＳ２の第２の端子に結合し得る。インダクタＬ１は、スイッチＳ３の第２の端子とスイッチＳ４の第２の端子との間に結合し得る。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４の第３の端子は、コントローラ１０５（図１Ｃには図示せず）に動作可能に接続され得る。
【００３９】
スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４は、半導体デバイス、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、ダーリントン（Ｄａｒｌｉｎｇｔｏｎ）トランジスタ、ダイオード、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、Ｄｉａｃ、Ｔｒｉａｃ、または当技術分野で既知の半導体スイッチを使用して実装され得る。例として、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４は、バイポーラ接合トランジスタを使用して実装され得、この場合、コレクタ、エミッタ、およびベースは、上記で説明および定義した第１の端子、第２の端子、および第３の端子を指すことができる。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４は、手動スイッチなどの機械的スイッチ接点または例えばリレーなどの電気機械式スイッチを使用して実装され得る。同様に、パワーモジュール１０３の実装は、例えば、バック回路、ブースト回路、バック／ブースト回路、フライバック回路、フォワード回路、電荷ポンプ、Ｃｕｋコンバータ、またはパワーモジュール１０３の入力の電力をパワーモジュール１０３の出力に変換するために利用され得る任意の他の回路を含み得る。
【００４０】
パワーモジュール１０３は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）回路（例えばＭＰＰＴ１３８）を含むか、それに動作可能に取り付けられてもよい。ＭＰＰＴ回路はまた、コントローラ１０５または一次コントローラとして指定され得るパワーモジュール１０３に含まれる別のコントローラ１０５に動作可能に結合され得る。パワーモジュール１０３の一次コントローラは、二次コントローラとして知られるコントローラを含み得る１つまたは複数の他のパワーモジュール１０３を通信可能に制御し得る。一次／二次の関係が確立されると、制御の方向は一次コントローラから二次コントローラになり得る。一次および／または中央コントローラ１０５の制御下にあるＭＰＰＴ回路は、電源１０１からの電力抽出を増加させるため、および／または負荷１０７に供給される電圧および／または電流を制御するために利用され得る。
【００４１】
図１Ｄを参照すると、図１Ｄは、１つまたは複数の例示的な実施形態による、電力回路１３５のバック回路実装を示す。電力回路１３５のバック回路実装は、スイッチＳ１およびＳ３に金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を利用する。スイッチＳ１とＳ３のソースは第１の端子と呼ばれ、Ｓ１とＳ３のドレインは第２の端子と呼ばれ、Ｓ１とＳ３のゲートは第３の端子と呼ばれる。コンデンサＣｉｎは、バック回路のそれぞれの正（＋）および負（−）の入力端子ＣおよびＤを横切って並列に結合され得、ここで電圧はＶＩＮで示され得る。バック回路の出力端子ＡおよびＢは、出力電圧ＶＯＵＴを有するものとして示されてもよい。スイッチＳ３の第１の端子は、バック回路の共通の負（−）出力および入力端子に結合し得る。スイッチＳ１の第２の端子は正（＋）入力端子に結合し得、スイッチＳ１の第１の端子はスイッチＳ３の第２の端子に結合し得る。インダクタＬ１は、スイッチＳ３の第２の端子と端子Ａとの間にそれぞれ結合し得る。スイッチＳ１およびＳ３の第３の端子は、コントローラ１０５（図１Ｄには図示せず）に動作可能に結合され得る。
【００４２】
次に、例示的な実施形態による、パワーシステム１００を示す図１Ｅを参照する。電力収穫システム１００は、電力収穫システム１００ａと類似し得るが、バイパスダイオードＢＰＤ１を含まない可能性がある。バイパスダイオードＢＰＤ１の代わりに、またはそれに加えて、端子ＡとＢを有するバイパス回路１１５がパワーモジュール１０３の出力端子を横切って結合され得る。バイパス回路１１５は、端子ＡとＢの間にスイッチを提供し、それによりスイッチがオンの場合、実質的に短絡回路が端子ＡとＢの間に存在し、スイッチがオフの場合、端子ＡとＢの間に実質的に開回路が存在する。本明細書に開示する例示的な実施形態によるバイパス回路１１５は、受動的なバイパスダイオード（例えばＢＰＤ１）と比べて特定の利点を提供し得る。
【００４３】
例示的な実施形態による、パワーシステム１００ｂを示す図１Ｆを参照する。直列に接続された接続構成１０４ａおよび１０４ｂの多数のストリングが図１Ｅに示されている。ストリングは、システムパワーデバイス１３９の入力を横切って並列に接続され、システムパワーデバイス１３９への電圧入力はＶストリングして示されている。システムパワーデバイス１３９は、負荷１０７に電力を供給する直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータであってもよいし、ＤＣ−交流（ＡＣ）インバータであってもよい。電力収穫システム１００ｂは、電力収穫システム１００に類似し得るが、バイパスダイオードＢＰＤ１を含まない場合がある。バイパスダイオードＢＰＤ１の代わりに、またはそれに加えて、図１Ｅに示すように、端子ＡおよびＢを有するバイパス回路１１５は、接続構成１０４ａおよび１０４ｂに実装されてもよい。一般に、多数の接続構成１０４ａ／１０４ｂの任意の数の接続の組み合わせは、例えば、ある接続構成が太陽電池パネルを有し、別の接続構成が風力ＤＣ発電機を有するように、異なるタイプのＤＣ電源１０１を含むことができる。
【００４４】
ここで、例示的な実施形態による、バイパス回路１１５の部分的に概略的な、部分的ブロック図である図１Ｇを参照する。回路１１１の出力は、結合ユニット１２０ａによって結合回路１２０に結合し得る。結合ユニット１２０ａは、結合回路１２０の一部、回路１１１の出力の一部、および／または結合回路１２０と回路１１１の両方の一部とすることができる。結合ユニット１２０ａは、結合が回路１１１の出力と結合回路１２０との間の回路を介してフィードバック経路を提供することを可能にし得る。結合は、回路１１１の出力と結合回路１２０との間の直接的な電気接続および／または結合回路であり得る。あるいは、結合は、回路１１１の出力と結合回路１２０との間の容量結合であり得る。あるいは、結合は、回路１１１の出力と結合回路１２０との間の誘導結合であり得る。誘導結合は、２つのインダクタ間で共有される共通の直接電気接続点を含み得る２つのインダクタ間の相互誘導結合を含み得る。あるいは、誘導結合は、両方ともコアに巻かれた２つのインダクタを有し得る。コアにより、２つのインダクタ間のトランス結合配置が可能になり、それにより２つのインダクタ間で共通の直接的な電気接続点が共有されなくなる。
【００４５】
結合回路１２０の出力は、スイッチＢＰ１の入力に結合し得る。結合回路１２０の出力は、スイッチＢＰ１がオンまたはオフのいずれかになるようにすることができる。スイッチＢＰ１の極は、回路１１１の入力を横切って結合され得る端子ＡおよびＢに結合し得る。端子ＡおよびＢはまた、パワーモジュール１０３（明示せず）の出力端子を横切って結合し得る。スイッチＢＰ１がオンの場合；パワーモジュール１０３が機能していない可能性があり、ストリング電流ＩストリングがスイッチＢＰ１を流れる可能性がある。スイッチＢＰ１がオフの場合；パワーモジュール１０３は機能する可能性があり、ストリング電流Ｉストリングはパワーモジュール１０３の出力を通って流れる可能性がある。スイッチＢＰ１はＭＯＳＦＥＴとして示され、ここでダイオードＰＤ１はＭＯＳＦＥＴのドレインとソースを横切って結合される。ダイオードＰＤ１は、ＭＯＳＦＥＴの構造の結果として、ＭＯＳＦＥＴの固有の部分である場合がある。ＭＯＳＦＥＴの構造は、ドレインとソースの間に結合された固有のｐ−ｎ接合（ダイオード）を有し得る。ＭＯＳＦＥＴの固有のｐ−ｎ接合（ダイオード）は、ボディダイオードまたは寄生ダイオードと呼ばれることもある。端子ＡとＢの間に固有のｐ−ｎ接合（ダイオード）を持たない他の半導体デバイスをスイッチＢＰ１に使用することができ、この場合、ダイオードを端子ＡとＢを横切って追加で結合することができる。追加のスイッチワイヤＣ１１が結合回路１２０と回路１１１との間に接続し得る。
【００４６】
スイッチＢＰ１は、電力回路１３５にすでに存在する可能性のあるスイッチを使用して実装することができる。電力回路１３５のバック＋ブースト回路を示す図１Ｃを参照すると、ＢＰ１はノードＡおよびＢを横切るスイッチＳ２およびＳ４を使用して実装することができる。同様に、電力回路１３５のバック回路を示す図１Ｄを参照すると、スイッチＢＰ１は、インダクタＬ１を介してノードＡおよびＢを横切るスイッチＳ３を使用して実装することができる。図に続く記載において、スイッチを横切って結合されて示されるダイオードは、スイッチに固有のものであるか、スイッチを横切って追加的に結合され得る。
【００４７】
次に、再び図１Ｇをおよび図１Ｈを参照する。図は、例示的な実施形態による方法１０００のフローチャートを示している。方法１０００のフローチャートを使用して、図１Ｇに示されるバイパス回路１１５の部分的に概略的な、部分的ブロック図の動作を説明する。方法１０００のフローチャートは、以下により詳細に記載されるバイパス回路１１５内の結合回路１２０、スイッチＢＰ１および回路１１１を含む相互接続されたアナログ回路の動作を記載するためにも使用される。したがって、方法１０００のステップおよび実際に以下に記載される他の方法のステップは、バイパス回路１１５内の結合回路１２０、スイッチＢＰ１および回路１１１への結合を含み得るバイパススイッチの動作を感知および制御するためのマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラおよび関連アルゴリズムの使用などのデジタル手法の使用を排除しない可能性がある。方法１０００のステップおよび実際に以下に記載される他の方法のステップは、アナログとデジタルの両方の手法を組み合わせた任意の数の実装の使用を排除しない可能性がある。
【００４８】
したがって、方法１０００のステップ、以下に記載する方法、および特に決定ステップ１００５および１００９などの決定ステップは、結合回路１２０、スイッチＢＰ１および回路１１１をバイパス回路１１５に実装するために以下で使用されるアナログ回路の構成により行うことができる。構成は、バイパス回路１１５内の結合回路１２０、スイッチＢＰ１、および回路１１１の回路設計の一部として、コンポーネント値、コンポーネントのタイプ、およびコンポーネントの相互接続の計算および選択を含み得る。したがって、構成は、電源１０１および／またはパワーモジュール１０３が正しく機能する通常の動作パラメータに基づき得る、または上述のパワーシステム１００ａ／１００および以下に記載するパワーシステムの非通常の動作パラメータに対応し得る。したがって、以下に記載する決定ステップの決定局面に関する構成は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１のバイパスを提供するようにパワーモジュール１０３および／または電源１０１のブレークダウンまたは故障などのイベントに対して応答的なアナログ回路のようなものであり得る。この点に関して、バイパス回路１１５および以下に記載する他のアナログバイパス回路の実施形態に関する構成は、方法１０００のステップがパワーシステム１００ａ／１００の連続的に変化する動作パラメータに応答して実行されるように、実質的にほとんどの時間、起動および／または作動されるように考えられ得る。バイパス回路１１５が実質的にほとんどの時間起動されるためのパワーシステム１００ａ／１００の連続的に変化する動作パラメータは、起動のための電力が、直列接続されたパワーモジュール１０３の出力のストリング、モジュール１０３および／または電源１０１、モジュール１０３および／または電源１０１からの部分電力から提供されるか、または電力が補助電源から供給される（例えば、補助電力回路１６２からの補助電力）場合であり得る。したがって、実質的にほとんどの時間起動されていると見なされる場合、バイパス回路１１５および以下に記載する他のアナログバイパス回路の実施形態は、それぞれステップ１００５／１００７でスイッチＢＰ１を起動（オン）することを、または各ステップ１００９／１０１１でスイッチＢＰ１を停止（オフ）することを決定するためにセンサ１２５、コントローラ１０５および関連アルゴリズムを必要としないかもしれない。したがって、実質的にほとんど時間起動されていることからのバイパス回路１１５および以下に記載する他のアナログバイパス回路の実施形態の停止を有効にする方法は、スイッチＢＰ１がオフでありおよび／またはそれによって停止されるように、コントローラがドライバ回路１７０を使用してスイッチＢＰ１のゲートに電圧を印加することである。
【００４９】
構成はまた、パワーモジュール１０３および／または電源１０１のバイパスを除去するようにパワーモジュール１０３および／または電源１０１が通常の動作に戻るようなイベントに応答するように、以下に記載する決定ステップの決定局面を与えてもよい。
【００５０】
以下の考察は、非限定的な例として、電源１０１がパワーモジュール１０３の入力に結合された太陽電池パネルであり、パワーモジュール１０３の出力が直列に結合されたパワーシステム１００などのパワーシステムを使用する。以下の記載は、パワーモジュール１０３を参照しているが、電源１０１にも等しく適用され得る。この点に関する構成は、例えば、直列に接続されたパワーモジュール１０３出力のストリングに存在する電圧および電流を考慮し得る。
【００５１】
ステップ１００３において、スイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３出力の直列ストリングが存在し得るパワーモジュール１０３の出力を横切って結合され得る。パワーモジュール１０３が適切に機能している場合、スイッチＢＰ１は非アクティブ（オフ）である。あるいは、スイッチＢＰ１は、電源１０１の出力を横切って結合されてもよい。
【００５２】
決定ステップ１００５で、ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１が正しく機能していないことの表示であり得る。構成に従った表示により、機能不全を起こしているパワーモジュール１０３の出力がバイパスされるようにスイッチＢＰ１のその後の起動（ステップ１００７）がオンにされ得る。そうでなければ、スイッチＢＰ１のバイパス機能が非アクティブになるように、スイッチＢＰ１はオフのままである（ステップ１００３）。
【００５３】
正しく機能していないパワーモジュール１０３は、例えば、パネルが陰るか、パワーモジュール１０３内のコンポーネントの故障の結果であり得る。そのため、非アクティブなパワーモジュール１０３の出力を通る電流の流れ（Ｉストリング）が制限され得る。電流の流れが制限された結果として、ストリング内の他のパワーモジュール１０３の電圧出力は、それらの出力および非アクティブなパワーモジュール１０３の出力に電流を押し通そうと試みる場合がある。電流の電流フローを押し通す試みは、他のパワーモジュール１０３の電圧出力の増加によって引き起こされる可能性があり、それはダイオードＰＤ１を順方向にバイアスさせる可能性がある。一方、パワーモジュール１０３の通常動作が存在する場合、ダイオードＰＤ１とスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴは逆バイアスされる（ＭＯＳＦＥＴはオフである）。ダイオードＰＤ１の順方向バイアスにより、ダイオードＰＤ１の最初のバイパス電流導通において、ストリング電流ＩストリングがダイオードＰＤ１のアノードからカソードに流され得る。
【００５４】
ダイオードＰＤ１の最初のバイパス電流導通とダイオードＰＤ１の順方向電圧降下が回路１１１の入力に印加され、これは回路１１１の発振を引き起こす可能性がある。回路１１１の出力発振は、結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１の入力にフィードバックされ得る。結合回路１２０の出力は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲート（ｇ）に接続する。スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される結合回路１２０の出力は、ステップ１００７でスイッチＢＰ１が起動されるように、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオンに切り換えるのに十分であり得る。
【００５５】
決定ステップ１００９で、非アクティブなパワーモジュール１０３が非アクティブのままである場合、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴはオンのままであり、それによりステップ１００７でスイッチＢＰ１はアクティブのままである。しかしながら、パワーモジュール１０３がアクティブになり始めると、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方が逆バイアスされる。例えば、パワーモジュールに結合されたパネルが陰にならないため、パワーモジュール１０３がアクティブになり得る。端子ＡおよびＢで回路１１１の入力に印加されるスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧により、回路１１１の発振が停止され得る。結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１の入力へフィードバックされる回路１１１の出力発振の停止は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオフに切り換えるのに十分であり得、その結果、スイッチＢＰ１はステップ１０１１で停止される。ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧の低下はＭＯＳＦＥＴをオフにし得る。あるいは、コントローラ１０５または他の何らかのコントローラの制御下にあるセンサ１２５は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴおよびダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧を感知し得る。逆バイアスが感知される結果として、スイッチＢＰ１がオフに切り替えられ得、ドライバ回路からの電力がパワーモジュール１０３のスイッチに再供給され、パワーモジュール１０３が正常に機能できるようになる。パワーモジュール１０３が正常に機能しているため、スイッチＢＰ１はここで非アクティブ（オフ）であるが、依然として端子ＡおよびＢで結合されている（ステップ１００３）。
【００５６】
ここで図１Ｉを参照すると、図１Ｉは、例示的実施形態による、バイパス回路１１５内の結合回路１２０、スイッチＢＰ１、および回路１１１のさらなる詳細を示す。結合回路１２０は、抵抗器Ｒ３の第１の端部および抵抗器Ｒ４の第１の端部に結合された出力を有するバイアスおよびドライバ回路１７０を含み得る。抵抗器Ｒ３の第２の端部は、スイッチワイヤＣ１１を介して、ダイオードＤ１のカソード、コンデンサＣ３の第１の端部、およびスイッチＱ３のゲート（ｇ）に結合し得る。抵抗器Ｒ４の第２の端部は、コンデンサＣ３の第２の端部および端子Ｂに結合し得る。コンデンサＣ３の第２の端部は、インダクタＬ３の第１の端部に結合し得、インダクタＬ３の第２の端部は、ダイオードＤ１のアノードに結合し得る。スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）は、抵抗器Ｒ３およびＲ４の第１の端部に結合し得る。スイッチＢＰ１のドレイン（ｄ）は、端子ＢでダイオードＰＤ１のカソードに結合して、リターン接続ＲＥＴ１を提供する。ダイオードＰＤ１のアノードは、スイッチＢＰ１のソース（ｓ）、スイッチＱ３に属するダイオードＢＤ２のアノード、およびスイッチＱ３のソース（ｓ）に結合し得る。スイッチＱ３のドレイン（ｄ）は、ダイオードＢＤ２のカソードと回路１１１のインダクタＬ１の第１の端部とを結合し得る。スイッチＢＰ１は、ダイオードＰＤ１を含み得るまたはダイオードを含まないかもしれない金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり得る。同様に、スイッチＱ１、Ｑ２、およびＱ３は、ダイオードＢＤ２のようなダイオードを含む、またはダイオードを含まないかもしれないＭＯＳＦＥＴであり得る。
【００５７】
回路１１１において、インダクタＬ１の第２の端部は、スイッチＱ１およびＱ２のドレイン（ｄ）に結合し得る。Ｑ１とＱ２のソース（ｓ）を結合して、リターン接続ＲＥＴ２を提供することができる。抵抗器Ｒ１の第１の端部は、スイッチＱ１のゲートとスイッチＱ１のソース（ｓ）との間に結合し得る。抵抗器Ｒ２の第１の端部は、スイッチＱ２のゲートとスイッチＱ２のソース（ｓ）との間に結合し得る。スイッチＱ１のゲート（ｇ）は、コンデンサＣ２の第１の端部に結合し得る。コンデンサＣ２の第２の端部は、インダクタＬ２の第１の端部およびコンデンサＣ１の第１の端部に結合し得る。インダクタＬ２の第２の端部は、リターン接続ＲＥＴ３を提供し得る。コンデンサＣ１の第２の端部は、スイッチＱ２のゲートに結合し得る。リターン接続ＲＥＴ１、ＲＥＴ２、およびＲＥＴ３は一緒に結合して、スイッチＢＰ１のソース（ｓ）でターミナルＢに対して分離し得るリターン経路を形成し得る。バイパス回路１１５のリターン経路と端子Ｂの間の分離は、パワーモジュール１０３の出力を横切るバイパス回路１１５の一体化とともに、端子ＢとインダクタＬ１の間にスイッチＱ３とダイオードＢＤ２を配置することにより達成することができる。スイッチＢＰ１、Ｑ２およびＱ３は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり得、スイッチＱ１は、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）であり得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、インダクタＬ１、Ｌ２、およびＬ３は、同じ磁気コア上で相互に結合されてもよい。実際には、インダクタＬ１からＬ２への結合、次いでインダクタＬ２からＬ３への結合は、図１Ｇに示される結合ユニット１２０ａの可能な機能を提供し、これは回路１１１の出力と結合回路１２０との間の結合を可能にする。したがって、インダクタＬ１を横切る回路１１１の出力は、インダクタＬ１とインダクタＬ３との間の相互インダクタンスを介して結合回路１２０の入力に結合し戻され得、インダクタＬ１とインダクタＬ２との間の相互結合を介してインダクタＬ２に結合され得る。インダクタＬ１とインダクタＬ２との間の相互インダクタンスとインダクタＬ２に誘導される電圧は、それぞれのコンデンサＣ２およびＣ１の結合を介してスイッチＱ１とＱ２のゲート（ｇ）を駆動する。インダクタＬ１とインダクタＬ２およびＬ３との間の相互結合は、インダクタＬ２およびＬ３がインダクタＬ１が有するよりも多くの共通の磁気コアを横切る巻き線数を有するため、インダクタＬ２およびＬ３に誘導される電圧が変圧器方程式（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）：
ＶＬ１／ＶＬ２＝ＮＬ１／ＮＬ２
および
ＶＬ１／ＶＬ３＝ＮＬ１／ＮＬ３
によってより高くなるようなものであり得、
式中、ＶＬ１、ＶＬ２およびＶＬ３はインダクタＬ１、Ｌ２およびＬ３の各電圧であり、ＮＬ１、ＮＬ２およびＮＬ３はインダクタＬ１、Ｌ２およびＬ３の各巻き線数である。
【００５９】
巻き線数ＮＬ２およびＮＬ３がより多いためにインダクタＬ２およびＬ３に誘導される電圧が大きくなると、スイッチＢＰ１、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３の動作が可能になり得るが、より大きな電圧が誘導されない場合、スイッチＢＰ１、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３は動作できない可能性がある。
【００６０】
回路１１１のインダクタＬ２とコンデンサＣ１およびＣ２は、コルピッツ発振器として機能する。
【００６１】
振動の周波数は：
【数１】
2020074661.tif 000003
によって与えられる。
【００６２】
回路１１１の発振周波数が１〜４キロヘルツ（ＫＨｚ）になり得るように、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３、コンデンサＣ１およびＣ２を選択することができる。したがって、回路１１１の低周波発振は、Ｑ１、Ｑ２、およびＱ３のスイッチングでの低損失を提供し得る。あるいは、回路１１１がハートレー発振器として実装され得るように、コンデンサＣ１を別のインダクタで置き換えることができる。結合回路１２０のインダクタＬ３は、回路１１１のインダクタＬ１およびＬ２と同じコア上に構築することができ、ダイオードＤ１は、インダクタＬ３と回路１１１のインダクタＬ１およびＬ２との間の相互結合のおかげであり得るインダクタＬ３に誘導される電圧を整流するために使用され得る。整流されたパルスは、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲート（ｇ）とソース（ｓ）との間の電圧（Ｖｇｓ）を駆動して、ステップ１００７でスイッチＢＰ１の連続導通のためにスイッチＢＰ１をオンにし得る。
【００６３】
例示的な実施形態による、図１Ｇに示されるバイパス回路１１５内の結合回路１２０、スイッチＢＰ１、および回路１１１のさらなる詳細に適用される方法１０００とともに、図１Ｆを再び参照する。ステップ１００３で、スイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３出力の直列ストリングが存在し得るパワーモジュール１０３の出力を横切って結合され得る。スイッチＢＰ１は、ステップ１００３においてアクティブではない。
【００６４】
決定ステップ１００５で、具体的には、ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１が正しく機能していないことの表示であり得る。その結果、非アクティブなパワーモジュール１０３の出力を通る電流の流れ（Ｉストリング）が制限され得る。電流の流れが制限された結果として、ストリング内の他のパワーモジュール１０３の電圧出力は、それらの出力および非アクティブなパワーモジュール１０３の出力に電流を押し通すことを試みる場合がある。電流の流れを押し通す試みは、他のパワーモジュール１０３の電圧出力の増加によって引き起こされる可能性があり、それによりダイオードＰＤ１が順方向にバイアスされ、電流の第１のバイパス電流導通がダイオードＰＤ１を介して生じる。ダイオードＰＤ１が順方向バイアスになる、ダイオードＢＤ２も順方向にバイアスされる。ダイオードＢＤ２の順方向バイアスにより、回路１１１を利用してスイッチＢＰ１の連続動作を開始することができる。回路１１１の動作の詳細な記載は、以下の記載で後述する。
【００６５】
ステップ１００７で、回路１１１はスイッチＢＰ１の連続動作を開始し得る。ダイオードＰＤ１が導通するとすぐに、Ｑ２および／またはＱ１がオンになり得、回路１１１はスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴがオンになるようにスイッチＢＰ１の連続動作を維持し得、その結果、スイッチＢＰ１のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）の間の電圧（Ｖｄｓ）は低いまま、例えば約１０ミリボルト（ｍＶ）から実質的に最大２００ｍＶである。スイッチＢＰ１の１０ｍＶのＶｄｓと、２５アンペアのストリング電流Ｉストリングをバイパスするためのバイパスダイオードの順方向電圧降下０．７Ｖを比較すると、それぞれ０．２５ワットおよび１７．５ワットのバイパス電力損失が生じる。したがって、バイパス回路１１５および以下に記載する他のバイパス回路の実施形態のスイッチＢＰ１の動作は、バイパス自体による大きな損失を招くことなく、電源および／または他の回路要素のバイパスを可能にし得る効率的なバイパス回路を提供する。例えば、バイパスダイオードの使用を含む可能性のあるバイパスを提供する他の方法と比較すると、大きな損失を招くことなく電源および／または他の回路要素をバイパスすることは重要であり得る。
【００６６】
ステップ１００７で、リターン接続ＲＥＴ１、ＲＥＴ２およびＲＥＴ３は、一緒に結合して、スイッチＢＰ１のソース（ｓ）で端子Ｂで提供されるものと別個のリターン経路であり得るリターン経路を形成し得る。リターン経路と結合回路１２０および回路１１１の間の端子Ｂとの間の分離は、スイッチＱ３およびダイオードＢＤ２によるものであり得る。その結果、回路１１１の発振は、スイッチＱ２および／またはＱ１のドレイン上に構築され得る一方、発振のリターン経路は、スイッチＱ２および／またはＱ１のソース（ｓ）上に提供され得る。
【００６７】
決定ステップ１００９で、非アクティブなパワーモジュール１０３が非アクティブのままである場合、ステップ１００７でスイッチＢＰ１が起動されたままであるようにスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴはオンのままである。決定ステップ１００９で、スイッチＢＰ１がステップ１００７で起動されたままである場合、ドライバ回路１７０からの電力は、非アクティブなパワーモジュール１０３への供給から隔離されてもよい。しかしながら、パワーモジュール１０３がアクティブになり始めると、例えばパネルが陰らなくなりこれがセンサ１２５によって感知され得ると、ドライバ回路１７０からの電力がパワーモジュール１０３のスイッチに再供給されることが許可され得、パワーモジュール１０３の機能が許可される。この時点で、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１、およびダイオードＢＤ２の両方が逆バイアスをかけられる可能性がある。ダイオードＢＤ２のアノードで回路１１１の入力に印加されるスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧により、回路１１１の発振が停止する可能性がある。結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１の入力へフィードバックされる回路１１１の出力発振の停止は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオフに切り換えるのに十分であり得、そのため、スイッチＢＰ１は、ステップ１０１１で停止される。あるいは、コントローラ１０５または他のコントローラの制御下にあるセンサ１２５は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧を感知し得る。逆バイアスが感知される結果として、スイッチＢＰ１がオフに切り替えられ得、ドライバ回路１７０からの電力がパワーモジュール１０３のスイッチに再供給されて、パワーモジュール１０３が正常に機能できるようにすることができる。スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧が低下すると、ＭＯＳＦＥＴはオフにされる。パワーモジュール１０３が正常に機能している状態で、スイッチＢＰ１はここで非アクティブ（オフ）であるが、依然として端子ＡおよびＢで結合されている（ステップ１００３）。
【００６８】
回路１１１の動作
ここで図１Ｊおよび図１Ｋを参照すると、これらはそれぞれ、例示的な実施形態による、回路１１１およびステップ１００７のフローチャートをより詳細に示す。パワーモジュール１０３が動作していない場合、ステップ１００７が発生し、スイッチＢＰ１は、非アクティブなパワーモジュール１０３の出力周辺の経路の直列ストリング（Ｉストリング）に電流を引き込む。回路１１１は、図１Ｇに関して記載したものと同じでもよく、バイパススイッチＢＰ１に結合され得る。スイッチＱ１とＱ２は、それぞれ抵抗器Ｒ１とＲ２でバイアスされ得る。スイッチＢＰ１がオフで、パワーモジュール１０３がステップ１０１１で正しく動作しているときの回路１１１の動作において、スイッチＱ３およびダイオードＢＤ２は、バイパススイッチＢＰ１を通る漏れ電流をブロックし得、端子Ａの電圧が端子Ｂの電圧を大幅に上回り得る場合、バイパススイッチＢＰ１を横切る逆電圧をブロックし得る。逆に、ステップ１００７でパワーモジュール１０３が動作していない場合、スイッチＱ３は、ダイオードＤ１によって提供される整流出力によって動作するため、スイッチＱ３がオンであり得る場合、ダイオードＢＤ２はスイッチＱ３によってバイパスされる。ステップ１００７中にスイッチＱ３をオフにすると、バイパススイッチＢＰ１を通る漏れ電流のブロックがもたらされる。スイッチＱ３がオンであることは、回路１１１が発振するための余裕を与えるために、スイッチＢＰ１がオンにされ、ステップ１００７の間オンに維持される結果として、端子ＡおよびＢを横切る電圧の降下をさらに補償し得る。以下の記載を簡略化するために、スイッチＱ３とその動作は無視され、オンであると見なされる。
【００６９】
決定ステップ１２０３において、他の電源１０１およびパワーモジュール１０３出力の直列ストリングのそれぞれのパワーモジュール１０３と比較して、電源１０１および各パワーモジュール１０３によって低電力が生成されている場合、したがって、第１のバイパス電流導通はダイオードＰＤ１を介している可能性がある。同様に、電源１０１およびそれぞれのパワーモジュール１０３に障害がある場合、第１のバイパス電流導通はダイオードＰＤ１を介している可能性がある。
【００７０】
決定ステップ１２０５で、ダイオードＢＤ２がダイオードＰＤ１と同様に順方向にバイアスされるため、第１のバイパス電流導通によりインダクタＬ１を横切って電圧ＶＬ１が誘導される場合がある。ステップ１２０５で、バイパススイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３の出力電圧（ＶＡＢ）に対して正にバイアスされ得る。パワーモジュール１０３の出力電圧（ＶＡＢ）に対して正にバイアスされたバイパススイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３が機能していない結果であり得る。したがって、バイパススイッチＢＰ１を介して電流のバイパスを提供するための第１のバイパス電流導通は、ダイオードＰＤ１を介し、その後ダイオードＢＤ２を介したインダクタＬ１の導通、およびバイパススイッチＢＰ１の動作の第１段階におけるスイッチＱ１の使用によるインダクタＬ１の導通が続く可能性がある。
【００７１】
低電力の例は、電源１０１が（例えば夜明けに）照らされ始めたばかりの太陽電池パネルであり得る場合、または太陽電池パネルが実質的および／または部分的に陰になり得る場合であり得る。陰になることは、電源１０１によって生成される電力を低減する場合がある（例えば、陰になっていない電源によって生成される電力の２０％、５０％、またはさらには１００％近く、生成される電力を低減する）。決定ステップ１２０３で電源１０１によって十分な電力が生成され得る場合、回路１１１は、スイッチＱ２および／またはＱ１が使用される動作の第２段階まで、スイッチＢＰ１の動作の第１段階の一部として以下に記載される１２０９〜１２１７のステップに従ってスイッチＱ１の初期使用により何度も発振し続ける可能性がある。Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴではなく接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を使用して実装され得る。それというのも、ＭＯＳＦＥＴと比較してＪＦＥＴがＭＯＳＦＥＴと比較して低いバイアス入力電流を有し得、ゲート（ｇ）とソース（Ｖｇｓ）との間の電圧が実質的にゼロの場合、ＪＦＥＴがソース（ｓ）とドレイン（ｄ）の間を導通し得るからである。Ｑ１は、デプレッションモードＦＥＴを使用して実装され得る。
【００７２】
Ｑ１を使用する第１段階から続いて、ステップ１２０９〜１２１７は、スイッチＢＰ１の動作の第２段階の一部としてスイッチＱ２および／またはスイッチＱ１を使用して実施される。第１段階と第２段階の両方の動作原理は、インダクタＬ１に電流が流れると、インダクタＬ１がインダクタＬ３およびＬ２に相互に結合されることである。相互結合は、電流がインダクタＬ１を流れると、電流がインダクタＬ２を流れ、電圧ＶＬ２をインダクタＬ２に誘導する。電圧ＶＬ２は、コンデンサＣ１および／またはＣ２を介してスイッチＱ２および／またはスイッチＱ１のゲート（ｇ）を充電し得る（ステップ１２０９）。スイッチＱ２および／またはスイッチＱ１のゲート（ｇ）の充電により、スイッチＱ２および／またはスイッチＱ１はスイッチＱ２および／またはスイッチＱ１のソース（ｓ）とドレイン（ｄ）の間で電流の導通を開始し得、それによりＱ２および／またはスイッチＱ１は期間ｔｏｎの間、オンである（ステップ１２１１）。
【００７３】
ｔｏｎの間にインダクタＬ１に誘導されたエネルギーは、時定数τ［Ｌ１］によって放電され得る。
τ［Ｌ１］＝Ｌ１×Ｒｅｑ
式中、Ｒｅｑは、抵抗器Ｒ２および／またはＲ１、およびスイッチＱ２および／またはＱ１がオンであり得る場合のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）間のそれぞれの抵抗（Ｒｄｓ）を含む等価抵抗であり得る。スイッチＱ２および／またはＱ１がオンであり得る場合のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）間のそれぞれの抵抗（Ｒｄｓ）の値は、回路１１１の設計の一部としてスイッチＱ２およびＱ１に選択された特定のデバイスの製造元のデータシートから取得され得る。インダクタＬ１の放電（ステップ１２１３）は、決定ステップ１２１５におけるインダクタＬ２の電圧ＶＬ２がＱ２および／またはスイッチＱ１の閾値電圧を下回って、期間ｔｏｆｆの間、Ｑ２および／またはスイッチＱ１をオフに切り換える（ステップ１２１７）まで、決定ステップ１２１５で継続し得る。Ｑ２および／またはスイッチＱ１のドレイン（ｄ）電圧は、次の比率で増加し始める可能性がある：
【数２】
2020074661.tif 000004
これにより、時定数τ［Ｌ２］で定義される時間、Ｌ２の電圧が再び上昇し得、その後スイッチＱ２および／またはスイッチＱ１が再び導通し（ステップ１２０９）、これにより回路１１１の発振が生じ得る。時定数τ［Ｌ２］は次のように与えられ得る：
【数３】
2020074661.tif 000005
【００７４】
式中、Ｃｅｑは、コンデンサＣ１およびＣ２を含む等価容量、およびスイッチＱ２および／またはＱ１の寄生容量であり得る。スイッチＱ２および／またはＱ１の寄生容量は、回路１１１の設計の一部としてスイッチＱ２およびＱ１に選択された特定のデバイスの製造元のデータシートから導出され得る。スイッチＱ２および／またはＱ１の寄生容量は、時定数τ［Ｌ２］の望ましい値の重要な要因である場合もあれば、そうではない場合もある。インダクタＬ３に結合されたインダクタＬ１は、電流がインダクタＬ１を流れるときに、インダクタＬ３に電圧を誘導し得る。インダクタＬ３に誘導される電圧は、ダイオードＤ１で整流され得る。ダイオードＤ１の整流電圧は、バイアス抵抗器Ｒ３およびＲ４を介してバイパススイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加することができ、これによりバイパススイッチＢＰ１をオンにすることができる（ステップ１００７）。
【００７５】
ここで図１Ｌを参照すると、図は、例示的な実施形態による、バイパス回路１１５の動作設計で行われた測定の過渡トレース１８１を示している。過渡トレース１８１は、ＯＦＦからＯＮへの遷移におけるスイッチＢＰ１の効果を示している。過渡トレースは、ステップ１００７でスイッチＢＰ１がオンである定常状態条件へのエントリをさらに示す。定常状態条件は、ステップ１００７でスイッチＢＰ１がオンである場合であり得、バイパス回路１１５の固有の安定化の例であり得る。バイパス回路１１５の固有の安定化は、ステップ１００７でスイッチＢＰ１の動作の第２段階中に確立され得る。遷移は、スイッチＢＰ１の動作の効果を示す：第１のバイパスにおいて、ダイオードＰＤ１を通る電流導通に続いて動作の第１段階でスイッチＱ１が動作し、続いてスイッチＢＰ１の動作の第２段階でスイッチＱ２および／またはスイッチＱ１が動作する。
【００７６】
トレース１８４は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲート（ｇ）とソース（ｓ）間の電圧（Ｖｇｓ）の過渡的な挙動を示す。トレース部分１８４ａは、スイッチＢＰ１および／またはダイオードＰＤ１が順方向にバイアスされ、ストリング電流ＩストリングがダイオードＰＤ１を流れるように、パワーモジュール１０３が誤って機能している場合を示している。トレース部分１８４ａは、モジュール１０３および／電源１０１がステップ１２０３で正しく機能していない場合である。トレース部分１８４ａは、ステップ１２０５におけるダイオードＰＤ１およびＢＤ２を通る第１のバイパス電流導通の結果としてスイッチＢＰ１のゲート（ｇ）ソース（ｓ）電圧Ｖｇｓが変動し始める方法を示す。スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲート（ｇ）電圧は、インダクタＬ１に相互に結合されたインダクタＬ３に誘導された（ダイオードＤ１からの）整流電圧から得られる。また、（ダイオードＤ１からの）整流電圧は、ステップ１２０５でのダイオードＰＤ１およびＢＤ２の第１のバイパス電流導通後、インダクタＬ１を通る電流の流れがＱ３および／またはダイオードＢＤ２のソース（ｓ）およびドレイン（ｄ）の両方を通るようにスイッチＱ３のゲートを駆動する。トレース部分１８４ａを超えて、スイッチＱ１の使用による第１段階の、次いでスイッチＱ１および／またはＱ２の使用による第２段階によるスイッチＢＰ１のゲート（ｇ）ソース（ｓ）電圧Ｖｇｓの安定した連続的上昇が示される。ステップ１２０５でのダイオードＰＤ１およびＢＤ２を介した第１のバイパス電流導通のため、およびステップ１２０９〜１２１７でのスイッチＱ１および／またはＱ２の使用のため、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）ソース（ｓ）電圧（Ｖｇｓ）の変動は、第１段階の間、Ｖｇｓの安定した蓄積を示す。このように、Ｖｇｓの初期変動と第１段階の間のＶｇｓの安定した蓄積は、回路１１１の出力が結合回路１２０を介して回路１１１の入力に戻る間の正のフィードバックループを示す。したがって、ＶｇｓがスイッチＢＰ１をオンにするのに十分であることを確立するために、それによって端子ＡおよびＢを横切るバイパスを提供するために、正のフィードバックループは、パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的である。
【００７７】
トレース部分１８０は、インダクタＬ１の電流の流れを示している。ダイオードＰＤ１およびＢＤ２を通る第１のバイパス電流導通、スイッチＱ１の使用による第１段階、およびスイッチＱ１および／またはＱ２の使用による第２段階の動作の原理は、電流がインダクタＬ１を流れるとインダクタＬ１がインダクタＬ３およびＬ２に相互結合されるということである。相互結合は、電流がインダクタＬ１を流れると、電流がインダクタＬ２を流れ、電圧ＶＬ２をインダクタＬ２に誘導するようなものである。電圧ＶＬ２は、コンデンサＣ１および／またはＣ２を介してスイッチＱ２および／またはスイッチＱ１のゲート（ｇ）を充電し得る（ステップ１２０９）。Ｑ２および／またはスイッチＱ１のゲート（ｇ）の充電により、スイッチＱ２および／またはスイッチＱ１がスイッチＱ２および／またはスイッチＱ１のソース（ｓ）とドレイン（ｄ）の間で電流の導通を開始し、それによりＱ２および／またはスイッチＱ１は、期間ｔｏｎの間、オンである（ステップ１２１１）。インダクタＬ１の放電（ステップ１２１３）は、決定ステップ１２１５におけるインダクタＬ２の電圧ＶＬ２がＱ２および／またはスイッチＱ１の閾値電圧を下回ってＱ２および／またはスイッチＱ１を期間ｔｏｆｆの間オフに切り換える（ステップ１２１７）まで、決定ステップ１２１５で継続し得る。スイッチＱ１および／またはスイッチＱ２のオンおよびオフ期間ｔｏｎおよびｔｏｆｆの過渡的性質は、トレース部分１８０によって示される。トレース１８０および１８４のステップ１００７での定常状態は、以下の図の説明に示される。
【００７８】
バイパス回路１１５の固有の安定化は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的である結合回路１２０を介して回路１１１の出力から回路１１１の入力に戻るフィードバックループにより、スイッチＢＰ１の動作の第２段階中に確立され得る。したがって、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）ソース（ｓ）電圧Ｖｇｓの安定した継続的な上昇は、スイッチＢＰ１をオンに維持するために特定のレベルの電圧までしか上昇できない。したがって、第２段階のフィードバックループは負のフィードバックループである。負のフィードバックループは、パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的であり得、パワーモジュール１０３および／または電源１０３がステップ１００９で再びアクティブになるまで、ステップ１００７で継続的にオンであるようにスイッチＢＰ１の起動を確立し、維持する。ステップ１００７のスイッチＢＰ１は、バイパスモード中に端子ＡおよびＢに対して順方向にバイアスされ、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加される電圧は、機能していないパワーモジュール１０３がバイパスされる必要がある期間、スイッチＢＰ１が連続的にオンであるようなものである。同様に、パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的なフィードバックループは、パワーモジュール１０３および／または電源１０３が再び非アクティブになるまで、ステップ１０１１において継続的にオフであるようにスイッチＢＰ１の停止を確立し、維持する。スイッチＢＰ１は非バイパスモード中に端子ＡおよびＢに対して逆バイアスされ、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加される電圧は、ステップ１０１１において機能するパワーモジュール１０３がバイパスされない必要がある期間、スイッチＢＰ１が連続的にオフになるようなものである。
【００７９】
したがって、ステップ１００７でスイッチＢＰ１がオンであり得る場合、固有の安定化が発生する可能性があり、その結果、ドレインからソースへの電圧Ｖｄｓが低下すると、ゲート（ｇ）からソース（ｓ）への電圧Ｖｇｓも低下する。同様に、ステップ１０１１でスイッチＢＰ１がオフになり得る場合、バイパス回路１１５の安定化が確立され得、その結果、ドレイン（ｄ）からソース（ｓ）への電圧Ｖｄｓが上昇し、ゲート（ｇ）からソース（ｓ）への電圧Ｖｇｓも上昇する。
【００８０】
ここで図１Ｍおよび１Ｎを参照すると、例示的な実施形態による、バイパス回路１１５に対して作成された定常状態測定トレース１８２および１８０が示されている。示されている測定トレースは、パワーモジュール１０３出力の直列接続の一部として機能していないパワーモジュール１０３が正しく機能しておらず、２５アンペアの最大値まで動作するストリング電流（Ｉストリング）に対してスイッチＢＰ１でバイパスする必要がある場合のものである。測定トレースは、スイッチＢＰ１がバイパスモード中に端子ＡおよびＢに対して順方向にバイアスされ、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）は、スイッチＢＰ１が、機能していないパワーモジュール１０３がバイパスされる必要がある期間、連続的にオンであるようなものであることを示している。
【００８１】
ここで図１Ｍを参照すると、図は、例示的な実施形態による、測定された定常状態トレース１８４、１８６および１８８のオシロスコープトレース１８２を示している。トレース１８４は、スイッチＢＰ１がパワーモジュール１０３が機能しないときにパワーモジュール１０３の出力をバイパスするために使用される場合（ステップ１００７）のスイッチＢＰ１の測定されたゲート（ｇ）ソース（ｓ）電圧Ｖｇｓであり得る。トレース１８４によれば、スイッチＢＰ１の測定されたゲート（ｇ）ソース（ｓ）電圧Ｖｇｓは約５．８ボルトで実質的に一定のままであり得、これによりバイパススイッチＢＰ１が期間ｔｏｎおよびｔｏｆｆの間オンにされることがわかる。期間ｔｏｎおよびｔｏｆｆは、それぞれスイッチＱ２および／またはＱ１がオン（ステップ１２１１）およびオフ（ステップ１２１７）であるときを指す。トレース１８６は、約−１．３ボルトで始まり、約１３ボルトのピークまで上昇し、−７．８ボルトまで急速に低下し、その後、ｔｏｆｆの期間（ステップ１２１７）にわたって−１．３ボルトに戻るインダクタＬ３を横切る測定電圧を示す。次に、インダクタＬ３を横切る電圧は、期間ｔｏｎの間（ステップ１２１１）、約−１．３ボルトのままである。トレース１８８は、スイッチＱ２のドレイン（ｄ）ソース（ｓ）電圧Ｖｄｓ間の測定電圧であり、−１．３ボルトで始まり、約３．８ボルトのピークまで上昇し、ｔｏｆｆの期間（ステップ１２１７）にわたって−１．３ボルトに戻る。次に、Ｖｄｓは、期間ｔｏｎの間（ステップ１２１１）、−１．３ボルトのままである。
【００８２】
ここで図１Ｎを参照すると、例示的な実施形態による、インダクタＬ１の測定された定常状態電流のオシロスコープトレース１８０が示されている。インダクタＬ１の定常状態電流は、スイッチＢＰ１が作動してオンになるときのものである（ステップ１００７）。トレース１８０の傾斜部分１８０ａは、−３５０マイクロアンペア（μＡ）から始まるインダクタＬ１を通る電流レベルで始まり、電流が７７ミリアンペア（ｍＡ）に達する可能性がある期間ｔｏｎの間増加し続ける（ステップ１２１１）。インダクタＬ１の電流が７７ｍＡに達すると、傾斜は期間ｔｏｆｆの間−３５０μＡに戻る（ステップ１２１７）。期間ｔｏｆｆの終わりに（ステップ１２１７）、トレース１８０の傾斜部分１８０ａが再び始まり、インダクタＬ１を通る電流が期間ｔｏｎの間７７ｍＡに達する（ステップ１２１１）。図１Ｌおよび１Ｍの両方に関して、ｔｏｎ（ステップ１２１１）は２４０マイクロ秒であり得、ｔｏｆｆは２０マイクロ秒であり得る。回路１１１の発振周波数は、２６０マイクロ秒の逆数であり得、これは３．８５キロヘルツ（ＫＨｚ）であり得る。
【００８３】
したがって、ダイオードＰＤ１、スイッチＢＰ１の動作の第１段階におけるスイッチＱ１、第２段階におけるＱ２および／またはＱ１を介した第１バイパス電流導通の利用は、機能していないモジュール１０３の出力のバイパスの連続動作を与え得る。バイパスダイオードＢＰＤ１の０．７Ｖと比較してバイパス回路１１５の導通が例えば１０ｍＶ〜２００ｍＶであり得る広範囲の電流（例えば、実質的に０から３０アンペアのストリング電流（Ｉストリング））を運ぶためのバイパススイッチＢＰ１の連続動作。さらに、バイパス回路１１５の動作は、電源１０１（例えば、太陽電池（ＰＶ）発電機）が部分電力を生成し始めるとき、またはＰＶ発電機が完全に陰になり得るとき、パワーシステム１００の「ウェイクアップ」の一部として利用され得る。次に、バイパス回路１１５は、ステップ１２０５で補助電力回路１６２からの電力および／またはダイオードＰＤ１の導通を利用し得、それにステップ１２０９〜１２１７で上述したようにバイパス１１５の動作の第１および第２段階が続き、電源および／またはＰＶ発電機をバイパスする。
【００８４】
ここで、例示的な実施形態によるバイパス回路１１５ａを示す図１Ｏを参照する。本明細書に記載されるスイッチのソース（ｓ）は第１の端子と呼ばれ、ドレイン（ｄ）は第２の端子と呼ばれ、ゲート（ｇ）は第３の端子と呼ばれる。チャージポンプ１３０の出力は、スイッチＢＰ１の第１の端子および第３の端子を横切ってスイッチＢＰ１の入力に結合され得る。スイッチＢＰ１の第１および第２の端子はチャージポンプ１３０の入力に接続する。ダイオードＰＤ１のアノードはスイッチＢＰ１の第１の端子に接続し、ダイオードＰＤ１のカソードはスイッチＢＰ１の第２の端子に接続する。ノードＡとＢは、スイッチＢＰ１の第２および第１の端子にそれぞれ設けられる。チャージポンプ１３０は、その入力で非常に低い電圧（例えば、数十または数百ミリボルト）を受け取り、実質的により大きな電圧（例えば、数ボルト）を出力するように構成され得る。実質的により大きな電圧を可能にするために、チャージポンプ１３０はいくつかの変換ステージを含んでもよい。チャージポンプ１３０の例示的な回路のバリエーションは、「６５ｎｍ  ＣＭＯＳを使用した起動回路での順方向ボディバイアスを伴う０．１８−Ｖ入力チャージポンプ」（Ｐ．Ｈ．Ｃｈｅｎ  ｅｔ．ａｌ．、（Ｃ）ＩＥＥＥ  ２０１０）、「エネルギー収穫用途向け低電圧集積チャージポンプ回路」（Ｗ．Ｐ．Ｍ．Ｒａｎｄｈｉｋａ  Ｐａｔｈｉｒａｎａ、２０１４年）で見出すことができ、これらはチャージポンプ１３０として、またはその一部として使用できる。
【００８５】
ここで図１Ｐを参照すると、例示的な実施形態によるバイパス回路１１５ｂが示されている。バイパス回路はバイパス回路１１５ａと同じであるが、スイッチＱ３の第１の端子が端子Ｂに接続され、第２の端子がチャージポンプ１３０の入力に接続されている。スイッチＱ３の第３の端子はスイッチＢＰ１の第３の端子に接続されている。
【００８６】
ここで、例示的な実施形態による、図１Ｈに示される方法１０００ならびに図１Ｏおよび１Ｐを再び参照する。ステップ１００３で、スイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３出力の直列ストリングが存在し得るパワーモジュール１０３の出力を横切って結合され得る。パワーモジュール１０３が適切に機能している場合、スイッチＢＰ１は非アクティブ（オフ）である。あるいは、スイッチＢＰ１は、電源１０１の出力を横切って結合されてもよい。
【００８７】
決定ステップ１００５で、ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１が正しく機能していないことの表示であり得る。構成に従った表示により、スイッチＢＰ１のその後の起動（ステップ１００７）がオンになり、それにより機能不全を起こしているパワーモジュール１０３の出力がバイパスされる可能性がある。そうでなければ、スイッチＢＰ１のバイパス機能が非アクティブになるように、スイッチＢＰ１はオフのままである（ステップ１００３）。一方、パワーモジュール１０３の通常動作が存在する場合、ダイオードＰＤ１とスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴは逆バイアスされる（ＭＯＳＦＥＴはオフである）。ダイオードＰＤ１の順方向バイアスにより、ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通において、電流ＩストリングがダイオードＰＤ１のアノードからカソードに流される可能性がある。
【００８８】
ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通とダイオードＰＤ１の順方向電圧降下がチャージポンプ回路１３０の入力に印加され、これによりチャージポンプ回路１３０の電圧出力の蓄積が引き起こされる可能性がある。チャージポンプ回路１３０の出力電圧は、スイッチＢＰ１の入力にフィードバックされ得る。スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲートに印加されるチャージポンプ回路１３０の出力電圧は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオンに切り替えて、ステップ１００７でスイッチＢＰ１を起動させるのに十分であり得る。逆に、バイパス回路１１５ｂの使用に関してパワーモジュール１０３がステップ１００７で動作していない場合、スイッチＱ３はチャージポンプ１３０の出力により動作し、スイッチＱ３がオンであり得る場合、ダイオードＢＤ２はスイッチＱ３によりバイパスされる。ステップ１００７中にスイッチＱ３をオフにすると、バイパススイッチＢＰ１を通る漏れ電流のブロックがもたらされる。スイッチＱ３がオンになっていると、チャージポンプ１３０が機能するための余裕がもたらされ得るようにスイッチＢＰ１がオンになりステップ１００７の間オンに維持される結果として、端子ＡとＢの間を横切るドロップイン電圧がさらに補償される。
【００８９】
決定ステップ１００９で、非アクティブなパワーモジュール１０３が非アクティブのままである場合、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴはオンのままであり、それによりステップ１００７でスイッチＢＰ１はアクティブのままである。しかしながら、パワーモジュール１０３がアクティブになり始めると、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方が逆バイアスになる。パワーモジュール１０３は、例えば、パワーモジュールに結合されたパネルが陰にならないためにアクティブになる場合がある。端子ＡおよびＢでチャージポンプ回路１３０の入力に印加されるスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴおよびダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧は、チャージポンプ回路１３０の出力電圧の低下および／またはチャージポンプ回路１３０の逆電圧出力を引き起こす可能性がある。チャージポンプ回路１３０の出力電圧の低下および／またはスイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加されるチャージポンプ回路１３０の逆電圧出力は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオフに切り替え、それによりスイッチＢＰ１がステップ１０１１で停止されるのに十分であり得る。したがって、ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧が低下すると、ＭＯＳＦＥＴがオフになる可能性がある。あるいは、コントローラ１０５または他の何らかのコントローラの制御下にあるセンサ１２５は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴおよびダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧を感知してもよい。逆バイアスが感知される結果として、スイッチＢＰ１がオフに切り替えられ得、例えば、ドライバ回路１７０などのドライバ回路からの電力が、パワーモジュール１０３が正常に機能することを可能にするためにパワーモジュール１０３のスイッチに再供給されることが許容され得る。パワーモジュール１０３が正常に機能しているため、スイッチＢＰ１はここでは非アクティブ（オフ）であるが、依然として端子ＡおよびＢで結合されている（ステップ１００３）。
【００９０】
ここで図１Ｑを参照すると、例示的な実施形態による、バイパス回路１１５ｃのさらなる詳細が示されている。結合回路１２０は、抵抗器Ｒ５、コンデンサＣ４、抵抗器Ｒ６、ダイオードＤ２、およびインダクタＬ５を含み得る。抵抗器Ｒ５は、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に結合された第１の端部を有し得る。抵抗器Ｒ５は、端子Ｂに結合された第２の端部を有し得る。コンデンサＣ４は、抵抗器Ｒ５を横切って結合され得る。コンデンサＣ４の第１の端部は、端子ＢおよびインダクタＬ５の第１の端部に結合され得る。インダクタＬ５の第２の端部は、ダイオードＤ２のアノードに結合され得る。コンデンサＣ４の第２の端部は、抵抗器Ｒ６の一端に結合され得る。抵抗器Ｒ６の第２の端部は、ダイオードＤ２のカソードに結合され得る。
【００９１】
本明細書に記載されるスイッチのソース（ｓ）は、第１の端子と呼ばれ、ドレイン（ｄ）は第２の端子と呼ばれ、ゲート（ｇ）は第３の端子と呼ばれる。回路１１１ａは、スイッチＢＰ１の第２の端子を含み得、スイッチＱ４の第２の端子およびスイッチＢＰ１のダイオードＰＤ１のカソードに結合し得る。ダイオードＰＤ１のアノードは、端子Ｂ、チャージポンプ１３０の電圧（Ｖｉｎ１）入力、およびインダクタＬ４の第１の端部に結合し得る。インダクタＬ４の第２の端部は、スイッチＱ４の第１の端子に結合し得る。スイッチＱ４の第３の端子は、ＰＷＭ１３２の電圧出力（Ｖｏｕｔ２）に結合し得る。チャージポンプ１３０の出力電圧（Ｖｏｕｔ１）は、ダイオードＤ５のアノードに結合し得る。ダイオードＤ５のカソードは、ダイオードＤ４のカソードおよびパルス幅変調器（ＰＷＭ）１３２の入力電圧（Ｖｉｎ２）に結合し得る。ダイオードＤ４のアノードは、ダイオードＤ３のカソードおよびコンデンサＣ５の第１の端部に結合し得る。コンデンサＣ５の第２の端部は、インダクタＬ６の第１の端部に結合し、リターン接続ＲＥＴ６を提供し得る。インダクタＬ６の第２の端部は、ダイオードＤ３のアノードに結合し得る。ＰＷＭ１３２およびチャージポンプ１３０の両方は、それぞれのリターン経路ＲＥＴ５およびＲＥＴ６を提供する。リターン経路ＲＥＴ４、ＲＥＴ５、およびＲＥＴ６は一緒に結合され得る。インダクタＬ４、Ｌ５、およびＬ６はすべて同じコアＣＲ１上で相互に結合され、インダクタＬ４上の回路１１１ａの出力は、インダクタＬ５上の結合回路１２０の入力に結合し戻され得る。チャージポンプ１３０は、出力Ｖｏｕｔ１の入力電圧（Ｖｉｎ１）を２倍にすることができるスイッチドキャパシタ電圧コンバータ  ＭＡＸ１６８０Ｃ／Ｄ（登録商標）（マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ（Ｍａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）、米国カリフォルニア州サニーベール、１２０サン・ガブリエル・ドライブ）によって実現できる。ＰＷＭ１３２は、米国カリフォルニア州ミルピタス、１６３０マッカーシーブールバード、リニア・テクノロジー・コーポレーション（Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によるアナログ電圧制御パルス幅変調（ＰＷＭ）機能を備えたＬＴＣ（登録商標）６９９２シリコン回路の使用により実現することができる。
【００９２】
ここで、図１Ｑおよび図１Ｈを再び参照する。図は、例示的な実施形態による方法１０００のフローチャートを示している。スイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３出力の直列ストリングが存在し得るパワーモジュール１０３の出力を横切って結合し得る（ステップ１００３）。決定ステップ１００５で、パワーモジュール１０３が機能しない場合、スイッチＢＰ１は、非アクティブなパワーモジュール１０３の出力からの周りの経路の直列ストリング（Ｉストリング）に電流を引き込む（ステップ１００７）。
【００９３】
決定ステップ１００５で、ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１が正しく機能していないことの表示であり得る。以下に記載される方法および決定ステップは、特に、いわゆる「決定」が、バイパス回路１１５ｃの結合回路１２０、スイッチＢＰ１および回路１１１ａを実装するために以下で使用されるアナログ回路の構成によって行われると想定する。そのため、方法１０００のステップおよび実際に以下に記載する他の方法のステップは、バイパス回路１１５の回路１２０、スイッチＢＰ１および回路１１１ａへの結合を含み得るバイパススイッチの動作を感知および制御するためのマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラおよび関連アルゴリズムの使用などのデジタル手法の使用を排除しない可能性がある。方法１０００のステップおよび実際に以下に記載する他の方法のステップは、アナログとデジタルの両方の方法を組み合わせた任意の数の実装の使用を排除しない可能性がある。
【００９４】
アナログ回路と同様に、構成には、バイパス回路１１５ｃの結合回路１２０、スイッチＢＰ１、および回路１１１ａの回路設計の一部として、コンポーネント値、コンポーネントのタイプ、コンポーネントの相互接続の計算と選択が含まれる場合がある。したがって、構成は、上記のパワーシステム１００ａ／１００および以下に記載するパワーシステムの通常の動作パラメータまたは非通常の動作パラメータに基づいてもよい。したがって、以下に記載する決定ステップの決定局面に関する構成は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１のバイパスを提供するために、パワーモジュール１０３および／または電源１０１のブレークダウンまたは故障などのイベントに対して応答的なアナログ回路のようなものであり得る。
【００９５】
構成はまた、パワーモジュール１０３および／または電源１０１のバイパスを除去するようにパワーモジュール１０３および／または電源１０１が通常動作に戻るなどのイベントに応答するように、以下に記載する決定ステップの決定局面を与えることができる。構成による表示は、スイッチＢＰ１のその後の起動（ステップ１００７）をオンにし、機能不全を起こしているパワーモジュール１０３の出力がバイパスされるようにすることができる。そうでなければ、スイッチＢＰ１のバイパス機能が非アクティブになるように、スイッチＢＰ１はオフのままである（ステップ１００３）。
【００９６】
機能していないパワーモジュール１０３に電流の流れを押し通す試みは、他のパワーモジュール１０３の電圧出力の増加によって引き起こされる可能性があり、それはダイオードＰＤ１を順方向バイアスさせ得る。一方、パワーモジュール１０３の通常動作が存在する場合、スイッチＢＰ１のダイオードＰＤ１とＭＯＳＦＥＴは逆バイアスされる（ＭＯＳＦＥＴはオフである）。ダイオードＰＤ１の順方向バイアスにより、ダイオードＰＤ１の最初のバイパス電流導通において、電流ＩストリングがダイオードＰＤ１のアノードからカソードに流され得る。ダイオードＰＤ１の順方向バイアスは、同様にスイッチＱ４の順方向バイアスを引き起こし得る。ダイオードＰＤ１の最初のバイパス電流導通とダイオードＰＤ１の順方向電圧が回路１１１ａの入力に印加され得、これは回路１１１ａの発振を引き起こす可能性がある。回路１１１ａの出力発振は、結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１の入力にフィードバックされ得る。結合回路１２０の出力は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続する。スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される結合回路１２０の出力は、ステップ１００７でスイッチＢＰ１が起動されるように、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオンに切り換えるのに十分であり得る。ステップ１００７で、回路１１１ａは、ダイオードＰＤ１が導通するとすぐにスイッチＢＰ１の連続動作を開始し、その後、スイッチＱ４を使用することによって、スイッチＢＰ１のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）間の電圧（Ｖｄｓ）が実質的に最大１００ミリボルト（ｍｖ）で低いままであるようにスイッチＢＰ１の連続動作を維持する。
【００９７】
決定ステップ１００９で、非アクティブなパワーモジュール１０３が非アクティブのままである場合、ステップ１００７でスイッチＢＰ１が起動されたままであるようにスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴはオンのままである。しかしながら、パワーモジュール１０３がアクティブになり始めると、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方、およびスイッチＱ４が逆バイアスをかけられる。例えば、パワーモジュールに結合されたパネルが陰にならないため、パワーモジュール１０３がアクティブになり得る。端子ＡおよびＢで回路１１１ａの入力に印加されるスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方およびスイッチＱ４の逆バイアス電圧により、回路１１１ａの発振が停止され得る。結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１の入力へフィードバックされる回路１１１ａの出力発振の停止は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオフに切り換えるのに十分であり得、その結果、スイッチＢＰ１はステップ１０１１で停止される。ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧の低下はＭＯＳＦＥＴをオフにし得る。あるいは、コントローラ１０５または他の何らかのコントローラの制御下にあるセンサ１２５は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴおよびダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧を感知し得る。逆バイアスが感知される結果として、スイッチＢＰ１がオフに切り替えられ得、例えばドライバ回路１７０などのドライバ回路からの電力がパワーモジュール１０３のスイッチに再供給され、パワーモジュール１０３が正常に機能できるようになる。パワーモジュール１０３が正常に機能しているため、スイッチＢＰ１はここで非アクティブ（オフ）であるが、依然として端子ＡおよびＢで結合されている（ステップ１００３）。
【００９８】
回路１１１ａの動作
ここで再び図１Ｑおよび図１Ｒを参照すると、これらはそれぞれ、例示的な実施形態による、バイパス１１５ｃと、ステップ１００７のさらなる詳細を示すフローチャートとを示す。パワーモジュール１０３が動作していない場合、ステップ１００７が発生し、スイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３出力の直列ストリング内の非アクティブなパワーモジュール１０３の出力周辺の経路の直列ストリング（Ｉストリング）に電流を引き込む。回路１１１ａの動作において、スイッチおよびそのダイオードは、チャージポンプ１３０に組み込まれてもよく、またはそれに取り付けられてもよい。スイッチ（図には示されていないが、図１ＩのスイッチＱ３およびダイオードＢＤ２と機能が似ている）は、バイパススイッチＢＰ１を通る漏れ電流をブロックし得、バイパススイッチＢＰ１を横切る逆電圧をブロックし得る。逆電圧のブロックは、端子Ａの電圧が端子Ｂの電圧よりもはるかに大きい可能性がある場合であり得、そのような状況は、ステップ１００３でパワーモジュール１０３が正しく動作している場合である。スイッチとその動作は以下の考察を簡単にするために無視されてもよく、ＯＮと見なされる。
【００９９】
決定ステップ１３０３で、スイッチＢＰ１のダイオードＰＤ１が第１のバイパス電流導通で導通するとすぐに、パワーモジュール１０３出力のバイパスにおけるスイッチＢＰ１の連続動作が開始する。第１のバイパス電流導通後、スイッチＢＰ１の連続動作の第１段階は、主にチャージポンプ１３０、ＰＷＭ１３２およびスイッチＱ４の使用により確立され得る。チャージポンプ１３０、ＰＷＭ１３２およびスイッチＱ４の使用により続くステップで記載されるいくつかの可能なサイクルの後、インダクタＬ６によって生成される電圧は、スイッチＢＰ１の連続動作の第２段階を開始するチャージポンプ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１よりも大きくなり得る。コンデンサＣ５を充電する時定数は、コンデンサＣ４を充電する時定数より小さくてもよい。コンデンサＣ５とＣ４との間の時定数の差は、チャージポンプ１３０とスイッチＱ４の使用を促進して、第１段階のスイッチＢＰ１を第２段階まで作動させることができる。第２段階では、動作は主にＰＷＭ１３２、スイッチＱ４の連続動作によるものであり得、インダクタＬ６によって生成される電圧がチャージポンプ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１より大きくなる場合がある。
【０１００】
決定ステップ１３０３において、ダイオードＰＤ１は、ステップ１３０５においてインダクタＬ４の第１のバイパス電流導通を行い、これはインダクタＬ５およびＬ６を横切る電圧を誘導し、一方でバイパススイッチＢＰ１は、パワーモジュール１０３の出力電圧（ＶＡＢ）に対して正にバイアスされ得る。バイパススイッチＢＰ１がパワーモジュール１０３の出力電圧（ＶＡＢ）に対して正にバイアスされることは、パワーモジュール１０３が機能していない可能性があり、その出力をバイパスさせる必要があることを意味し得る。インダクタＬ５の誘導電圧ＶＬ５は、ダイオードＤ２によって整流され、コンデンサＣ４を充電する。充電されたコンデンサＣ４の電圧は、バイパススイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加されるため、バイパススイッチＢＰ１は、以下でさらに詳細に記載する第１バイパス電流導通および第１および第２段階に対してオンになる。
【０１０１】
ダイオードＰＤ１を介し得るインダクタＬ４の第１のバイパス電流導通は、電源１０１および各パワーモジュール１０３によって少量の電力が生成されている可能性がある場合であり得る。低電力の例は、電源１０１が例えば明け方に照らされ始めたばかりの太陽電池パネルであり得る場合、または太陽電池パネルが実質的に陰になっている可能性がある場合であり得る。決定ステップ１３０３で電源１０１によって十分な電力が生成され得る場合、回路１１１ａは、電源１０１によって十分な電力が生成され得るまで、いくつかの可能なサイクルでチャージポンプ１３０の相当の使用によって発振し続ける。
【０１０２】
第１のバイパス電流導通または第１の段階の動作原理は、第１のバイパス電流導通からインダクタＬ４を通って流れる電流を有するおよび／またはスイッチＱ４の使用が続くインダクタＬ４がインダクタＬ４を介してインダクタＬ５およびＬ６に相互に結合され得るということであり得る。Ｌ４を流れる電流により、電流がインダクタＬ５およびＬ６に流され（ステップ１３０９）、ＰＷＭ１３２電圧Ｖｏｕｔ２がスイッチＱ４のゲート（ｇ）に印加される（ステップ１３１１）。スイッチＱ４のゲート（ｇ）へのＰＷＭ１３２電圧Ｖｏｕｔ２の印加は、ＰＷＭ１３２の入力（Ｖｉｎ２）に印加されるチャージポンプ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１によるものであり得る。ＰＷＭ１３２の入力（Ｖｉｎ２）に印加されたチャージポンプ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、さらに、スイッチＱ４にソース（ｓ）とスイッチＱ４の第２の端子との間で電流の導通を開始させ、それによりＱ４は期間ｔｏｎの間オンになる。インダクタＬ４の放電（ステップ１３１３）は、期間ｔｏｎの終わりまで決定ステップ１３１５で継続する。期間ｔｏｎの終わりに、スイッチＱ４のゲート（ｇ）へのＰＷＭ１３２電圧Ｖｏｕｔ２の印加は、期間ｔｏｆｆの間、Ｑ４をオフにする。
【０１０３】
インダクタＬ４、Ｌ５、およびＬ６は、すべて同じコアＣＲ１上で互いに相互に結合されてもよく、したがって、インダクタＬ５およびＬ６上の回路１１１ａの出力は、結合回路１２０の入力にインダクタＬ５に戻って結合され得る。インダクタＬ４とインダクタＬ５およびＬ６の間の相互結合は、インダクタＬ５およびＬ６がインダクタＬ４よりも多くの巻き線数を有し、それによりインダクタＬ５およびＬ６に誘導される電圧が、以下の周知の変圧器方程式によってはるかにより大きくなり得るようなものであり得る：
ＶＬ４／ＶＬ５＝ＮＬ４／ＮＬ５
および
ＶＬ４／ＶＬ６＝ＮＬ４／ＮＬ６
式中、ＶＬ４、ＶＬ５、およびＶＬ６は、インダクタＬ４、Ｌ５、およびＬ６のそれぞれの電圧である。ＮＬ４、ＮＬ５およびＮＬ６は、それぞれインダクタＬ４、Ｌ５およびＬ６の巻き線数である。インダクタＬ５およびＬ６に誘導されるより大きな電圧は、スイッチＢＰ１、スイッチＱ４、チャージポンプ１３０およびＰＷＭ１３２の動作を可能にし得る。一方、より大きな電圧が誘導されない場合、スイッチＢＰ１、スイッチＱ４、チャージポンプ１３０およびＰＷＭ１３２は動作できない可能性がある。
【０１０４】
上記のステップ１３０９〜１３１７で記載したいくつかの可能なサイクルが終わるまで、インダクタＬ６により生成されダイオードＤ３により整流される電圧は、ダイオードＤ５により整流されるチャージポンプ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１よりも大きくなるように蓄積され得る。インダクタＬ６によって生成され、ダイオードＤ３によって整流された電圧が、ダイオードＤ５によって整流されたチャージポンプ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１よりも大きくなると、第２の段階が開始する。スイッチＢＰ１の連続動作の第２の段階は、ＰＷＭ１３２の入力（Ｖｉｎ２）に印加されるダイオードＤ３によって整流された電圧の印加によって開始される。スイッチＢＰ１の連続動作の第２の段階は、前述のステップ１３０９〜１３１７と同じ方法で継続するが、ＰＷＭ１３２とスイッチＱ４の大幅な使用を伴う。
【０１０５】
バイパス回路１１５ｃの固有の安定化は、パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的な、回路１１１ａの出力から（コンデンサＣ４およびＣ５を横切る）インダクタＬ５およびＬ６の整流出力を介して回路１１１ａの入力に戻るように確立されるフィードバックループにより確立され得る。パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的なフィードバックループは、パワーモジュール１０３および／または電源１０３が非アクティブになるまでステップ１００７でスイッチＢＰ１の起動をオンに設定し継続的に維持する。ステップ１００７のスイッチＢＰ１は、バイパスモード中に端子ＡおよびＢに対して順方向にバイアスされ得、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）は、スイッチＢＰ１が、機能していないパワーモジュール１０３がバイパスされる期間、連続的にオンであり得るようなものであり得る電圧を印加され得る。
【０１０６】
同様に、パワーモジュール１０３および／または電源１０１の出力に応答的なフィードバックループは、パワーモジュール１０３および／または電源１０３が再度非アクティブになるまで、ステップ１０１１でスイッチＢＰ１の停止をオフであるように設定し連続的に維持する。スイッチＢＰ１は、バイパスモード中に端子ＡおよびＢに対して逆バイアスをかけられ得、スイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加される電圧は、ステップ１０１１で機能しているパワーモジュール１０３がバイパスされない必要がある期間、スイッチＢＰ１が連続的にオフになるようなものであり得る。ステップ１００７でスイッチＢＰ１がオンであり得る場合、固有の安定化が発生する可能性があり、その結果、ドレインからソースへの電圧Ｖｄｓが低下すると、ゲート（ｇ）からソース（ｓ）への電圧Ｖｇｓも低下する。同様に、バイパス回路１１５ｃの安定化は、ステップ１０１１でスイッチＢＰ１がオフであり得るときに確立され得、その結果、ドレイン（ｄ）からソース（ｓ）への電圧Ｖｄｓが上昇すると、ゲート（ｇ）からソース（ｓ）への電圧Ｖｇｓも上昇する上昇する。
【０１０７】
ここで、例示的な実施形態による、パワーシステム１００ｃを示す図１Ｓを参照する。接続構成１０４ａは、端子ＣおよびＤでパワーモジュール１０３の入力端子に結合された直流（ＤＣ）出力端子を備えた電源１０１を示す。パワーモジュール１０３は、端子Ａおよび端子Ｂでパワーモジュール１０３の出力端子に結合されたバイパス回路１１５を有する。
【０１０８】
接続構成１０４ｃは、端子ＡおよびＢでそれぞれのバイパス回路１１５に結合された多数の電源１０１出力を示す。多数の電源１０１出力は、端子ＣおよびＤでパワーモジュール１０３の入力端子に結合された直列接続の直流（ＤＣ）出力端子と直列接続で結合され得る。バイパス回路１１５は、端子ＡおよびＢでパワーモジュール１０３の出力端子に結合され得る。
【０１０９】
パワーモジュール１０３の出力は、直列に結合されて、パワーモジュール１０３出力の直列結合ストリングを形成し得る。パワーモジュール１０３出力の直列結合ストリングは、電圧出力Ｖストリングとともに、システムパワーデバイス１３９の入力を横切って結合され得る。システムパワーデバイス１３９は、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータであり得るか、または負荷１０７に電力を供給するＤＣ−交流（ＡＣ）インバータであり得る。
【０１１０】
電源１０１が太陽電池（ＰＶ）パネルであると仮定すると、接続構成１０４ｃに示されるようにパネルが影１５５で陰になる場合、陰になったパネルを通過する電流（Ｉソース）は、非アクティブなパネルの周囲の代替の平行経路を提供され得、および陰になったパネルの完全性が保持され得る。パネル／電源１０１の出力を横切って結合されたバイパス回路１１５の目的は、それぞれのバイパス回路１１５に関連付けられた陰になったパネルから電流を抽出するための代替の並列経路となることであり得る。バイパス回路１１５は、関連する陰になったパネルが逆バイアスをかけられると順方向バイアスをかけられる。パネルおよび関連するバイパス回路１１５は、陰になったパネルに電流を流すのではなく、並列であり得るため、バイパス回路１１５は、接続構成１０４ｃに示すように、一連の直列結合電源において次のパネルへの接続を維持するように、陰になったパネルから電流を抽出し、電流を完全なものにする。直列に配線された多数のパネルに対してバイパス回路１１５を使用すると、残りの陰になっていないパネルから電力を使用できる一方、接続構成１０４ｃでのみパワーモジュール１０３の出力にバイパス回路を配置するだけで、残りの陰になっていないパネルによって生成された電力の利用を防止し得る。
【０１１１】
同様に、パワーモジュール１０３が非アクティブになった場合、非アクティブなパワーモジュール１０３を流れる電流（Ｉストリング）は、非アクティブなパワーモジュール１０３の出力の周りの代替の並列経路を提供され得る。パワーモジュール１０３の出力を横切って結合されたバイパス回路１１５の目的は、そのそれぞれのバイパス回路１１５に関連付けられた非アクティブなパワーモジュール１０３の出力から電流を抽出することであり得る。バイパス回路１１５は、その関連付けられた非アクティブパワーモジュール１０３が逆バイアスをかけられると、順方向バイアスをかけられる。パワーモジュール１０３の出力および関連するバイパス回路１１５は、非アクティブなパワーモジュール１０３に電流を流すのではなく、並列であり得るため、バイパス回路１１５は、非アクティブなパワーモジュール１０３の出力から電流を抽出し、図示のように直列結合されたパワーモジュール出力１０３のストリング内の次のパワーモジュール１０３出力への電流Ｉストリングの接続を維持するために電流Ｉストリングを完全なものにする。
【０１１２】
本明細書の要素間に様々な接続が示されていることに留意されたい。これらの接続は一般的に記載されており、特に指定がない限り、直接または間接であり得、本明細書は、この点で制限することを意図していない。さらに、本明細書の要素はハードウェアまたはソフトウェアのいずれかに関して記載されているが、それらはハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれかで実装されてもよい。さらに、一実施形態の要素は、適切な組み合わせまたは下位組み合わせで他の実施形態の要素と組み合わせることができる。上記の例では、パワーモジュール１０３および／または電源出力の直列ストリングにおける機能していないおよび機能しているパワーモジュール１０３および／または電源出力のバイパスをそれぞれ起動または停止するために使用される結合回路１２０および回路１１１／１１１ａの実装のためにアナログ回路を利用した。あるいは、機能していないパワーモジュール１０３は、スイッチＢＰ１をオンにすることによって機能していないパワーモジュール１０３出力の出力をバイパスするように機能していないパワーモジュール１０３出力を感知するために補助電力回路１６２およびセンサ１２５を利用してもよい（ステップ１００７）。同様に、センサ１２５は、スイッチＢＰ１をオフにすることにより機能しているパワーモジュール１０３出力の出力をバイパスしないように、機能しているパワーモジュール１０３出力を感知するために利用されてもよい（ステップ１０１１）。
【０１１３】
ここで、例示的な実施形態による太陽電池（ＰＶ）システムを示す図１Ｔを参照する。パワーシステム１００Ｔは、電力バス１２０Ｔと１３０Ｔとの間に並列に結合された多数のＰＶストリング１０３Ｔを有し得る。ＰＶストリング１０３のそれぞれは、多数の電源１０１および多数のパワーデバイス２００を有し得る。電源１０１は、１つまたは複数の太陽電池セル、モジュール、パネル、または太陽電池屋根板を含み得る。太陽電池屋根板は、アスファルト鉄片やスレートなどの従来の屋根材のように見えかつ機能する一方で電気も生成するように設計されたソーラーパネルである。ソーラー屋根板は、ビル一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）として知られる太陽エネルギーソリューションの一種である。いくつかの態様によれば、ＰＶ発電機として示される電源１０１は、他の電源、例えば、直流（ＤＣ）電池または他のＤＣまたは交流（ＡＣ）電源に置き換えられてもよい。各パワーデバイス２００は、制御装置および通信装置を含むことができ、ＰＶ発電機を切断するコマンドを受信すると（例えば、通信装置を介して）、パワーデバイス入力に接続されたＰＶ発電機を切断するように動作されることができる。パワーシステム１００Ｔは、システムパワーデバイス１１０Ｔに入力され得る電力バス１２０Ｔおよび１３０Ｔを含み得る。
【０１１４】
いくつかの態様によれば、システムパワーデバイス１１０Ｔは、ＤＣ／ＡＣインバータ（例えば、入力電力がＤＣ電力である場合）、ＡＣ／ＡＣコンバータ（例えば、入力電力がＡＣ電力である場合）を含み得、ＡＣ電力を送電網、家庭、または他の目的地に出力し得る。いくつかの態様によれば、システムパワーデバイス１１０Ｔは、パワーデバイス２００を制御またはそれと通信するための制御装置および／または通信装置を含むか、またはそれに結合することができる。例えば、システムパワーデバイス１１０は、システムパワーデバイス１１０Ｔの動作を制御するように構成されたマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの制御装置を有し得る。
【０１１５】
システムパワーデバイス１１０Ｔは、パワーデバイス２００に含まれるリンクされた通信装置と通信し、動作コマンドを送信しおよび／またはパワーデバイス２００に含まれる通信装置から報告を受信するように構成された通信装置（例えば、電力線通信回路、音響通信装置および／または無線トランシーバ）をさらに含み得る。
【０１１６】
いくつかの態様によれば、電力バス１２０Ｔおよび１３０Ｔは、バッテリ、スーパーキャパシタ、フライホイールまたは他の貯蔵装置などのエネルギー貯蔵装置にさらに結合されてもよい。
【０１１７】
いくつかの態様によれば、１つまたは複数の電源１０１および／またはパワーデバイス２００をバイパスする（例えば、それを横切って低インピーダンス電流経路を提供する）ことが望ましい場合がある。例えば、故障しているまたは生産性の低い電源（例えば、ＰＶ発電機）１０１または故障しているＰＶパワーデバイス２００の場合、故障しているまたは生産性の低いＰＶモジュールをバイパスして、パワーシステム１００Ｔからの継続的な電力生産を可能にすることが有益であり得る。
【０１１８】
安全規制は、通常の動作状態の間と潜在的に危険な状態の間の両方において、電力バス１２０Ｔおよび１３０Ｔとパワーシステム１００Ｔのその他のポイントとの間の最大許容電圧を定義し得る。安全規制は、パワーシステム１００Ｔの任意の２つの電圧ポイント間の最大許容電圧も定義し得る。いくつかのシナリオでは、パワーシステム１００Ｔの危険な状態に応答して、ＰＶストリング１０３Ｔ内の１つまたは複数の電源１０１をバイパスする（例えば、短絡および／または切断する）ことが有益であり得る。
【０１１９】
ここで図２を参照すると、本開示の態様による、パワーデバイス２００などのパワーデバイスに含まれ得る回路が示されている。パワーデバイス２００は、電力変換器２０１を含み得る。電力変換器２０１は、バック、ブースト、バック／ブースト、バック＋ブースト、Ｃｕｋ、フライバック、チャージポンプおよび／またはフォワードコンバータなどのＤＣ／ＤＣコンバータを含み得る。いくつかの態様によれば、電力変換器２０１は、マイクロインバータなどのＤＣ／ＡＣコンバータ（インバータとしても知られる）を含み得る。電力変換器２０１は、パワーデバイス２００の入力端子および出力端子と同じであり得る２つの入力端子および２つの出力端子を有し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、パワーデバイス２００に結合された電源から増大した電力を抽出するように構成されたＭＰＰＴ回路２０５を含み得る。いくつかの態様によれば、電力変換器２０１はＭＰＰＴ機能を含み得る。いくつかの態様によれば、ＭＰＰＴ回路２０５は、インピーダンス整合アルゴリズムを実装して、パワーデバイス２００の入力に結合された（例えば、直接接続された）電源から増大した電力を抽出し得る。
【０１２０】
パワーデバイス２００は、アナログ制御回路、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのコントローラ２０４をさらに含み得る。コントローラ２０４は、共通バス２９０を介してパワーデバイス２００の他の要素を制御および／またはそれらと通信し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、パラメータを直接測定するように構成された回路および／またはセンサ／センサインターフェース２０３を含み得、または、電源による電圧および／または電流および／または出力などの電源上のまたはその近くのパラメータを測定するように構成された接続されたセンサ／センサインターフェース２０３から測定パラメータを受信し得る。いくつかの態様によれば、センサ／センサインターフェース２０３は、パワーデバイス２００の出力上のパラメータを感知するように構成され得る。いくつかの態様によれば、電源は、ＰＶセルを含むＰＶ発電機であり得、センサ／センサインターフェース２０３は、ＰＶセルが受けた放射照度の測定値、および／またはＰＶ発電機上またはその近くの温度を直接測定または受信し得る。
【０１２１】
いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、図１Ｔのシステムパワーデバイス１１０Ｔなどの他のデバイスからのデータおよび／またはコマンドを送信および／または受信するように構成された通信装置２０２を含み得る。通信装置２０２は、電力線通信（ＰＬＣ）技術、音響通信技術、または、ＺＩＧＢＥＥ（登録商標）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラー通信、もしくは他の無線方法などの無線通信技術を使用して通信し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、センサ／センサインターフェース２０３によって取得された測定値の記録を取って、コード、動作プロトコル、または他の動作情報を記憶するために、メモリデバイス２０８を含み得る。メモリデバイス２０８は、フラッシュメモリ、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ソリッドステートデバイス（ＳＳＤ）、または他のタイプの適切なメモリデバイスであり得る。
【０１２２】
パワーデバイス２００は、安全装置２０６（例えば、ヒューズ、回路ブレーカ、および残留電流検出器）を有し得る。安全装置２０６は、受動的または能動的であり得る。例えば、安全装置２０６は、パワーデバイス２００内に配置された１つまたは複数の受動的なヒューズを含み得、ヒューズは、特定の電流が流れたときに溶融し、その結果、損傷を回避するためにパワーデバイス２００の一部を切断するように設計される。いくつかの態様によれば、安全装置２０６は、コントローラ（例えば、コントローラ２０４）からコマンドを受信してパワーデバイス２００の一部を切断するように構成された、またはセンサ（例えばセンサ／センサインターフェース２０３）によって測定された測定値に応答してパワーデバイス２００の一部を切断するように構成された能動的な切断スイッチを有し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、他の回路部品（例えば、コントローラ２０４、通信装置２０２）を作動させるのに適した電力を出力するように構成された補助電力回路２０７を有し得る。パワーデバイス２００の様々な構成要素間の通信、電気的結合、および／またはデータ共有は、共通バス２９０を介して実行され得る。
【０１２３】
パワーデバイス２００は、電力変換器２０１の入力および／または出力の間に結合されたバイパス回路２０９（本明細書では「安全モジュール」とも呼ばれる）を有し得る。いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９は、パワーデバイス２００の入力ａおよびｂに結合され得る。いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９は、パワーデバイス２００の出力ｃおよびｄに結合され得る。図２に示される例示的なパワーデバイス２００では、第１のバイパス回路２０９がパワーデバイス２００への入力ａとｂの間に接続され得（例えば、図２Ａに示すバイパス回路２０９ａ）、第２のバイパス回路２０９（例えば、図２Ｂに示すバイパス回路２０９ｂ）が、パワーデバイス２００の出力ｃとｄの間に接続され得る。バイパス回路２０９は、コントローラ２０４によって制御され得る。安全でない状態、機能不全および／または低生産性状態が検出された場合、いくつかの態様によれば、コントローラ２０４は、バイパス回路２０９を有効にして、パワーデバイス２００への入力ａおよびｂをバイパスし得る。バイパス回路２０９は、出力ｃおよびｄを短絡すること、および／または入力ａおよびｂを短絡することにより、パワーデバイス２００への入力ａおよびｂをバイパスし得る。いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９は、パワーデバイス２００の出力ｃおよびｄからパワーデバイス２００の入力ａまたはｂを切断し、パワーデバイス２００の出力ｃおよびｄを短絡し得る。
【０１２４】
いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９は、電力変換器２０１に統合され得る。例えば、電力変換器２０１は、多数のスイッチ（例えば、図２Ｂに示されるような金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））を有し得、これらのスイッチは、安全な条件下での電力変換に使用することができ、機能不全状態または低生産性状態などの安全でない状態の下で電力変換器２０１の入力または出力のいずれかを短絡させることがある。いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９は、電力変換器２０１のスイッチを制御するための調整された電圧を可能にしながら、双方向バイパス機能を提供し得る。
【０１２５】
バイパス回路２０９ａに含まれ得る回路を示す図２Ａを参照する。図２は、パワーデバイス２００の一部として、電力変換器２０１と直列の２つのバイパス２０９を示す。いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９ａは、パワーデバイスと並列であり得る。バイパス回路２０９ａは、第１の入力Ａおよび第２の入力Ｂを有し得、入力ＡおよびＢは、例えば、図１ＴのＰＶストリング１０３の一部として電力ストリングに接続されてもよい。バイパス回路２０９ａは、ダイオードＤＢ１〜ＤＢ４を含むダイオードブリッジ２５０を含み得る。スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）ＱＢ１は、バイパス回路２０９ａのダイオードブリッジ２５０の出力ノードＣとＤとの間に接続されてもよい。いくつかの態様、本明細書の実施形態によって支持されるパワーシステムによれば、ストリング電流ＩストリングはＤＣ形態であり得る。例えば、バイパス回路２０９ａは、バッテリに接続された電力変換器に結合され得、バッテリは充電され（ノードＡからノードＢへの電流の流れをもたらす）、放電され得る（ノードＢからノードＡへの電流の流れをもたらす）。ＩストリングがポイントＡからポイントＢに流れると、Ｉストリングはバイパス回路２０９ａに入り、ＤＢ２を通過してスイッチＱＢ１に到達し得る。バイパス回路２０９ａが無効になると、スイッチＱＢ１はオフになり、バイパス回路２０９ａは開回路として効果的に動作し得、ストリング電流Ｉストリングが流れ、バイパス回路２０９ａ（図２Ａには明示的に示されていないが、図３に示されている）と並列に結合された電力変換器（例えば、マイクロインバータ）によって処理され得る。バイパス回路２０９ａが有効になると、スイッチＱＢ１がオンになり、ＩストリングがスイッチＱＢ１とダイオードＤＢ４を通ってバイパス回路２０９ａからポイントＢに流れる。いくつかのシナリオ（例えば、バッテリの放電）では、ＩストリングはポイントＢからポイントＡに流れ得る。Ｉストリングは、バイパス回路２０９ａに入り、ダイオードＤＢ１を通って流れ、スイッチＱＢ１に到達し得る。バイパス回路２０９ａが無効にされると、スイッチＱＢ１はオフであり、バイパス回路２０９ａは開回路である。バイパス回路２０９ａが有効になると、スイッチＱＢ１はオンになり、ＩストリングはスイッチＱＢ１とダイオードＤＢ３を通ってバイパス回路２０９ａから点Ａに流れ得る。
【０１２６】
いくつかの態様によれば、ＩストリングはＡＣ形態であってもよく（例えば、電力変換器２０１がＤＣ／ＡＣコンバータである場合）、Ｉストリング電流はサイクルの最初の部分でＡからＢに流れ、サイクルの第２の部分でＢからＡに流れ得る。Ｉストリングの各流れ方向において、バイパス回路２０９ａのダイオードブリッジ２５０のため、電圧ＶＢ＋はＶＢ−より大きくなる可能性があり、これはスイッチＱＢ１の受動ダイオードに電流が流れるのを防止し得る。バイパス回路２０９ａのダイオードブリッジ２５０のため、スイッチＱＢ１の電圧は正（ＶＢ＋−ＶＢ−＞０）であり得る。スイッチＱＢ１を横切る正電圧は常に正である可能性があるため、スイッチＱＢ１を横切る電圧降下は、以下に開示される例示的特徴により、スイッチＱＢ１を駆動してバイパス経路を提供するように構成されたコントローラ（例えば、アナログまたはデジタルコントローラ）に提供され得る。
【０１２７】
ここで、バイパス回路２０９ｂを示す図２Ｂを参照すると、バイパス回路２０９ｂの入力は、ストリング、例えば図１ＴのＰＶストリング１０３に接続されている。バイパス回路２０９ｂは、ＭＯＳＦＥＴＱＢ２〜ＱＢ５を含むＭＯＳＦＥＴブリッジ２６０を有し得る。バイパス回路２０９ｂのＭＯＳＦＥＴブリッジ２６０の出力は、それらの間のスイッチＱＢ１と接続され得る。いくつかの態様によれば、ＩストリングはＤＣ形態であり得る。ＩストリングがポイントＡからポイントＢに流れているシナリオでは、Ｉストリングはバイパス回路２０９ｂに入り、ＱＢ４（ＯＮまたはＯＦＦであり得る）を通過してスイッチＱＢ１に到達し得る。バイパス回路２０９ｂが無効にされると、ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ１はオフであり得、バイパス回路２０９ｂは開回路であり得る。バイパス回路２０９ｂが有効にされると、スイッチＱＢ１はオンであり、ＩストリングはスイッチＱＢ１およびＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ２（オンまたはオフであり得る）を通過し、バイパス回路２０９ｂを介してポイントＢに流れ得る。いくつかのシナリオでは、ＩストリングはポイントＢからポイントＡに流れ得る。Ｉストリングはバイパス回路２０９ｂに入り、スイッチＱＢ３（オンまたはオフであり得る）を通過してスイッチＱＢ１に到達し得る。バイパス回路２０９ｂが無効にされると、スイッチＱＢ１はオフになり得、バイパス回路２０９ｂは開回路になり得る。バイパス回路２０９ｂが有効にされると、スイッチＱＢ１がオンになり得、ＩストリングはスイッチＱＢ１およびＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ５（オンまたはオフであり得る）を通ってバイパス回路２０９ｂを通ってポイントＡに流れ得る。いくつかの態様によれば、ＩストリングはＡＣ形態であり得、Ｉストリング電流はサイクルの第１の部分の間ＡからＢに、サイクルの第２の部分の間ＢからＡに流れ得る。Ｉストリングの各方向において、バイパス回路２０９ｂのＭＯＳＦＥＴブリッジ２６０により、電圧レベルＶＢ＋は電圧レベルＶＢ−よりも大きくなる場合があり、これは実質的な電流がＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ１の受動ダイオードを通って流れることを防止し得る。バイパス回路２０９ｂのＭＯＳＦＥＴブリッジ２６０のため、ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ１の電圧は正（ＶＢ＋−ＶＢ−＞０）であり得る。バイパス回路２０９ｂが有効化および／または無効化されると、ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ２〜ＱＢ５のそれぞれがオンまたはオフになり得、ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ２〜ＱＢ５がオフのとき、ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ２〜ＱＢ５の受動ダイオードに電流が流れ得、ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ２〜ＱＢ５がＯＮのとき、ＭＯＳＦＥＴ自体に電流が流れる可能性がある。ＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ１〜ＱＢ５は、図２の補助電力回路２０７などの外部補助電力回路によって電力を供給されてもよい。
【０１２８】
いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９ｂのＭＯＳＦＥＴ  ＱＢ２〜ＱＢ５は、インバータ（例えば、マイクロインバータ）の一部であり得る。例えば、図２の電力変換器２０１はインバータであり得る。バイパス回路２０９ｂが無効にされると、スイッチＱＢ２〜ＱＢ５はインバータ周波数（例えば、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、またはそれ以上）で切り替えられ得、スイッチＱＢ１はオフになり得る。バイパス回路２０９ｂが有効にされると、スイッチＱＢ２〜ＱＢ５はＩストリングを流れる電流のグリッド周波数の周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）で切り替わる可能性があり、スイッチＱＢ１はオンになり得、出力ＣとＤを短絡する。いくつかの態様によれば、バイパス回路２０９ｂはパワーデバイスに並列に接続され得、バイパス回路２０９ｂが無効にされると、スイッチＱＢ１はオフになり、Ｉストリングはパワーデバイスをバイパス回路２０９ｂに平行に流れる。スイッチＱＢ１がオンで、バイパス回路２０９ｂが有効になっている場合、バイパス回路２０９ｂに並列なパワーデバイスの出力（ポイントＡおよびＢと同じ場合がある）が短絡され得、電流Ｉストリングがバイパス回路２０９ｂを流れパワーデバイスをバイパスすることを可能にする。
【０１２９】
ここで図２Ｃを参照すると、図は、本開示の１つまたは複数の例示的な態様によるパワーデバイス２１０の一部を示している。パワーデバイス２１０は、図２の電力変換器２０１と同じであり得る電力コンバータ２１１を含み得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１２は、パワーデバイス２１０の入力をバイパスするように構成されたバイパス回路２１２ａを有し得る。バイパス回路２１２ａは、パワーデバイス２１０の出力を横切るバイパス経路を提供し、および／またはパワーデバイス２１０の入力をパワーデバイス２１０の出力から切断するように構成され得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０は、パワーデバイス２１０および／または電力変換器２１１をバイパスするように構成されたバイパス回路２１２ｂを有し得る。バイパス回路２１２ｂは、パワーデバイス２１０の出力を短絡することによりバイパス経路を提供するように構成され得る。
【０１３０】
いくつかの態様によれば、バイパス回路２１２ｂは、バイメタルストリップＢＭＳ１を有するバイパス回路に結合され得る。バイメタルストリップＢＭＳ１は、膨張係数の異なる２つの材料が結合されている場合がある。バイメタルスイッチＢＭＳ１はスイッチとして動作し、その結果、ＢＭＳ１が第１温度で加熱されると、ＢＭＳ１を含む第１材料が第１方向に湾曲し得、第２温度でＢＭＳ１を含む第２材料が第２方向に湾曲し得る。例えば、第１材料は４０oＣの第１温度で湾曲し得、第２材料は２００oＣの第２温度で湾曲し得る。ＢＭＳ１は、過熱状態（例えば、ＢＭＳ１の周囲の温度が２００oＣを超える場合）に応じてパワーデバイス２１２の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２を短絡し、温度が２００oＣを下回ると出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２を切断するように構成され得る。バイパス回路２１２ｂとＢＭＳ１との結合は、ＢＭＳ１がバイパス回路２１２ｂ内の特定の要素（例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはダイオード）の近くに配置されるようなものであり得る。バイパス回路２１２ｂへのＢＭＳ１の近接は、ＢＭＳ１がバイパス回路２１２ｂ内の特定の要素と同様の温度レベルを感知し得るようなものであり得る。バイパス回路２１２ｂが有効になり、電流がバイパス回路２１２ｂを流れると、特定の要素の温度が上昇し得、過熱状態で、ＢＭＳ１がオンに切り換わるように構成され得、バイパス回路２１２ｂ以外に電流が流れる別の経路が形成され、これによりバイパス回路２１２ｂの要素の温度が下がり得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０はバイパス回路２１２ａを有し得る。いくつかの実施形態によれば、バイパス回路２１２ａは、パワーデバイス２１０の出力を短絡するように構成され得る。バイパス回路２１２ａと並列に、バイメタルスイッチＢＭＳ２があってもよい。ＢＭＳ２は、ＢＭＳ１と類似または同一であり得、ＢＭＳ１は、パワーデバイス２１０の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２の間に配置され得、ＢＭＳ２は、パワーデバイス２１０の入力ｉｎ１およびｉｎ２の間に配置され得る。ＢＭＳ２は、バイパス回路２１２ａの特定の要素（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）の近くに配置されてもよい。バイパス回路２１２ａへのＢＭＳ２の近接は、ＢＭＳ２がバイパス回路２１２ａ内の特定の要素と同様の温度レベルを感知し得るようなものであり得る。バイパス回路２１２ａが有効であり、バイパス回路２１２ａに電流が流れると、特定の要素（例えばスイッチＱＢ１）の温度が上昇し得、場合によりまたは潜在的な過熱の状態で、ＢＭＳ２がオンに切り換えられるように構成され得、電流が流れる別の経路を形成し、これによりバイパス回路２１２ｂの温度が下がり得る。いくつかの態様によれば、ＢＭＳ３がバイパス回路２１２ａの特定の要素に結合されてもよい。
【０１３１】
いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０はバイパス回路２１２ａを含み得る。バイメタルストリップＢＭＳ３をバイパス回路２１２ａに結合することができる。ＢＭＳ３は、ＢＭＳ１に類似したものであり得、ＢＭＳ１は、パワーデバイス２１０の出力ｏｕｔ１およびｏｕｔ２の間に配置され得、ＢＭＳ３は、パワーデバイス２１０の入力のロー側、ノードｉｎ３、および電力変換器２１１のロー側、ノードｉｎ２の間に配置され得る。いくつかの態様によれば、ＢＭＳ３は、バイパス回路２１２ａの特定の要素の近くに配置されてもよい。バイパス回路２１２ａが有効であり、パワーデバイス２１０への入力が短絡しているシナリオでは、バイパス回路２１２ａ内の特定の要素の温度が上昇する可能性がある。ＢＭＳ３は、通常の動作状態では「通常ＯＮ」であり得、開回路を形成し、パワーデバイス２１０の入力をパワーデバイス２１０の出力から機械的に切断するように構成され得、これによりバイパス回路２１２ａおよびバイパス回路２１２ａの特定の要素を流れる電流を低下させる可能性があり、電流を下げることにより、特定の要素の温度が下がる可能性がある。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０は、ＢＭＳ１を含むバイパス回路のみを有し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０は、ＢＭＳ２を含むバイパス回路を有し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０はバイパス回路ＢＭＳ３を有し得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２１０は、ＢＭＳ２およびＢＭＳ３など、２つ以上のバイメタルスイッチを含むバイパス回路を有し得る。
【０１３２】
バイメタルスイッチＢＭＳ１および／またはＢＭＳ２および／またはＢＭＳ３は、パワーデバイス２１０の一次バイパス機構として、またはバックアップバイパス機構として使用することができ、一次バックアップ機構は、図２Ａのバイパス回路２０９ａおよび／または図２Ｂの２０９ｂと同様または同じであってもよく、バックアップバイパス機構は、一次バイパス回路が故障、過熱する等のシナリオで必要になる場合がある。
【０１３３】
いくつかの態様によれば、バイメタルスイッチＢＭＳ１〜ＢＭＳ３の１つ以上は、アクティブな電子スイッチ、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、リレースイッチ等で置き換えてもよい。いくつかの態様によれば、ＢＭＳ１および／またはＢＭＳ２は、受動スイッチ、例えばダイオードで置き換えることができる。
【０１３４】
再び図２を参照する。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、パワーデバイス２００の出力に結合されたバイパス回路２０９を有し得る。バイパス回路２０９は、図２Ａのバイパス回路２０９ａおよび／または図２Ｂのバイパス回路２０９ｂと同様または同じバイパス回路を有し得る。いくつかの実施形態では、バイパス回路２０９は、図２ＣのバイメタルストリップＢＭＳ１と同様または同じバイメタルストリップを有し得る。
【０１３５】
再び図２を参照する。いくつかの態様によれば、パワーデバイス２００は、パワーデバイス２００の入力に結合されたバイパス回路２０９を有し得る。バイパス回路２０９は、図２Ａのバイパス回路２０９ａおよび／または図２Ｂのバイパス回路２０９ｂと同様または同じバイパス回路を有し得る。いくつかの実施形態では、バイパス回路２０９は、図２ＣのバイメタルストリップＢＭＳ２と同様または同じバイメタルストリップを有し得る。
【０１３６】
ここで図３を参照すると、図は、例示的な実施形態の態様による、パワーデバイス３００の一部のブロック図を示している。パワーデバイス３００は、図２のパワーデバイス２００と同じまたは同様であり得、電力変換器３０１、補助電力回路３０２、バイパス回路３０３、コントローラ３０４、およびセンサ／センサインターフェース３０５を含み得、それらは、電力変換器２０１、補助電力回路２０７、バイパス回路２０９、コントローラ２０４、およびセンサ／センサインターフェース２０３とそれぞれ同様または同じであり得る。コントローラ３０４は、センサ／センサインターフェース３０５に動作可能に接続され得、それにより、センサ／センサインターフェース３０５は動作可能に接続され得、パワーデバイス３００のパラメータを感知する。電力変換器３０１は、端子Ｖｉｎ＋、Ｖｉｎ−の入力電力を、ストリング電流Ｉストリングとして変換器３０１の出力の出力電力に変換する。バイパス３０３は、変換器３０１の出力を横切って接続することができる。バイパス３０３ならびに電力変換器３０１、コントローラ３０４および／またはセンサ／センサインターフェース３０５を動作させる電力は、補助電力回路３０２によって提供されてもよい。
【０１３７】
いくつかの態様によれば、コントローラ３０４は、センサ／センサインターフェース３０５によって測定されたパラメータの値、例えば温度、電圧、および／または電流の値を受信し得る。コントローラ３０４は、測定されたパラメータの値を最大閾値と比較し、測定されたパラメータの値を安全でない値（例えば、２００℃などのシステムの過熱を示す温度）として決定し得る。コントローラ３０４は、パワーデバイス３００に機能不全および／または低生産性状態があると判定したことに応答して、バイパス回路３０３を有効にし得る。バイパス回路３０３は、電力変換器３０１の出力および／またはパワーデバイス３００の出力を短絡させ得る。いくつかの態様によれば、バイパス回路３０３は、Ｖｇの出力電圧で補助電力回路３０２によって電力供給され得る。補助電力回路３０２の出力電圧は、コントローラ３０４によって決定され得、コントローラ３０４は、バイパス回路３０３のどのスイッチをオンおよびオフにするか、およびいつオンおよびオフするかをさらに決定し得る。補助電力回路３０２は、Ｖ補助＝ＶＢ＋−ＶＢ−の入力電圧を有し得、ＶＢ＋およびＶＢ−は、バイパス回路３０３の出力での電圧値に応じてもよい。
【０１３８】
いくつかの態様（明示的に示されていない）によれば、電力変換器３０１は、ＭＯＳＦＥＴブリッジ（例えば、図２Ｂのブリッジ２６０）を含み得るインバータを含み得る。電力変換器３０１は、パワーデバイス３００が有効化され、電流Ｉストリングを有する太陽電池ストリングに電力を提供するとき、電力変換器および／またはインバータとして機能し得る。パワーデバイスがバイパスされているとき、電力変換器３０１はバイパス回路として機能し得る。電力変換器３０１がバイパス回路として機能する実施形態では、電力変換器３０１は、電力変換器３０１のＭＯＳＦＥＴブリッジの２つの出力の間に配置されるスイッチ（例えば、図２ＢのＱＢ１）を含み得る。ＭＯＳＦＥＴブリッジの２つの出力の間に配置されたスイッチは、バイパスが有効になっているときにオンであり得、バイパスが無効になっているときにオフであり得る。
【０１３９】
ここで図３Ａを参照すると、図は、パワーデバイスの一部としての補助電力回路３０２ａ、バイパス回路３０３ａ、およびコントローラ３０４の図を示している。補助電力回路３０２ａおよびバイパス回路３０３ａは、図３の補助電力回路３０２およびバイパス回路３０３と同じまたは同様であり得る。コントローラ３０４は、バイパス回路３０３ａが有効にされるべきであることを示す信号を受信し得、またはコントローラ３０４はバイパス回路３０３ａが有効にされるべきであると独立して決定し得る。バイパス回路３０３ａは、ブリッジ３７０の出力（ノードＣおよびＤ）がスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）ＱＢ１を介して互いに結合されているスイッチ（例えばＭＯＳＦＥＴ）ＱＢ２〜ＱＢ５のブリッジ３７０を含む、バイパス回路２０９ｂと同様の方法で実装され得る。補助電力回路３０２ａへの第１の入力は、スイッチＱＢ１のソース端子に結合され得るバイパス回路３０３ａの第１の出力（ノードＣ）に電気的に結合され得る。補助電力回路３０２ａへの第２の入力は、スイッチＱＢ１のドレイン端子に結合され得るバイパス回路３０３ａの第２の出力（ノードＤ）に電気的に結合され得る。補助電力回路３０２ａは、電力変換器３０６を含み得る。電力変換器３０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータおよび／またはＤＣ／ＤＣコンバータであり得る。電力変換器３０６は、電力をより低い電圧レベル例えば０．０１[Ｖ]からより高い電圧レベル（例えば５Ｖ、１２Ｖ、１００Ｖ、２２０Ｖおよびそれ以上）に変換するように構成され得る。バイパス回路３０３ａの出力における電力は、補助電力回路３０２ａへの入力上の同じ電圧であり得るＶＢ＋−ＶＢ−の電圧値を有し得る。補助電力回路３０２ａへの入力電力は、電力変換器３０６によって変換され得、補助電力回路３０２ａによって出力され得る。補助電力回路３０２ａは、コントローラ３０４およびバイパス回路３０３ａのスイッチＱＢ１〜ＱＢ５などのパワーデバイス内の１つまたは複数の回路および／または機構に電力を提供するように構成され得る。コントローラ３０４は、スイッチＱＢ１〜ＱＢ５の各スイッチに供給する電力量を決定するように構成され得る。例えば、Ｉストリングは、ｆ＝４０［Ｈｚ］の周波数でＩストリング＝１０［Ａ］の値を有するＡＣ電流であり得、バイパス回路３０３ａの第１の入力に流れ得る。バイパス回路３０３ａは無効にされ得、スイッチＱＢ１はオフにされ得、補助電力回路３０２ａは、例えば、Ｖ＝ＶＢ＋−ＶＢ−＝０．５[Ｖ]の電圧値を有するバイパス回路３０２ｂの出力から電力を引き出し得る。補助電力回路３０２ａは、（コントローラ３０４によって決定されるように）スイッチＱＢ１〜ＱＢ５によって必要とされる電圧に従って電流を引き出し得る。補助電力回路３０２ａは、中性点、接地または他の点に関してＶｇの電圧値を出力し得る。いくつかの態様によれば、コントローラ３０４は、スイッチＱＢ２〜ＱＢ５をｆ＝５０［Ｈｚ］の周波数で切り替え得、その結果、ＱＢ３およびＱＢ５がオフのときスイッチＱＢ４およびＱＢ２がオンになり、ＱＢ３およびＱＢ５がオンのときにスイッチＱＢ２およびＱＢ４がオフになる。補助電力回路３０２ａは、例えばＩ補助＝０．０１［Ａ］の値でバイパ��回路３０３ａから電流を引き出し得る。電流Ｉ補助は、補助電力回路３０２ａおよびバイパス回路３０３ａと同様にコントローラ３０４に電力を供給するために使用され得る。いくつかの態様によれば、補助電力回路３０２ａは、スイッチＱＢ１〜ＱＢ５の切り替えを制御するように構成されたコントローラを含み得る。コントローラ３０４がバイパス回路３０３ａを有効にすることを決定するシナリオでは、スイッチＱＢ２〜ＱＢ５は、バイパス回路３０３ａが無効にされるときと同じレートで電力供給され、切り替えられ得る。ＱＢ１がオンになる可能性があるため、Ｖ＝ＶＢ＋−ＶＢ−の電圧値は変化する可能性があり、スイッチＱＢ１の特性（例えば、ドレイン−ソース間抵抗）に応じて電圧降下が発生する、例えば、Ｖ＝ＶＢ＋−ＶＢ−＝０．１Ｖである。補助電力回路３０２ａの電力変換器３０６は、０．１Ｖまたはさらに低い入力超低電圧を変換するように構成され得る。コントローラ３０４がバイパス回路３０３ａを有効にし、補助電力回路３０２ａにスイッチＱＢ１をオンにするように命令すると、Ｉ補助は、それに応じてＩ補助＝０．０５Ａに成長し、スイッチＱＢ１をオンにするのに十分な電力を供給し得る。
【０１４０】
ここで、例示的な実施形態によるパワーデバイス３００ｂの一部を示す図３Ｂを参照する。パワーデバイス３００ｂは、電力変換器３０１ｂ、補助電力回路３０２ｂ、およびコントローラ３０４ｂを含み得、それらは図２の電力変換器２０１、補助電力回路２０７、およびコントローラ２０４と同じまたは同様であり得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス３００ｂは、電源３１０に結合され得る。電源３１０は、時々電力を提供し、時々電力を受け取る源、例えばバッテリであり得る。いくつかの態様によれば、Ｉストリングは各期間中にＤＣ形態になり得る。電源３１０が電力を供給しているとき、電流ＩストリングはＡからＢに流れ得、電源３１０が電力を受け取っているとき、ＩストリングはＢからＡに流れ得る。ＩストリングがＤＣ形態である実施形態では、電力変換器３０１ｂはＤＣ／ＤＣコンバータであり得る。パワーデバイス３００ｂは、電力変換器３０１ｂおよび／または電源３１０をバイパスするように構成されたバイパス回路３０３ｂを有し得る。バイパス回路３０３ｂは、パワーデバイス３００ｂまたは電力変換器３０１ｂの構成要素、またはパワーデバイス３００ｂまたは電力変換器３０１ｂの出力に結合するように構成された独立したデバイスであり得る。
【０１４１】
ここで、例示的な実施形態によるバイパス回路を示す図３Ｃを参照する。図３Ｂのバイパス回路３０３ｂが、図３Ｃのバイパス回路３０３ｃと同様に実装され得、直列に接続された第１のスイッチＳＢ１および第２のスイッチＳＢ２を有する。スイッチＳＢ１およびＳＢ２は出力ＡおよびＢに結合されてもよく、ノードＣおよびＤは電力変換器３０１ｂの出力に結合されてもよい。バイパス回路３０３ｂは、バイパス回路３０３ｂが有効にされるとスイッチＳＢ１およびＳＢ２をオンにし、バイパス３０３ｂが無効にされるとスイッチＳＢ１およびＳＢ２をオフにするように構成され得る。バイパス回路３０３ｂは、補助電力回路３０２ｂから電力を受け取り得る。コントローラ３０４ｂは、バイパス回路３０３ｂを有効にすることおよび／またはバイパス回路３０３ｂを無効にすることを決定するように構成され得る。バイパス回路３０３ｂが無効にされ、パワーデバイス３００ｂが電源３１０からパワーデバイス３００ｂの出力ＡおよびＢに電力を伝送している場合、またはパワーデバイス３００ｂの出力ＡおよびＢから電源３１０に電力を伝送している場合、バイパス回路３０３ｂを横切る電圧降下は、点Ａと点Ｂとの間の電圧と同じまたは同様、例えば４０［Ｖ］であり得る。補助電力回路３０２ｂは、バイパス回路３０２ｂと同じまたは同様の電圧を有し得、電力をコントローラ３０４ｂなどのパワーデバイス３００ｂ内のコンポーネントに伝送し得る。バイパス回路３０３ｂが有効にされると、出力ＡとＢはスイッチＳＢ１とＳＢ２を使用して短絡される。点ＡとＢの間の電圧は１［Ｖ］に低下し得る。それに応じて、補助電力回路３０２ｂを横切る電圧が低下し得る。補助電力回路３０２ｂは、低電圧下に電力をバイパス回路３０３ｂに伝送するように構成され得る。
【０１４２】
いくつかの態様によれば、ＩストリングはＡＣ形態であり得る。バイパス回路３０３ｂは、バイパス回路３０３ａと同じまたは同様の方法で実装され得る。電力変換器３０１ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータであり得る。バイパス回路３０３ｂが無効になると、スイッチＱＢ１（図３Ａの）はオフになり得、電力変換器３０１ｂはパワーデバイス３００ｂ、ＡおよびＢの出力からＩストリングを受信し得る。スイッチＱＢ４およびＱＢ２はオンであり得、補助電力回路３０２ｂによって電力供給される。バイパス回路３０３ｂが有効にされると、スイッチＱＢ１は、コントローラ３０４ｂおよび補助電力回路３０２ｂによってオンにされ得る。
【０１４３】
ここで図４を参照すると、図は例示的な実施形態によるパワーデバイス４００の一部を示している。パワーデバイス４００は、電力変換器４０１、補助電力回路４０２、バイパス回路４０３、およびコントローラ４０４を含み得、これらはそれぞれ図２の電力変換器２０１、補助電力回路２０７、バイパス回路２０９、ノードａ、ｂ、ｃ、ｄおよびコントローラ２０４と同一または同様であり得る。バイパス回路４０３は、パワーデバイス４００の出力および／または電力変換器４０１の出力に結合されてもよく、電力変換器４０１をバイパスするように構成されてもよい。
【０１４４】
いくつかの態様によれば、補助電力回路４０２は、Ｖｉｎ＝Ｖｉｎ＋−Ｖｉｎ−の電圧値で、パワーデバイス４００、ａおよびｂへの入力から電力を受け取り得る。電力は、発電機（例えば、図１の発電機１０１）からパワーデバイス４００の入力ａおよびｂに、Ｖｉｎの電圧値で伝送され得、電力は、図１Ａの発電機１０１などの発電機から流れ得る。補助電力回路４０２は、バイパス回路４０３の出力に電気的に結合され得、ＶＢ＝ＶＢ＋−ＶＢ−の電圧値でバイパス回路４０３から電力を受け取り得る。いくつかの態様によれば、補助電力回路４０２は、例えば、電流ＩストリングがＡＣ形態で、補助電力回路がＤＣ形態の電流と電圧を必要とする場合、パワーデバイス４００、ｃおよびｄの出力から電力を受け取るバイパス回路４０３の出力からではなく、パワーデバイス４００、ＡおよびＢへの入力から電力を抽出し得る。いくつかの態様によれば、補助電力回路４０２はパワーデバイス４００への入力から電力を受け取り得、コントローラ４０４はバイパス回路４０３を無効にし得、例えば、バイパス回路４０３は複数のＭＯＳＦＥＴを含み得（すなわち、図２Ａのバイパス回路２０９ｂに示すように）、およびコントローラ４０４は、ＭＯＳＦＥＴをオフに保ち、オンおよびオフに切り替えない場合がある。
【０１４５】
いくつかのシナリオでは、例えば、パワーデバイス４００の入力を通じてパワーデバイス４００に電力を出力するように構成された発電機がパワーデバイスから切断されている場合、補助電力回路４０２はパワーデバイス４００への入力から電力を受け取ることができないかもしれない。このようなシナリオにおいて（例えば、パワーデバイス４００への入力からの電力が利用できない場合）、補助電力回路４０２は、バイパス回路４０３の出力からの電力によって電力供給され得る。いくつかの態様によれば、補助電力回路４０２は、パワーデバイス４００の入力から、またはバイパス回路４０３から電力を抽出するように構成された論理ブロック（例えば、図４Ａに示す回路４１０）を有し得る。
【０１４６】
次に、バイパス回路を無効および有効にするように構成された回路４１０を示す図４Ａを参照する。回路４１０は、パワーデバイス４００などのパワーデバイスの一部であり得る。バイパス回路は、スイッチＱＢ１がオンのときに有効にされ得、スイッチＱＢ１がオフのときに無効にされ得る。スイッチＱＢ１は、図３ＡのスイッチＱＢ１と同一または同様であり得る。スイッチＱＢ１は、点ＤＤとＧＧとの間に配置されたＭＯＳＦＥＴであり得る。スイッチＱＢ１は、電源４１１および／または回路４１０を含むパワーデバイスをバイパスするように構成され得る。電源４１１は、第１の出力ＡＡおよび第２の出力点ＧＧを有し得る。点ＧＧは、回路４１０の基準点として使用されてもよく、相対的な地面として参照されてもよい。回路４１０は、出力ＡＡと点ＢＢとの間に配置された抵抗器Ｒ１１を有し得る。ポイントＢＢは増幅器Ａｍｐ１への入力であり得る。増幅器Ａｍｐ１は、負入力と正入力を有し得る。ポイントＢＢは増幅器Ａｍｐ１への負入力にあり得る。増幅器Ａｍｐ１への正入力はポイントＨであり得る。ポイントＨＨとＧＧの間には、電流をＧＧからＨに流し、ＧＧとＨとの間の設定電圧（例えば、０．３Ｖ、０．５Ｖ、０．７Ｖ、１Ｖ）差を印加し、増幅器Ａｍｐ１の正入力の基準電圧を設定するように構成されたダイオードＤ１３があり得る。抵抗器Ｒ１２は点ＢＢとＧＧとの間に配置され得る。抵抗器Ｒ１１およびＲ１２は、電源４１１の電圧ＶＡ〜ＶＧに関して分圧器として機能するように構成され得る。増幅器Ａｍｐ１は、ポイントＥＥに第１の出力を有し得る。スイッチＱＢ１は、点ＤＤに接続されたドレイン端子、点ＧＧに接続されたソース端子、および点ＦＦに接続されたゲート端子を有し得る。抵抗器Ｒ１３は、点ＥＥとＦＦとの間に配置されてもよく、抵抗器Ｒ１４は、点ＦＦとＧＧとの間に配置されてもよい。Ｖｇは、点ＦＦの電圧であり得、それは増幅器Ａｍｐ１からの出力電圧によって決定され得る。Ｖｇは、ＱＢ１を切り替えるゲートの電圧であり得る。ポイントＣＣは増幅器Ａｍｐ１の正のパワーサプライであり得、ポイントＧＧは増幅器Ａｍｐ１の負のパワーサプライであり得る。抵抗器Ｒ１５は、点ＨＨとＤＤの間に配置されてもよい。点ＣＣとＤＤの間には、点ＣＣと点ＤＤの間の電圧差を設定するように構成されたダイオードＤ１２が存在し得る。第２のダイオードＤ１１は、点ＡＡとＣＣとの間に配置され得る。
【０１４７】
増幅器Ａｍｐ１は、ダイオードＤ１１を介して電源４１１から、またはダイオードＤ１２を介してスイッチＱＢ１を横切る電圧から動作電力を受け取るために、端子ＣＣとＧＧとの間に接続されてもよい。図４Ａの図によれば、電源４１１を横切る電圧がスイッチＱＢ１を横切る電圧よりも高い場合、増幅器Ａｍｐ１の動作電力は電源４１１から引かれ得、電源４１１を横切る電圧がスイッチＱＢ１を横切る電圧よりも低い場合、増幅器Ａｍｐ１の動作電力はスイッチＱＢ１全体から引かれ得る。これにより、電源４１１が利用可能な場合は電源４１１からの電源供給を可能にし（これは効率を向上する）、電源４１１が利用できない場合（例えば、電源４１１が切断されたまたは故障している電源である、あるいは陰になった太陽光発電機である場合)、スイッチＱＢ１全体からの電力供給を可能にするという利点がもたらされ得る。
【０１４８】
任意選択的に、ダイオードＤ１２およびＤ１１を取り外し、端子ＣＣを端子ＤＤへ（スイッチＱＢ１全体から増幅器Ａｍｐ１への動作電力を引くことを可能にする）または端子ＡＡへ（電源４１１から増幅器Ａｍｐ１への動作電力を引くことを可能にする）直接接続してもよい。
【０１４９】
ここで図４Ｂを参照すると、図は、例示的な実施形態によるバイパスを可能にするための方法４２０を示している。方法４２０は、アナログおよび／またはデジタルの１つまたは複数の回路、例えば図４Ａの回路４１０によって実施することができる。ステップ４２０は、増幅器および／または演算増幅器（例えば、図４ＡのＡｍｐ１）に電力を提供することを含み得る。演算増幅器は、正のパワーサプライと負のパワーサプライを有し得る。いくつかの態様によれば、正のパワーサプライは負のパワーサプライの絶対値に等しくてもよい。いくつかの態様によれば、正のパワーサプライは負のパワーサプライの絶対値とは異なってもよく、例えば、正のパワーサプライは相対的な地面と比較して１［Ｖ］であり得、負のパワーサプライは相対的な地面と比較して０［Ｖ］であり得る。負のパワーサプライは、電源の負の端部に接続され得る。電源の負の端部は、相対的な地面として関連付けられてもよい。正のパワーサプライは、第１のダイオードと第２のダイオードに共通のノードから電力を引き得る。第１のダイオード（例えば図４ＡのＤ１１）は電源の出力に接続され得、第２のダイオード（例えば図４ＡのＤ１１）はオンのときはバイパスを有効にするように、オフのときはバイパスを無効にするように構成されたスイッチの正の側に接続され得る（例えば図４ＡのＱＢ１）。スイッチは、ドレインがスイッチの正の側であり得、スイッチのソースがスイッチの負の側であり得るＭＯＳＦＥＴであり得る。増幅器の正のパワーサプライは、電源とスイッチの正の側との間のより高い電圧の電圧値を取得し得る。
【０１５０】
方法４２０のステップ４２２は、演算増幅器の負の入力に第１の電圧を入力し、演算増幅器の正の入力に第２の電圧を入力することを含み得る。正の電圧は、基準電圧として関連付けられ得る。基準電圧は、ダイオード（例えば、図４ＡのＤ１３）を使用して、相対的な地面に接続することができる。ダイオードは、地面に対して設定電圧を維持するように構成され得る。増幅器への正入力は、分圧器（例えば、図４ＡのＲ１１およびＲ１２）を介して電源の正端に接続され得、演算増幅器が受け取り得る電圧レベルに適切な電圧レベルを維持する。演算増幅器は、電源の正端から受け取った電圧レベルを基準電圧と比較するように構成されてもよい。負の入力が基準の正の入力よりも大きくなるために必要な電圧レベルは、電源の正端と増幅器への負の入力を接続する分圧器、および相対的な地面と正の入力を接続するダイオードによって決定され得る。負の入力が正の入力よりも大きいシナリオでは、演算増幅器は相対地面に類似した電圧値を出力し得る。増幅器の出力は、直列の２つの抵抗器（例えば、図４ＡのＲ１３とＲ１４）を使用して、相対地面に接続され得る。バイパスを有効にするように構成されたスイッチは、直列の２つの抵抗器の間のポイントに接続されたゲートを有し、２つの抵抗器は分圧器として構成され得る。増幅器の出力電圧が相対地面に類似するこのようなシナリオでは、増幅器の出力、２つの抵抗器間の電圧、および相対地面の間の電圧差は、スイッチを起動するのに必要な電圧に関して実質的にゼロになる場合がある。演算増幅器に電力が供給されている限り、増幅器の負の入力と正の入力の比較が行われる。
【０１５１】
増幅器への負の入力が正の入力よりも小さいシナリオでは、増幅器からの出力は正のパワーサプライに似ている場合がある。正のパワーサプライは、相対地面よりも実質的に大きく、増幅器の出力と相対地面との間に差圧を生成する場合がある。増幅器の出力に接続された分圧器は、ステップ４２３で、バイパススイッチのゲートの（分圧器の抵抗間の比率に依存する）電圧レベルを、スイッチをアクティブにしバイパス回路を有効にするのに十分な高さに設定し得る。バイパスは、増幅器の負の入力の電圧レベルが増幅器の正の入力の基準電圧レベルよりも低い限り継続し得る。
【０１５２】
ここで図５を参照すると、一実施形態によるバイパスを可能にする方法５００が示されている。パワーシステムは、並列および／または直列に接続された１つまたは複数のパワーデバイスの１つまたは複数のストリングを有し得る。パワーデバイスのそれぞれは、発電機に結合され得る。パワーデバイスのそれぞれは、発電機から共通ストリングに電力を抽出し得る。共通ストリングは、ＡＣおよび／またはＤＣ電流および／または電圧を搬送し得る。方法５００はステップ５０１で開始し得、それは、パワーデバイスおよびパワーデバイスに結合された発電機の動作パラメータを感知する１つまたは複数のパワーデバイスの１つに結合または収容されたセンサ／センサインターフェースを含み得る。動作パラメータには、パワーデバイスへの入力電圧電流および／または電力、パワーデバイス内および／または周囲の温度、パワーデバイスの出力電圧電流および／または電力、パワーデバイス内の電圧電流および／または電力等が含まれ得る。センサ／センサインターフェースによって感知された値は、コントローラに提供され得る。
【０１５３】
コントローラは、ステップ５０２で、センサ／センサインターフェースから受信した信号を評価し、測定値が安全または安全でない、機能的または機能的でない動作状態を表すかどうかを判定し得る。測定値が安全な動作状態を表しているとコントローラが判断した場合、コントローラはパワーデバイスを制御して、結合された発電機から電力を抽出し、ステップ５０１で動作パラメータを感知する。測定値の値が安全でない、機能不全または非生産性の動作状態を表しているとコントローラが判断した場合、コントローラはパワーデバイスのバイパスを起動し得る。
【０１５４】
パワーデバイスのバイパスは、パワーデバイスの出力を短絡し、および／またはパワーデバイスの入力を発電機から切断し、および／またはパワーデバイスの入力を短絡するように構成されてもよい。いくつかの態様によれば、パワーデバイスは、パワーシステム内の他のデバイスに信号を受信および／または送信するように構成された通信装置を有し得る。通信装置は、ステップ５０３で、バイパス信号を受信するか、キープアライブ信号の受信を停止し得る。パワーデバイスは、キープアライブ信号が受信されている限り、電力を抽出し、共通ストリングに結合するように構成され得る。キープアライブ信号が停止すると、またはバイパス信号を受信すると、コントローラは、ステップ５０４で、バイパスを有効にし、および／またはパワーデバイスをシャットダウンし、バイパスに入るように構成され得る。
【０１５５】
パワーデバイスのバイパスを有効にすることは、バイパス回路に電力を提供するように構成された補助電力回路へ電力を引くことを含み得る。バイパス回路は、図３ＡのスイッチＱＢ１〜ＱＢ５などのバイパス回路を開くおよび短絡するように構成された１つまたは複数のスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等）を含み得る。いくつかの態様によれば、補助電力回路は、パワーデバイスの入力から電力を引くように構成され得る。パワーデバイスの入力は、電源に接続され得る。いくつかの態様によれば、電源は、電源が生産中であり、バイパスされるシナリオであっても、補助電力回路に電力を供給するのに十分高いレベルで電力を出力し得る。いくつかの態様によれば、補助電力回路は、パワーデバイスの出力から電力を引くように構成され得る。コントローラは、ステップ５０５において、パワーデバイスの入力から電力を引くか出力から電力を引くかを決定するように構成され得る。コントローラは、電源が補助電力回路を提供し補助電力回路に電力を供給するのに十分な電力を出力している限り、パワーデバイスの入力から電力を引くように構成され得る。
【０１５６】
補助電力回路への入力がパワーデバイスの入力に結合されるいくつかの実施形態では、ステップ５０５の後にステップ５０６ａが続く場合がある。補助電力回路は、バイパスを起動するために必要な電力をパワーデバイスへの入力から引き得る。補助電力回路は、バイパス回路のスイッチに電力を供給することを含み得るバイパス回路に電力を供給するのに適した電力を出力するように構成された電力変換器を含み得る。パワーデバイスへの入力から補助電力回路に引かれた電力は、バイパス回路を起動するのに必要な適切な電圧レベルに変換され得る。コントローラは、補助電力回路から引かれた電力を使用して、共通ストリングからバイパスに流れる電流の形態に従って、バイパス回路のスイッチを起動し得る。
【０１５７】
いくつかの態様によれば、コントローラは、ステップ５０６ｂで、パワーデバイスの出力から電力を引き、パワーデバイスの入力から電力を引かないことを決定し得る。バイパス回路は、パワーデバイスの出力に結合された第１および第２の入力を含み得る。バイパス回路は、補助電力回路の入力に結合された第１の出力および第２の出力をさらに含み得る。補助電力回路は、バイパス回路内のスイッチに電力を供給することを含み得るバイパス回路に電力を供給するのに適した電力を出力するように構成された電力変換器を有し得る。バイパス回路は、共通のストリングから電力を引き、補助電力回路に給電するために必要な電力量を出力し得る。補助電力回路に電力を供給するために必要な電力量を受け取った後、コントローラはそれに応じてスイッチを起動し得る。例えば、共通ストリングからの電流と電圧は、ＤＣ電流と電圧であり得る。コントローラは、電力の流れの方向に応じて、多数のスイッチをオンにし、多数のスイッチをオフのまま維持し得る。いくつかの態様によれば、電流および／または電圧はＡＣ形式であり得、電流の方向は双方向であり得る。バイパス回路は、バイパス回路の出力に一定方向の電流を確保するように構成された整流器として設計され得る。コントローラは、バイパス回路のスイッチを、電流のレートに比例し得るレートでオンおよびオフに切り替え得る（例えば、電流のレートは５０Ｈｚであり得、スイッチのスイッチングレートは５０Ｈｚであり得る）。
【０１５８】
いくつかの態様によれば、補助電力回路は、バイパスの出力およびパワーデバイスの入力に結合され得る。補助電力回路は、パワーデバイスへの入力の電圧またはバイパスの出力のいずれかを出力するように構成された論理ブロックを有し得る。例えば、論理ブロックは、パワーデバイスへの入力の電圧とバイパスの出力の両方で「ＯＲ」演算を実行し、２つのうちの大きい方を出力するように構成され得る。いくつかの態様によれば、論理ブロックは、電圧が最小閾値（例えば、０．１［Ｖ］）を超える限り、入力の電圧をパワーデバイスに出力するように構成され得、そうでなければ、出力の電圧をバイパスへ出力する。
【０１５９】
補助電力回路に電力を供給した後、ステップ５０７はバイパスを起動することを含む。バイパスの起動は、コントローラがスイッチをオフからオンに切り替え、バイパスが有効である限りオンのまま維持することで実行され得る。バイパスは、有効化信号が受信される、無効化信号が受信されない、および／またはキープアライブ信号が受信されない限り有効にされ得る。
【０１６０】
ここで、本開示に含まれる態様によるバイパス回路１１５の実装を示す図６Ａを参照する。結合回路１２０は、スイッチＢＰ１（図１Ｇの）のゲート（ｇ）をダイオードＤ３のカソードおよび抵抗器Ｒ４の第１の端部に結合することを含み得る。ダイオードＤ３のアノードは、ダイオードＤ１のカソード、コンデンサＣ３の第１の端部、およびスイッチＱ８のゲート（ｇ）に結合し得る。抵抗器Ｒ４の第２の端部は、コンデンサＣ３の第２の端部および端子Ｂに結合し得る。コンデンサＣ３の第２の端部は、インダクタＬ３の第１の端部に結合し得、インダクタＬ３の第２の端部は、ダイオードＤ１のアノードに結合し得る。スイッチＢＰ１のドレイン（ｄ）は、端子ＡでダイオードＰＤ１のカソードに結合して、リターン接続ＲＥＴ１を提供し得る。ダイオードＰＤ１のアノードは、スイッチＢＰ１のソース（ｓ）、スイッチＱ８に属するダイオードＢＤ２のアノード、およびスイッチＱ８のソース（ｓ）に結合し得る。スイッチＱ８のドレイン（ｄ）は、スイッチＱ９のソース（ｓ）を抵抗器Ｒ３の第１の側に結合し得る。スイッチＱ９のゲート（ｇ）は、回路６０６に結合され得る。ダイオードＰＤ２のカソードは、抵抗器Ｒ１の第１の側に結合され得る。抵抗器Ｒ１の第２の側は、スイッチＱ９のドレイン（ｄ）および回路１１１のインダクタＬ１の第１の端部に結合され得る。スイッチＢＰ１は、ダイオードＰＤ１を含み得るまたはダイオードを含まないかもしれない金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり得る。同様に、スイッチＱ６、Ｑ７、およびＱ９は、ダイオードＰＤ２のようなダイオードを含むか、またはダイオードを含まないかもしれないＭＯＳＦＥＴであり得る。スイッチＱ９は、接合ゲート電界効果トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）であり得る。いくつかの態様によれば、バイパス回路１１５は、回路６０６、スイッチＱ８、および抵抗器Ｒ１を有さない場合がある。
【０１６１】
回路１１１において、インダクタＬ１の第２の端部は、スイッチＱ６およびＱ７のドレイン（ｄ）に結合し得る。Ｑ６とＱ７のソース(ｓ)を結合して、リターン接続ＲＥＴ２を提供することができる。抵抗器Ｒ２の第１の端部は、スイッチＱ７のゲートとスイッチＱ７のソース(ｓ)との間を結合し得る。スイッチＱ６のゲート（ｇ）は、コンデンサＣ２の第１の端部に結合し得る。コンデンサＣ２の第２の端部は、インダクタＬ２の第１の端部およびコンデンサＣ１の第１の端部に結合し得る。インダクタＬ２の第２の端部は、リターン接続ＲＥＴ３を提供し得る。コンデンサＣ１の第２の端部は、スイッチＱ２のゲートに結合し得る。リターン接続ＲＥＴ１、ＲＥＴ２、およびＲＥＴ３は一緒に結合して、スイッチＢＰ１のソース(ｓ)でターミナルＢとは別であり得るリターン経路を形成し得る。バイパス回路１１５のリターン経路と端子Ｂの間の分離は、パワーデバイス２００の入力を横切るバイパス回路１１５の一体化とともに、端子ＢとインダクタＬ１の間にスイッチＱ８とダイオードＰＤ２を配置することにより達成され得る。スイッチＢＰ１、Ｑ６およびＱ７は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり得、スイッチＱ９は、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）であり得る。
【０１６２】
いくつかの態様によれば、インダクタＬ１、Ｌ２、およびＬ３は、同じ磁気コア上で相互に結合され得る。実際には、インダクタＬ１からＬ２の間の結合、次にインダクタＬ２からＬ３の間の結合は、回路１１１の出力と結合回路１２０の間の結合の可能な機能を提供し得る。したがって、インダクタＬ１を横切る回路１１１の出力は、インダクタＬ１とインダクタＬ３との間の相互インダクタンスを介して結合回路１２０の入力へ戻るように結合され得、およびインダクタＬ１とインダクタＬ２との間の相互結合を介してインダクタＬ２へ結合され得る。インダクタＬ１とインダクタＬ２間の相互インダクタンスとインダクタＬ２に誘導される電圧は、それぞれのコンデンサＣ２およびＣ１の結合を介してスイッチＱ６とＱ７のゲート（ｇ）を駆動する。インダクタＬ１とインダクタＬ２およびＬ３との間の相互結合は、インダクタＬ２およびＬ３がインダクタＬ１が有するよりも多くの共通の磁気コアを横切る巻き線数を有するため、インダクタＬ２およびＬ３に誘導される電圧が変圧器方程式（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）：
ＶＬ１／ＶＬ２＝ＮＬ１／ＮＬ２
および
ＶＬ１／ＶＬ３＝ＮＬ１／ＮＬ３
によってより高くなるようなものであり得、
式中、ＶＬ１、ＶＬ２およびＶＬ３はインダクタＬ１、Ｌ２およびＬ３の各電圧であり、ＮＬ１、ＮＬ２およびＮＬ３はインダクタＬ１、Ｌ２およびＬ３の各巻き線数である。
【０１６３】
巻き線数ＮＬ２およびＮＬ３がより多いためにインダクタＬ２およびＬ３に誘導される電圧が大きくなると、スイッチＢＰ１、Ｑ６、およびＱ７の動作が可能になり得るが、より大きな電圧が誘導されない場合、スイッチＢＰ１、Ｑ６、およびＱ７は動作できない可能性がある。回路１１１のインダクタＬ２とコンデンサＣ１およびＣ２は、コルピッツ発振器として機能する。振動の周波数は：
【数４】
2020074661.tif 000006
によって与えられる。
【０１６４】
回路１１１の発振周波数が１〜４キロヘルツ（ＫＨｚ）になり得るように、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３、コンデンサＣ１およびＣ２を選択することができる。したがって、回路１１１の低周波発振は、Ｑ６、Ｑ７、およびＱ８のスイッチングでの低損失を提供し得る。あるいは、回路１１１がハートレー発振器として実装され得るように、コンデンサＣ１を別のインダクタで置き換えることができる。回路１２０のインダクタＬ３は、回路１１１のインダクタＬ１およびＬ２と同じコア上に構築することができ、ダイオードＤ１は、インダクタＬ３と回路１１１のインダクタＬ１およびＬ２との間の相互結合のおかげであり得るインダクタＬ３に誘導される電圧を整流するために使用され得る。整流されたパルスは、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲート（ｇ）とソース（ｓ）との間の電圧（Ｖｇｓ）を駆動して、ステップ１００７でスイッチＢＰ１の連続導通のためにスイッチＢＰ１をオンにし得る(図１Ｈ参照)。
【０１６５】
スイッチＱ９のゲートに接続されるのは、抵抗器Ｒ３および回路６０６の第２の側であり得る。回路６０６は、ダイオードＤ４のアノードによってスイッチＱ８のゲート（ｇ）に結合され得る。コンパレータｃｏｍｐの出力は、ダイオードＤ４のカソードに結合され得る。コンパレータｃｏｍｐは、コンパレータｃｏｍｐへの正の入力に基準電圧Ｖｒｅｆを、コンパレータｃｏｍｐへの負の入力にＶｄを有し得る。Ｖｄは、電源からの電圧および／またはバイパス回路１１５を収容するパワーデバイスからの電圧であり得る。正のパワーサプライは、抵抗器Ｒ５の第１の側およびツェナーダイオードＤｚのカソードに結合され得る。抵抗器Ｒ５の第２の側は、Ｖｓに結合され得る。Ｖｓは、パワーデバイスに結合された電源の出力電圧を表し得る。ダイオードＤｚのアノードは、抵抗Ｒ５とダイオードＤｚが正のパワーサプライを調整するように構成されている基準点に接続され得る。コンパレータｃｏｍｐの電圧出力は、スイッチＱ９をオンまたはオフにするように構成され得る。コンパレータｃｏｍｐが−Ｖｂの電圧を出力すると、スイッチＱ９はオンになり、ｃｏｍｐがＶｓに対して正の電圧を出力すると、Ｒ５の値に依存して、スイッチＱ９はオフになる。
【０１６６】
ここで再び図１Ｔを参照すると、図１Ｈの方法１０００は、例示的な実施形態による、図１Ｇに示されるバイパス回路１１５の結合回路１２０、スイッチＢＰ１および回路１１１のさらなる詳細に適用される。ステップ１００３において、スイッチＢＰ１は、パワーデバイス２００出力の直列ストリングが存在し得るパワーデバイス２００の出力を横切って結合され得る。スイッチＢＰ１は、ステップ１００３においてアクティブではない。
【０１６７】
決定ステップ１００５で、具体的には、ダイオードＰＤ１の第１のバイパス電流導通は、パワーデバイス２００および／または電源１０１が正しく機能していないことの表示であり得る。その結果、非アクティブなパワーデバイス２００の出力を通る電流の流れ（Ｉストリング）が制限され得る。電流の流れが制限された結果として、ストリング内の他のパワーデバイス２００の電圧出力は、それらの出力および非アクティブなパワーデバイス２００の出力に電流を押し通すことを試みる場合がある。電流の流れを押し通す試みは、他のパワーデバイス２００の電圧出力の増加によって引き起こされる可能性があり、それによりダイオードＰＤ１が順方向にバイアスされ、電流の第１のバイパス電流導通がダイオードＰＤ１を介して生じる。ダイオードＰＤ１が順方向バイアスになる、ダイオードＰＤ２も順方向にバイアスされる。ダイオードＰＤ２の順方向バイアスにより、回路１１１を利用してスイッチＢＰ１の連続動作を開始することができる。回路１１１の動作の詳細な記載は、以下の記載で後述する。
【０１６８】
ステップ１００７で、回路１１１はスイッチＢＰ１の連続動作を開始し得る。ボディダイオードＰＤ１が導通するとすぐに、Ｑ６および／またはＱ７がオンになり得、回路６０５はスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴがオンになるようにスイッチＢＰ１の連続動作を維持し得、その結果、スイッチＢＰ１のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）の間の電圧（Ｖｄｓ）は低いまま、例えば約１０ミリボルト（ｍＶ）から実質的に最大２００ｍＶである。スイッチＱ１の１０ｍＶのＶｄｓと、２５アンペアのストリング電流Ｉストリングをバイパスするためのバイパスダイオードの順方向電圧降下０．７Ｖを比較すると、それぞれ０．２５ワットおよび１７．５ワットのバイパス電力損失が生じる。したがって、バイパス回路１１５および以下に記載する他のバイパス回路の実施形態のスイッチＢＰ１の動作は、バイパス自体による大きな損失を招くことなく、電源および／または他の回路要素のバイパスを可能にし得る効率的なバイパス回路を提供する。例えば、バイパスダイオードの使用を含む可能性のあるバイパスを提供する他の方法と比較すると、大きな損失を招くことなく電源および／または他の回路要素をバイパスすることは重要であり得る。
【０１６９】
ステップ１００７で、リターン接続ＲＥＴ１、ＲＥＴ２およびＲＥＴ３は、一緒に結合して、スイッチＢＰ１のソース（ｓ）で端子Ｂで提供されるものと別個のリターン経路であり得るリターン経路ｒｔｎを形成し得る。リターン経路と結合回路１２０および回路１１１の間の端子Ｂとの間の分離は、スイッチＱ９およびダイオードＢＤ２によるものであり得る。その結果、回路１１１の発振は、スイッチＱ６および／またはＱ７のドレイン上に構築され得る一方、発振のリターン経路は、スイッチＱ７および／またはＱ６のソース（ｓ）上に提供され得る。
【０１７０】
決定ステップ１００９で、非アクティブなパワーデバイス２００が非アクティブのままである場合、ステップ１００７でスイッチＢＰ１が起動されたままであるようにスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴはオンのままである。決定ステップ６４７で、スイッチＢＰ１がステップ１００７で起動されたままである場合、補助電力回路２０７からの電力は、非アクティブなパワーデバイス２００への供給から隔離されてもよい。しかしながら、パワーデバイス２００がアクティブになり始めると、例えばパネルが陰らなくなりこれがセンサ／センサインターフェース２０３によって感知されスイッチＱ８をオフにし得ると、補助電力回路２０７からの電力がパワーデバイス２００のスイッチに再供給されることが許可され得、パワーデバイス２００の機能が許可される。この時点で、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとボディダイオードＰＤ１、およびダイオードＰＤ２の両方が逆バイアスをかけられる可能性がある。ダイオードＰＤ２のアノードで回路１１１の入力に印加されるスイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＰＤ１の両方の逆バイアス電圧により、回路１１１の発振が停止する可能性がある。結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１の入力へフィードバックされる回路１１１の出力発振の停止は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴをオフに切り換えるのに十分であり得、そのため、スイッチＢＰ１は、ステップ１０１１で停止される。あるいは、コントローラ２０４または他のコントローラの制御下にあるセンサ／センサインターフェース２０３は、スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴとダイオードＢＤ１の両方の逆バイアス電圧を感知し得る。逆バイアスが感知される結果として、スイッチＢＰ１がオフに切り替えられ得、補助電力回路２０７からの電力がパワーデバイス２００のスイッチに再供給されて、パワーデバイス２００が正常に機能できるようにすることができる。スイッチＢＰ１のＭＯＳＦＥＴのゲートに印加される電圧が低下すると、ＭＯＳＦＥＴはオフにされる。パワーデバイス２００が正常に機能している状態で、スイッチＢＰ１はここで非アクティブ（オフ）であるが、依然として端子ＡおよびＢで結合されている（ステップ１００３）。
【０１７１】
ここで、例示的な実施形態による、回路１１１を示す図６Ｂと、図１Ｋのフローチャートとを参照する。結合回路１２０および回路６０６への回路１１１の接続が示されている。パワーデバイス２００が動作していない場合、ステップ１００７（ステップ１００７の前後のステップを示す図１Ｈも参照のこと）が発生し、スイッチＢＰ１は、非アクティブなパワーデバイス２００の出力周辺の経路の直列ストリング（Ｉストリング）に電流を引き込む。回路１１１は、図１Ｇに関して記載したものと同じでもよく、バイパススイッチＢＰ１に結合され得る。スイッチＱ６とＱ７は、抵抗器Ｒ２でバイアスされ得る。スイッチＢＰ１がオフで、パワーデバイス２００がステップ１０１１で正しく動作しているときの回路１１１の動作において、スイッチＱ９およびダイオードＰＤ２は、バイパススイッチＢＰ１を通る漏れ電流をブロックし得、端子Ａの電圧が端子Ｂの電圧を大幅に上回り得る場合、バイパススイッチＢＰ１を横切る逆電圧をブロックし得る。逆に、ステップ１００７でパワーデバイス２００が動作していない場合、スイッチＱ９は、ダイオードＤ１によって提供される整流出力によって動作するため、スイッチＱ９がオンであり得る場合、ダイオードＰＤ２はスイッチＱ９によってバイパスされる。ステップ１００７中にスイッチＱ９をオフにすると、バイパススイッチＢＰ１を通る漏れ電流のブロックがもたらされる。スイッチＱ９がオンであることは、回路１１１が発振するための余裕を与えるために、スイッチＢＰ１がオンにされ、ステップ１００７の間オンに維持される結果として、端子ＡおよびＢを横切る電圧の降下をさらに補償し得る。以下の記載を簡略化するために、スイッチＱ９とその動作は無視され、オンであると見なされる。
【０１７２】
決定ステップ１２０３において、他の電源１０１およびパワーデバイス２００出力の直列ストリングのそれぞれのパワーデバイス２００と比較して、電源１０１および各パワーデバイス２００によって低電力が生成されている場合、したがって、第１のバイパス電流導通はダイオードＰＤ１を介している可能性がある。同様に、電源１０１およびそれぞれのパワーデバイス２００に障害がある場合、第１のバイパス電流導通はダイオードＢＤ１を介している可能性がある。
【０１７３】
ステップ１２０５で、ダイオードＰＤ２がダイオードＢＤ１と同様に順方向にバイアスされるため、第１のバイパス電流導通によりインダクタＬ１を横切って電圧ＶＬ１が誘導される場合がある。ステップ６３７ｂで、バイパススイッチＢＰ１は、パワーデバイス２００の出力電圧（ＶＡＢ）に対して正にバイアスされ得る。パワーデバイス２００の出力電圧（ＶＡＢ）に対して正にバイアスされたバイパススイッチＢＰ１は、パワーデバイス２００が機能していない結果であり得る。したがって、バイパススイッチＢＰ１を介して電流のバイパスを提供するための第１のバイパス電流導通は、ダイオードＰＤ１を介し、その後ダイオードＰＤ２を介したインダクタＬ１の導通、およびバイパススイッチＢＰ１の動作の第１段階におけるスイッチＱ６の使用によるインダクタＬ１の導通が続く可能性がある。
【０１７４】
低電力の例は、電源１０１が（例えば夜明けに）照らされ始めたばかりの太陽電池パネルであり得る場合、または太陽電池パネルが実質的および／または部分的に陰になり得る場合であり得る。陰になることは、電源１０１によって生成される電力を低減する場合がある（例えば、陰になっていない電源によって生成される電力の２０％、５０％、またはさらには１００％近く、生成される電力を低減する）。決定ステップ６３７ａで電源１０１によって十分な電力が生成され得る場合、回路６０５は、スイッチＱ７および／またはＱ６が使用される動作の第２段階まで、スイッチＢＰ１の動作の第１段階の一部として以下に記載される６３７ｃ〜６３７ｇのステップに従ってスイッチＱ６の初期使用により何度も発振し続ける可能性がある。Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴではなく接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を使用して実装され得る。それというのも、ＭＯＳＦＥＴと比較してＪＦＥＴがＭＯＳＦＥＴと比較して低いバイアス入力電流を有し得、ゲート（ｇ）とソース（Ｖｇｓ）との間の電圧が実質的にゼロの場合、ＪＦＥＴがソース（ｓ）とドレイン（ｄ）の間を導通し得るからである。Ｑ６は、デプレッションモードＦＥＴを使用して実装され得る。
【０１７５】
Ｑ６を使用する第１段階から続いて、ステップ１２０９、１２１１、１２１３、１２１５および１２１７は、スイッチＢＰ１の動作の第２段階の一部としてスイッチＱ７および／またはスイッチＱ６を使用して実施される。第１段階と第２段階の両方の動作原理は、インダクタＬ１に電流が流れると、インダクタＬ１がインダクタＬ３およびＬ２に相互に結合されることである。相互結合は、電流がインダクタＬ１を流れると、電流がインダクタＬ２を流れ、電圧ＶＬ２をインダクタＬ２に誘導する。電圧ＶＬ２は、コンデンサＣ１および／またはＣ２を介して（ステップ６３７ｃにおいて）スイッチＱ７および／またはスイッチＱ６のゲート（ｇ）を充電し得る。スイッチＱ７および／またはスイッチＱ６のゲート（ｇ）の充電により、スイッチＱ７および／またはスイッチＱ６はスイッチＱ７および／またはスイッチＱ６のソース（ｓ）とドレイン（ｄ）の間で電流の導通を開始し得、それによりＱ７および／またはスイッチＱ６は期間ｔｏｎの間、オンである（ステップ６３７ｇ）。
【０１７６】
ｔｏｎの間にインダクタＬ１に誘導されたエネルギーは、時定数τ［Ｌ１］によって放電され得る。
τ［Ｌ１］＝Ｌ１×Ｒｅｑ
式中、Ｒｅｑは、抵抗器Ｒ１、およびスイッチＱ６および／またはＱ７がオンであり得る場合のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）間のそれぞれの抵抗（Ｒｄｓ）を含む等価抵抗であり得る。スイッチＱ７および／またはＱ６がオンであり得る場合のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）間のそれぞれの抵抗（Ｒｄｓ）の値は、回路６０５の設計の一部としてスイッチＱ７およびＱ６に選択された特定のデバイスの製造元のデータシートから取得され得る。インダクタＬ１の放電（ステップ１２１３）は、決定ステップ６３７ｆにおけるインダクタＬ２の電圧ＶＬ２がＱ７および／またはスイッチＱ６の閾値電圧を下回って、期間ｔｏｆｆの間、Ｑ７および／またはスイッチＱ６をオフに切り換える（ステップ１２１７）まで、決定ステップ１２１５で継続し得る。Ｑ７および／またはスイッチＱ６のドレイン（ｄ）電圧は、次の比率で増加し始める可能性がある：
【数５】
2020074661.tif 000007
これにより、時定数τ［Ｌ２］で定義される時間、Ｌ２の電圧が再び上昇し得、その後スイッチＱ７および／またはスイッチＱ６が再び導通し（ステップ１２０９）、これにより回路１１１の発振が生じ得る。時定数τ［Ｌ２］は次のように与えられ得る：
【数６】
2020074661.tif 000008
【０１７７】
式中、Ｃｅｑは、コンデンサＣ１およびＣ２を含む等価容量、およびスイッチＱ７および／またはＱ６の寄生容量であり得る。スイッチＱ７および／またはＱ６の寄生容量は、回路１１１の設計の一部としてスイッチＱ７およびＱ６に選択された特定のデバイスの製造元のデータシートから導出され得る。スイッチＱ７および／またはＱ６の寄生容量は、時定数τ［Ｌ２］の望ましい値の重要な要因である場合もあれば、そうではない場合もある。インダクタＬ３に結合されたインダクタＬ１は、電流がインダクタＬ１を流れるときに、インダクタＬ３に電圧を誘導し得る。インダクタＬ３に誘導される電圧は、ダイオードＤ１で整流され得る。ダイオードＤ１の整流電圧は、ダイオードＤ３および抵抗器Ｒ４を介してバイパススイッチＢＰ１のゲート（ｇ）に印加することができ、これによりバイパススイッチＢＰ１をオンにすることができる（ステップ１００７）。
【０１７８】
ここで図６Ｃを参照すると、図は、本開示の態様によるパワーデバイス６００を示している。パワーデバイス６００は、図２のパワーデバイス２００と同一または同様であり得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス６００は、電源６１０からパワーデバイス６００に電力を入力するように構成された第１の入力Ｉｎ１および第２の入力Ｉｎ２を有し得る。パワーデバイス６００は、第１の出力Ｏｕｔ１および第２の出力Ｏｕｔ２を有し得る。パワーデバイス６００は、出力Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２を介して電流（Ｉストリング）でパワーシステム（例えば、パワーシステム１００）に結合され得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイスは、フルブリッジ６０１を含み得る。フルブリッジ６０１は、４つのスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｓ６２〜Ｓ６５のブリッジを含み得る。フルブリッジ６０１は、電源６１０から出力Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２に電力を伝送するように構成され得る（例えば、フルブリッジ６０１は、インバータとして機能し得る）。いくつかのシナリオでは、バイパス回路６０３は無効にされ得る。例えば、回路６０６の電圧ＶｄはＶｒｅｆよりも大きい場合があり、これによりコンパレータｃｏｍｐの出力電圧が−Ｖｂになり、スイッチＱ８をオフにする（Ｖｄ、Ｖｒｅｆ、回路６０６、ｃｏｍｐ、ＶｂおよびＱ８は図６Ｂに表示される）。電源６１０が十分なレベルで電力を生成し、パワーデバイス６００が正しく動作しているシナリオでは、端子Ａの電圧（Ｖａ）は端子Ｂの電圧（Ｖｂ）よりも高くなるように構成され得る。
【０１７９】
電流は、パワーデバイス６００の出力Ｏｕｔ１および／またはＯｕｔ２から電源６１０に流れることができ、電力は出力Ｏｕｔ１および／またはＯｕｔ２に戻ることができる。いくつかのシナリオでは、図６ＢのスイッチＱ８をオンにすることにより、バイパス回路６０３を有効にすることができる。フルブリッジ６０１のスイッチＳ６１〜Ｓ６４は、バイパスダイオード（図６ＢのスイッチＢＰ１のダイオードＰＤ１に類似または同じ）を有し得る。電流は、出力Ｏｕｔ１および／またはＯｕｔ２を介してパワーデバイス６００に入り、スイッチＳ６２またはＳ６３のバイパスダイオードを通って流れてポイントＡに到達し得る。バイパス回路６０３に入ると、電流は、回路６０５、抵抗器Ｒ１およびスイッチＱ８（図６Ｂに表示される）を介して端子Ａから端子Ｂに流れ得る。端子Ａから端子Ｂに流れると、結合回路１２０を介してスイッチＢＰ１に電力が供給され、スイッチＢＰ１がオンになり、図１Ｇの回路１１１を介するよりも低インピーダンスの経路が提供される一方で、図６ＢのスイッチＱ９およびＢＰ１をオンに保持するために図６Ａの回路１１１と結合回路１２０を介して十分な電力が供給される。電流は、ポイントＢからスイッチＳ６４および／またはＳ６１のバイパスダイオードを介して出力Ｏｕｔ１および／またはＯｕｔ２に戻り得る。いくつかの態様によれば、パワーデバイス６００の出力Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２の電力はＡＣ形態であり得、電源６１０はＤＣ電源であり得る。フルブリッジ６０１は、パワーデバイス６００に入ると出力電流をＡＣからＤＣに変換するように構成され得、電源６１０からパワーデバイス６００を介してパワーデバイス６００の出力Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２から電力を出力するように構成され得る。
【０１８０】
ここで、パワーデバイス６００の態様を示す図６Ｄを参照する。図６ＢのスイッチＢＰ１は、第１のスイッチＳ６５および第２のスイッチＳ６６に置き換えられてもよい。スイッチＳ６５およびＳ６６は、スイッチＢＰ１と同じであり得る。端子ＡはスイッチＳ６５のドレイン（ｄ）に結合され得、端子ＢはスイッチＳ６６のドレイン（ｄ）に結合され得る。スイッチＳ６５のソース（ｓ）は、スイッチＳ６６のソース（ｓ）に結合され得る。スイッチＳ６５のゲート（ｇ）は、スイッチＳ６６のゲート（ｇ）、ならびにダイオードＤ３のカソードおよび抵抗器Ｒ４の第１の側に結合され得る。抵抗器Ｒ４の第２の側は、スイッチＳ６５およびスイッチＳ６６のソース、ならびにコンデンサＣ３の第２の側およびインダクタＬ３の第１の端部に結合され得る。図６Ｄのバイパス回路は、図６ＢのスイッチＢＰ１が図６ＤのスイッチＳ６５およびＳ６６に置き換えられ、図６ＢのポイントＢが図６ＢのスイッチＢＰ１のソース端子の代わりに図６ＤのスイッチＳ６６のドレイン端子に取り付けられているという点で、図６Ｂに示される回路とは異なり得る。
【０１８１】
いくつかの態様によれば、電源６１０は、負荷およびソース（例えば、充電時に負荷として機能し、放電時にソースとして機能するバッテリ）として機能し得る。電源６１０がソースとして機能している場合、Ｉストリングは端子Ａから端子Ｂに流れ得、電源６１０がコンシューマとして機能している場合、Ｉストリングは端子Ｂから端子Ａに流れ得る。Ｉストリングが端子Ａから端子Ｂに流れ、バイパス回路６０３が無効になると、スイッチＳ６５とＳ６６がオフになり得、スイッチＳ６５のバイパスダイオードはスイッチＳ６５とＳ６６を流れる電流をブロックし得る。図６ＢのスイッチＱ８はオフになって、電流が図６Ｂの回路１１１を介して端子Ａから端子Ｂに流れることを防止し得る。電流Ｉストリングが端子Ｂから端子Ａに流れ、バイパス回路１１５が無効になると、スイッチＳ６５とＳ６６がオフになり得、スイッチＳ６６のバイパスダイオードが、スイッチＳ６５とＳ６６を介して端子Ｂから端子Ａに電流が流れるのをブロックし得る。バイパス回路１１５が有効になると、スイッチＱ８がオンになり、電流が回路１１１を介して端子Ａから端子Ｂへ、および／またはその逆に流れ、図６Ａの結合回路１２０を介してスイッチＳ６５およびＳ６６に電力を供給し得ることを意味する。スイッチＳ６５およびＳ６６のゲート（ｇ）に十分な電力が供給されると、スイッチＳ６５およびＳ６６がオンになり得、ＩストリングがスイッチＳ６５およびＳ６６を流れ得る。
【０１８２】
直列にスイッチＳ６５およびＳ６６を有することにより、１つまたは複数の理由により結合回路１２０および回路１１１を設計することおよび構成要素の値を選択することがより容易になり得る。１つの理由は、対称回路を形成することであり得る。スイッチＳ６５とＳ６６が直列に接続される場合、電流Ｉストリングの方向は、ＶａとＶｂの電圧値と極性に影響しない場合がある。例えば、Ｉストリングは端子Ｂから端子Ａに流れ得、電源６１０はソースとして機能し得る。ＶａとＶｂとの間の電圧差は、パワーデバイス６００の動作に従って決定され、例えば５０Ｖであり得る。電源６１０が負荷として機能しているシナリオでは、ＶａとＶｂの電圧差は５０Ｖであり得、ＩストリングはＡからＢに流れる。バイパス回路１１５（図１Ｇ）のスイッチＢＰ１がスイッチＳ６５およびＳ６６で置き換えられなかった場合、電源がソースとして機能し、Ｉストリングが端子Ａから端子Ｂに流れているとき、電圧差はＶａ−Ｖｂ＝５０Ｖになり得る。しかしながら、電源６１０が負荷として機能している場合、電圧ＶａとＶｂとの間の電圧差は、実質的にスイッチＢＰ１のボディダイオードＰＤ１の電圧であり得、これは、例えば０．７Ｖなど、はるかにより低い場合がある。電流の流れの方向に関係なく、端子ＡとＢの間に一定の電圧降下があるようにバイパス回路１１５を設計すると、端子ＡとＢの間の電圧をバイパス回路の動作に使用するための電圧に変換するように設計された回路をより簡単かつ安価に設計することが可能になり得る。
【０１８３】
ここで図７Ａを参照すると、１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーシステム１００ｄが示されている。接続構成１０４ｃは、端子＋および−でシステムパワーデバイス１３９に接続されて示されている。多数の接続構成１０４ｄが、端子＋および−を横切って並列に接続されてもよい。接続構成１０４ｄは、接続構成１０４ｃと同じであっても、接続構成１０４ｃと異なっていてもよい。接続構成１０４ｃは、（図７Ａに示されるような）直列接続または多数のパワーモジュール１０３ａの出力の並列接続を含み得る。端子Ｃ＋およびＤ−での各パワーモジュール１０３ａへの入力は、電源１０１のそれぞれの出力に接続され得る。電源１０１は、太陽電池パネルとして示される。接続構成１０４ｄは、多数のパワーモジュール１０３ａの出力の直列接続を含み得、パワーモジュール１０３ａへの入力は、バッテリまたは燃料電池などのＤＣ電力の別のソースから、または風力タービン、グリッド、またはその他のＡＣ発電機などのＡＣ電源からの整流ＡＣ電力などであり得る。
【０１８４】
安全電圧ユニット７１５は、１つまたは複数のパワーモジュール１０３ａに含まれ得る。安全電圧ユニット７１５は、端子Ａ’およびＢ’を横切って実質的な短絡を提供するために利用され得る上記のバイパス回路１１５、１１５ａ、１１５ｂおよび／または１１５ｃと同じまたは同様であり得、および／またはそれらの特徴を含み得る。
【０１８５】
パワーモジュール１０３ａが端子Ｃ＋、Ｄ−と端子Ａ’、Ｂ’の間に配置された電力回路１３５（例えば図１Ｂを参照）を含まない場合、安全電圧ユニット７１５は電源１０１を横切って効果的に接続し、端子Ｃ＋、Ｄ−はそれぞれ端子Ａ’、Ｂ’であり得る。
【０１８６】
パワーモジュール１０３ａの通信インターフェース１２９（図１Ｂを参照）は、互いに通信するように、および／または（例えば、電力線通信または無線通信方式を使用して）システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７のコントローラと通信するように構成され得る。負荷１０７は、例えば、バッテリ、交流（ＡＣ）グリッド、ＤＣグリッド、またはＤＣ−ＡＣインバータであり得る。パワーモジュール１０３ａはまた、以下で説明する特徴に従って、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７から送信された信号７０を受信し得る。信号７０は、例えば、安全電圧ユニット７１５を起動または停止し得る「キープアライブ」信号または停止信号であり得る。信号７０は、例えば、無線信号、有線信号（例えば、電力線通信を介した、または別個の通信線を介した）、または音響信号であり得る。上述のパワーモジュール１０３ａおよびバイパス回路１１５、１１５ａ、１１５ｂおよび／または１１５ｃの利用は、例えば、信号７０の使用を考慮する、以下の記載においてより詳細に記載される安全電圧ユニット７１５の使用によって提供される安全機能だけでなく、陰になったパネルのバイパスモードも含み得る。
【０１８７】
以下の説明では、非限定的な例として、パワーモジュール１０３ａは、入力端子Ｃ＋、Ｄ−から出力端子Ａ’、Ｂ’へのＤＣ−ＤＣ変換用の電力回路１３５を含まない。非限定的な例は、上記のパワーモジュール１０３／１０３ａの他の特徴の使用を含み得る。例えば、システムパワーデバイス１３９に接続されたパワーモジュール１０３ａは、通信能力（例えば、通信装置）および／またはバイパスおよび／または安全電圧ユニットの制御を提供し得る。
【０１８８】
ここで図７Ｂを参照すると、１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーモジュール１０３ａに配置され接続され得る安全電圧ユニット７１５のさらなる詳細が示されている。２つのバイパス回路７１８ａおよび７１８ｂが、それぞれのボディダイオードを備えた２つのＭＯＳＦＥＴであってもよい、スイッチＳ７６およびＳ７５として実装されて示されている。ボディダイオードは、ＭＯＳＦＥＴの一体部分であり得るか、追加で取り付けられ得る。スイッチＳ７６およびＳ７５はそれぞれ、安全電圧ユニット７１５の端子Ａ’とＢ’との間に電流（ＡＣまたはＤＣ電流）の双方向の流れを可能にするダイオードを含み得る他のタイプの半導体スイッチまたはリレーであってもよい。
【０１８９】
スイッチＳ７６およびＳ７５は、スイッチＳ７６およびＳ７５の端子Ｂに接続されたＭＯＳＦＥＴのソース（ｓ）と、安全電圧ユニット７１５の端子Ａ’およびＢ’に接続されたドレイン（ｄ）との２つのＭＯＳＦＥＴによって実装される。安全電圧ユニット７１５は、ゲートドライバＧｄ１およびＧｄ２に動作電力を供給し得る補助電力ユニット７５０をさらに含む。ゲートドライバは、スイッチＳ７６およびＳ７５をオンまたはオフにするために、それぞれゲートｇ１およびｇ２に接続し得る。補助電力回路１６２への電力入力は、電源１０１からの電力Ｐ２および／または動作電力Ｐ１ａおよびＰ１ｂであり得る。動作電力Ｐ１ａおよびＰ１ｂは、上記のステップ１２０５で説明したように第１段階含まれ得るダイオードＰＤ１の導通に従って、それぞれのスイッチＳ７６およびＳ７５のボディダイオードを流れる電流から提供され得る。スイッチＳ７６およびＳ７５をオンにすることは、方法４２０、５００および１００７で上述したように、バイパス１１５の動作の第１および第２段階に従い得る。したがって、通常動作モードでは、安全電圧ユニット７１５は、スイッチＳ７６およびＳ７５のボディダイオードを横切る電圧によって電力供給され得る。スイッチＳ７６およびＳ７５のボディダイオードは、上述のスイッチＢＰ１のダイオードＰＤ１と実質的に同じであり得、同じ機能を提供し得る。したがって、スイッチＳ７６およびＳ７５は、安全電圧ユニット７１５の端子Ａ’とＢ’との間に電流（ＡＣまたはＤＣ電流）の双方向の流れを提供する直列に接続された２つのスイッチＢＰ１とみなされてもよい。バイパス回路７１８ａおよび７１８ｂは、スイッチＳ７６およびＳ７５に動作バイアスを提供するためにスイッチＳ７６およびＳ７５に接続されたバイパス回路１１５、１１５ａ、１１５ｂおよび／または１１５ｃの回路をそれぞれ追加的に含み得る。
【０１９０】
ここで図７Ｃおよび７Ｄを参照すると、１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーシステム１００ｄに適用される方法７０１および７０２のそれぞれのフローチャートが示されている。方法７０２は、方法７０１のステップ７０２のさらなる詳細をより詳細に示す。電源１０１は、例示目的のために、太陽電池パネルであると想定されているが、任意の適切なタイプの電源であってもよい。
【０１９１】
パワーシステム１００ｄでは、パワーモジュール１０３ａは、端子Ｃ＋、Ｄ−と端子Ａ’、Ｂ’との間に配置された電力回路１３５を含まない場合がある。安全電圧ユニット７１５は、電源１０１を横切って効果的に接続し、端子Ｃ＋、Ｄ−はそれぞれ端子Ａ’、Ｂ’に接続され得る。直列に接続された電源１０１のストリングは、システムパワーデバイス１３９を横切って接続し得（ステップ７２１）、各安全電圧ユニット７１５は、それぞれの電源１０１を横切って端子Ａ’およびＢ’で接続する（ステップ７２３）。ステップ７２１および７２３は、通常モードでパワーシステムを最初に動作させる前に、ＰＶパワーシステムの設置および／または試運転中に実行され得る。
【０１９２】
パワーシステム１００ｄの通常動作において、ステップ７０２において、制御機能は、例えば、システムパワーデバイス１３９のコントローラまたは安全電圧ユニット７１５に含まれるコントローラによって提供され得る。コントローラは、端子＋／−でシステムパワーデバイス１３９に接続された各接続構成１０４ｃ／１０４ｄからのストリング電圧またはストリング電流Ｉストリング１−ｎを確立および制御し得る。したがって、制御機能は、システムパワーデバイス１３９の端子＋／−へのストリング電流Ｉストリング１−ｎの代数和、ストリング電圧Ｖストリング全体を確立および／または維持し得る。したがって、システムパワーデバイス１３９に接続されたパワーモジュール１０３ａの他の特徴（例えば、図１Ｂに関して説明された通信インターフェース、コントローラおよび／または他の機能）は、制御機能の有効化を提供し得る。パワーモジュール１０３ａの他の特徴は、接続構成１０４ｃ／１０４ｄのそれぞれ内の電圧および電流の感知を可能にし得る。他の特徴により、感知のデータの通信をシステムパワーデバイス１３９に送信することができる。したがって、制御機能により、方法７０１をパワーシステム１００ｄで利用される安全電圧ユニット７１５に適用することができる。
【０１９３】
パワーシステム１００ｄの通常動作中に、ステップ７２５で、パワーシステム１００ｄのパラメータは、システムパワーデバイス１３９のセンサ、センサ１２５、および／またはセンサ／センサインターフェース２０３／３０５によって感知され得る。感知されるパラメータは、電源１０１によって出力される電圧、電源１０１によって出力される電圧の相互の極性、接続構成１０４ｃ／１０４ｄのストリング電流Ｉストリング１−ｎの電流レベルおよび方向、接続構成１０４ｃ／１０４ｄの電圧レベルおよび／またはシステムパワーデバイス１３９の出力に接続されたグリッドまたは負荷１０７の有無を含み得る。制御機能は、ステップ７２５で感知されたパラメータに応じて、ステップ７０２でパワーシステム１００ｄの通常動作を確立し確認する。ステップ７０２でパワーシステム１００ｄの通常動作は、システムパワーデバイス１３９から信号７０を送信することにより確認され得る。ステップ７２３で電源１０１のそれぞれを横切って接続された安全電圧ユニット７１５は、パワーシステム１００ｄの動作の通常動作モード（ステップ７０２）においてオフであり得る（ステップ７２７）。
【０１９４】
電源１０１が陰になったＰＶパネルを備える場合、その陰になったＰＶパネルに関連付けられた安全電圧ユニット７１５は、陰になった電源１０１の逆極性の検出により、パワーシステムの通常の動作モードでオフからオンに切り替えられ得る。逆極性の通常モードでの検出は、陰になったＰＶパネルまたは放電したバッテリ（電源１０１がバッテリである場合）の示唆を提供し得る。直列ストリング内の他の実行中の電源１０１と比較して生産性の低い電源１０１の逆極性は、直列ストリング内の電流の流れを妨げる原因になり得る。直列ストリング内の電流の流れを妨げる原因は、生産性の低い電源１０１のそれぞれの安全電圧ユニット７１５をＯＦＦからＯＮに切り替えることによって取り除くことができる。したがって、通常の動作モードでの検出に応答して、パワーシステムの動作期間にわたる日陰とバッテリの充電状態の動的な変化により、いくつかの安全電圧ユニット７１５が直列ストリング内でオフまたはオンになり得る。
【０１９５】
制御機能の構成は、安全電圧ユニット７１５のアナログ回路設計の一部として、コンポーネント値、コンポーネントのタイプ、およびコンポーネントの相互接続の計算および選択を含み得る。アナログ回路設計は、コントローラとのインターフェースを可能にする機能をさらに含み得る。コントローラが存在しないか、コントローラの動作電力が不足している場合、安全電圧ユニット７１５の動作は、制御機能およびステップ７２５で感知されたパラメータから独立し得る。構成は、通常の動作パラメータ（例えば、電源１０１および／またはパワーモジュール１０３ａが正しく機能している場合に存在するシステムパラメータ）に基づき得る、または上記のパワーシステム１００ｄおよび下記のパワーシステムの非正常動作パラメータに対応し得る。構成は、それによって、パワーモジュール１０３ａおよび／または電源１０１のバイパスを提供するように、パワーモジュール１０３ａおよび／または電源１０１のブレークダウンまたは故障などのイベントに応答的であり得る。
【０１９６】
これに関して、コントローラによる制御の欠如を伴う安全電圧ユニット７１５に関する構成は、ほとんどの時間、実質的に起動および／または作動されていると考えられ得る。したがって、方法７０１のステップは、パワーシステム１００ｄの連続的に変化する動作パラメータに応じて実行される。安全電圧ユニット７１５の動作のための電力は、直列接続された電源１０１のストリングから提供され得る。動作のための電力は、例えば電力Ｐ２を使用してもよいモジュール１０３ａおよび／または電源１０１からの部分電力から供給されてもよい。動作用の電力は、補助電源から供給されてもよい。上述の安全電圧ユニット７１５および他のアナログバイパス回路の実施形態は、実質的に起動されていると見なされる場合、センサ１２５、コントローラ１０５、および方法７０１において安全電圧ユニット７１５を起動させる（オン）または安全電圧ユニット７１５を停止する（オフ）ための関連アルゴリズムを必要としないかもしれない。
【０１９７】
したがって、ほとんどの時間実質的に起動されていることから、安全電圧回路１１５および以下に説明する他のアナログバイパス回路の実施形態の停止を可能にする方法は、コントローラがドライバ回路１７０を使用してスイッチＳ７６、Ｓ７５のゲートｇ１およびｇ２に電圧を印加し、それにより安全電圧ユニット７１５がオフおよび／または停止されることである。構成はまた、パワーモジュール１０３ａおよび／または電源１０１が通常動作に戻り、通常動作がパワーモジュール１０３ａおよび／または電源１０１のバイパスを停止するなどのイベントに応答的であるように、以下で説明する決定ステップ７０４の決定局面を与え得る。
【０１９８】
ステップ７０２でのパワーシステム１００ｄの通常動作中に、信号７０が、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７から、接続構成１０４ｃ／１０４ｄのそれぞれのパワーモジュール１０３ａに送信される。パワーモジュール１０３ａの通信インターフェース１２９は、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７から送信された信号７０を受信し得る。ステップ７０４で信号７０がパワーモジュール１０３ａにより受信される場合、パワーシステム１００ｄの通常動作はステップ７０２で継続し、ここで安全電圧ユニット７１５はオフまたは端子Ａ’とＢ’の間で開回路である。
【０１９９】
安全電圧ユニット７１５がオフまたは停止されると、ストリング電流Ｉストリング１は、最も生産性の低い電源１０１からの電流（Ｉｓ）に等しくなり、端子Ａ’およびＢ’のそれぞれを横切る電圧はそれぞれの電源１０１の電圧である。安全電圧ユニット７１５がオンであるか、または（例えば、低生産性の電源１０１に応答して）バイパスモードで起動されると、バイパスモードでの電源１０１からの電圧は実質的にゼロであり得る。これは、安全電圧ユニット７１５が電源を実質的に短絡させ得るからである。そのため、ストリング電流Ｉストリング１（例えば、他の機能する直列接続された電源１０１出力からの）が端子Ｂ’からＡ’に流れ、端子Ａ’とＢ’を横切る電圧降下は安全電圧ユニット７１５（ＯＮ）のドレイン（ｄ）とソース（ｓ）の間の電圧であり、ここで、組み合わされたドレインソース電圧Ｖｄｓは、例えばそれぞれ１０ｍＶであり得る。上述のバイパスモードの特徴は、電源１０１が陰でなくなった場合、または電源１０１が再び機能し始めた場合、安全電圧ユニット７１５がオンからオフに停止され得ることである。バイパスモードでの安全電圧ユニット７１５の起動または停止は、ステップ７２５でのパワーシステム１００ｄのパラメータの感知と無関係であってもよい。
【０２００】
ステップ７０４において、信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されない場合、ステップ７０６において、安全電圧ユニット７１５の一部および／またはすべての起動により、パワーシステム１００ｄの動作の安全モードが開始され得る。信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されないことは、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７を接続構成１０４ｃ／１０４ｄに接続する電力線のうちの少なくとも１つの切断を示唆し得る。あるいは、切断は、接続構成１０４ｃ／１０４ｄ内の電力線内に存在し、特定の接続構成１０４ｃ／１０４ｄが信号７０を受信するのを防止し得る一方、別の接続構成１０４ｃ／１０４ｄは、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７から切断されておらず、信号７０を受信する。切断はまた、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７のシャットダウンに起因し得る。切断は、接続構成１０４ｃ／１０４ｄ内のおよび／またはパワーデバイス１３９および／または負荷１０７と接続構成１０４ｃ／１０４ｄとの間の電力線内のインラインヒューズ、回路ブレーカ、または残留電流装置（ＲＣＤ）を破裂させる構成１０４ｃ／１０４ｄ内の過電流に起因し得る。過電流により、電力線間のコネクタに開回路が発生する可能性があり、これも切断の原因になる可能性がある。
【０２０１】
信号７０の受信を妨げる可能性のある安全でない状態（安全でない状態に応じて信号７０が送信されないことによる、または、例えば電力線の切断による信号７０の送信の阻害による）は、例えば、パワーシステム１００ｄ内の切断、グリッドの停止、漏れ電流、インバータの機能不全等をさらに含み得る。したがって、方法７５１に従って安全電圧ユニット７１５がオンであることは、電源１０１を横切る安全電圧レベル（例えば、０．１Ｖ、１Ｖ、２Ｖ等）、およびストリング電圧Ｖストリングの全体的な安全電圧レベルを保証し得る。安全なＶストリングレベルを維持することで、例えば設置者や消防士などの作業員が保護され得る。他の可能な実装では、信号の不在の代わりに信号の発生により、パワーシステム内で安全でない状態が検出される場合があり、それによって検出された信号は、例えば、パワーシステム内部の過電圧または過電流状態の結果であり得る。
【０２０２】
ステップ７０６の安全動作モードは、様々な方法で安全電圧ユニット７１５においてトリガーされてもよい。１つの特徴によれば、安全電圧ユニット７１５に含まれる通信装置によって停止信号を受信することができ、停止信号はシステムパワーデバイス（例えば、システムパワーデバイス１３９）によって送信される。ある特徴によれば、安全電圧ユニット７１５は、システムが適切に動作している間、（例えば、システムパワーデバイス１３９から）「キープアライブ」信号を（例えば、連続的に、または定期的に）受信し得る。信号は有線または無線であり得る。「キープアライブ信号」が停止すると（例えば、１０秒などの期間にわたって「キープアライブ」を受信しなかった場合）、安全電圧ユニット７１５は、スイッチＳ７６およびＳ７５をオンにすることによって、安全動作モードをトリガーし得る（ステップ７０６）。
【０２０３】
少なくとも１つまたは複数の安全電圧ユニット７１５を起動するための基準は、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７と接続構成１０４ｃ／１０４ｄとの間の切断の場合に安全であると考えられ得るＶストリングの最大許容安全電圧に基づき得る。切断は、接続構成１０４ｃ／１０４ｄ内の電力線の切断、および／またはシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７のシャットダウンが発生したときを含み得る。非限定的な例として、出力が直列に配線された１０個のパワーモジュール１０３ａを構成１０４ｃ／１０４ｄに含めることができる。各電源１０１の出力は２０ボルト（Ｖ）であり得、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７からの切断および／またはシャットダウンが発生したとき、Ｖストリングの安全電圧は６０Ｖであると見なされる。ステップ７０６では、１０個の安全電圧ユニット７１５のうち３個がオフであるため、安全電圧を確保するために７個の安全電圧ユニット７１５をオンにすることができる。キルヒホッフの法則（Ｋｉｒｃｈｏｆｆ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｌａｗ）により１０個の安全電圧ユニット７１５のうち３個がオフになっていると、Ｖストリング＝２０Ｖ＋２０Ｖ＋２０Ｖ＝６０Ｖが与えられる。ステップ７０６は、接続構成１０４ｃ／１０４ｄの再接続および／またはシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７の起動が起こるまで安全な電圧を確保するために永久的に適用され得る。接続構成１０４ｃ／１０４ｄの再接続および／またはシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７の起動は、ステップ７０２で通常の動作モードを再確立し得る。
【０２０４】
システムパワーデバイス１３９および／またはパワーモジュール１０３ａの少なくとも１つに配置されたコントローラの制御アルゴリズムは、Ｖストリングの最大電圧を認識している。Ｖストリングの最大電圧は、安全な電圧のシステム要件に基づき得る。出力電圧またはストリングの一部の出力電圧の組み合わせが安全でないと見なされる場合、制御アルゴリズムは、直列ストリングの各ポイントで安全な電圧レベルを確保するように動作し得る。安全な電圧レベルは、すべての安全電圧ユニット７１５をオンに起動することで実現され得る。制御アルゴリズムは、上記の数値例に示すように、Ｖストリングの安全な電圧を確保するために、安全電圧ユニット７１５のいくつかをオンに起動することが適切であると判断し得る。
【０２０５】
ここで図７Ｅを参照すると、１つまたは複数の例示的な実施形態による方法７５１が示されている。方法７５１は、パワーシステム１００ｄのコントローラによって、パワーシステム１００ｄで利用される安全電圧ユニット７１５に適用され得る。前述したように、コントローラはシステムパワーデバイス１３９の一部であり得る、またはパワーモジュール１０３ａに含まれ得る。安全電圧ユニット７１５の起動は、感知ステップ７２５に応答するコントローラの制御によるもの、またはコントローラとは独立して動作する安全電圧ユニット７１５のアナログ回路によるものであり得る。独立して動作する安全電圧ユニット７１５は、図１Ｉおよび１Ｑに関する上の説明に従うものであり得、これは、例えば夕暮れまたは夜明けに存在する非常に低いレベルのストリング電流に好適であり得る。安全電圧ユニット７１５の起動はまた、感知ステップ７２５に応答するコントローラの制御と安全電圧ユニット７１５のアナログ回路との組み合わせであってもよい。
【０２０６】
安全電圧ユニット７１５は、端子Ｂ’から端子Ａ’または端子Ａ’から端子Ｂ’に流れ得るストリング電流Ｉストリング１−ｎの双方向の流れを提供し得る。非限定的な例として、制御アルゴリズムの制御機能は、パワーモジュール１０３ａが電力回路１３５の使用を含まないパワーデバイス１３９のコントローラによって提供および適用され得る。したがって、制御機能は、ストリング電圧Ｉストリングまたはストリング電流Ｉストリング１−ｎの１つ以上、またはシステムパワーデバイス１３９の端子＋／−へのストリング電流の代数和を確立および／または維持し得る。パワーモジュール１０３ａの他の特徴は、制御機能の有効化を提供し得る。パワーモジュール１０３ａの他の特徴により、ステップ７２５に含まれ得る接続構成１０４ｃ／１０４ｄのそれぞれ内の電圧および電流の感知が可能になり得、感知のデータをシステムパワーデバイス１３９に通信することが可能になり得る。したがって、制御機能は、方法７５１が、パワーシステム１００ｄで利用される安全電圧ユニット７１５に適用されることを可能にし得る。
【０２０７】
ステップ７２５において、図７Ａを参照すると、パワーシステム１００ｄのパラメータが感知され得る。感知されるパラメータは、電源１０１が出力する電圧レベル、電源１０１が出力する電圧の相互の極性、接続構成１０４ｃ／１０４ｄ内のストリング電流Ｉストリング１−ｎの電圧レベルおよび方向、接続構成１０４ｃ／１０４ｄの電圧レベルおよび／またはシステムパワーデバイス１３９の出力に接続されたグリッドまたは負荷１０７の有無を含み得る。一般に、安全電圧ユニット７１５の動作は、実質的に端子Ａ’およびＢ’の短絡または開回路を提供し得る。短絡回路または開回路は、バイパス回路７１８ａおよび７１８ｂに適用される方法７５１によって提供され得る。短絡は、接続構成１０４ｃ／１０４ｄのどちらの方向にもストリング電流Ｉストリング１−ｎを流すことができる。
【０２０８】
安全電圧ユニット７１５は、例えば影１５５によるパネルの低生産性のために１つまたは複数の安全電圧ユニット７１５が起動され得る場合、端子Ｂ’からＡ’へのストリング電流Ｉストリング１の電流の流れのバイパスモードを提供するために利用され得る。バイパスモードは、通常動作モード（ステップ７０２）または安全動作モード（ステップ７０６）で提供され得る。パネルの低い生産性により、パネルの逆電圧バイアスが発生し得る（例えば、生産性の低いパネルに過剰な電流が流されるため）。場合によっては、ステップ７２５で逆電圧バイアスが感知され得、パワーシステム１００ｄの制御アルゴリズムの基準で使用され得、通常動作モード（ステップ７０２）または安全動作モードのいずれかであることを決定する。したがって、安全電圧ユニット７１５がバイパスモードにある場合、端子Ｂ’からＡ’へのストリング電流Ｉストリング１の流れが続く。あるいは、（例えば、電源１０１が例えば安全電圧ユニット７１５に接続された関連する充電コンバータを備えたバッテリであり、バッテリが通常動作モード（ステップ７０２）の間に充電される場合）、ストリング電流Ｉストリング１の流れは端子Ａ’からＢ’に向かうものであり得る。したがって、安全電圧ユニット７１５のいくつかは、起動されてオンにされ得（例えば、他のバッテリの前にバッテリが実質的に充電されるため）、それにより、通常動作モード（ステップ７０２）に含まれるバイパスモードは、端子＋から−へのストリング電流Ｉストリング１が他のバッテリを充電し続けるようにバッテリを分離するために、関連する充電コンバータがオフの状態で充電済みバッテリに対して開始され得る。
【０２０９】
安全電圧ユニット７１５の一部、大部分、またはすべてを安全モードでオンに起動して、接続構成１０４ｃの端子Ａ’と端子Ｂ’の間およびそのそれぞれの安全電圧レベルを確保し、接続構成１０４ｃの端子＋と端子−の間またはその電圧のレベルを安全な電圧レベルに低減することができる。システムパワーデバイス１３９のコントローラは、コントローラによって実行される制御アルゴリズムに基づいて、パワーシステム１００ｄに対して制御機能を実行し得る。パワーシステム１００ｄの制御アルゴリズムが通常動作モード（ステップ７０２）から安全モードに入るための基準は、実質的にゼロのストリング電流Ｉストリング１が存在することおよび／またはパワーモジュール１０３ａによって信号７０が受信されないことを含み得る。安全モードでコントローラによってオンに起動された安全電圧ユニット７１５は、ストリング電流Ｉストリング１の方向を端子Ａ’からＢ’にすることができる。安全電圧ユニット７１５がオフまたは停止されると、ストリング電流Ｉストリング１は、電源１０１によって出力される電流（Ｉｓ）と実質的に等しくなり得る。
【０２１０】
決定ステップ７５２において、感知ステップ７２５に応答して、それを実行するコントローラは、ストリング電流Ｉストリング１−ｎが端末Ａ’から端末Ｂ’または端末Ｂ’から端末Ａ’に流れる必要があると決定され得る。通常動作モード（ステップ７０２）から安全モードに入るための基準は、パネルが逆バイアスされないこと、実質的にゼロのストリング電流Ｉストリング１および／または信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されないことを含み得る。ステップ７５３で電源１０１によって供給される動作電力Ｐ２によってスイッチＳ７５がオンにされるので、安全ユニット７１５のオンへの起動は、ストリング電流Ｉストリング１からの電流が端子Ａ’から端子Ｂ’へ電流が流れるようなものであり得る。スイッチＳ７５がオンにされると、電流はスイッチＳ７６のボディダイオードに流される一方、スイッチＳ７６はステップ７５５でオフにされ得る。ステップ７５５では、スイッチＳ７６に適用される方法１００７の実施によりスイッチＳ７６はオンにされ得、ここで、電力Ｐ１ａとしてスイッチＳ７６のボディダイオードに流れる電流の一部は、スイッチＳ７５およびＳ７６をオンにするためにバイパス回路７１８ａに含まれ得るバイパス回路１１５、１１５ａ、１１５ｂおよび／または１１５ｃの回路によって利用され得る。決定ステップ７５７で、スイッチＳ７６がオンにされない場合、ステップ７５５は、スイッチＳ７６がオンになるまで継続し得る。決定ステップ７５７で、スイッチＳ７６がオンにされる場合。それぞれのゲートｇ１およびｇ２に適用されるゲートドライバＧｄ１およびＧｄ２を介してスイッチＳ７６およびＳ７５を駆動する電力は、電力Ｐ１ａおよび／または電力Ｐ２によって提供され得る。
【０２１１】
同様に、電源１０１が例えばコンバータ回路を介して充電されるバッテリである通常動作モード（ステップ７０２）では、決定ステップ７５２は、バッテリが逆バイアスされておらず、実質的なストリング電流Ｉストリング１が存在し、信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されていると見なし得る。安全ユニット７１５のオンへの起動は、安全ユニット７１５に接続されたバッテリが他のバッテリよりも先に充電されることによるものであり得る。したがって、通常動作モードに含まれるバイパスモードは、関連する充電コンバータがオフの状態で、充電されたバッテリに対して開始され得る。関連する充電コンバータがオフになっていると、バッテリは安全ユニット７１５がオンになっている影響から隔離される。これにより、充電されたバッテリはバイパスされ、ステップ７５３〜７５９に従って、端子Ａ’からＢ’へのストリング電流Ｉストリング１が他のバッテリを充電し続ける。
【０２１２】
決定ステップ７５２で、感知ステップ７２５に応答して、方法７５１を実行するコントローラ（例えば、システムパワーデバイス１３９のコントローラ）により、ストリング電流Ｉストリング１−ｎが端子Ｂ’から端子Ａ’に流れるべきであると決定され得る。ストリング電流Ｉストリング１−ｎは、通常動作モードでは、ＰＶパネルに影響を与える影１５５のために安全電圧ユニット７１５のいくつかがオンに起動され得るため、端子Ｂ’から端子Ａ’に流れ得る。パネルが陰ると、パネルに逆バイアスがかかり得る。逆バイアスは、ステップ７２５で感知され得（例えば、ＰＶパネルを横切る負電圧の検出により）、パワーシステム１００ｄの制御アルゴリズムの基準で使用され得る。ステップ７５４で電源１０１によって供給される動作電力Ｐ２によってスイッチＳ７６がオンにされるので、安全ユニット７１５のオンへの起動は、ストリング電流Ｉストリング１からの電流が端子Ｂ’から端子Ａ’へ向かうようなものである。スイッチＳ７６がオンにされると、電流はスイッチＳ７５のボディダイオードへ流される一方、スイッチＳ７５はステップ７５６でオフであり得る。スイッチＳ７５は、スイッチＳ７５に適用される方法１００７の実施により、ステップ７５６でオンにされ得る。スイッチＳ７５がオンの状態で、スイッチＳ７５のボディダイオードに流れる電流の一部がバイパス回路１１５、１１５ａ、１１５ｂおよび／または１１５ｃの回路によって利用され得る結果として、電力Ｐ１ｂが提供され得る。回路をバイパス回路７１８ｂに含めて、スイッチＳ７５およびＳ７６をオンにすることができる。ステップ７５８において、スイッチＳ７５がオンにされない場合、ステップ７５６は、スイッチＳ７５がオンになるまで継続し得る。ステップ７５８において、スイッチＳ７５がオンにされた場合、それぞれのゲートｇ１およびｇ２に適用されるゲートドライバＧｄ１およびＧｄ２を介してスイッチＳ７６およびＳ７５を駆動する電力は、電力Ｐ１ｂおよび／または電力Ｐ２によって提供され得る。
【０２１３】
一般に、上記の説明および以下の説明では、電源１０１は、端子Ａ’から端子Ｂ’に流れる可能性のあるストリング電流Ｉストリング１−ｎのソースとして機能し得、および／または電源１０１がシンクとして機能している場合（例えば、電源１０１がバッテリであり、バッテリが充電されている場合）、ストリング電流Ｉストリング１−ｎは、１つまたは複数の安全電圧ユニットの端子Ｂ’から端子Ａ’に流れ得る。端子Ａ’およびＢ’のバイパスは、図６Ａ〜６Ｄに関するおよびスイッチＳ７６およびＳ７５の使用に関する上記の説明によるスイッチＳ６５およびＳ６６を含み得る双方向スイッチによって達成され得る。図６Ａ〜６Ｄに関する上記の説明は、上述のＤＣ電流Ｉストリング１−ｎおよび以下の記載において提供されるＡＣストリング電流Ｉストリング１−ｎの両方に対して安全モードおよびバイパスモードの両方を提供するべく双方向スイッチング機能を提供するために安全電圧ユニット７１５で同様に利用され得る。
【０２１４】
ここで図７Ｆを参照すると、１つまたは複数の例示的な実施形態による、パワーシステム１００ｅのブロック図が示されている。パワーシステム１００ｅは、多数の電源１０１を含み、これは、非限定的な例として、太陽電池パネルおよび／またはバッテリなどの貯蔵装置であり得る。パワーモジュール１０３ａが端子Ｃ＋、Ｄ−と端子＋、−の間に配置された電力回路１３５を含む場合、安全電圧ユニット７１５の端子Ａ’およびＢ’は、端子Ｃ＋、Ｄ−で電源１０１を横切って接続し得るか、パワーモジュール１０３ａの端子＋、−を横切って接続し得る。パワーモジュール１０３ａが電力回路１３５を含まない可能性がある場合、安全電圧ユニット７１５の端子Ａ’、Ｂ’は電源１０１を横切って接続し得る。端子＋、−はそれぞれブリッジ回路７３７の片側に接続する。ブリッジ回路７３７は図３Ａに示されるブリッジ３０６と同じであり得る。端子ＸおよびＹのブリッジ７３６の反対側は、ストリング電流Ｉストリング１が流れる直列ストリングにおいて接続する。直列ストリングは、負荷１０７を横切って接続し得る。負荷１０７は、グリッド７６０に接続され得るシステムパワーデバイス１３９と同じであり得る。
【０２１５】
ブリッジ回路７３７は、パワーモジュール１０３ａに電力回路１３５が含まれていない場合、端子＋、−の電源１０１からのＤＣを端子ＸおよびＹでＡＣに直接変換し得る。パワーモジュール１０３ａに電力回路１３５が含まれる場合、端子＋、−の電力回路１３５からのＤＣ電力を介して、ブリッジ回路７３７から負荷１０７および／またはグリッド７６０にＡＣが供給され得る。電源１０１が充電を必要とするバッテリである場合、ブリッジ回路７３７は、グリッド７６０からのＡＣをＤＣに変換して、直接または電力回路１３５を介してバッテリに提供し得る。したがって、電源１０１がバッテリである場合、電流Ｉｓは一方向に負荷１０７／グリッド７６０に放電され得、反対方向に負荷１０７／グリッド７６０からバッテリに充電され得る。要するに、ブリッジ回路７３７は、負荷１０７／グリッド７６０からのＡＣを電源１０１へのＤＣに変換することにより、端子＋、−の電源１０１からのＤＣを負荷１０７へのＡＣへ変換し得る、およびその逆の変換を行い得る。したがって、上記の説明中のストリング電流Ｉストリング１は交流（ＡＣ）である。
【０２１６】
ここで図７Ｇを参照すると、１つまたは複数の例示的な実施形態による、図７Ｆのパワーシステム１００ｅに含まれ得る安全ユニット７１５およびブリッジ回路７３７のさらなる回路の詳細が示されている。安全ユニット７１５、電源１０１、および電源１０１とパワーモジュール１０３ａとの間の接続は、図７Ａおよび図７Ｂに関して上記のように説明されている。ブリッジ回路７３７に関して、端子＋、−はそれぞれ、端子ＶでスイッチＱＢ４およびＱＢ３のドレイン（ｄ）に、および端子ＷでスイッチＱＢ５およびＱＢ２のソース（ｓ）に接続する。ブリッジ回路７３７の端子ＸおよびＹは、それぞれ、スイッチＱＢ４のソース（ｓ）がスイッチＱＢ５のドレイン（ｄ）に接続される場所に、およびスイッチＱＢ３のソース（ｓ）がスイッチＱＢ２のドレイン（ｄ）に接続される場所に接続する。動作中、ブリッジ回路７３７は、スイッチ対ＱＢ４およびＱＢ２のゲート（ｇ）およびスイッチ対ＱＢ３およびＱＢ５のゲート（ｇ）に適用される交互駆動を有し得る。適用される交互駆動はパルス幅変調（ＰＷＭ）であり得るため、ブリッジ回路７３７は端子ＶおよびＷからのＤＣを端子ＸおよびＹのＡＣに変換し得る、およびその逆の変換を実行し得、それによりブリッジ回路７３７は端子ＸおよびＹからのＤＣを端子ＶおよびＷのＡＣへ変換し得る。
【０２１７】
ここで、非限定的な例として、図７Ｆ〜７Ｇならびに方法７０１および７５１を再度参照する。非限定的な例は、電源１０１は、端子Ｃ＋、Ｄ−と端子＋、−の間に配置された電力回路１３５を含み得るパワーモジュール１０３ａを介して負荷１０７に電力を供給する太陽電池パネルであると想定する。安全電圧ユニット７１５は、端子Ａ’、Ｂ’で＋、−を横切って接続され得る。ブリッジ回路７３７の直列に接続された端子ＸおよびＹのストリングは、負荷１０７を横切って接続される。
【０２１８】
ステップ７０２でのパワーシステム１００ｅの通常動作では、パワーモジュール１０３ａに接続された１つまたは複数のコントローラによって制御機能は提供され得る。第１のパワーモジュール１０３ａは、他の第２のパワーモジュール１０３ａ、安全ユニット７１５および／またはブリッジ回路７３７への通信および制御を確立し得る。したがって、第１のパワーモジュール１０３ａは、負荷１０７／グリッド７６０に印加されるストリング電圧Ｖストリングおよび／またはストリング電流Ｉストリング１を制御し得る。システムパワーデバイス１３９に接続されたパワーモジュール１０３ａの特徴は、制御機能の有効化を提供し得る。制御機能を有効にするパワーモジュール１０３ａの他の特徴により、電源１０１およびストリング電流Ｉストリング１の電圧および電流の感知が可能になり得る。感知はステップ７２５に含まれ得、有効化はさらに、負荷１０７／システムパワーデバイス１３９への感知のデータの通信を含み得る。したがって、制御機能により、方法７０１／７５１をパワーシステム１００ｅで利用される安全電圧ユニット７１５に適用することが可能になる。
【０２１９】
パワーシステム１００ｅの通常動作において、ステップ７２５において、パワーシステム１００ｅのパラメータが感知され得る。感知されるパラメータは、電源１０１の電圧レベル、電源１０１の相互の極性、ストリング電流Ｉストリング１の電流レベルおよび方向、ストリング電圧Ｖストリングの電圧レベル、またはグリッド７６０および／または負荷１０７の有無を含み得る。
【０２２０】
したがって、ステップ７２５で感知されたパラメータに応答する制御機能は、システムパワーデバイス１３９に類似する場合、負荷１０７から信号７０を受信することにより、ステップ７０２でパワーシステム１００ｅの通常動作を確立し検証し得る。ステップ７２３で端子＋、−を横切って接続された安全ユニット７１５は、パワーシステム１００ｅの通常動作モード（ステップ７０２）においてオンまたはオフになるように安全ユニット７１５に動作バイアスを提供し得る。動作バイアスは、感知されたパラメータに応答的であり得（ステップ７２５）、制御機能によって制御されるか、制御機能および感知されたパラメータから独立し得る。前述のように、コントローラはシステムパワーデバイス１３９の一部であっても、パワーモジュール１０３ａに含まれていてもよい。安全電圧ユニット７１５の起動は、感知ステップ７２５に応答するコントローラの制御、またはコントローラとは独立して動作する安全電圧ユニット７１５のアナログ回路によるものであり得る。独立して動作する安全電圧ユニット７１５は、図１Ｉおよび１Ｑに関する上記の説明に従うものであり得、例えば夕暮れまたは夜明けに存在し得る非常に低いレベルのストリング電流に好適であり得る。安全電圧ユニット７１５の起動は、感知ステップ７２５に応答するコントローラの制御と安全電圧ユニット７１５のアナログ回路との組み合わせであってもよい。
【０２２１】
ステップ７０２でのパワーシステム１００ｅの通常動作中に、信号７０がシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７からパワーモジュール１０３ａに送信される。信号７０は、非限定的な例として、電力線通信によりパワーモジュール１０３ａに送信され得る。パワーモジュール１０３ａの通信インターフェース１２９は、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７から送信された信号７０を受信する。ステップ７０４において信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信される場合、パワーシステム１００ｅの通常動作はステップ７０２において継続する。通常動作では、安全電圧ユニット７１５はオフであり得るか、端子Ａ’とＢ’の間で開回路となり得、ブリッジ回路７３７は端子ＶとＷからのＤＣを端子ＸとＹのＡＣに変換し得る。
【０２２２】
安全電圧ユニット７１５がオフであるまたは停止されると、ＡＣストリング電流Ｉストリング１のｒｍｓ値は、最も生産性の低い電源１０１からの電流（Ｉｓ）およびそれぞれの電源１０１の電圧と同様である端子ＸおよびＹのそれぞれを横切るｒｍｓＡＣ電圧に類似し得る。感知ステップ７２５に応答する通常動作モード（ステップ７０２）に含まれるのは、電源１０１からの電流（Ｉｓ）が実質的にゼロであり得る状況である。電流（Ｉｓ）が実質的にゼロであるのは、影１５５（例えば、電源１０１が太陽電池パネルである場合）または電源１０１が故障しているためかもしれない。いずれの場合でも、通常動作モードにおいて、端末ＸおよびＹはバイパスする必要があり得る。パネルの影１５５は、パネルの逆バイアスを引き起こし得、これはステップ７２５で感知され、通常動作モード（ステップ７０２）であることおよびバイパスを端子ＸおよびＹに適用することを判断するためにパワーシステム１００ｅの制御アルゴリズムの基準で使用され得るストリング電流Ｉストリング１を低減する。図７Ｇを参照すると、端子ＸおよびＹのバイパスでは、ＡＣ電流Ｉストリング１の半サイクルで、スイッチＱＢ４およびＱＢ５はオフであり、ＱＢ３およびＱＢ３はオンである。したがって、半サイクルにおいて、安全電圧ユニット７１５を通る電流（オン）は、決定７５２で方法７５１のステップ７５４〜７６０を適用することにより端子Ｂ’から端子Ａ’に向かうものである。ＡＣ電流Ｉストリング１の他の半サイクルでは、スイッチＱＢ４とＱＢ５はオンであり、ＱＢ３とＱＢ５はオフである。方法７５１の決定７５２でステップ７５３〜７５９を適用することにより、安全電圧ユニット７１５を流れる電流（オン）は端子Ａ’から端子Ｂ’に向かうものである。端子ＸおよびＹのバイパスに電力を供給するための補助電力は、少なくとも補助電力回路１６２／７５０から利用され得る。
【０２２３】
同様に、電源１０１が例えば充電コンバータ回路を介して充電されるバッテリである通常動作モード（ステップ７０２）では、感知ステップ７２５および決定ステップ７５２は、バッテリが逆バイアスされておらず、かなりのストリング電流Ｉストリング１が存在し、および／または信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されていることを考慮し得る。安全ユニット７１５のＯＮへの起動は、バッテリが他のバッテリよりも前に充電されるためであり得る。バッテリが他のバッテリよりも前に充電されることにより、通常動作モード（ステップ７０２）に含まれ得るバイパスモードが開始され得る。バイパスモードは、安全ユニット７１５がオンになっている効果からバッテリを隔離するために、関連する充電コンバータ（パワーモジュール１０３ａ）がオフの状態で、充電されたバッテリに対して開始され得る。したがって、充電されたバッテリはバイパスされ、方法７５１のステップに従って、端子Ａ’からＢ’へのおよび端子Ｂ’からＡ’へのストリング電流Ｉストリング１の両方向について、他のバッテリの継続的な充電を可能にする。
【０２２４】
ステップ７０４において、信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されない場合、ステップ７０６において、安全電圧ユニット７１５の一部および／またはすべての起動により、パワーシステム１００ｅの動作の安全モード（ステップ７０６）が開始され得る。信号７０がパワーモジュール１０３ａによって受信されないことは、システムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７をブリッジ回路７３７の端子ＸおよびＹの直列ストリング接続に接続する電力線のうちの少なくとも１つの切断を示唆し得る。あるいは、切断は、直列ストリング内または直列ストリングとパワーデバイス１３９／負荷１０７との間の電力線内に存在し得る。切断は、直列ストリング内のおよび／またはパワーデバイス１３９および／または負荷１０７と直列ストリングとの間の電力線内のインラインヒューズ、回路ブレーカ、または残留電流装置（ＲＣＤ）を破裂させる過電流に起因し得る。過電流により、電力線間のコネクタに開回路が発生する可能性があり、これも切断の原因になる可能性がある。
【０２２５】
信号７０が受信されるのを許容しない可能性のある安全でない状態は、例えば、パワーシステム１００ｅ内の切断、グリッドの停止、漏れ電流、インバータの機能不全等をさらに含み得る。方法７５１に従って安全電圧ユニット７１５がオンであることは、ストリング電圧Ｖストリングの安全な電圧レベルを与えるように電源１０１、端子Ａ’／Ｂ’、端子ＶおよびＷを横切る安全電圧レベル（例えば、０．１Ｖ、１Ｖ、２Ｖ等）を保証し得る。安全なＶストリングレベルならびに電源１０１、端子Ａ’／Ｂ’、および端子ＶおよびＷを横切る安全電圧レベルを維持することで、例えば設置者や消防士などの作業員が保護され得る。
【０２２６】
ステップ７０６の安全動作モードは、様々な方法で安全電圧ユニット７１５においてトリガーされてもよい。１つの特徴によれば、安全電圧ユニット７１５に含まれる通信装置によって停止信号を受信することができ、停止信号はシステムパワーデバイス（例えば、１３９）／負荷１０７によって送信される。ある特徴によれば、安全電圧ユニット７１５は、システムが適切に動作している間、（例えば、システムパワーデバイス１３９／負荷１０７から）「キープアライブ」信号を（例えば、連続的に、または定期的に）受信し得る。信号は有線または無線であり得る。「キープアライブ信号」が停止すると（例えば、１０秒などの期間にわたって「キープアライブ」を受信しなかった場合）、安全電圧ユニット７１５はトリガーされ得る。したがって、安全動作モード（ステップ７０６）は、安全電圧ユニット７１５をオンに起動することによるものであり得る。
【０２２７】
少なくとも１つまたは複数の安全電圧ユニット７１５を起動させるための基準は、切断の場合に安全であると考えられ得るＶストリングの最大許容安全電圧に基づいてもよく、切断の考えられる原因は上でより詳細に説明されている。非限定的な例として、接続端子ＸおよびＹが直列に配線された１０個のブリッジ回路７３７がシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７を横切って接続されている場合。各ブリッジ回路７３７の出力は２０ボルト（Ｖ）ｒｍｓであり得、およびシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７の切断および／またはシャットダウンが発生した場合、Ｖストリングの安全電圧は６０Ｖ ｒｍｓであると考えられる。ステップ７０６で、１０個の安全電圧ユニット７１５のうち３個がオフであるため、安全電圧を確保するために７個の安全電圧ユニット７１５がオンにされ得る。キルヒホッフの法則（Ｋｉｒｃｈｏｆｆ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｌａｗ）により１０個の安全電圧ユニット７１５のうち３個がオフになっていると、Ｖストリング＝２０Ｖ＋２０Ｖ＋２０Ｖ＝６０Ｖ ｒｍｓが与えられる。ステップ７０６は、電源１０１、パワーモジュール１０３ａ、ブリッジ回路７３７の端子ＸおよびＹの直列ストリング接続の再接続、および／またはシステムパワーデバイス１３９および／または負荷１０７の起動が起こるまで安全な電圧を確保するために永久的に適用され得る。そのような再接続は、ステップ７０２で通常動作モードを再確立し得る。
【０２２８】
負荷１０７および／またはパワーモジュール１０３ａの少なくとも１つに配置されたコントローラの制御アルゴリズムは、Ｖストリングの最大電圧を認識している。Ｖストリングの最大電圧は、パワーモジュール１０３ａの数に基づいてもよい。ストリングの一部の出力電圧または結合出力電圧が安全でないと見なされる場合、制御アルゴリズムは、直列ストリングの各ポイントで安全電圧レベルを確保し得る。安全電圧レベルは、すべての安全電圧ユニット７１５をオンに起動することによるものであり得る。制御アルゴリズムは、上記の数値例に示すように、Ｖストリングの安全な電圧を確保するために、安全電圧ユニット７１５のいくつかをオンに起動することが適切であると判断し得る。
【０２２９】
いくつかの態様によれば、補助電力回路への電力の確保は、１つまたは複数の問題を解決し、および／またはパワーデバイスへの入力に接続された場合にのみ提供される補助電力に対する利点を提供し得る。例えば、発電機がパワーデバイスから切断されたシナリオでは、補助電力回路は、ストリング全体を切断するのではなく、すなわちアーク放電の危険があるストリング内の開回路セクションを形成することによって、ストリングの切断部分をバイパスするオプションを提供し得る。特定の態様による可能性のある利点の別の例は、ＰＶ発電機が実質的な電力を提供しない可能性がある夜間に補助電力を提供することであり得る。
【０２３０】
特定の態様によれば、パワーデバイスは、発電機を試験して、それらが通常の状態で動作しているかどうかを判定することができ、試験では補助電力が必要になることがある。補助電力を提供すると、１つまたは複数の発電機で試験を実行し、また、同じストリング内の１つまたは複数の発電機のバイパスを実行することができるようになるかもしれない。本明細書の要素間に様々な接続が示されていることに留意されたい。これらの接続は一般的に説明されており、特に指定がない限り、直接的または間接的であり得る。本明細書は、この点で制限することを意図していない。さらに、本明細書の要素はハードウェアまたはソフトウェアのいずれかに関して説明されているが、それらはハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれかで実装されてもよい。さらに、一実施形態の要素は、適切な組み合わせまたは下位組み合わせで他の実施形態の要素と組み合わせることができる。
【０２３１】
主題は構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で説明されているが、添付の特許請求の範囲で定義される主題は必ずしも上記の特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。例えば、上記の各実施形態において、パワーシステムのデバイスからの信号の有無は、必ずしも安全でない状態の表示ではなく、代わりにパワーシステムが通常動作モードから安全動作モードに入ることを引き起こす指示であり得る。例えば、信号の有無により、パワーシステムが（上記のように）安全モードに入り、その後、パワーシステムが安全動作モードに入ると、安全スイッチがオンになり、パワーシステムの電源の直列ストリング内の各ポイントの電圧レベルが所定の電圧レベル以下になるようにし、それにより、直列ストリングの電圧レベルを所定の電圧レベル以下に下げる。安全動作モードに入ることは、例えば、電源の直列ストリングの切断、直列ストリングと直列ストリングが接続されているパワーデバイスとの間の切断、パワーデバイスに接続されているグリッドの停止、漏れ電流、パワーデバイスの機能不全、回路ブレーカの遮断、パワーデバイスのシャットダウン、またはユーザがシステムを安全モードに置きたがる、または置くことを必要とするその他の理由の結果であり得る。むしろ、上記の特定の特徴および行為は、以下の特許請求の範囲の例示的な実践として説明されている。
【０２３２】
本発明の様々な実施形態の様々な特徴は、番号付きのクレームのセットにおいて以下で強調される。これらの特徴は、本発明または発明概念を制限するものとして解釈されるべきではなく、そのような特徴の特定の重要性または関連性の順序を示唆することなく、説明に記載される本発明のいくつかの特徴の強調として単に提供される。
【図１Ａ】
2020074661.tif 000009
【図１Ｂ】
2020074661.tif 000010
【図１Ｃ】
2020074661.tif 000011
【図１Ｄ】
2020074661.tif 000012
【図１Ｅ】
2020074661.tif 000013
【図１Ｆ】
2020074661.tif 000014
【図１Ｇ】
2020074661.tif 000015
【図１Ｈ】
2020074661.tif 000016
【図１Ｉ】
2020074661.tif 000017
【図１Ｊ】
2020074661.tif 000018
【図１Ｋ】
2020074661.tif 000019
【図１Ｌ】
2020074661.tif 000020
【図１Ｍ】
2020074661.tif 000021
【図１Ｎ】
2020074661.tif 000022
【図１Ｏ】
2020074661.tif 000023
【図１Ｐ】
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【図１Ｑ】
2020074661.tif 000025
【図１Ｒ】
2020074661.tif 000026
【図１Ｓ】
2020074661.tif 000027
【図１Ｔ】
2020074661.tif 000028
【図２】
2020074661.tif 000029
【図２Ａ】
2020074661.tif 000030
【図２Ｂ】
2020074661.tif 000031
【図２Ｃ】
2020074661.tif 000032
【図３】
2020074661.tif 000033
【図３Ａ】
2020074661.tif 000034
【図３Ｂ】
2020074661.tif 000035
【図３Ｃ】
2020074661.tif 000036
【図４】
2020074661.tif 000037
【図４Ａ】
2020074661.tif 000038
【図４Ｂ】
2020074661.tif 000039
【図５】
2020074661.tif 000040
【図６Ａ】
2020074661.tif 000041
【図６Ｂ】
2020074661.tif 000042
【図６Ｃ】
2020074661.tif 000043
【図６Ｄ】
2020074661.tif 000044
【図７Ａ】
2020074661.tif 000045
【図７Ｂ】
2020074661.tif 000046
【図７Ｃ】
2020074661.tif 000047
【図７Ｄ】
2020074661.tif 000048
【図７Ｅ】
2020074661.tif 000049
【図７Ｆ】
2020074661.tif 000050
【図７Ｇ】
2020074661.tif 000051
【外国語明細書】
2020074661000001.pdf