(57)【要約】電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）電源への電気的接続のための入力ポート、（２）負荷への電気的接続のための出力ポート、（３）導電状態と非導電状態との間で切り替わって、入力ポートからの電力を出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイス、（４）第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わるのに少なくとも部分的に起因して、少なくとも２つ異なる電圧レベル間において遷移する中間スイッチングノード、および（５）中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を最大化するように第１のスイッチングデバイスを制御するコントローラ。
2013535949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から電力を抽出するためのスイッチング回路であって、
前記電源への電気的接続のための入力ポートと、
負荷への電気的接続のための出力ポートと、
導電状態と非導電状態との間で切り替わって、前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイスと、
前記第１のスイッチングデバイスが前記導電状態と前記非導電状態との間で切り替わるのに少なくとも部分的に起因して、少なくとも２つ異なる電圧レベル間において遷移する中間スイッチングノードと、
前記中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を最大化するように前記第１のスイッチングデバイスを制御するコントローラと、
を含む、スイッチング回路。
【請求項２】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を繰り返しサンプリングし、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の少なくとも２つの連続サンプルに少なくとも部分的に基づいて、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合される、。請求項１に記載のスイッチング回路。
【請求項３】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の２つの連続サンプル間の差に応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合される、請求項２に記載のスイッチング回路。
【請求項４】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の前記２つの連続サンプル間の差の符号に応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合される、請求項３に記載のスイッチング回路。
【請求項５】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の前記２つの連続サンプル間の差の大きさに応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合される、請求項３に記載のスイッチング回路。
【請求項６】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の２つの連続サンプル間の差の符号および大きさ双方に応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように構成される、請求項３に記載のスイッチング回路。
【請求項７】
前記コントローラはサンプリング回路を含み、前記サンプリング回路は、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の少なくとも２つの連続サンプルを生成するように構成される、請求項２または３に記載のスイッチング回路。
【請求項８】
前記サンプリング回路は第１のサンプリング回路および第２のサンプリング回路を含み、前記第１のサンプリング回路は、前記第２のサンプリング回路と異なる時間における前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングするように構成される、請求項７に記載のスイッチング回路。
【請求項９】
前記コントローラは、第１のローパスフィルタおよび第２のローパスフィルタをさらに含み、前記第１のローパスフィルタは、前記第１のサンプリング回路のための前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を生成するように構成され、前記第２のローパスフィルタは、前記第２のサンプリング回路のための前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を生成するように構成され、前記第１のローパスフィルタおよび前記第２のローパスフィルタはそれぞれ、前記第１のスイッチングデバイスのスイッチング期間よりも大きな各時定数を有する、請求項８に記載のスイッチング回路。
【請求項１０】
前記第１のローパスフィルタおよび前記第２のローパスフィルタは、少なくとも１つのコンポーネントを共有する、請求項９に記載のスイッチング回路。
【請求項１１】
前記スイッチング回路コントローラの起動時刻は、緩く制御される、請求項７に記載のスイッチング回路。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を充分に高速のサンプリングレートで繰り返しサンプリングするように構成され、これにより、前記出力ポートからの電流のパーセンテージ変化が、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の連続サンプル間の前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルのパーセンテージ変化よりも小さくなる、請求項２または３に記載のスイッチング回路。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングレートにおいて繰り返しサンプリングするように適合され、前記サンプリングレートは、ΔＩ／ＩＲがΔＤ／ＤＲよりも小さくなるように、充分に高速であり、
ΔＩは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルとの間の前記出力ポートからの電流変化であり、前記第２のサンプルは、前記第１のサンプルの後に発生し、
ＩＲ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎであり、
Ｉｍａｘは、前記出力ポートからの電流の最大予測値であり、
Ｉｍｉｎは、前記出力ポートからの電流の最小予測値であり、
ΔＤは、前記前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の前記第１の連続サンプルと前記第２の連続サンプルとの間の前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルの変化であり、
ＤＲは、前記第１のスイッチングデバイスの最大予測デューティサイクルと、最小予測デューティサイクルとの間の差である、
請求項２または３に記載のスイッチング回路。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが前記導電状態と前記非導電状態との間において切り替わる周波数よりも低い、請求項２または３に記載のスイッチング回路。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが前記導電状態と前記非導電状態との間で切り換わる周波数の１０分の１よりも低い、請求項１４に記載のスイッチング回路。
【請求項１６】
前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、
前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み、
前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され、
前記スイッチング回路は、前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスおよびダイオードからなる群から選択されたデバイスをさらに含み、前記デバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが前記非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように構成される、
請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項１７】
前記第１の出力端子は前記中間スイッチングノードへと電気的に接続され、前記第２の出力端子は前記第２の入力端子へと電気的に接続される、請求項１６に記載のスイッチング回路。
【請求項１８】
前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、
前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み、
前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され、
前記スイッチング回路は、それぞれ前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスおよびダイオードをさらに含み、前記第２のスイッチングデバイスおよび前記ダイオードは、前記第１のスイッチングデバイスが前記非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように構成される、
請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項１９】
前記スイッチング回路は、バイアス電源ポートをさらに含み、
前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、
前記コントローラは、前記第２の入力端子および前記第１の入力端子上の電圧の大きさが閾値を下回る場合、前記バイアス電源ポートへ電気的に接続された電源から少なくとも部分的に電力供給されるように構成される、
請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項２０】
前記第１のスイッチングデバイスは、複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を含むトランジスタを含み、前記個々に制御可能なトランジスタ要素のうち少なくともいくつかは、前記導電状態と前記非導電状態との間で個々に切り換えられるように動作可能であり、前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルに少なくとも部分的に基づいて、活性数の前記複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を制御するように構成される、請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項２１】
前記スイッチング回路は第２のスイッチングデバイスをさらに含み、前記第２のスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間で切り替わり、前記第１のスイッチングデバイスと協働して前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように構成され、
前記第２のスイッチングデバイスは、複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を含むトランジスタを含み、前記個々に制御可能なトランジスタ要素のうち少なくともいくつかは、前記導電状態と前記非導電状態との間において個々に切り換えられるように動作可能であり、前記コントローラは、前記第２のスイッチングデバイスのデューティサイクルに少なくとも部分的に基づいて、活性数の前記複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を制御するように構成される、
請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスを制御して、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を最大化させるように適合され、
前記コントローラは、前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスを前記非導電状態で連続的に動作させるようにさらに適合され、
前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み、
前記スイッチング回路はデバイスをさらに含み、前記デバイスは、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続され、前記第１のスイッチングデバイスが前記非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように適合される、
請求項１のスイッチング回路。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記コントローラへ電力供給している電源の電圧の大きさが閾電圧以下である場合、前記第２の動作モードにおいて前記スイッチング回路を動作させるようにさらに構成される、請求項２２に記載のスイッチング回路。
【請求項２４】
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された前記デバイスは、ダイオードを含む、請求項２３に記載のスイッチング回路。
【請求項２５】
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された前記デバイスは、デプレションモードトランジスタを含む、請求項２３に記載のスイッチング回路。
【請求項２６】
前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み、
前記スイッチング回路は、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスをさらに含み、
前記コントローラは、前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスを制御して、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を最大化させるように適合され、
前記コントローラは、前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記第２のスイッチングデバイスを導電状態において連続的に動作させるように適合される、
請求項１に記載のスイッチング回路。
【請求項２７】
前記コントローラは、前記コントローラへ電力供給している電源の電圧の大きさが第１の閾値よりも高くかつ第２の閾値以下である場合、前記スイッチング回路を前記第２の動作モードにおいて動作させるようにさらに適合される、請求項２６に記載のスイッチング回路。
【請求項２８】
（１）前記入力ポートから前記出力ポートへと転送された電力が閾値を下回る場合、（２）前記入力ポート内を流れている電流の大きさが閾値を下回る場合、（３）前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に流れている電流が閾値を超える場合、および（４）前記スイッチング回路の温度が閾値を超える場合、からなる群から選択された事態が発生した場合、前記コントローラは、前記スイッチング回路を前記第２の動作モードにおいて動作させるようにさらに適合される、請求項２６に記載のスイッチング回路。
【請求項２９】
前記出力ポートは第１の出力端子および第２の出力端子を含み、前記コントローラは、前記スイッチング回路の動作を制御して、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に流れる電流を単一の方向のみにおいて流すように構成される、請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項３０】
前記第１のスイッチングデバイスが前記導電状態と前記非導電状態との間で切り替わる周波数は、緩く制御される、請求項１または２に記載のスイッチング回路。
【請求項３１】
電源から電力を抽出するためのスイッチング回路であって、
第１の入力端子および第２の入力端子と、
負荷への電気的接続のための第１の出力端子および第２の出力端子と、
前記第１の入力端子と中間スイッチングノードとの間で電気的に接続された第１のスイッチングデバイスであって、前記第１のスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間で切り替わるように構成される、第１のスイッチングデバイスと、
前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスであって、前記第２のスイッチングデバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが前記非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように適合される、前記第２のスイッチングデバイスと、
前記第２のスイッチングデバイス上の電圧の平均値の変化に応答して前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記第１の入力端子および前記第２の入力端子へと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成されたコントローラと、
を含む、スイッチング回路。
【請求項３２】
電源から電力を抽出するためのスイッチング回路であって、
前記電源への電気的接続のための入力ポートと、
負荷への電気的接続のための出力ポートと、
導電状態と非導電状態との間で切り替わって、前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイスと、
前記第１のスイッチングデバイスを制御して、前記出力ポート上の電圧の平均値を最大化させるコントローラと、
を含む、スイッチング回路。
【請求項３３】
前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、
前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され、
前記スイッチング回路は、
前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続されたダイオードおよび第２のスイッチングデバイスからなる群から選択されたデバイスと、
前記中間スイッチングノードと前記出力ポートとの間に電気的に接続されたインダクタと、
前記出力ポート上において電気的に接続されたコンデンサと、
をさらに含む、
請求項３２に記載のスイッチング回路。
【請求項３４】
電源から電力を抽出するためのスイッチング回路であって、
前記電源への電気的接続のための入力ポートと、
負荷への電気的接続のための出力ポートであって、前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含む、出力ポートと、
導電状態と非導電状態との間で切り替わって、前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイスと、
エネルギー貯蔵デバイスと、
前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成されたコントローラと、
を含み、
前記スイッチング回路は、前記入力ポートへと電気的に接続された電源からの電力が前記コントローラを動作させるのには不十分でありかつ前記出力ポートにおいて電力が利用可能である場合、
前記第１の出力端子および前記第２の出力端子を介して利用可能なエネルギーが前記エネルギー貯蔵デバイスへ繰り返し蓄積され、
前記コントローラが、前記エネルギー貯蔵デバイス中に保存されているエネルギーから少なくとも部分的に電力供給される、
ように構成される、スイッチング回路。
【請求項３５】
第２のスイッチングデバイスをさらに含み、前記第２のスイッチングデバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが前記非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように構成され、前記コントローラは、前記コントローラが前記エネルギー貯蔵デバイスから電力供給される場合、前記第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるように適合される、請求項３４に記載のスイッチング回路。
【請求項３６】
前記第２のスイッチングデバイスと電気的に並列接続されたダイオードをさらに含む、請求項３５に記載のスイッチング回路。
【請求項３７】
前記第２のスイッチングデバイスおよび前記ダイオードは、トランジスタの一部である、請求項３６に記載のスイッチング回路。
【請求項３８】
前記スイッチング回路は、前記入力ポートへ電気的に接続された前記電源からの電力が前記コントローラを動作させるのに不十分でありかつ前記出力ポートにおいて電力が利用可能である場合、前記第２のスイッチングデバイスおよび前記ダイオードが前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に交互に電流を導通させるように、構成される、請求項３６または３７に記載のスイッチング回路。
【請求項３９】
前記第２のスイッチングデバイスは、前記ダイオードよりも長時間にわたって電流を導通させる、請求項３８に記載のスイッチング回路。
【請求項４０】
前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、
前記スイッチング回路は、中間スイッチングノードをさらに含み、
前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され、
前記スイッチング回路は、前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスをさらに含み、
前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記第２のスイッチングデバイス上の電圧の平均値を最大化させるようにさらに適合される、
請求項３４に記載のスイッチング回路。
【請求項４１】
少なくとも２つの電源から電力を抽出するためのスイッチング回路であって、
第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポートおよび第２の出力ポートと、
導電状態と非導電状態との間で切り換えられるように適合された第１のスイッチングデバイスを含む第１のサブ回路であって、前記第１のスイッチングデバイスにより、前記第１の入力ポートからの電力が前記第２の入力ポートへと転送される、第１のサブ回路と、
第２のスイッチングデバイスを含む第２のサブ回路であって、前記第２のスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間で切り替わって、前記第２の入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送させるように構成される、第２のサブ回路と、
少なくとも前記第１のスイッチングデバイスおよび前記第２のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記第１の入力ポート上において電気的に接続された電源および前記第２の入力ポート上において電気的に接続された電源から前記出力ポートに電気的に接続された負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させるように適合されるコントローラと、
を含む、スイッチング回路。
【請求項４２】
前記第１のサブ回路は、ブーストトポロジーを有するスイッチング回路を含む、請求項４１に記載のスイッチング回路。
【請求項４３】
前記第２のスイッチングデバイスおよび第３のスイッチングデバイスは、前記第２の入力ポート上において電気的に直列接続され、
前記第３のスイッチングデバイスはまた、前記出力ポート上において電気的に接続され、
前記第３のスイッチングデバイスは、前記第２のスイッチングデバイスが前記非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供する、
請求項４２に記載のスイッチング回路。
【請求項４４】
前記第１のサブ回路は、バックブーストトポロジーを有するスイッチング回路を含む、請求項４１に記載のスイッチング回路。
【請求項４５】
前記第２のスイッチングデバイスおよび第３のスイッチングデバイスは、前記第２の入力ポート上において電気的に直列接続され、
前記第３のスイッチングデバイスはまた、前記出力ポート上において電気的に接続され、
前記第３のスイッチングデバイスは、前記第２のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供する、
請求項４４に記載のスイッチング回路。
【請求項４６】
前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスおよび前記第２のスイッチングデバイスを相互に異相状態で切り換えるように適合される、請求項４１に記載のスイッチング回路。
【請求項４７】
前記コントローラは、前記第２のサブ回路のスイッチングノードにおける電圧の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように構成される、請求項４１に記載のスイッチング回路。
【請求項４８】
少なくとも２つの電源から電力を抽出するためのシステムであって、
入力ポートおよび出力ポートを含むバックブースト変換器であって、前記バックブースト変換器は、入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能である、バックブースト変換器と、
入力ポートを含むスイッチング回路であって、前記スイッチング回路は、前記スイッチング回路の前記入力ポートへ電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能である、スイッチング回路と、
を含み、
前記バックブースト変換器の前記出力ポートは、前記スイッチング回路の入力ポートに電気的に直列接続される、
システム。
【請求項４９】
電源から電力を抽出するためのスイッチング回路であって、
前記電源への電気的接続のための入力ポートおよび負荷への電気的接続のための出力ポートと、
前記入力ポートを介して電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスと、
前記出力ポート上において電気的に直列接続された第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスと、
第１のスイッチングノードと第２のスイッチングノードとの間で電気的に直列接続されたエネルギー貯蔵インダクタであって、前記第１のスイッチングノードは、前記第１のスイッチングデバイスおよび前記第２のスイッチングデバイスが電気的に接続されるノードであり、前記第２のスイッチングノードは、前記第３のスイッチングデバイスおよび前記第４のスイッチングデバイスが電気的に接続されるノードである、エネルギー貯蔵インダクタと、
前記第１のスイッチングデバイス、前記第２のスイッチングデバイス、前記第３のスイッチングデバイスおよび前記第４のスイッチングデバイスの動作を制御して以下を発生させるコントローラであって、
前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスおよび前記第２のスイッチングデバイスならびに前記エネルギー貯蔵インダクタが集合的にバック変換器として動作して、前記電源から前記負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させ、
前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記第３のスイッチングデバイスおよび前記第４のスイッチングデバイスならびに前記エネルギー貯蔵インダクタが集合的にブースト変換器として動作して、前記電源から前記負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させる、
コントローラと、
を含む、スイッチング回路。
【請求項５０】
前記コントローラは、
前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて、前記第３のスイッチングデバイスを導電状態において連続的に動作させ、前記第４のスイッチングデバイスを非導電状態において連続的に動作させ、
前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングを導電状態において連続的に動作させ、前記第２のスイッチングデバイスを非導電状態において連続的に動作させる、
ように適合される、
請求項４９に記載のスイッチング回路。
【請求項５１】
前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスおよび前記第２のスイッチングデバイスを少なくとも２００キロヘルツの周波数において導電状態と非導電状態との間で切り換えるように適合され、
前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて、前記第３のスイッチングデバイスおよび前記第４のスイッチングデバイスを少なくとも２００キロヘルツの周波数において導電状態と非導電状態との間で切り換えるように適合され、
前記スイッチング回路は、前記入力ポート上において電気的に接続された多層セラミックコンデンサをさらに含む、
請求項４９または５０に記載のスイッチング回路。
【請求項５２】
前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１の動作モードおよび前記第２の動作モードのうち少なくとも１つにおいて、前記出力ポート上の電圧の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように適合される、請求項４９または５０に記載のスイッチング回路。
【請求項５３】
前記コントローラは、前記入力ポート上の電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチング回路によって前記電源から引き出された電流の大きさを低減するように適合される、請求項４９または５０に記載のスイッチング回路。
【請求項５４】
電源から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、前記電源に接続されたスイッチング回路を動作させる方法であって、
前記スイッチング回路の中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を繰り返し決定するステップと、
前記中間スイッチングノードにおける電圧の最新の平均値と、前記中間スイッチングノードにおける電圧の以前の平均値とを比較するステップと、
前記最新の平均値が前記以前の平均値よりも高い場合、前記スイッチング回路のスイッチングデバイスのデューティサイクルを第１の方向において調節するステップと、
前記最新の平均値が前記以前の平均値よりも低い場合、前記スイッチングデバイスの前記デューティサイクルを前記第１の方向と反対方向の第２の方向を調節するステップと、
を含む、方法。
【請求項５５】
前記電源の出力電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチングデバイスの切り換えを調節して、前記スイッチング回路の出力電力を低下させるステップをさらに含む、請求項５４の方法。
【請求項５６】
前記電源の出力電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチングデバイスの切り換えを非活性化するステップをさらに含む、請求項５４の方法。
【請求項５７】
前記電源の出力電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチング回路の少なくとも１つのスイッチングデバイスを導電状態で連続的に動作させるステップをさらに含む、請求項５４の方法。
【請求項５８】
前記電源の出力電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチング回路によって前記電源から引き出された電流の大きさを低減するステップをさらに含む、請求項５４の方法。
【請求項５９】
前記スイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わる周波数よりも低い周波数において、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を繰り返し決定するステップをさらに含む、請求項５４の方法。
【請求項６０】
前記スイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わる周波数の１０分の１よりも低い周波数において、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を繰り返し決定するステップをさらに含む、請求項５４の方法。
【請求項６１】
負荷を含む電源とインターフェースをとるためのスイッチング回路を動作させる方法であって、
前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記スイッチング回路の第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記電源から前記負荷へと転送される電力量を少なくとも実質的に最大化させるステップと、
前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記負荷内を流れる電流を前記スイッチング回路内に流すためのシャント経路を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項６２】
前記電源の出力電圧が閾値を下回った場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと遷移するステップをさらに含む、請求項６１の方法。
【請求項６３】
前記電源と前記スイッチング回路との間に流れる電流の大きさが閾値を下回った場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと遷移するステップをさらに含む、請求項６１の方法。
【請求項６４】
前記電源から前記負荷へと転送された電力の大きさが閾値を下回った場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと遷移するステップをさらに含む、請求項６１の方法。
【請求項６５】
前記スイッチング回路は、前記負荷への電気的接続のための第１の出力端子および第２の出力端子を含み、前記方法は、前記第２の動作モードにおいて前記第１の出力端子および前記第２の出力端子をシャントするステップをさらに含む、請求項６１の方法。
【請求項６６】
前記シャントするステップは、前記第１の出力端子および前記第２の出力端子上において電気的に接続された第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるステップを含む、請求項６５の方法。
【請求項６７】
前記第２の動作モードにおいて前記第２のスイッチングデバイスを連続的に前記導電状態で動作させるステップをさらに含む、請求項６６の方法。
【請求項６８】
前記第２の動作モードにおいて、前記負荷を含む回路から電力を抽出して、前記スイッチング回路へ少なくとも部分的に電力供給するステップをさらに含む、請求項６１または６６の方法。
【請求項６９】
電源から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、前記電源に接続されたスイッチング回路を動作させる方法であって、
前記スイッチング回路の動作特性を繰り返し決定するステップと、
前記動作特性の最新の値と、前記動作特性の以前の値とを比較するステップと、
前記動作特性の前記最新の値が前記動作特性の前記以前の値よりも高い場合、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を第１の方向において行うステップと、
前記動作特性の前記最新の値が前記動作特性の前記以前の値よりも低い場合、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向と反対方向の第２の方向において行うステップと、
を含む、方法。
【請求項７０】
前記スイッチング回路の前記動作特性は、前記スイッチング回路の中間スイッチングノードにおける電圧の平均値である、請求項６９の方法。
【請求項７１】
前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第１の所定の量だけ調節するステップを含み、
前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第２の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第２の所定の量だけ調節するステップを含む、
請求項６９の方法。
【請求項７２】
前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第１の量だけ調節するステップを含み、前記第１の量は、前記動作特性の前記最新の値と前記動作特性の前記以前の値との間の差の関数であり、
前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第２の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第２の量だけ調節するステップを含み、前記第２の量は、前記動作特性の前記最新の値と前記動作特性の前記以前の値との間の差の関数である、
請求項６９の方法。
【請求項７３】
前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第１の量だけ調節するステップを含み、前記第１の量は、前記スイッチング回路の前記動作特性の１つ以上の履歴値から少なくとも部分的に決定され、
前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第２の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第２の量だけ調節するステップを含み、前記第２の量は、前記スイッチング回路の前記動作特性の前記１つ以上の履歴値から少なくとも部分的に決定される、
請求項６９の方法。
【請求項７４】
前記スイッチング回路の前記動作特性の前記最新の値と、前記スイッチング回路の前記動作特性の前記以前の値との間の差の大きさが閾値を超えた場合にのみ、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を行ういずれかのステップを行うステップをさらに含む、請求項６９の方法。
【請求項７５】
以前に前記電源の最大出力点に少なくとも実質的に対応していた値に前記スイッチング回路の動作パラメータを初期設定するステップをさらに含む、請求項６９の方法。
【請求項７６】
前記電源の出力電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチング回路によって前記電源から引き出された電流の大きさを低減させるステップをさらに含む、請求項６９の方法。
【請求項７７】
スイッチング回路を動作させるための方法であって、前記スイッチング回路は、入力ポートと、出力ポートと、エネルギー貯蔵デバイスと、第１のスイッチングデバイスと、前記出力ポート上において電気的に接続された第２のスイッチングデバイスとを含み、
前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを導電状態と非導電状態との間制御して、前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送させるステップと、
前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、
前記出力ポートを含む回路から抽出されたエネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスに蓄積するステップと、
前記エネルギー貯蔵デバイス中に保存されているエネルギーを用いて、前記第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるステップと、
を含む、方法。
【請求項７８】
前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて、前記蓄積するステップおよび前記用いるステップを交互に行うステップをさらに含む、請求項７７の方法。
【請求項７９】
前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるステップをさらに含む、請求項７７または７８の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／３７５，０１２号（出願日：２０１０年８月１８日）に対する優先権を主張する。本出願は、米国特許出願番号第１３／２１１，９８５号（出願日：２０１１年８月１７日）の継続でもある。米国特許出願番号第１３／２１１，９８５号（出願日：２０１１年８月１７日）は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／３７５、０１２（出願日：２０１０年８月１８日）に対する優先権を主張する。本出願は、米国特許出願番号第１３／２１１，９９７号（出願日：２０１１年８月１７日）の継続でもある。米国特許出願番号第１３／２１１，９９７号（出願日：２０１１年８月１７日）は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／３７５，０１２号（出願日：２０１０年８月１８日）に対する優先権を主張する。本出願は、米国特許出願番号第１３／２１２，０１３号（出願日：２０１１年８月１７日）の継続でもある。米国特許出願番号第１３／２１２，０１３号（出願日：２０１１年８月１７日）は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／３７５，０１２号（出願日：２０１０年８月１８日）に対する恩恵を主張する。本明細書中、上記した出願それぞれを参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルによって生成される電圧は、電流、セル動作状態、セル物理特性、セル欠陥および電池照明と共に変動する。図１に示すような太陽電池セルの数学的モデルは、出力電流を以下のようにモデル化する。
【０００３】
【数１】
2013535949.tif 000003
【０００４】
方程式１．
式中、
ＩＬ＝光生成電流
ＲＳ＝直列抵抗
ＲＳＨ＝シャント抵抗
Ｉ０＝逆飽和電流
ｎ＝ダイオード理想係数（理想ダイオードの場合１）
ｑ＝素電荷
ｋ＝ボルツマン定数
Ｔ＝絶対温度
Ｉ＝セル端子における出力電流
Ｖ＝セル端子における電圧
シリコンの場合、２５℃において、ｋＴ／ｑ＝０．０２５９ボルト。
【０００５】
典型的なセル出力電圧は低く、セル製造に用いられる材料のバンドギャップに依存する。セル出力電圧が、シリコンセルの場合、０．５ボルトに過ぎず、電池の充電または殆どの他の負荷の駆動に必要な電圧を遙かに下回る場合がある。このような低電圧に起因して、セルは典型的には直列接続されて、モジュールまたはアレイを形成する。モジュールまたはアレイの出力電圧は、単一のセルによって生成される出力電圧よりもずっと高い。
【０００６】
現実世界における太陽電池セルの場合、１つ以上の微細欠陥があることが多い。このようなセル欠陥に起因して、モジュール内のセル間において、直列抵抗ＲＳ、シャント抵抗ＲＳＨおよび光生成電流ＩＬのミスマッチが発生し得る。さらに、多様な理由（例えば、木の陰、鳥の糞によるセルまたはモジュールの陰、ゴミ、泥、他の影響）に起因して、電池照明も太陽電池セルシステム内のセルによって異なり得、モジュール内のセルによっても異なり得る。これらの明るさにおけるミスマッチは、日によって違い、１日のうちの時間帯によって異なり得る（なぜならば、日中は陰がモジュール上を移動し、セル上の陰の原因になっているゴミまたは泥が雨で流れ落ちる場合があるからである）。
【０００７】
方程式１から、出力電圧はゼロ出力電流において最大となり、出力電流Ｉの増加とともに出力電圧Ｖは非線形に低下する。図２は、連続照明における光起電装置から引き出された電流の増加による影響を示す。連続照明下において電流Ｉが増加するのと共に電圧Ｖはゆっくりと低下するが、電流Ｉが増加して光電流ＩＬに近い出力電流まで増加すると、出力電圧Ｖは急速に落下する。同様に、電流上昇による影響が電圧Ｖの低下によって打ち消されるまで、セル出力、つまり電流および電圧の積が電流Ｉの増加と共に増加する。その直後、セルから引き出された電流Ｉがさらに増加すると、出力Ｐは急速に低下する。そのため、所与の照明について、各セル、モジュールならびにセルおよびモジュールのアレイは、最大出力点（ＭＰＰ）を有する。最大出力点（ＭＰＰ）は、装置からの出力が最大化される電圧および電流の組み合わせを示す。温度および照明ならびによって光生成電流ＩＬの変化と共に、セル、モジュールまたはアレイのＭＰＰが変化する。また、セル、モジュールまたはアレイのＭＰＰは、要素（例えば、セル、モジュールまたはアレイの陰影および／または経年劣化）によっても影響を受け得る。
【０００８】
最大出力点追跡（ＭＰＰＴ）コントローラの利用により、太陽電池セルを最大出力点またはその近隣において動作させることができる。ＭＰＰＴコントローラは、入力に接続された光起電装置のためのＭＰＰ電圧および電流を決定する装置であり、光起電装置をＭＰＰにおいて維持するための実効インピーダンスを調節する装置である。ＭＰＰＴコントローラは典型的には、光起電装置電圧および電流を複数の動作点において測定し、電圧および電流測定からの各動作点における出力を計算し、ＭＰＰに最も近い動作点を決定する。
【０００９】
複数の太陽電池セルが相互に電気的に接続されている場合、複数の太陽電池セルをＭＰＰにおいて動作させることが困難な場合がある。例えば、図３は、４つの太陽電池セルが直列ストリング状に電気的に接続されている様子を示す。ダイオードＤ１〜Ｄ３または他の回路を用いることなく、セルはそれぞれ、同一電流を搬送する必要がある。なぜならば、上記したモジュールまたはアレイのセル間においてパラメータ（例えば、光生成電流ＩＬ、有効シャント抵抗ＲＳＨ、直列抵抗、および／または温度）の変動があった場合、ストリング内の１つのセルＣｓｔｒｏｎｇ用の最大出力点出力電流がストリング内の別のセルＣｗｅａｋ用の最大出力点出力電流Ｉｗｅａｋを大きく上回る可能性が出てくるからである。一定条件下のいくつかのアレイにおいて、ＣｓｔｒｏｎｇがＭＰＰ電流において動作している場合、ＣｗｅａｋはＭＰＰ電流を超える電流を受け、その結果、Ｃｗｅａｋに損傷が発生し得る。Ｃｗｅａｋは逆バイアスにもなり得、その場合、発電をするのではなく電力を消費するか、または、同一ストリング内のより発電量の多いセルからの電流流れを遮断する。このような場合における正味の影響として、直列ストリング内の発電量のより少ないセルの性能により、パネルまたはパネルの直列ストリングからの出力が限定される点がある。
【００１０】
いくつかの従来のソーラーパネルにおいては、図３に示すように、モジュール、セル、またはセルグループ、レベルにおいて、バイパスダイオードＤ１、Ｄ２およびＤ３が設けられる。これらのバイパスダイオードにより、過剰な順電流に起因する弱セルＣｗｅａｋへの損傷を回避することができる。また、バイパスダイオードにより、Ｃｗｅａｋの逆バイアシングが回避され、ストリング内のより高出力セルからの電流流れが遮断されるが、同じバイパスダイオードを使用する同一グループ内の低出力セルと他の任意のセルとがバイパスされると、Ｃｗｅａｋおよびそのグループ内のセルから発生する任意の出力が失われる。さらに、より高出力のセルからの一定出力が順電圧低下に起因してダイオード内において消散する。図３に示すように、いくつかのモジュールでは個々のセル上にバイパスダイオード（例えば、Ｄ２）が設けられていてもよく、その一方で、他のモジュールまたはシステムでは、個々のセル上ではなくセルグループ上、またはモジュール全体上にダイオード（例えば、Ｄ１）が設けられていてもよい。今日の市場における多くの結晶シリコンモジュールにおいては、約１２セルの「６ボルト」区域上にバイパスダイオードが設けられている。
【００１１】
図４０に示すような他のシステムが公知である。このシステムにおいては、パネル毎に、ＤＣ−ＤＣ変換器４００２またはＤＣ−ＡＣマイクロインバータが分散配置されており、これにより図４０に示すように共通出力加算高電圧バス４００４を駆動する。各変換器４００２は、それぞれが多数の太陽電池セル４００８を有するソーラーモジュール４００６からの出力を、モジュール４００６によって生成可能な任意の電圧および電流において（および恐らくはモジュールのＭＰＰにおいて）受信し、出力を変換し、出力を高電圧出力加算バス４００４上へと出力する。ここでモジュールはもはや直列に接続されていないため、１つのモジュールによる低出力は、高性能モジュールによる発電と干渉しない。さらに、低性能モジュールによる可能な発電はバス上に加算され、無駄になることはない。
【００１２】
分散型のパネル毎の電圧変換器アーキテクチャにおける問題として、このようなアーキテクチャの場合、パネルレベルにおいてはＭＰＰ達成を支援するものの、個々のセルレベルにおいては機能しない点がある。例えば、単一のセルのパネルに亀裂が入った場合または部分的陰影が発生した場合であっても、パネル全体は、残りのセルからの出力全てを送達することはできない。製造変動、汚染差、および経年劣化および損傷および陰影を通じてセル間にミスマッチが発生する場合もある。米国特許出願公開番号第２００９／００２０１５１号において、ＤＣ出力加算バスまたはＡＣ出力加算バスを並列駆動するローカル変換器の様々な利用法についての提案がある。
【００１３】
さらに別の代替例について、米国特許出願公開番号第２００８／０２３６６４８において開示がある。同文献において、太陽電池セルグループからの出力を各ＭＰＰＴＤＣ−ＤＣ変換器へと供給することにより、全ＤＣ−ＤＣ変換器アレイを通じて、各変換器における電圧において一定の電流を生成する。電圧は、取り付けられた光起電装置から入手可能な出力に依存する。ＤＣ−ＤＣ変換器の出力は、直列接続される。
【００１４】
また、多接合太陽電池セル内の複数の接合部を各最大出力点において作動させることが困難である場合もある。多接合太陽電池セルには、２つ以上の異なる種類の接合部が垂直方向に積層され、各接合部は、異なる波長の光に反応するように適合される。例えば、２つの接合部を有する太陽電池セルは典型的には、上接合部および下接合部を有する。上接合部は、バンドギャップの大きな材料で構成されているため、比較的短い好ましい波長および比較的高電圧における最大出力点を有する。下接合部は、より低いバンドギャップを有するため、比較的長い好ましい波長および比較的低電圧における最大出力点を有する。
【００１５】
多接合光起電装置のセルは、形成時において電気的に直列接続されることが多く、セル間から導体が引き出されることはない。このような構造を用いた場合、セルへの接続が簡潔となる一方、直列接続された光起電装置のミスマッチにより出力が制限され得るという非効率も同じ理由で発生し得る。有効出力電流は、積層セルの最低電流出力によって決定される。このような状況は、受信光の色または波長分布の変動ならびに積層セルの種類および効率の差によって悪化する。また、バイパスデバイス（例えば、ダイオード）が無い限り、過度の順電流に起因して多接合セルの所与の接合部が損傷を受ける可能性もある。
【００１６】
多接合光起電装置については、接合部間境界への低抵抗電気接点を備えた積層セル、および別個に設けられた接合部を含む積層セルを含め、研究が進んでいる。例えば、以下の文献を参照されたい：ＭｃＤｏｎａｌｄ、「多接合セルの性能比におけるスペクトル効率の増減（Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｓｃａｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｃｅｌｌｓ）」、第３４回ＩＥＥＥ太陽光発電専門家会議（Ｐｈｏｔｏｖｏｌａｔｉｃ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、２００９年、ｐ．１２１５−１２２０。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
実施形態において、電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）電源への電気的接続のための入力ポート、（２）負荷への電気的接続のための出力ポート、（３）導電状態と非導電状態との間で切り替わって、入力ポートからの電力を出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイス、（４）第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わるのに少なくとも部分的に起因して、少なくとも２つ異なる電圧レベル間において遷移する中間スイッチングノード、および（５）中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を最大化するように第１のスイッチングデバイスを制御するコントローラ。
【００１８】
実施形態において、電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）第１の入力端子および第２の入力端子、（２）負荷への電気的接続のための第１の出力端子および第２の出力端子、（３）第１の入力端子と中間スイッチングノードとの間で電気的に接続された第１のスイッチングデバイスであって、第１のスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間で切り替わるように構成される、第１のスイッチングデバイス、（４）第２の入力端子と中間スイッチングノードとの間で電気的に接続された第２のスイッチングデバイスであって、第２のスイッチングデバイスは、第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、第１の出力端子と第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように適合される、第２のスイッチングデバイス、および（５）第２のスイッチングデバイス上の電圧の平均値の変化に応答して第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、第１の入力端子および第２の入力端子へと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるコントローラ。
【００１９】
実施形態において、電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）電源への電気的接続のための入力ポート、（２）負荷への電気的接続のための出力ポート、（３）導電状態と非導電状態との間で切り替わって、入力ポートからの電力を出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイス、および（４）第１のスイッチングデバイスを制御して、出力ポート上の電圧の平均値を最大化させるコントローラ。
【００２０】
実施形態において、電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）電源への電気的接続のための入力ポート、（２）負荷への電気的接続のための第１の出力端子および第２の出力端子を含む出力ポート、（３）導電状態と非導電状態との間で切り替わって、入力ポートからの電力を出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイス、（４）エネルギー貯蔵デバイス、および（５）第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成されたコントローラ。スイッチング回路は、以下のように構成される。すなわち、入力ポートへと電気的に接続された電源からの電力がコントローラを動作させるには不十分でありかつ出力ポートにおいて電力が利用可能である場合、（１）第１の出力端子および第２の出力端子を介して利用可能なエネルギーからエネルギー貯蔵デバイスが繰り返し充電され、（２）コントローラは、エネルギー貯蔵デバイス中に保存されているエネルギーから少なくとも部分的に電力供給される。
【００２１】
実施形態において、少なくとも２つの電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポートおよび第２の出力ポート、（２）第１のスイッチングデバイスを含む第１のサブ回路であって、第１のスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間で切り換えられて、第１の入力ポートからの電力を第２の入力ポートへと転送するように適合される、第１のサブ回路、（３）第２のスイッチングデバイスを含む第２のサブ回路であって、第２のスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間で切り替わって、第２の入力ポートからのを出力ポートへと転送するように構成される、第２のサブ回路、および（４）少なくとも第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、第１の入力ポート上において電気的に接続された電源と、第２の入力ポート上において電気的に接続された電源とから出力ポートへと電気的に接続された負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化するように適合される、コントローラ。
【００２２】
実施形態において、少なくとも２つの電源から電力を抽出するためのシステムは、以下を含む：（１）入力ポートおよび出力ポートを含むバックブースト変換器であって、バックブースト変換器は入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化するように動作可能である、バックブースト変換器、および（２）入力ポートを含むスイッチング回路であって、スイッチング回路は、入力ポートへ電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能である、スイッチング回路。バックブースト変換器の出力ポートは、スイッチング回路の入力ポートと電気的に直列接続される。
【００２３】
実施形態において、電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含む：（１）電源への電気的接続のための入力ポートおよび負荷への電気的接続のための出力ポート、（２）入力ポートを介して電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス、（３）出力ポート上において電気的に直列接続された第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイス、（４）第１のスイッチングノードと第２のスイッチングノードとの間で電気的に直列接続されたエネルギー貯蔵インダクタであって、第１のスイッチングノードは、第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスが電気的に接続されるノードであり、第２のスイッチングノードは、第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスが電気的に接続されるノードである、エネルギー貯蔵インダクタ、および（５）コントローラ。コントローラは、第１のスイッチングデバイス、第２のスイッチングデバイス、第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスの動作を制御して以下を発生させるするように動作可能である：（１）スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスならびにエネルギー貯蔵インダクタが集合的にバック変換器として動作することにより、電源から負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させ、（２）スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスならびにエネルギー貯蔵インダクタが集合的にブースト変換器として動作することにより、電源から負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させる。
【００２４】
実施形態において、電源から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、電源に接続されたスイッチング回路を動作させる方法は、以下のステップを含む：（１）スイッチング回路の中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を繰り返し決定するステップ、（２）中間スイッチングノードにおける電圧の最新の平均値と、中間スイッチングノードにおける電圧の以前の平均値とを比較するステップ、（３）最新の平均値が以前の平均値よりも高い場合、スイッチング回路のスイッチングデバイスのデューティサイクルを第１の方向において調節するステップ、および（４）最新の平均値が以前の平均値よりも低い場合、スイッチングデバイスのデューティサイクルを第１の方向と反対方向の第２の方向を調節するステップ。
【００２５】
実施形態において、負荷を含む電源とインターフェースをとるためのスイッチング回路を動作させる方法は、以下のステップを含む：（１）スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、スイッチング回路の第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、電源から負荷へと転送される電力量を少なくとも実質的に最大化させるステップ、および（２）スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、負荷内を流れる電流をスイッチング回路内に流すためのシャント経路を提供するステップ。
【００２６】
実施形態において、電源から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、電源に接続されたスイッチング回路を動作させる方法は、以下のステップを含む：（１）スイッチング回路の動作特性を繰り返し決定するステップ、（２）動作特性の最新の値と、動作特性の以前の値とを比較するステップ、（３）動作特性の最新の値が動作特性の以前の値よりも高い場合、スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を第１の方向において行うステップ、および（４）動作特性の最新の値が動作特性の以前の値よりも低い場合、スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を第１の方向と反対方向の第２の方向において行うステップ。
【００２７】
実施形態において、スイッチング回路を動作させるための方法であって、スイッチング回路は、入力ポートと、出力ポートと、エネルギー貯蔵デバイスと、第１のスイッチングデバイスと、出力ポート上において電気的に接続された第２のスイッチングデバイスとを含み、方法は、以下のステップを含む：（１）スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、第１のスイッチングデバイスの切り換えを導電状態と非導電状態との間で制御して、入力ポートからの電力を出力ポートへと転送させるステップ、および（２）スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、（ｉ）出力ポートを含む回路から抽出されたエネルギーをエネルギー貯蔵デバイスに蓄積するステップ、および（ｉｉ）エネルギー貯蔵デバイス中に保存されているエネルギーを用いて、第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるステップ。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】１つの太陽電池セルモデルを示す。
【図２】電圧および電力を１つの太陽電池セルのための電流の関数としてグラフを示す。
【図３】太陽電池セルの１つの直列ストリングを示す。
【図４】実施形態よる、電源からの電力抽出のための、スイッチング回路を含む１つの電力システムを示す。
【図５】実施形態による、電源から電力を抽出するためのバック型スイッチング回路を含む１つの電力システムを示す。
【図６】実施形態による、電源から電力を抽出するためのバック型スイッチング回路を含む別の電力システムを示す。
【図７】実施形態による、電源から電力を抽出するための、変圧器が接続されたスイッチング回路を含む、別の電力システムを示す。
【図８】実施形態による、スイッチング回路のための１つのコントローラを示す。
【図９】実施形態による、スイッチング回路を用いて電源から電力を抽出するための１つの方法を示す。
【図１０】実施形態による、電源に接続されたスイッチング回路についての、スイッチングノード電圧対デューティサイクルの平均値のグラフを示す。
【図１１】実施形態による、電源に接続されたスイッチング回路についての、スイッチングノード電圧対デューティサイクルの平均値のグラフを示す。
【図１２】実施形態による、電源に接続されたスイッチング回路についての、スイッチングノード電圧対デューティサイクルの平均値のグラフを示す。
【図１３】実施形態による、電源に接続されたスイッチング回路についての、スイッチングノード電圧対デューティサイクルの平均値のグラフを示す。
【図１４】実施形態による、電源に接続されたスイッチング回路についての、スイッチングノード電圧対デューティサイクルの平均値のグラフを示す。
【図１５】実施形態による、スイッチング回路のための別のコントローラを示す。
【図１６】実施形態による１つのサンプリング回路を示す。
【図１７】図５のスイッチング回路の一実施形態の動作モードの状態図である。
【図１８】実施形態による、電源からの電力抽出のための、スイッチング回路を含む別の電力システムを示す。
【図１９】実施形態による、電源からの電力抽出のための、昇圧形スイッチング回路を含む１つの電力システムを示す。
【図２０】実施形態による、電源からの電力抽出のための、直列接続されたスイッチング回路の並列接続ストリングを含む電力システムを示す。
【図２１】実施形態による、電源からの電力抽出のための、並列接続スイッチング回路の直列接続ストリングを含む電力システムを示す。
【図２２】実施形態による、電源からの電力抽出のための、ダイオードおよびスイッチング回路を含む電力システムを示す。
【図２３】実施形態による、電源からの電力抽出のための、システム制御デバイスおよびスイッチング回路を含む電力システムを示す。
【図２４】実施形態による１つのシステム制御デバイスを示す。
【図２５】実施形態による１つの集積回路チップを示す。
【図２６】実施形態による１つのフリップチップ集積回路を示す。
【図２７】実施形態による、複数のバック型スイッチング回路を含む１つの集積回路チップを示す。
【図２８】実施形態による、複数の昇圧形スイッチング回路を含む１つの集積回路チップを示す。
【図２９】実施形態による、複数のバック型スイッチング回路を含む、１つの構成可能な集積回路チップを示す。
【図３０】実施形態による、１つの動的にサイズ決めされる電界効果トランジスタを示す。
【図３１】実施形態による１つの光起電システムを示す。光起電システムは、共通基板上に配置された太陽電池セルおよび集積回路チップを含む。
【図３２】実施形態による１つの光起電システムを示す。光起電システムは、光起電装置上に配置された光起電装置および集積回路チップを含む。
【図３３】実施形態による１つの光起電システムを示す。光起電システムは、共通リードフレーム上に配置された光起電装置および集積回路チップを含む。
【図３４】実施形態による、複数の光起電パネルを含む１つの電力システムを示す。このシステムにおいて、各パネルは、パネルの光起電装置から電力を抽出するための複数のスイッチング回路を含む。
【図３５】多接合太陽電池セル用途における、図２７の集積回路チップの実施形態を示す。
【図３６】実施形態による電力システムを示す。電力システムに含まれるスイッチング回路は、通常動作時において各電源から電力供給を受ける。
【図３７】図３６の電力システムのスイッチング回路の出力電圧のグラフを示す。
【図３８】図７のスイッチング回路の別の実施形態を示す。
【図３９】図５のスイッチング回路の別の実施形態の動作モードの状態図である。
【図４０】従来技術の光起電システムを示す。
【図４１】相互接続インダクタンスを含む図４の電力システムの実施形態を示す。
【図４２】相互接続インダクタンスを含む図５の電力システムの実施形態を示す。
【図４３】相互接続インダクタンスを含む図６の電力システムの実施形態を示す。
【図４４】相互接続インダクタンスを含む図７の電力システムの実施形態を示す。
【図４５】図７の電力システムの実施形態を示す。このシステムにおいて、スイッチング回路はフォワード型トポロジーを有する。
【図４６】図１９の電力システムの実施形態を示す。このシステムは、相互接続インダクタンスを含む。
【図４７】図２０の電力システムの実施形態を示す。このシステムは、相互接続インダクタンスを含む。
【図４８】実施形態による電力システムを示す。このシステムは、電源からの電力抽出のために、直列接続されたバックブースト型スイッチング回路の並列接続ストリングを含む。
【図４９】実施形態による１つの電力システムを示す。このシステムは、ストリングオプティマイザを含む。
【図５０】図４９のストリングオプティマイザの一実施形態を示す。
【図５１】図４９のストリングオプティマイザの別の実施形態を示す。
【図５２】相互接続インダクタンスを用いた図３４の電力システムの実施形態を示す。
【図５３】実施形態による１つのスイッチングノード電圧フィルタリングサブシステムを示す。
【図５４】実施形態による１つの電流測定サブシステムを示す。
【図５５】実施形態による電力システムを示す。電力システムは、多接合太陽電池セルから抽出された電力を最大化させるように構成される。
【図５６】図５５の電力システムの素セルの一実施形態を示す。
【図５７】実施形態による電力システムを示す。電力システムは、バック型ＭＰＰＴ変換器の並列ストリングを含む。
【図５８】実施形態による降圧および昇圧形ＭＰＰＴ変換器を示す。
【図５９】実施形態による光起電システムを示す。光起電システムは、ストリングオプティマイザを含む。
【図６０】実施形態による別の光起電システムを示す。この光起電システムは、図５９のものに類似するが、１つ以上のストリングを含み、ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器は含まない。
【図６１】実施形態による光起電システムを示す。
【図６２】実施形態による別の光起電システムを示す。
【図６３】実施形態による別の素セルを示す。
【図６４】実施形態による素セルを示す。素セルは、バックブースト型変換器を含む。
【図６５】実施形態による素セルを示す。素セルは、２つのＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を含み、ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器の出力ポートは電気的に直列接続される。
【図６６】図６５の素セルの別の実施形態である。
【図６７】実施形態による素セルを示す。素セルは、昇圧形およびバック型ＭＰＰＴ変換器を含む。
【図６８】実施形態による素セルを示す。素セルは、２つの積層ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を含む。
【図６９】実施形態による素セルを示す。素セルは、バックブースト型ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を含む。
【図７０】実施形態による光起電システムを示す。光起電システムは、分割スペクトル光起電装置を含む。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本明細書中開示されるのは、非線形電力曲線を有する電源（例えば、光起電装置、バッテリまたは燃料電池セル）から抽出された電力量の最大化を支援するために利用することが可能なシステムおよび方法である。このようなシステムおよび方法は、例えば、典型的な従来の解決法よりもより簡単および／または低コストであり、これにより、セル毎のＭＰＰＴを可能にする。従来のＭＰＰＴ解決法の場合、このようなセル毎のＭＰＰＴは、コストおよび複雑性に起因して、従来のＭＰＰＴ解決法では実現することができないことが多かった。例示的明瞭性の目的のために、図面中の特定の要素は縮尺通りに描かれていない場合がある点に留意されたい。特定のアイテムについて例示する場合、必ず（）内の参照符号を用いて説明する（例えば、電源４０２（１））。一方、（）無しの参照符号は任意のそのようなアイテムを指す（例えば、電源４０２）。
【００３０】
図４は、１つの電力システム４００を示す。電力システム４００は、Ｎ個の電源４０２を含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。電源４０２は、例えば光起電装置（例えば、個々の太陽電池セル、１つ以上の多接合太陽電池セルの個々の接合部、または複数の電気的に接続された太陽電池セル（例えば、電気的に直列接続されかつ／または並列接続された複数の太陽電池セル）を含むグループ）であり、集光素子を備えていてもよく、備えていなくてもよい。いくつかの実施形態において、電源４０２は、１つ以上の光起電パネルの光起電装置または光起電パネルのサブモジュールであり、各サブモジュールは、電気的に直列接続されおよび／または並列接続された複数の太陽電池セルを含む光起電パネルのサブセットである。例えば、いくつかの実施形態において、各電源４０２は、１つ以上の行および／または列の直列組み合わせとして配置された光起電パネル内の太陽電池セルである。電源４０２の他の例を挙げると、燃料電池セルおよび電池がある。
【００３１】
システム４００は、Ｎ個のスイッチング回路４０４をさらに含む。各スイッチング回路４０４は、各電源４０２に接続された入力ポート４０６と、負荷に電気的に接続された出力ポート４０８とを含む。以下にさらに説明するように、各スイッチング回路４０４は、各電源４０２から抽出されて負荷へと送達される電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成される。そのため、スイッチング回路４０４は、各電源４０２を少なくとも実質的にその最大出力点において動作させるように構成される。
【００３２】
出力ポート４０８は、負荷４１０（例えば、インバータ）に電気的に直列接続されて、閉回路（本明細書中以下出力回路４１２と呼ぶ）を形成する。各出力ポート４０８および負荷４１０は、この直列接続に起因して、同じ出力回路電流Ｉｏを搬送する。出力回路４１２は、例えば１つ以上の別個のインダクタから得られたインダクタンス（単一のインダクタ４１６として模式的に示す）を有する。１つ以上の別個のインダクタは、スイッチング回路４０４の内部かつ／または外部に設けられ、出力回路４１２に電気的に直列接続される。あるいは、出力回路インダクタンス４１６は、主にまたは完全に相互接続インダクタンスによって構成される。相互接続インダクタンスは、配線または他の導体（例えば、コンポーネント（例えば、出力ポート４０８、負荷４１０）を接続して出力回路４１２を形成する母線）のインダクタンスである。例えば、図４１に示す電力システム４１００は、システム４００の実施形態であり、出力回路４１２のインダクタンスは、相互接続インダクタンス４１０２を含む。
【００３３】
各スイッチング回路４０４は、各第１のスイッチングデバイス４１８を含む。第１のスイッチングデバイス４１８は、導電状態と非導電状態との間で切り替わるように構成され、これにより入力ポート４０６からの電力を出力ポート４０８へと転送する。よって、第１のスイッチングデバイス４１８を「制御スイッチ」としてみなすことができる。なぜならば、第１のスイッチングデバイス４１８の動作は、入力ポート４０６から出力ポート４０８への電力転送を制御するように変更されるからである。スイッチングデバイスの導通時間と非導通時間との間の比は、スイッチングデバイスのデューティサイクル（Ｄ）と呼ばれることが多い。本文書において、スイッチングデバイスの例を非限定的に挙げると、バイポーラ接合トランジスタ、電界効果トランジスタ（例えば、Ｎ型またはＰ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）（例えば、横方向拡散金属酸化膜半導体トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）、接合電界効果トランジスタ、金属半導体電界効果トランジスタ）、絶縁ゲートバイポーラ接合トランジスタ、サイリスタ、またはシリコン制御整流器がある。
【００３４】
第１のスイッチングデバイス４１８は典型的には、少なくとも２０ｋＨｚの周波数において切り替わり、これにより、スイッチング電流によるコンポーネント移動に起因して発生した音が人間による感知が可能な周波数範囲を超える。より低いスイッチング周波数ではなく高いスイッチング周波数（例えば、少なくとも２０ｋＨｚ）においてスイッチングデバイス４１８を作動させることにより、（１）より小型のエネルギー貯蔵コンポーネント（例えば、入力および負荷における出力回路４１２のインダクタンスおよびフィルタコンデンサ）の利用ならびに／または（２）リップル電流およびリップル電圧の大きさの低減もより容易になる。
【００３５】
さらに、２０ｋＨｚよりもずっとより高い周波数でスイッチングデバイス４１８を動作させることにより、負荷４１０に送達される電力を最大化させると有利であり得る。詳細には、各スイッチング回路４０４内への入力電流は、リップル成分を有する。リップル成分は、各電源４０２の効率を低下させる。詳細には、リップル電流の大きさが大きいほど、最大出力点に対応する大きさのＲＭＳ電流を電源４０２から提供することが困難になる。そのため、スイッチング周波数を増加させることにより、電源４０２効率を増加させることができる。なぜならば、リップル電流の大きさは、スイッチング周波数の増加と共に低下することが多いからである。しかし、スイッチング周波数が増加した場合、スイッチング回路４０４におけるスイッチング損失が増加することが多い。そのため、負荷４１０へと送達される電力合計を最大化させるための最適スイッチング周波数範囲があることが多い。スイッチング回路４０４および電源４０２の特定の実施形態において、第１のスイッチングデバイス４１８のスイッチング周波数が約５００ｋＨｚ〜８００ｋＨｚであるとき、最大電力転送が発生する。スイッチングデバイス４１８を高周波数（例えば、少なくとも２００ｋＨｚ）で動作させた場合も、比較的小型の低コストかつ／または信頼性のある入力コンデンサおよび／または出力コンデンサ（例えば、多層セラミックコンデンサ）の利用が可能となる。例えば、特定の実施形態において、スイッチング周波数を充分に高くすることにより、スイッチングデバイススイッチングから発生したリップル電流を主に多層セラミックコンデンサによってフィルタリングする。これとは対照的に、従来のＭＰＰＴシステムはずっと低いスイッチング周波数で動作することが多く、そのため、比較的大型の、高コストかつ信頼性の無い入力コンデンサおよび出力コンデンサ（例えば、電解コンデンサ）の利用が必要となる。
【００３６】
特定の実施形態において、第１のスイッチングデバイス４１８はそれぞれ、各固定周波数において切り替わり、ポート４０６および４０８間の電力転送は、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御される。ＰＷＭにおいて、入力ポート４０６と出力ポート４０８との間の電力転送を制御させるように、第１のスイッチングデバイス４１８のデューティサイクルを変化させる。しかし、いくつかの実施形態において、電力転送（例えば、低電力動作状態時）を制御するように、第１のスイッチングデバイス４１８のスイッチング周波数を変化させる。このような場合、固定周波数で動作させるよりも、異なる周波数で動作させた方が効率が良い。１つの例示的な可変周波数動作モードとして、パルス周波数変調（ＰＦＭ）がある。パルス周波数変調（ＰＦＭ）においては、ポート４０６からポート４０８への電力転送を制御するように、スイッチング周波数を変化させる。
【００３７】
スイッチング回路４０４をＰＷＭによって制御する特定の実施形態において、各第１のスイッチングデバイス４１８のスイッチング遷移は、他のスイッチングデバイス４１８それぞれのスイッチング遷移と位相がずらされ、これにより、各スイッチング回路４０４によって生成されたリップル電流により、他のスイッチング回路４０４それぞれによって生成されたリップル電流が少なくとも部分的に無効化される。例えば、３つのスイッチング回路４０４がＰＷＭによってそれぞれ制御される特定の実施形態において、各第１のスイッチングデバイス４１８のターンオンは、他の第１のスイッチングデバイス４１８それぞれのターンオンから１２０度だけずらされる。あるいは、いくつかの実施形態において、スイッチング周波数を意図的に緩く制御することにより、スイッチング回路４０４間においてスイッチング周波数が異なる可能性を高くし、これにより、複数のスイッチング回路４０４を同時に切り換えることに起因するリップルおよび過渡電流の低減を支援する。例えば、Ｎ個のスイッチング回路４０４の出力ポート４０８が電気的に直列接続される場合、各スイッチング回路４０４のスイッチング周波数が（同時に切り換えられる場合よりも）ランダム化されると、出力電流Ｉｏのリップルの大きさがＮの平方根の倍数だけ低減する。いくつかの実施形態において、スイッチング回路４０４間においてスイッチング周波数を少なくとも１０パーセントだけ変化させることにより、多くの場合におけるスイッチング周波数の有効ランダム化の達成を支援する。このようなスイッチング周波数の緩やかな制御は、例えば公差仕様が緩いコンポーネントを用いる（例えば、公差が１％であるレジスタの代わりに公差が２０％であるレジスタを用いる）ことにより、達成される。
【００３８】
各スイッチング回路４０４は、さらなるスイッチングデバイスまたはダイオードをさらに含む。さらなるスイッチングデバイスまたはダイオードにより、第１のスイッチングデバイス４１８が非導電状態であるときに出力電流Ｉｏに第１のスイッチングデバイス４１８を迂回させるためのバイパス経路が得られる。例えば、図４の実施形態において、ダイオード４１９は、各出力ポート４０８と電気的に並列接続されて、バイパス経路を提供する。ダイオード４１９は、例えば、順電圧低下を最小化するショットキーダイオードである。いくつかの実施形態において、ダイオード４１９の代替または補強として第２のスイッチングデバイスを用いて、バイパス経路中の損失を（ダイオード４１９を単独で用いた場合よりも）低減させる。例えば、ダイオード４１９は、出力ポート４０８と電気的に並列接続されたトランジスタのボディーダイオードであり得る。別の例として、別個の第２のスイッチングデバイスをダイオード４１９と電気的に並列接続させてもよい。
【００３９】
各スイッチング回路４０４は、中間スイッチングノード４２０をさらに含む。中間スイッチングノード４２０は、導電状態と非導電状態との間で切り替わる第１のスイッチングデバイス４１８に少なくとも部分的に起因して、少なくとも２つ異なる電圧レベルの間を転移する。いくつかの実施形態において、中間スイッチングノード４２０は、図４に示すように各第１のスイッチングデバイス４１８へと直接電気的に接続される。他の実施形態において、１つ以上のコンポーネント（例えば、変圧器（図示せず））は、中間スイッチングノード４２０を各第１のスイッチングデバイス４１８から分離させる。変圧器が接続されたスイッチング回路の一例について、図７を参照して説明する。
【００４０】
各スイッチング回路４０４は、コントローラ４２２をさらに含む。コントローラ４２２は、各電源４０２から抽出された電力量を（例えば第１のスイッチングデバイス４１８のデューティサイクルの調節によって）少なくとも実質的に最大化させるように、第１のスイッチングデバイス４１８の切り換えを制御する。詳細には、出力回路電流Ｉｏは多様な要素（例えば、負荷４１０の変化）に起因して経時的に変動し得るものの、コントローラ４２２は、電流Ｉｏの変動速度よりもずっと高速で動作する。そのため、第１のスイッチングデバイス４１８のデューティサイクルの連続的変化間において出力回路電流Ｉｏはほぼ一定であるとみなすことができ、スイッチング回路出力電力の変化は、スイッチング回路出力電圧Ｖｏの平均値（Ｖｏ＿ａｖｇ）に主に起因することが多い。なぜならば、出力電力は、電流ＩｏおよびＶｏ＿ａｖｇの積だからである。電源４０２から抽出された電力は、スイッチング回路出力電力からスイッチング回路４０４中の損失を減算した値と同一である。そのため、コントローラ４２２は、Ｖｏ＿ａｖｇを少なくとも実質的に最大化させるように、第１のスイッチングデバイス４１８のデューティサイクルを調節する。Ｖｏ＿ａｖｇを最大化させることにより、スイッチング回路出力電力と、各電源４０２から抽出された電力とが少なくとも実質的に最大化される。
【００４１】
いくつかの実施形態において、出力電圧Ｖｏは本質的にＤＣ電圧であり、コントローラ４２２は、Ｖｏの直接的監視により、Ｖｏ＿ａｖｇを決定する。しかし、スイッチング回路４０４の多くの実施形態において出力フィルタは用いられず、スイッチング回路４０４の出力電圧はスイッチング電圧Ｖｙと同じである。スイッチング電圧Ｖｙは、中間スイッチングノード４２０と、母線４２４との間の電圧である。このような実施形態において、コントローラ４２２は、Ｖｏ＿ａｖｇを示すスイッチングノード電圧Ｖｙの平均値（Ｖｙ＿ａｖｇ）を最大化させることにより、Ｖｏ＿ａｖｇを最大化させる。母線４２４は、スイッチング回路４０４の構成に応じて、正または負の母線であり得る。母線４２４が負の母線である実施形態（例えば、下記の図６の実施形態）において、Ｖｙは、図４に示すように中間スイッチングノードから母線への電圧である。しかし、基準ノードが正の母線である実施形態（例えば、以下の図５の実施形態）において、Ｖｙは、母線から中間スイッチングノードへの電圧である。
【００４２】
よって、各スイッチング回路４０２は、Ｖｏ＿ａｖｇを最大化させることにより（例えば、Ｖｏ＿ａｖｇを示すＶｙ＿ａｖｇを最大化させることにより）、各電源４０２から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる。この際、第１のスイッチングデバイス４１８のデューティサイクルにおける連続的変化間においてＩｏが本質的に不変であるとみなす。このようなＭＰＰＴ機能においては出力計算は不要であるため、これにより、従来のＭＰＰＴシステムにおいて必要となることが多いような、スイッチング回路４０４において電力計算ハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアを用いて電圧および電流の積を決定する必要が無くなることが理解されるべきである。そのため、スイッチング回路４０４の特定の実施形態は、典型的な従来のＭＰＰＴコントローラよりもより簡単かつ／または低コストとなり得、これにより、セル毎におけるＭＰＰＴが可能となる。このようなセル毎におけるＭＰＰＴは、従来のＭＰＰＴコントローラにおいてはコストおよび複雑性に起因して実際的ではないことが多かった。
【００４３】
しかし、スイッチング回路４０４においてはＭＰＰＴ実現のための電流測定または電力計算機能は不要であるものの、このような機能はスイッチング回路４０４中から除外されないことが認識されるべきである。例えば、スイッチング回路４０４の別の実施形態は、負荷４１０に起因して出力回路電流Ｉｏが高速変化する用途において、電圧測定および電流測定双方を用いることで、より高精度のＭＰＰＴの達成および／またはＭＰＰＴの実現が可能となる。別の例として、スイッチング回路４０４のいくつかの実施形態は、逆電流遮断によって過電流防止および／またはダイオードエミュレーションを達成する電流測定回路を含み得る。
【００４４】
上述したように、コントローラ４２２は、出力回路電流Ｉｏの変化速度よりもずっと高速で動作する。詳細には、デューティサイクルは所与のパーセンテージだけ変化するため、Ｉｏは、通常の動作範囲の大きさに相対してより小さなパーセンテージだけ（理想的にはずっと小さなパーセンテージだけ）変化する。このような関係は、デューティサイクルにおける連続的変化間において変化する限られた可能性をＩｏが有するよう、比較的大きな値の出力回路４１２インダクタンスの利用によってかつ／またはデューティサイクルを比較的高速で変化させることにより促進される。しかし、電源４０２のＭＰＰを最も高精度に追跡するために、デューティサイクルは、デューティサイクル変化後に過渡電流が落ち着く速度よりもずっと高速で変化すべきではない。詳細には、デューティサイクルが変化すると、電源４０２の有効抵抗および電源４０２のバイパスキャパシタンス（図示せず）に依存する時定数との共鳴が得られる。負荷４１０が少なくともほぼ一定の電流負荷である実施形態において、出力回路４１２は大きなインダクタンス値を持つ必要はない点に留意されたい。
【００４５】
スイッチング回路４０４の特定の実施形態は、２つ以上の動作モードを有する。このような実施形態は、最大出力点追跡スイッチングモード（ＭＰＰＴスイッチングモード）を含む。ＭＰＰＴスイッチングモードでは、スイッチング回路４０４は、各電源４０２から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように、上述したように動作する。しかし、このような実施形態は、１つ以上のさらなる動作モードを有する（例えば、トライステートモード）。このようなさらなる動作モードは、各電源４０２の出力がスイッチング回路４０４を適切に動作させるには低すぎる場合（例えば、ダイオード４１９上のバイパストランジスタをオンにするには電源４０２の出力が低すぎる場合）、典型的にはスイッチング回路４０４によって利用される。トライステートモードで動作するスイッチング回路４０４は、オフにされる（すなわち、その第１のスイッチングデバイス４１８はオンにされない）が、それでも、スイッチング回路は、スイッチング回路をバイパスするためのＩｏ用経路を提供し、これにより、他のスイッチング回路４０４は負荷４１０へと電力供給することができる。このようなバイパス経路は、スイッチング回路４０４内のダイオード４１９によって提供され得る。例えば、特定の実施形態において、第１のスイッチングデバイス４１８は電界効果トランジスタを含み、トランジスタのボディーダイオードは、スイッチング回路がオフにされると、Ｉｏ用バイパス経路を提供する。いくつかの実施形態において、ダイオード４１９は、低電圧低下バイパス経路を提供するショットキーダイオードである。
【００４６】
スイッチング回路４０４のいくつかの実施形態は、バイパスモードを含む。有意の電力を負荷４１０へ提供するためには各電源４０２の出力が低すぎるが、コントローラ４２２を動作させるための充分な電力が利用可能であるとき、バイパスモードは典型的には、スイッチング回路によって利用される。バイパスモードにおいて、コントローラ４２２に起因して、スイッチングデバイスがダイオード４１９と並列にＩｏ用バイパス経路を提供する。あるいは、通常はゼロ電圧でオンであるスイッチングデバイス（例えば、デプレションモードトランジスタ）をダイオード４１９と並列に配置するかまたはダイオード４１９の代替として用いることにより、低電圧低下バイパス経路を提供し、これにより（電源４０２の出力がコントローラ４２２を動作させるには低すぎる状況においても）バイパスモードが可能となり、これにより、トライステートモードが不要となる。バイパスモードが利用可能であるとき、バイパスモードはトライステートモードよりも好適であることが多い。なぜならば、ターンオン時のスイッチングデバイス上の電圧低下は、ダイオードの順電圧低下よりも低いことが多いからである。スイッチング回路４０４がバイパスモードにおいて動作可能である他の例を以下に挙げる：（１）入力ポート４０６と出力ポート４０８との間で転送される電力が閾値を下回る場合、（２）入力ポート４０６内への電流大きさが閾値を下回る場合、（３）出力ポート４０８から流出する電流が閾値を超える場合、（４）スイッチング回路４０４の温度が閾値を超える場合、（５）入力ポート４０６上の電圧大きさが閾値を下回る場合、および／または（６）入力ポート４０６上の電圧大きさが閾値を超える場合。スイッチング回路動作モードのさらなる例について、図１７を参照して以下に説明する。
【００４７】
システム４００のいくつかの実施形態において、負荷上の電圧Ｖｌｏａｄが、負荷によって出力電流Ｉｏを伝導させるための最小値であることが負荷４１０において必要である。このような負荷の例を挙げると、バッテリ充電システムおよびいくつかのグリッドタイインバータがある。このような実施形態において、複数のスイッチング回路４０４は任意選択的に同期され、これにより、第１のスイッチングデバイス４１８が初期に同時にターンオンし、これにより、Ｖｌｏａｄは、負荷４１０が出力電流Ｉｏを伝導させるのに必要な閾値へと上昇する。
【００４８】
スイッチング回路４０４の特定の実施形態は、さらなる特徴を含む（例えば、過熱防止、過電圧防止および／または過電流防止）。例えば、特定の実施形態において、コントローラ４２２は、過熱状態に応答して、スイッチング回路４０４の温度の監視およびスイッチング回路の停止またはスイッチング回路のバイパスモードでの動作を行うように、適合される。別の例として、いくつかの実施形態において、コントローラ４２２は、入力電圧の大きさが閾値を超えた場合、入力ポート４０６上の入力電圧大きさの監視およびスイッチング回路の停止を行うように動作可能である。別の例として、いくつかの実施形態において、コントローラ４２２は、スイッチング回路４０４から得られた電流大きさを制限するように、第１のスイッチングデバイス４１８の動作を制御するように適合される。
【００４９】
以下、スイッチング回路４０４の特定の例およびその用途について説明する。しかし、スイッチング回路４０４は、以下に説明する構成以外の構成を持ち得ることが理解されるべきである。
【００５０】
図５に示す１つの電力システム５００は、Ｎ個の電源５０２（例えば、光起電装置または燃料電池セル）と、Ｎ個の電気スイッチング回路５０４（Ｎは、１よりも大きい整数である）とを含む。スイッチング回路５０４は、図４のスイッチング回路４０４の実施形態であり、各スイッチング回路５０４は、入力ポート５０６および出力ポート５０８を含む。各入力ポート５０６は、第１の入力端子５１０および第２の入力端子５１２を含む。第１の入力端子５１０および第２の入力端子５１２はそれぞれ、各電源５０２の負の端子５１４および正の端子５１６へと電気的に接続される。第１の入力端子５１０および負の端子５１４は、負の入力ノード５１８の一部を形成し、第２の入力端子５１２および正の端子５１６は、正の入力ノード５２０の一部を形成する。各出力ポート５０８は、第１の出力端子５２２および第２の出力端子５２４を含む。第１の出力端子５２２は、（図４の中間スイッチングノード４２０に類似する）中間スイッチングノード５２６へと電気的に接続され、各第２の出力端子５２４は、正の入力ノード５２０へと電気的に接続される。各出力ポート５０８は、負荷５２８（例えば、インバータ）へと電気的に直列接続されて、閉回路を形成する（本明細書中、以下、出力回路５３０と呼ぶ）。
【００５１】
スイッチング回路５０４は、バック型トポロジーを有する。詳細には、各スイッチング回路５０４は、第１のスイッチングデバイス５３２を含む。第１のスイッチングデバイス５３２は、図４の第１のスイッチングデバイス４１８に類似する。第１のスイッチングデバイス５３２は、第１の入力端子５１０と、中間スイッチングノード５２６との間に電気的に接続される。各スイッチング回路５０４は、第２のスイッチングデバイス５３４と、コントローラ５３６とをさらに含む。コントローラ５３６は、第１のスイッチングデバイスならびに第２のスイッチングデバイス５３２および５３４の動作を制御するように構成される。第２のスイッチングデバイス５３４は、第２の入力端子５１２と、中間スイッチングノード５２６との間に電気的に接続される。別の実施形態において、第２のスイッチングデバイス５３４の代わりに、ダイオード（例えば、ショットキーダイオード）が用いられる。ダイオードは、順バイアスを受けたときに電流がダイオードを通じて中間スイッチングノード５２６から正の入力ノード５２０へと流れるように、接続される。
【００５２】
スイッチング回路５０４は、従来のバック型トポロジーと比較して逆構成である。すなわち、スイッチング回路５０４の出力（端子５２２、５２４）は、（従来のバック型トポロジーにおける中間スイッチングノード５２６と負の入力ノード５１８との間ではなく）正の入力ノード５２０と中間スイッチングノード５２６との間に電気的に接続される。その結果、第２のスイッチングデバイス５３４ではなく第１のスイッチングデバイス５３２が制御スイッチとして機能する。スイッチング回路５０４は、スイッチングノード電圧Ｖｙ５を有する。正の入力ノードまたは正の母線５２０と中間スイッチングノード５２６との間のスイッチングノード電圧Ｖｙ５は、図４のスイッチングノード電圧Ｖｙに類似する。スイッチング回路５０４はまた、出力端子５２４および５２２上の出力電圧Ｖｏ５を有する。各スイッチング回路５０４（例えば、図５に示すようなもの）のための出力フィルタを含まない実施形態において、Ｖｙ５は、Ｖｏ５と同じである。Ｖｏ５＿ａｖｇは、Ｖｏ５の平均値であり、第１のスイッチングデバイス５３２のデューティサイクルに比例する。第１のスイッチングデバイス５３２がオフされると、第２のスイッチングデバイス５３４は、（図４のＩｏに類似する）出力回路電流Ｉｏ５の経路を提供する。詳細には、出力回路５３０中のインダクタンス５４０の存在に起因して第１のスイッチングデバイス５３２がオンにされると、電流Ｉｏ５は上昇する。コントローラ５３６が第１のスイッチングデバイス５３２をオフにすると、インダクタンス５４０により、電流Ｉｏ５が瞬時に変化することがインダクタンス５４０によって回避される。よって、電流Ｉｏ５がゼロに到達するかまたは第１のスイッチングデバイス５３２が再度オンになるまで、第２のスイッチングデバイス５３４がオンにされて、電流Ｉｏ５を下降させるための経路が得られる。よって、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４が協働して、入力ポート５０６からの電力を出力ポート５０８へと転送させる。
【００５３】
いくつかの用途において、逆形のバック型トポロジーのスイッチング回路５０４は、非逆形のバック型トポロジーよりも好適である場合がある。詳細には、多数の用途において、Ｖｏ５＿ａｖｇが電源５０２の電圧に近くなり、その結果デューティサイクルが大きくなることが理解される。このような状況において、スイッチングデバイスが相補型ＭＯＳＦＥＴである場合、第１のスイッチングデバイス５３２の代わりに第２のスイッチングデバイス５３４を制御スイッチとすることが望ましい。なぜならば、第１のスイッチングデバイス５３２をＮ型ＭＯＳＦＥＴとして実行する方が、第２のスイッチングデバイス５３４をＮ型ＭＯＳＦＥＴとして実行するよりも簡単であることが多いからである。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴは一般的にはＰ型ＭＯＳＦＥＴよりも好適である。なぜならば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴは一般的には、類似のＰ型ＭＯＳＦＥＴよりもチャネル抵抗が低いからである。
【００５４】
図５の実施形態において、スイッチング変換器５０４は、個々のエネルギー貯蔵インダクタを含まない。その代わりに、スイッチング変換器５０４は、出力回路５３０中のエネルギー貯蔵インダクタンス５４０を共有し、Ｖｏ５は、大きなＡＣ成分を有する。インダクタンス５４０を単一のインダクタとして模式的に図示しているが、インダクタンス５４０は、１つ以上の別個のインダクタおよび／または出力回路５３０を形成するコンポーネント（例えば、出力ポート５０８）を接続させるワイヤまたは他の導体の相互接続インダクタンスを含み得る。いくつかの実施形態において、インダクタンス５４０は、主な相互接続または完全相互接続インダクタンスを含む。別個のインダクタの代わりに相互接続インダクタンスを用いることにより、電力システム５００のコストおよび／またはサイズの低下が可能となる。例えば、図４２に示す電力システム４２００は、システム５００の実施形態である。インダクタンス５４０は、電力システム４２００では相互接続インダクタンス４２０２を含む。第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４は、例えば、相互接続インダクタンスを一次エネルギー貯蔵インダクタンス５４０として用いることが可能な位にスイッチング周波数が充分に高くなるように、構成される。別の実施形態において、１つ以上のスイッチング回路５０４は、１つ以上の別個のインダクタ（図示せず）を含む。これらの１つ以上の別個のインダクタ（図示せず）は、スイッチングノード電圧Ｖｙ５がＶｏ５と異なるように、出力端子５２２および５２４と電気的に直列接続される。
【００５５】
図５の実施形態において、スイッチング回路５０４はまた、個々の出力端子５２４および５２２上の出力フィルタコンデンサを含まない。その代わりに、スイッチング回路回路５０４は、共通出力フィルタキャパシタンス５４２を共有する。共通出力フィルタキャパシタンス５４２は、負荷５２８と電気的に並列接続された１つ以上のコンデンサを示す。しかし、スイッチング回路５０４が自身の出力フィルタコンデンサを含む場合も除外されず、このようなコンデンサは、共通出力フィルタコンデンサ５４２に加えてまたは共通出力フィルタコンデンサ５４２の代わりに含まれ得る。スイッチング回路５０４が自身の出力フィルタコンデンサを含まない場合、スイッチング回路も自身の出力インダクタを含む必要がある。例えば、各スイッチング回路は、各出力インダクタおよび出力フィルタコンデンサを含み得る。各出力インダクタおよび出力フィルタコンデンサは典型的には、共通出力フィルタコンデンサ５４２に加えて小さなキャパシタンスを有する。
【００５６】
電源５０２の特性に応じて、各電源５０２上のコンデンサ５４４が必要となり得る。例えば、電源５０２が光起電装置である場合、コンデンサ５４４は一般的には、スイッチング回路５０４からのリップル電流に起因して光起電装置性能が劣化する事態を回避することが要求される。光起電用途において、コンデンサ５４４の所望の値を決定するためには、光起電装置効率と、ＭＰＰＴの高速調節との間のトレードオフが必要となることが多い。詳細には、コンデンサ５４４の値を大きくすることにより、光起電装置性能が促進され、コンデンサ５４４の値を小さくすることにより、コントローラ５３６のより高速な動作が促進されることが多い。第１のスイッチングデバイスならびに第２のスイッチングデバイス５３２および５３４のスイッチング周波数も、リップル電流大きさを低減させるように増加させることができ、これにより光起電装置性能が促進される。コンデンサ５４４がスイッチング回路５０４の外部に設けられた様子が図示されているが、コンデンサをスイッチング回路５０４と一体化させてもよい。
【００５７】
コントローラ５３６は、スイッチングノード電圧Ｖｙ５の平均値の変化に応答して第１のスイッチングデバイス５３２のデューティサイクルを変化させ、これによりＶｏ５＿ａｖｇを最大化させる。図４の電力システム４００と同様に、コントローラ５３６は、出力電流Ｉｏ５の予測される変化よりもずっと高速で動作する。そのため、出力電流Ｉｏ５は、デューティサイクルの連続的変化間において本質的に不変のままであり、コントローラ５３６は、Ｖｏ５＿ａｖｇを最大化させることにより、電源５０２から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させる。しかし、Ｖｏ５が本質的にＤＣ電圧であるようにスイッチング回路５０４が出力インダクタおよびコンデンサを含む場合、コントローラ５３６をＶｏ５を直接監視および最大化するように構成してもよい点に留意されたい。
【００５８】
さらに以下に説明するように、スイッチング回路５０４のいくつかの実施形態は、第２のスイッチングデバイス５３４がシャント出力端子５２２および５２４へと連続的に伝導するように構成され、これにより、電源５０２から生成される電力が小さいかまたはゼロである場合、出力ポート５０８がシャントされ、電源５０２の周囲の電流Ｉｏ５のためのシャントまたはバイパス経路が得られる。例えば、電源５０２が陰に起因して発電量の低い光起電装置である場合、このようなスイッチング回路５０４の実施形態に起因して、第２のスイッチングデバイス５３４は連続的に伝導し、これにより光起電装置を通過する電流が回避され、これにより、光起電装置中の電力損失および光起電装置への損傷可能性が回避される。電源５０２をダイオードではなく第２のスイッチングデバイス５３４によってバイパスすることにより、電力システム５００の効率を向上させることが可能となる点に留意されたい。なぜならば、第２のスイッチングデバイス５３４は典型的には、ダイオードよりも順電圧低下が低いからである。
【００５９】
図６に示す１つの電力システム６００は、電力システム４００の別の実施形態である。システム６００は、図５のシステム５００に類似するが、システム６００のスイッチング回路は、逆形のバック型トポロジーではなく、標準的な（非逆形）バック型トポロジーを有する。システム６００は、Ｎ個の電源６０２と、各電源６０２に電気的に接続された各スイッチング回路６０４とを含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路６０４は、入力ポート６０６を含む。入力ポート６０６は、第１の入力端子６１０および第２の入力端子６０８を含む。第１の入力端子６１０および第２の入力端子６０８はそれぞれ、電源６０２の正の端子６１４および負の端子６１２へと電気的に接続される。第２の入力端子６０８および負の端子６１２は、負の入力ノード６１６の一部を形成し、第１の入力端子６１０および正の端子６１４は、正の入力ノード６１８の一部を形成する。各スイッチング回路６０４は、出力ポート６２０をさらに含む。出力ポート６２０は、第１の出力端子６２２および第２の出力端子６２４を含む。第１の出力端子６２２は、負の入力ノード６１６へと電気的に接続され、第２の出力端子６２４は、中間スイッチングノード６２６へと電気的に接続される。出力ポート６２０は、負荷６２８（例えば、インバータ）と電気的に直列接続されて、出力回路６３０を形成する。
【００６０】
出力回路６３０は、インダクタンス６３２を含む。インダクタンス６３２は、単一のインダクタとして模式的に示しているが、出力回路６３０を形成するコンポーネント（例えば、出力ポート６２０）を接続させるワイヤまたは他の導体の１つ以上の別個のインダクタおよび／または相互接続インダクタンスを示し得る。例えば、図４３に示す電力システム４３００は、システム６００の実施形態である。インダクタンス６３２は、電力システム４３００では相互接続インダクタンス４３０２を含む。特定の実施形態において、スイッチング回路６０４は、エネルギー貯蔵インダクタンスのために、相互接続インダクタンスに主にまたは完全に依存する。
【００６１】
各スイッチング回路６０４は、第１のスイッチングデバイス６３４と、第２のスイッチングデバイス６３６とを含む。第１のスイッチングデバイス６３４は、第２の入力端子６０８と、中間スイッチングノード６２６との間に電気的に接続される。第２のスイッチングデバイス６３６は、中間スイッチングノード６２６と、第１の入力端子６１０との間に電気的に接続される。コントローラ６３８は、第１のスイッチングデバイス６３４および第２のスイッチングデバイス６３６の動作を制御する。第１のスイッチングデバイス６３４および第２のスイッチングデバイス６３６は、協働して入力ポート６０６からの電力を出力ポート６２０へと転送させる。図５のスイッチング回路５０４とは対照的に、第２のスイッチングデバイス６３６はスイッチング回路６０４内の制御スイッチであり、コントローラ６３８は、第２のスイッチングデバイス６３６のデューティサイクルを変化させることにより、入力ポート６０６と出力ポート６２０との間の電力転送を制御する。第２のスイッチングデバイス６３６が非導電状態にあるとき、第１のスイッチングデバイス６３４は、出力回路電流Ｉｏ６用の経路を提供する。順バイアスを受けたときに電流がダイオードを通じて負の入力ノード６１６から中間スイッチングノード６２６へと流れるように接続されたダイオードを、第１のスイッチングデバイス６３４の代わりに任意選択的に用いる。スイッチング回路６０４は、中間スイッチングノード６２６と、負の入力ノードまたは負の母線６１６との間のスイッチングノード電圧Ｖｙ６を有する。スイッチング回路６０４が出力フィルタを含まない実施形態（例えば、図６に示すようなもの）において、スイッチングノード電圧Ｖｙ６は、スイッチング回路出力電圧Ｖｏ６と同じである。
【００６２】
スイッチング回路６０４は、図５のスイッチング回路５０４と同様に動作する。詳細には、コントローラ６３８は、Ｖｏ６（１）の平均値が少なくとも実質的に最大化するように、第２のスイッチングデバイス６３６のデューティサイクルを調節する。コントローラ６３８は、出力回路６３０を通過する電流Ｉｏ６の変化速度よりもずっと高速に、第２のスイッチングデバイス６３６のデューティサイクルを変化させる。そのため、Ｖｏ６＿ａｖｇを少なくとも実質的に最大化させることにより、スイッチング回路６０４の出力電力と、電源６０２から抽出された電力とが最大化される。スイッチング回路６０４に出力フィルタが含まれない実施形態において、コントローラ６３８は、Ｖｙ６の平均値を最大化させることにより、Ｖｏ６＿ａｖｇを間接的に最大化させる。スイッチング回路６０４が出力フィルタを含みＶｏ６が本質的にＤＣ電圧である実施形態において、コントローラ６３８は、Ｖｏ６を任意選択的にあるいは直接的に監視し、Ｖｏ６を最大化させる。
【００６３】
図４を参照して上述したように、スイッチング回路４０４のいくつかの実施形態は、変圧器を含む（例えば、電気的絶縁および／または各電源からの電圧の逓増または逓減を可能にするためのもの）。例えば、図７に示す１つの電力システム７００は、電力システム４００の実施形態である。電力システム７００において、スイッチング回路は、絶縁トポロジーを有する。システム７００は、Ｎ個の電源７０２と、スイッチング回路７０４とを含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路７０４は、各電源７０２へと電気的に接続された入力ポート７０６を含み、各スイッチング回路７０４は、出力ポート７０８を含む。出力ポート７０８は、負荷７１０（例えば、インバータ）と電気的に直列接続されて、閉回路を形成する（以下、本明細書中、出力回路７１２と呼ぶ）。各スイッチング回路７０４は、各出力電圧Ｖｏ７の平均値（Ｖｏ７＿ａｖｇ）を最大化することにより、各電源７０２から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる。いくつかの実施形態において、スイッチングノード電圧の平均値を最大化することにより、Ｖｏ７＿ａｖｇを最大化する。
【００６４】
各スイッチング回路７０４は、可変電圧利得を用いた絶縁トポロジーを有する。詳細には、各スイッチング回路は、各電力変圧器７１６と、絶縁境界７２０を横断する通信サブシステム７１８とを含む。コントローラ７２２は、図示のように絶縁境界７２０の一次側７２４上に配置され得る。あるいは、コントローラ７２２は、絶縁境界７２０の二次側７２６上に配置され得る。通信サブシステム７１８は、コントローラ７２２によって用いられて、（例えば、スイッチングノード電圧の感知および／または１つ以上のスイッチングデバイス（図示せず）の制御のために）絶縁境界７２０上を通信する。通信サブシステム７１８をオプトカプラとして図示しているが、通信サブシステム１７８は、他の形態もとり得る（例えば、パルス変圧器、スイッチトキャパシタのネットワーク、または類似の絶縁通信デバイス）。電気的絶縁が不要である実施形態（例えば、電圧レベル変換を可能にするために変圧器７１６のみを用いる実施形態）において、通信サブシステム７１８を無くすことが可能である。
【００６５】
いくつかの実施形態において、スイッチング回路７０４は、出力上にインダクタが必要なトポロジーを有する。このようなトポロジーの例を非限定的に挙げると、フォワード型トポロジー、ハーフブリッジ型トポロジー、およびフルブリッジ型トポロジーがある。このような実施形態において、スイッチング回路７０４中の出力インダクタの代わりにまたはスイッチング回路７０４中の出力インダクタに加えて、出力回路７１２のインダクタンス７１４を任意選択的に用いることができる。インダクタンス７１４を単一のインダクタとして模式的に図示しているが、インダクタンス７１４は、出力回路７１２を形成するためのワイヤまたは他の導体を接続するコンポーネント（例えば、出力ポート７０８）の複数の別個のインダクタおよび／または相互接続インダクタンスを含み得る。例えば、図４４に示す電力システム４４００は、システム７００の実施形態である。インダクタンス７１４は、電力システム４４００では相互接続インダクタンス４４０２を含む。
【００６６】
システム７００の別の実施形態において、スイッチング回路は、出力インダクタが不要であるトポロジー（例を非限定的に挙げると、フライバック型トポロジー、逆型ハーフブリッジ型トポロジー、逆型フルブリッジ型トポロジー、および電流供給トポロジー）を有する。このようなトポロジーにおいて、負荷７１０がキャパシタンスを含む場合（例えば、負荷７１０がインバータである場合の入力キャパシタンスを含む場合）、出力回路７１２の相互接続インダクタンスは、このようなキャパシタンスと共に有利に機能して、さらなるフィルタを形成する。
【００６７】
図４５に示す１つの電力システム４５００は、電力システム７００の実施形態である。スイッチング回路７０４は、電力システム４５００ではフォワード型トポロジーを有する。システム４５００は、Ｎ個の電源４５０２と、各電源４５０２へと電気的に接続された各スイッチング回路４５０４とを含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路４５０４は、第１の入力端子４５０８および第２の入力端子４５１０を含む入力ポート４５０６を含む。第１の入力端子４５０８および第２の入力端子４５１０はそれぞれ、電源４５０２の負の端子４５１２および正の端子４５１４へと電気的に接続される。第１の入力端子４５０８および負の端子４５１２は、負の入力ノード４５１６の一部を形成し、第２の入力端子４５１０および正の端子４５１４は、正の入力ノード４５１８の一部を形成する。各スイッチング回路４５０４は、出力ポート４５２０をさらに含む。出力ポート４５２０は、第１の出力端子４５２２および第２の出力端子４５２４を含む。出力ポート４５２０は、負荷４５２６（例えば、インバータ）と電気的に直列接続されて、閉回路を形成する（本明細書中以下、出力回路４５２８と呼ぶ）。
【００６８】
各スイッチング回路４５０４は、変圧器４５３０を含む（例えば、電源４５０２と負荷４５２６との間の電気的絶縁の提供および／または電源４５０２の電圧の逓減または逓増を行うもの）。例えば、変圧器４５３０を用いて出力ポート４５２０における電圧を逓増させて、電流Ｉｏ４５および関連付けられた電流導通損失の大きさを逓減させる。変圧器４５３０の一次巻線４５３２は、第２の入力端子４５１０と、第１のスイッチングノード４５３４との間に電気的に接続される。第１のスイッチングデバイス４５３６、図４の第１のスイッチングデバイス４１８と同様であり、第１のスイッチングノード４５３４と、第１の入力端子４５０８との間に電気的に接続される。コントローラ４５３８は、第１のスイッチングデバイス４５３６の動作を制御する。
【００６９】
絶縁変圧器４５３０の二次巻線４５４０は、第１の出力端子４５２２と、第１のダイオード４５４２の陽極との間に電気的に接続される。第１のダイオード４５４２の陰極は、第２の出力端子４５２４へと電気的に接続される。フリーホイーリングダイオード４５４４は、第１の出力端子と、第２の出力端子４５２２および４５２４との上に電気的に接続される。別の実施形態において、ダイオード４５４２および４５４４のうち１つ以上の代わりに各スイッチングデバイスを用いて、導通損失を逓減する。コントローラ４５３８が第１のスイッチングデバイス４５３６をオンにすると、電流が二次巻線４５４０および第１のダイオード４５４２内を流れる。コントローラ４５３８が第１のスイッチングデバイス４５３６をオフにすると、第１のスイッチングデバイス４５３６が再度オンになるかまたはＩｏ４５がゼロへ低下するまで、出力回路電流Ｉｏ４５は、フリーホイーリングダイオード４５４４内を流れる。
【００７０】
スイッチング回路４５０４は、図５および図６のスイッチング回路５０４および６０４と同様にそれぞれ動作する。詳細には、コントローラ４５３８は、第１のスイッチングデバイス４５３６のデューティサイクルを調節して、Ｖｏ４５の平均値を少なくとも実質的に最大化する。Ｖｏ４５の平均値は、フリーホイーリングダイオード４５４４上の電圧である。コントローラ４５３８は、出力回路４５２８内を通過する電流Ｉｏ４５が変化し得る速度よりもずっと高速で、第１のスイッチングデバイス４５３６のデューティサイクルを変化させる。そのため、Ｖｏ４５＿ａｖｇを少なくとも実質的に最大化させることにより、スイッチング回路４５０４出力電力と、電源４５０２から抽出された電力とが最大化される。スイッチング回路４５０４内に出力フィルタが含まれない実施形態において、コントローラ４５３８は、スイッチングノード電圧Ｖｙ４５の平均値を最大化させることにより、Ｖｏ４５＿ａｖｇを最大化させる。スイッチングノード電圧Ｖｙ４５の平均値は、二次巻線４５４０からの整流パルス状電圧である。スイッチング回路４５０４内に出力フィルタが含まれ、Ｖｏ４５が本質的にＤＣ電圧である実施形態において、コントローラ４５３８は、Ｖｏ４５の監視および最大化を交互に行う。
【００７１】
図４５の実施形態において、各スイッチング回路４５０４は、出力回路４５４８のインダクタンス４５４８をエネルギー貯蔵インダクタンスとして利用する。インダクタンス４５４８を模式的に単一のインダクタとして図示しているが、インダクタンス４５４８は、出力回路４５２８を形成するためにコンポーネント（例えば、出力ポート４５２０）を接続しているワイヤまたは他の導体のインダクタンスから得られた複数の別個のインダクタおよび／または相互接続インダクタンスを含む。
【００７２】
入力ポート４５０６と、出力ポート４５２０との間（およびよって電源４５０２と、負荷４５２６との間に）電気的絶縁が必要な実施形態において、コントローラ４５３８は、入力ポート４５０６または出力ポート４５２０のうち１つに対して電気的に参照され、他方から電気的に絶縁される。例えば、コントローラ４５３６は、入力ポート４５０６に対して電気的に参照され、出力ポート４５２０から電気的に絶縁される。このような実施形態において、コントローラ４５３８は典型的には、フィードバック信号（例えば、スイッチングノード電圧Ｖｙ４５を感知するためのもの）を、オプトカプラ、パルス変圧器、スイッチトキャパシタのネットワークまたは類似の絶縁通信デバイスを介して受信する。別の例として、コントローラ４５３８は、出力ポート４５２０へと電気的に参照され、入力ポート４５０６から電気的に絶縁される。このような実施形態において、コントローラ４５３８は典型的には、パルス変圧器、オプトカプラ、スイッチトキャパシタのネットワーク、または類似の絶縁通信デバイスを介して第１のスイッチングデバイス４５３６を駆動する。
【００７３】
図３８に示すスイッチング回路３８００は、スイッチング回路４５０４の実施形態である。スイッチング回路３８００において、（図４５のポート４５０６および４５２０に類似する）入力ポート３８０２と出力ポート３８０４との間が電気絶縁される。スイッチング回路３８００において、コントローラ３８０６は、図４５のコントローラ４５３８に類似しており、入力ポート３８０２へと電気的に参照され、絶縁境界３８０８上からのフィードバック情報をオプトカプラ３８１０を介して受信する。
【００７４】
図８は、制御回路またはコントローラ８００を示す。コントローラ８００は、図４〜７図のコントローラ４２２、５３６および６３８または７２２それぞれの１つの可能な実施形態である。簡潔さのため、コントローラ８００については、図５の電力システム５００の文脈のみにおいて説明する。しかし、コントローラ８００は、他のスイッチング回路の実施形態においても適合可能であることが理解されるべきである。
【００７５】
コントローラ８００は、スイッチングノード電圧（例えば、Ｖｙ５）または（出力電圧がＤＣ電圧である場合は）スイッチング回路出力電圧（例えば、Ｖｏ５）を受信するための入力８０２および８０４を含む。コントローラ８００は、スイッチングノード電圧のＡＣ成分を減衰させるためのフィルタ８０６を任意選択的に含む。フィルタ８０６はまた、いくつかの実施形態においてサンプリング回路（図示せず）を含む。別の実施形態において、アナログ／デジタル変換器回路によって生成されるデジタル信号は、入力８０２および８０４の電圧の平均値のサンプルを示す。フィルタ８０６の出力またはフィルタ８０６が存在しない場合の入力８０２および８０４は、制御信号生成器８０８によって受信される。制御信号生成器８０８は、信号８１０を生成する。信号８１０は、１つ以上のスイッチングデバイス（例えば、第１のスイッチングデバイス５３２）をオンまたはオフにして、スイッチング回路出力電圧の平均値（例えば、Ｖｏ５＿ａｖｇ）を最大化するための信号である。いくつかの実施形態において、信号８１０は、２つ以上の別個の信号を含む。ここで、各信号は、各スイッチングデバイスに対応する。ドライバ回路８１２は、信号８１０に応答して、１つ以上のスイッチングデバイスを駆動する。例えば、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４が電界効果トランジスタであるスイッチング回路５０４（図５）の場合、ドライバ回路８１２は、信号８１０に応答して、トランジスタのゲートを駆動する。
【００７６】
コントローラ８００は、コントローラ８００を作動させるための電力を受信するための１つ以上のバイアス電源ポートをさらに含む。特定の実施形態において、コントローラ８００は、電源５０２からの電力を受信するためのバイアス電源ポート８１４を含む。このような実施形態において、コントローラ８００は、電源５０２から少なくとも部分的に電力供給され、これにより、別の電源は不要となる。コントローラ８００は、１つ以上のスイッチング回路５０４の出力からの（例えば、負荷５２８上のノード５４６および５４８間からの）電力を受信するための第２のバイアス電源ポート８１６を含むように構成することも可能である。このような実施形態において、例えば、ドライバ回路８１２は先ず電源５０２から電力供給を受け、その後、スイッチング回路５０４が動作可能となった後、スイッチング回路５０４からの出力によって電力供給を受ける。直列接続されたスイッチング回路５０４のストリング上の電圧からのコントローラ８００への電力供給が望ましい理由としては、このような電圧は電源５０２の電圧よりも高いことが多く、高電圧により、スイッチングデバイス（例えば、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４）の制御が促進されるからである。特定の実施形態において、コントローラ８００は、バイアス電源ポート８１４および８１６に加えてまたはバイアス電源ポート８１４および８１６の代わりにバイアス電源ポート８１８を含む。バイアス電源ポート８１８は、別の電源８２０（例えば、エネルギー貯蔵デバイス（例えば、バッテリ）または補助電源からの電力を受け取るためのものである。例えば、電源８２０は、バッテリ（例えば、再充電可能なバッテリ）であり得、電源５０２の電圧がコントローラ８００を作動させるのには低すぎる場合に、コントローラ８００を作動させる。いくつかの実施形態において、１つの電源８２０は、複数のコントローラ８００へと電力供給する。さらに他の実施形態において、コントローラ８００は、一連の積層された２つ以上の電源５０２によって電力供給され得、これにより、各コントローラが単一電源のみを有するＭＰＰを追跡する場合においても、充分な電圧が得られる。
【００７７】
特定の実施形態において、コントローラ８００は、コントローラ電源８２２をさらに含む。コントローラ電源８２２は、１つ以上のバイアス電源ポート（例えば、ポート８１４、８１６および８１８）によって受信されたコントローラ８００のコンポーネント（例えば、ドライバ回路８１２および／または制御信号生成器８０８）用の電力を変換または制御する。例えば、コントローラ電源８２２は、スイッチトキャパシタ変換器または線形レギュレータを含み得る。スイッチトキャパシタ変換器または線形レギュレータは、n型電界効果トランジスタのゲートの駆動に用いられる、電源５０２からのドライバ回路８１２用の電圧を上昇または下降させる。別の例として、コントローラ電源８２２は、信号生成器８０８を制御するための良好に調整された電源を提供するための調整器を含み得る。
【００７８】
コントローラ８００のいくつかの実施形態は、ＳＹＮＣＨ端子８２２をさらに含む。ＳＹＮＣＨ端子８２２は、２つ以上の場合におけるコントローラ８００の動作を同期させるために用いられる。例えば、ＳＹＮＣＨ端子８２２を用いて、コントローラ８００の場合間におけるシフトゲート駆動信号を同期および位相シフトさせることができる。別の例として、ＳＹＮＣＨ端子８２２を用いて、スイッチング回路の起動を同期させることができ、これにより、複数のスイッチング回路制御スイッチが起動時において同時に伝導することで、システム出力電圧をシステム負荷に必要なレベルまで増加させる。特定の実施形態において、ＳＹＮＣＨ端子８２２は、別の電源によって駆動される別のスイッチング回路の１つ以上の端子に接続される。
【００７９】
本明細書中記載されるスイッチング回路コントローラ（例えば、図４〜図７それぞれのコントローラ４２２、５３６および６３８または７２２）の特定の実施形態は、連続的にサンプリングされるスイッチングノード電圧の平均値の変化に応答して、スイッチングデバイスのデューティサイクルを調節することができる。このような実施形態において、デューティサイクルは、例えば２つ以上の連続サンプリングされた平均スイッチングノード電圧値の数学的組み合わせに基づいて（例えば、連続サンプリングされた２つの平均スイッチングノード電圧値間の符号および／または大きさの差に基づいて）変化される。例えば、図９は、スイッチングノード電圧の連続サンプリングされた値の平均値の変化に基づいて、スイッチング回路を用いて電源から電力を抽出するための１つの方法９００を示す。方法９００について図５の電力システム５００および図８のコントローラ８００を参照して説明しているが、方法９００は、このような実施形態に限定されない。
【００８０】
ステップ９０２において、変換器中間スイッチングノードと基準ノードとの間の電圧の平均値をサンプリングする。このようなステップの一例としてフィルタ回路８０６（図８）があり、スイッチングノード電圧Ｖｙ５の平均値を決定し、平均値をサンプリングする（図５）。ステップ９０４において、ステップ９０２において決定されたサンプリング平均値と、事前に決定されたサンプリング平均値とを比較する。例えば、制御信号生成器８０８は、フィルタ８０６からの最新のサンプリング平均値と、フィルタ８０６からの以前のサンプリング平均値とを比較し得る。決定ステップ９０６において、ステップ９０４の結果が評価される。最新のサンプリング平均値が以前のサンプリング平均値よりも高い場合、ステップ９０８において、制御スイッチのデューティサイクルを第１の方向に変更する。第１の方向は、デューティサイクルが以前に変更された方向と同じ方向である。最新のサンプリング平均値が以前のサンプリング平均値よりも高くない場合、ステップ９１０において、制御スイッチのデューティサイクルを第２の方向に変更する。第２の方向は、デューティサイクルが以前に変更された方向と反対の方向である。ステップ９０６〜９１０の一例として、デューティサイクルが以前に２つの最新サンプリング平均値間において増加されていた場合かつＶｙ５の最新サンプリング平均値がＶｙ５以前のサンプリング平均値よりも高い場合、制御信号生成器８０８は、第１のスイッチングデバイス５３４のデューティサイクルを増加させる。逆に、デューティサイクルが以前に２つの最新サンプリング平均値間において増加されておりかつＶｙ５の最新サンプリング平均値がＶｙ５の以前のサンプリング平均値よりも低い場合、制御信号生成器８０８は、第１のスイッチングデバイス５３４のデューティサイクルを低減させる。いくつかの実施形態において、デューティサイクルの変化のサイズは、常に実質的に同じである。他のいくつかの実施形態において、デューティサイクルの変化のサイズは、２つ以上の連続サンプル間の大きさの差の関数に少なくともなるように、構成することができる。さらに他の実施形態において、サンプリング平均値のより長い履歴を用いて、デューティサイクル変化のサイズを決定する。
【００８１】
図１０〜図１４は、電源５０２から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるためのスイッチング回路５０４の実施形態と共に用いられる１つの例示的方法９００を示す。図１０〜図１４はそれぞれ、Ｖｙの平均値と、例示的な電源５０２（例えば、光起電装置）へと電気的に接続されたスイッチング回路５０４の実施形態のデューティサイクルとの関係を示すのグラフである（Ｖｙは、出力電力を示す）。各スイッチング回路５０４は、デューティサイクルＤｍｐを有する。デューティサイクルＤｍｐは、所与の１組の動作状態下におけるスイッチング回路の最大出力に対応する。既述したように、スイッチング回路の出力を最大化させると、スイッチング回路の入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力も少なくとも実質的に最大化される。図１０〜図１４の説明において、デューティサイクルとは、第１のスイッチングデバイス５３２のデューティサイクルを指す。
【００８２】
制御信号生成器８０８がデューティサイクルをＤ１からＤ２へと増加させ、制御信号生成器８０８が（Ｖｙ５の平均値の連続サンプルの比較に基づいて）Ｖｙ５の平均値（Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅ）が増加したと決定したものと仮定する。このようなＶｙ５＿ａｖｅｒａｇｅの増加は、スイッチング回路５０４の動作点が図１０中の矢印１００２に示すように出力電力曲線を右上方向に移動したことを示す。デューティサイクルが最後に（Ｄ１からＤ２へと）変化したことに起因して出力増加が発生したため、制御信号生成器８０８は再度デューティサイクルを同一方向に変更して、出力をさらに増加させようと試みる。詳細には、制御信号生成器８０８は、デューティサイクルをＤ２からＤ３へとインクリメントし、このような変化に起因してスイッチング回路５０４の動作点が（図１１中の矢印１１０２に示すように）さらに出力電力曲線を上方に移動したと決定する。そのため、制御信号生成器８０８は再度デューティサイクルを（今回はＤ３からＤ４へと）インクリメントして、出力をさらに増加させようと試みる。
【００８３】
デューティサイクルをＤ３からＤ４へとインクリメントさせた後、制御信号生成器８０８は、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅが低減したと決定する。そのため、スイッチング回路５０４の動作点は、図１２中の矢印１２０２によって示すようにデューティサイクルがＤ３からＤ４へと移動したことに起因して、出力電力曲線を下方に移動する。そのため、制御信号生成器８０８は、次にデューティサイクルを反対方向に変更（すなわち、デューティサイクルを低減）して、出力電力曲線を逆方向に登らせようとする。詳細には、制御信号生成器８０８は、デューティサイクルをＤ４からＤ５へデクリメントし、その結果Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅが増加したと決定する。そのため、デューティサイクルがＤ４からＤ５へと低下すると、スイッチング回路５０４の動作点は（図１３の矢印１３０２に示すように）出力電力曲線を逆方向に登るように移動する。よって、制御信号生成器８０８はデューティサイクルを再度Ｄ５からＤ６へとデクリメントし、その結果（図１４の矢印１４０２に示すように）Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅおよび出力電力が低下したと決定する。
【００８４】
次に、制御信号生成器８０８は、デューティサイクルをインクリメントして、出力電力曲線を逆方向に登らせようとする。制御信号生成器８０８は、デューティサイクルをインクリメントによって継続的に調節して、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅの最大化およびよって出力電力の最大化を試みる。制御信号生成器８０８がデューティサイクル変化に起因して出力電力変化が指定量を下回ると決定した場合、スイッチング回路５０４は少なくとも出力電力曲線の最大値近くにおいて動作していると結論付けることができる。その後、制御信号生成器８０８は、デューティサイクルの調節を停止し、スイッチング回路５０４を現在の動作状態で動作させる。しかし、制御信号生成器８０８は、適宜デューティサイクルに介入することもでき、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅの変化を評価して、スイッチング回路５０４が未だ最大出力点近隣において動作しているかを決定することができる。スイッチング回路５０４がもはや最大出力点近隣で動作していない場合、制御信号生成器８０８は再度デューティサイクルをインクリメントにより調節して、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅの最大化を試みる。他の特定の実施形態において、制御信号生成器８０８は、デューティサイクルがＤｍｐに近い場合であっても、デューティサイクルの調節を継続し得る。これにより、デューティサイクルがＤｍｐへと近づき、効率損失が小さくなる。
【００８５】
方法９００をスイッチング回路４０４と共に用いることにより、グローバルＭＰＰＴの必要性が無くなる。例えば図１０〜図１４を参照して示すように、各スイッチング回路の電力対電圧曲線および電力対電流曲線は典型的には、単一のローカル最大出力点と共に良好に挙動する。単一のローカル最大出力点は、スイッチング回路のグローバル最大出力点でもある。そのため、方法９００を実行するスイッチング回路４０４を含むシステムは典型的には単一の最大出力点を有し、これにより、グローバルＭＰＰＴの必要性が無くなり、簡潔性および低コストが促進される。また、複数の最大出力点を用いていないため、グローバル最大出力点よりも低いローカル最大出力点においてＭＰＰＴシステムが立ち往生する可能性が無くなる。
【００８６】
方法９００において、デューティサイクルは、各ステップ時における量と同じだけ変更しなくてもよい。例えば、特定の実施形態において、スイッチング回路５０４が出力電力曲線上において比較的低い点で動作している場合、デューティサイクルを比較的大きな量だけ変更する。一方、出力電力曲線上において比較的高い点で動作している場合、デューティサイクルがを比較的小さな量だけ変更する。特定の実施形態において、制御信号生成器８０８は、制御回路５０４出力電力曲線上において動作している位置を、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅの変化の大きさに基づいて推定する。Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅが大きく変化している場合、スイッチング回路５０４が出力電力曲線上において急峻な領域上で動作していることを示す場合が多く、これにより低出力電力を示す。一方、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅが小さく変化している場合は、スイッチング回路５０４が出力電力曲線上において比較的平坦な領域で動作していることを示す場合が多く、これにより比較的高出力電力を示す。また、いくつかの実施形態において、以前に決定された最大出力点動作状態を用いて、現在の最大出力点動作状態をより迅速に発見することが理解される。例えば、電力を上昇させる手順の後、最大電力動作に以前に対応していた値までデューティサイクルを初期設定するように制御信号生成器８０８を構成することができる。
【００８７】
さらに、いくつかの実施形態において、コントローラ起動時刻は、スイッチング回路の電源を投入した後コントローラ８００がデューティサイクル制御を開始する時刻である。各スイッチング回路がデューティサイクルを異なる時刻に調節する可能性が高くなるように、コントローラ起動時刻を緩やかに制御する。このように、個々のスイッチング回路間においてデューティサイクル調節を有効ランダム化することにより、複数のスイッチング回路に起因して発生する大過渡電流によってデューティサイクルが同時調節される可能性の低減が支援される。例えば、いくつかの実施形態において、例えば緩やかな公差値を有するコンポーネントを用いることにより、コントローラ起動時刻を個々のコントローラ８００間において少なくとも１０パーセントだけ異ならせる。
【００８８】
サンプリングを支持するコントローラ８００のいくつかの実施形態において、中間スイッチングノードにおける電圧をサンプリングする速度を、ΔＩ／ＩＲがΔＤ／ＤＲよりも小さくなるように、充分に高速にする。（１）ΔＩは、中間スイッチングノードにおける電圧の平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルと間の（例えば、Ｖｙ５＿ａｖｅｒａｇｅの連続サンプル間の）、出力ポートから出て行く電流の変化である（例えば、図５のＩｏ５の変化）。第２のサンプルは第１のサンプルの後に発生する。（２）ＩＲ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ、（３）Ｉｍａｘは、出力ポートから出て行く電流の最大予測値である（例えば、Ｉｏ５の最大予測値）、（４）Ｉｍｉｎは、出力ポートから出て行く電流の最小予測値である（例えば、Ｉｏ５の最小予測値）、（５）ΔＤは、中間スイッチングノードにおける電圧平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルとの間の制御スイッチングデバイス（例えば、スイッチングデバイス５３２）のデューティサイクルの変化である。（６）ＤＲは、制御スイッチングデバイスの最大予測デューティサイクルと最小予測デューティサイクルとの間の差である。
【００８９】
上述したように、本明細書中記載されるスイッチング回路コントローラの特定の実施形態は、スイッチングノード電圧の平均値の連続サンプルの変化に応答して、スイッチングデバイスデューティサイクルを調節する。図１５は、制御信号生成器１５００を示す。制御信号生成器１５００は、このような様態で動作するように構成された制御信号生成器８０８（図８）の実施形態である。制御信号生成器１５００については、簡潔性のために電力システム５００のみを参照して説明するが、制御信号生成器１５００は、他のスイッチング回路の実施形態にも適合可能である。
【００９０】
制御信号生成器１５００は、フィルタおよびサンプリングサブシステム１５０２を含む。フィルタおよびサンプリングサブシステム１５０２は、スイッチングノード電圧Ｖｙ５のフィルタリングおよびサンプリングを定期的に行う。そのため、サブシステム１５０２は、図８中の任意選択フィルタ８０６の代わりに用いられる。サブシステム１５０２は、値ＰＯＷＥＲ（ｋ）およびＰＯＷＥＲ（ｋ−１）を出力する。値ＰＯＷＥＲ（ｋ）およびＰＯＷＥＲ（ｋ−１）はそれぞれ、Ｖｙ５のフィルタリング値およびサンプリング値である。このような値が「ＰＯＷＥＲ」として指定されている理由は、スイッチング回路出力電流Ｉｏ５はＶｙ５の連続サンプリング間において本質的に不変であるため、これらの値は相対的スイッチング回路出力電力を示すからである。ＰＯＷＥＲ（ｋ）は、Ｖｙ５の最新のフィルタリング値およびサンプリング値を示し、ＰＯＷＥＲ（ｋ−１）は、Ｖｙ５の直前のフィルタリング値およびサンプリング値を示す。上述したように、特定の実施形態において、各サンプリング期間の開始を緩く制御することにより、個々のスイッチング回路間のデューティサイクル調節を有効にランダム化する。
【００９１】
いくつかの実施形態において、サブシステム１５０２は、アナログ／デジタル変換器を含む。ＰＯＷＥＲ（ｋ）およびＰＯＷＥＲ（ｋ−１）は、デジタル信号である。しかし、多くの実施形態において、ＰＯＷＥＲ（ｋ）およびＰＯＷＥＲ（ｋ−１）は、サブシステム複雑性を低減するためにアナログ信号であることが理解される。例えば、図１６は、フィルタおよびサンプリングサブシステム１６００を示す。フィルタおよびサンプリングサブシステム１６００は、サブシステム１５０２をアナログ出力信号と共に用いる１つの可能な実施形態である。サブシステム１６００は、ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）およびＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）の２つの出力を生成する。ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）およびＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）は、フィルタリングされたＶｙ５の連続サンプルである。例えば、所与のサイクルにおいて、ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）はＰＯＷＥＲ（ｋ）を示し得、ＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）はＰＯＷＥＲ（ｋ−１）を示し得る。この場合、次のサイクルにおいて、ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）はＰＯＷＥＲ（ｋ−１）を示し、ＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）は最新のサンプルＰＯＷＥＲ（ｋ）を示す。
【００９２】
特定の実施形態において、サブシステム１６００は、Ｖｙ５をフィルタリングする２つのＲＣフィルタを含む。第１のフィルタは、出力ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）用にＶｙ５をフィルタリングするレジスタ１６０２およびコンデンサ１６０４を含む。第２のフィルタは、出力ＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）用にＶｙ５をフィルタリングするレジスタ１６０２およびコンデンサ１６０６を含む。よって、これら２つのフィルタはそれぞれレジスタ１６０２を共有するが、各フィルタが各コンデンサ１６０４および１６０６を含むことにより、フィルタリング機能およびサンプリング機能を共通コンデンサに備えることが可能となる。各フィルタは、例えば、第１のスイッチングデバイス５３２の期間よりも長い時定数を有する。典型的には、各フィルタは、数個のスイッチング回路スイッチングサイクル（例えば、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４の数サイクル）のオーダーの時定数を有する。サブシステム１６００は、スイッチ１６０８および１６１０をさらに含む。スイッチ１６０８および１６１０は、Ｖｙ５のフィルタリング値をサンプリングするように、相補的に動作する。スイッチ１６０８および１６１０は典型的には、スイッチング回路５０４のスイッチング周波数よりもずっと低い速度で切り替わる（例えば、１／１０未満の速度で切り替わる）。コンデンサ１６０４は、Ｖｙ５のサンプリング値およびフィルタリング値を出力ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）のために保存し、コンデンサ１６０６は、Ｖｙ５のサンプリング値およびフィルタリング値を出力ＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）のために保存する。よって、ＰＯＷＥＲ（ｅｖｅｎ）およびＰＯＷＥＲ（ｏｄｄ）は、あるいはコンデンサ１６０４および１６０６からサンプリングされる。
【００９３】
制御信号生成器１５００（図１５）は、比較回路１５０４をさらに含む。比較回路１５０４は、ＰＯＷＥＲ（ｋ）およびＰＯＷＥＲ（ｋ−１）の比較と、デューティサイクルをインクリメントまたはデクリメントするかの決定と、出力信号１５０６の提供とを行うように構成される。出力信号１５０６は、デューティサイクルをインクリメントまたはデクリメントするかを示す。詳細には、ＰＯＷＥＲ（ｋ）がＰＯＷＥＲ（ｋ−１）よりも高い場合、デューティサイクルの最終変化に起因して出力電力が上昇し、そのため比較回路１５０４から出力信号１５０６が提供される。出力信号１５０６は、デューティサイクルを同様の様態で変更すべき旨を示す。例えば、ＰＯＷＥＲ（ｋ）がＰＯＷＥＲ（ｋ−１）よりも高く、デューティサイクルがサイクルｋ−１からサイクルｋへとインクリメントした場合、信号１５０６は、デューティサイクルをさらにインクリメントすべき旨を示す。逆に、ＰＯＷＥＲ（ｋ）がＰＯＷＥＲ（ｋ−１）よりも低い場合、デューティサイクルの最終変化に起因して出力電力が低下し、そのため比較回路１５０４は出力信号１５０６を提供する。出力信号１５０６は、デューティサイクルを逆の様態で変更すべき旨を示す。例えば、ＰＯＷＥＲ（ｋ）がＰＯＷＥＲ（ｋ−１）よりも低くかつデューティサイクルがサイクルｋ−１からサイクルｋへとインクリメントされた場合、信号１５０６は、デューティサイクルをデクリメントすべき旨を示す。
【００９４】
信号１５０６は、電荷ポンプ回路１５０８内に接続される。電荷ポンプ回路１５０８は、所望のデューティサイクルを示す出力信号１５１０を生成する。電荷ポンプ回路１５０８は、信号１５０６に応答してデューティサイクルをインクリメントまたはデクリメントし、デューティサイクルが信号１５０６に応答して均等なインクリメントで変更されるように、構成されることが多い。しかし、デューティサイクルの各インクリメントまたはデクリメントのサイズは、均等である必要ではない。例えば、あるいは、受動型のスイッチトキャパシタ積分器を電荷ポンプ１５０８の代わりに用いてもよい。信号１５１０は、ＰＷＭ回路１５１２へと接続される。ＰＷＭ回路１５１２は、信号１５１０に応答してＰＷＭ信号１５１４を生成する。特定の実施形態において、デューティサイクルを急峻にではなく徐々に変化させることにより、デューティサイクル変化に起因して発生する出力段階の誘導素子および容量性素子の共鳴の最小化を支援するように、信号１５１０をフィルタリングする。ＰＷＭ信号１５１４は、ドライバ回路（例えば、図８のドライバ回路８１２）へと接続される。
【００９５】
別の実施形態において、制御信号生成器１５００のコンポーネントのうちいくつかまたは全ての代わりに、マイクロコントローラを用いる。マイクロコントローラは、コンピュータにより読み出し可能な媒体上に保存されたソフトウェアおよび／またはファームウェアの形態で命令を実行する。さらに、特定の実施形態において、共通コントローラ（例えば、マイクロコントローラ）を用いて、複数のスイッチング回路を制御する。共通コントローラは、複数のスイッチング回路の同期動作を促進し得る。例えば、各スイッチング回路の制御スイッチのターンオンまたはターンオフを他の制御スイッチから位相シフトさせることにより、リップル電流大きさを低減するように、共通コントローラを構成する。別の例として、共通コントローラを用いて、複数のスイッチング回路の起動を同期させることにより、複数の制御スイッチを起動時において同時に伝導させる。共通コントローラは、共通コントローラの制御対象であるスイッチング回路から（例えば、光アイソレータを介して）任意選択的に電気的に絶縁される。
【００９６】
図５３は、フィルタリングサブシステム５３００を示す。フィルタリングサブシステム５３００は、スイッチングノード電圧の平均値を生成するために利用することが可能なフィルタリングサブシステムの別の例である。簡潔性のため、フィルタリングサブシステム５３００についてスイッチング回路５０４（図５）の文脈のみにおいて説明しているが、フィルタリングサブシステム５３００は、本明細書中開示される他のスイッチング回路とも利用可能なように適合可能である。
【００９７】
フィルタリングサブシステム５３００は、１組の入力端子５３０２および５３０４を含む。１組の入力端子５３０２および５３０４は、スイッチング回路５０４のノード５２０および５２６上からスイッチングノード電圧Ｖｙ５を受信する。フィルタリングサブシステム５３００は、１組の出力端子５３０６および５３０８も含む。１組の出力端子５３０６および５３０８は、スイッチングノード電圧Ｖｙ５の平均値（Ｖｙ５＿ａｖｇ）を出力する。オペアンプ（ｏｐ−ａｍｐ）５３１２と、レジスタ５３１４および５３１６と、コンデンサ５３１８および５３２０とを含む積分器回路５３１０は、Ｖｙ５とＶｙ５＿ａｖｇとの間の差を積分する。積分回路５３１０の出力５３２２は、サンプルアンドホールド回路５３２４へと接続される。サンプルアンドホールド回路５３２４は、スイッチ５３２６およびコンデンサ５３２８を含む。スイッチ５３２６は典型的には、スイッチング回路５０４と同じスイッチング周波数で切り換えられる。サンプルアンドホールド回路５３２４の出力５３３０は、ユニティーゲインバッファ５３３２によって任意選択的にバッファされ、これによりＶｙ５＿ａｖｇを生成する。
【００９８】
積分器回路５３１０は、Ｖｙ５＿ａｖｇを強制的にＶｙ５の平均値に等しくさせ、サンプルアンドホールド回路５３２４は、積分回路５３１０の出力５３２２をフィルタリングする。サンプルアンドホールド回路５３２４は、サンプリング周波数およびその高調波において、ゼロのシンク関数周波数応答を有する。スイッチング高調波の任意のエイリアシングは、フィルタリングサブシステム５３００周囲の負のフィードバックループ５３３４によって除去される。フィルタリングサブシステム５３００は典型的には迅速に整定し、いくつかの場合において、単一のサンプリングサイクルと同じくらいに迅速に整定する場合もある。このような短い整定時間が一般的に望ましい理由として、スイッチング回路５０４が高周波数においてＶｙ５＿ａｖｇをサンプリングすることが可能となり、これにより、対応する高周波数においてデューティサイクルを変化させることが可能となり、より高速のＭＰＰＴが可能となる点がある。
【００９９】
上述したように、本明細書中開示されるスイッチング回路の特定の実施形態は、複数の動作モードを有する。このような実施形態のうちいくつかにおいて、電気的に接続された電源の出力電圧（例えば、電源４０２の出力電圧）に少なくとも部分的に基づいて、動作モードを変更する。例えば、図１７は、入力ポート５０６へと電気的に接続された各電源５０２から主要にまたは完全に動作するスイッチング回路５０４の一実施形態の動作状態または動作モードの状態図１７００を示す。このような実施形態において、動作モードを入力電圧Ｖｉｎの関数として切り換える。入力電圧Ｖｉｎは、正の入力ノード５２０および負の入力ノード５１８と、出力電流と、温度との間の電圧である。
【０１００】
電力が上昇すると、スイッチング回路はトライステートモード１７０２に入り、Ｖｉｎが閾値Ｌｏよりも低い状態が続く限り、トライステートモード１７０２に留まる。ＶｉｎがＬｏを下回った場合、Ｖｉｎは、コントローラ５３６が信頼性を以て動作するには低すぎる値になる。トライステートモード１７０２において、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４がオフにされる。その場合も、第２のスイッチングデバイス５３４は、トライステートモードにおいて（例えばスイッチングデバイスがＭＯＳＦＥＴである場合にはボディーダイオードを介して）電流を伝導させ得、これにより、出力電流Ｉｏ５のためのバイパス経路を提供する。そのため、光起電装置と並列利用されるバイパスダイオードの代わりにスイッチング回路を利用することが可能となり、これにより、システム部品の合計数およびコストの低減が支援される。あるいは、スイッチング回路の出力ポートと並列してダイオードを配置することにより、スイッチング回路不具合時における冗長性が得られる。
【０１０１】
ＶｉｎがＬｏ以上である場合、スイッチング回路は、トライステートモード１７０２からバイパスモード１７０４へと遷移する。バイパスモード１７０４によって包含される入力電圧の範囲において、Ｖｉｎは、スイッチング回路５０４のコントローラ５３６を信頼性を以て作動させるのに充分に高いが、Ｖｉｎは、電源５０２と負荷５２８との間の有意の電力転送を可能にするほどには充分に高くない。そのため、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４はデューティサイクルがゼロとなるようにバイパスモードで動作し、その結果第１のスイッチングデバイス５３２はオフ状態に留まり、第２のスイッチングデバイス５３４はオン状態に留まり、これにより出力ポート５０８がシャントされる。そのため、出力回路５３０中の電流は、スイッチング回路を第２のスイッチングデバイス５３４を介してバイパスする。第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４がＭＯＳＦＥＴである場合、バイパスモードでの動作の方が電流伝導のためのＭＯＳＦＥＴボディーダイオードまたは外部ダイオードに依存するよりも高効率である場合が多い。なぜならば、ＭＯＳＦＥＴのオン状態の順電圧低下は典型的には、ボディーダイオードの順電圧低下よりも低いこからである。いくつかの実施形態において、出力電流Ｉｏ５が過電流制限閾値（ＯＣＬ）を超えたとき、Ｖｉｎが過電圧制限値（ＯＶＬ）を超えたときおよび／またはスイッチング回路温度（Ｔ）が過熱制限値（ＯＴＬ）を超えたとき、スイッチング回路は、バイパスモード１７０４でも動作する。
【０１０２】
ＶｉｎがＬ２以上である場合、スイッチング回路は、ＭＰＰＴスイッチングモード１７０６へと遷移する。ＭＰＰＴスイッチングモード１７０６は、コントローラ５３６によって特徴付けられる。コントローラ５３６は、図１０〜図１４を参照して上述したようなスイッチング回路出力電力を少なくとも実質的に最大化するように、第１のスイッチングデバイス５３２のデューティサイクルを調節する。いくつかの実施形態において、バイパスモード１７０４とＭＰＰＴスイッチングモード１７０６との間にソフト起動モードを設けることにより、出力電圧および／または出力電流のオーバーシュートを回避する必要があり得る。ＭＰＰＴスイッチングモード１７０６時においてＶｉｎがＬ１を下回る場合（Ｌ１は、Ｌｏよりも高くかつＬ２よりも低い）、スイッチング回路は、バイパスモード１７０４へ遷移する。スイッチング回路はまた、ＴがＯＴＬに到達するかまたはＩｏ５がＯＣＬに到達した場合、ＭＰＰＴスイッチングモード１７０６からバイパスモード１７０４へと遷移する。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、ＭＰＰＴスイッチングモード１７０６時においてＶｉｎがＬ２を下回る場合、Ｖｉｎが回復してＬ２を上回りかつ通常のＭＰＰＴスイッチングが再開するかまたはＶｉｎが低下し続けてＬ１を下回ってスイッチング回路がバイパスモード１７０４へと遷移するまで、デューティサイクルを任意選択的にゆっくりと低減させる。デューティサイクルをこのようにゆっくりと低減させると、入力電源から引き出されたスイッチング回路の電力および電流が低下することが多い。しかし、このような任意選択の不具合取り扱い手順により、より高速の不具合回復が有利に可能になる。
【０１０４】
状態図１７００についてスイッチング回路５０４の文脈において説明しているが、本明細書中記載される他のスイッチング回路を類似の様態で動作するように構成することが可能であることが認識されるべきである。さらに、スイッチング回路５０４および本明細書中記載される他のスイッチング回路は、状態図１７００に示す様態以外の様態で動作するように構成することが可能であることが認識されるべきである。例えば、いくつかの別の実施形態は、過電流または過熱防止を含まない。
【０１０５】
上述したように、本明細書中開示されるスイッチング回路の特定の実施形態において、名目的にはゼロ電圧でオンとなるスイッチングデバイス（例えば、デプレションモードトランジスタ）をスイッチングデバイスの代わりに用いるかまたはスイッチングデバイスと並列接続することにより電流バイパスまたはシャント経路を提供し、これによりトライステートモードを不要にする。例えば、スイッチング回路５０４の特定の実施形態において、第２のスイッチングデバイス５３４はデプレションモードトランジスタであり、電流を伝導させ、バイパス経路を提供する。バイパス経路は、有意の電力抽出を行うにはＶｉｎが低すぎる場合に、出力電流Ｉｏ５のために用いられる。図３９は、このような実施形態のうち１つの状態図３９００を示す。状態図３９００に示すように、このような実施形態は、トライステートモードを持たないが、電力上昇時においてＶｉｎがＬ２になるまでバイパスモード３９０２において動作する。他の場合、この実施形態は、図１７の状態図１７００に示す様態と同様の様態で動作する。
【０１０６】
上記した電力システムは、複数のスイッチング回路を含む。複数のスイッチング回路は、負荷に電気的に直列接続された出力ポートを備える。このようなシステムにおいて、デューティサイクルの連続的変化時において出力電流は本質的に一定であり、これにより、スイッチング回路出力電圧の平均値を最大化させることにより、ＭＰＰＴが達成可能となる。あるいは、相互に電気的に並列接続された複数のスイッチング回路を含む電力システムにおいてＭＰＰＴを実現することも可能である。例えば、図１８に示す１つの電力システム１８００は、Ｎ個の電源１８０２を含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。電源１８０２は、例えば光起電装置（例えば、個々の太陽電池セル、多接合太陽電池セルの個々の接合部、または複数の電気的に接続された太陽電池セル（例えば、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続された太陽電池セル）を含むサブモジュールまたはパネル）を含む。電源１８０２の他の例を挙げると、燃料電池セルおよび電池がある。
【０１０７】
システム１８００は、Ｎ個のスイッチング回路１８０４をさらに含む。各スイッチング回路は、各電源１８０２へと接続された入力ポート１８０６と、負荷へと電気的に接続された出力ポート１８０８とを含む。以下にさらに説明するように、各スイッチング回路１８０４は、各電源１８０２から抽出されて負荷へと送達される電力量を少なくとも実質的に最大化させるように、構成される。そのため、スイッチング回路１８０４は、各電源１８０２を（少なくとも実質的に最大出力点において）動作させるように構成される。出力ポート１８０８は、負荷１８１０（例えば、インバータ）と電気的に並列接続されて、閉回路を形成する（本明細書中以下出力回路１８１２と呼ぶ）。各出力ポート１８０８および負荷１８１０は、並列接続に起因して、同じ出力電圧Ｖｏを有する。
【０１０８】
各スイッチング回路１８０４は、各第１のスイッチングデバイス１８１４を含む。各第１のスイッチングデバイス１８１４は、導電状態と非導電状態との間で切り替わって、入力ポート１８０６からの電力を出力ポート１８０８へと転送するように、構成される。第１のスイッチングデバイス１８１４は典型的には、図４を参照して上述した理由に起因して、少なくとも２０ｋＨｚの周波数で切り替わる。さらに、図４を参照して上述した理由と同様の理由に起因して、第１のスイッチングデバイス１８１４が２０ｋＨｚ以上のオーダーの周波数において切り替わった場合、負荷１８１０への最大電力転送が行われ得る。
【０１０９】
第１のスイッチングデバイス１８１４は、コントローラ１８１６によって制御される。コントローラ１８１６は、例えばＰＷＭ動作モードおよび／またはＰＦＭ動作モードを有する。さらに、スイッチング回路１８０４がＰＷＭによって制御される特定の実施形態において、各第１のスイッチングデバイス１８１４のスイッチング遷移は、各他の第１のスイッチングデバイス１８１４のスイッチング遷移から位相がずらされ、これにより、各スイッチング回路１８０４によって生成されたリップル電流は、各他のスイッチング回路１８０４によって生成されたリップル電流を少なくとも部分的に無効化する。例えば、ＰＷＭによってそれぞれ制御される２つのスイッチング回路１８０４を含む特定の実施形態において、各第１のスイッチングデバイス１８１４のターンオンを、各他の第１のスイッチングデバイス１８１４のターンオンから１８０度だけ変位させる。あるいは、いくつかの実施形態において、スイッチング周波数を意図的に緩く制御することにより、個々のスイッチング回路１８０４間においてスイッチング周波数を変化可能とさせ、これにより、ｈ複数のスイッチング回路１８０４の同時切り換えに起因するリップルおよび過渡電流の低減を支援する。
【０１１０】
各スイッチング回路１８０４は、電流監視サブシステム１８１８をさらに含む。電流監視サブシステムは、出力ポート１８０８から流出する電流の大きさを測定するように構成される。電流監視サブシステム１８１８を模式的に別個の要素として図示しているが、電流監視サブシステム１８１８を任意選択的にスイッチング回路１８０４の別の要素と統合してもよいし、協働させてもよい。例えば、特定の実施形態において、電流監視サブシステム１８１８は、第１のスイッチングデバイス１８１４が電流を伝導しているときの第１のスイッチングデバイス１８１４上の電圧低下を感知することにより、出力ポート１８０８からの電流の大きさを決定する。
【０１１１】
多様な要素（例えば、負荷１８１０の変化）に起因して出力電圧Ｖｏは時間とともに変化し得るが、コントローラ１８１６は、電圧Ｖｏが変化し得る速度よりもずっと高速で動作し得る。そのため、第１のスイッチングデバイス１８１４のデューティサイクルの連続的変化間において出力電圧Ｖｏが一定であるとみなすことができ、そのため、Ｉｏ＿ａｖｇが変化した場合にだけ、スイッチング回路出力電力も変化する。なぜならば、出力電力は、電流Ｉｏ＿ａｖｇおよびＶｏの積であるからである。コントローラ１８１６は、第１のスイッチングデバイス１８１４のデューティサイクルを調節して、スイッチング回路出力電流Ｉｏの平均値（Ｉｏ＿ａｖｇ）を少なくとも実質的に最大化させることにより、電源１８０２から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる。Ｉｏ＿ａｖｇの最大化により、スイッチング回路出力電力と、電源１８０２から抽出された電力とが少なくとも実質的に最大化される。電源１８０２から抽出された電力は、スイッチング回路出力電力からスイッチング回路１８０４の損失を減算した値と同一である。そのため、コントローラ１８１６は、Ｉｏ＿ａｖｇの最大化により、電源１８０２から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させる。このようなＭＰＰＴ機能においては電力計算は不要であるため、スイッチング回路１８０４においても電力計算のためのハードウェアおよび／またはソフトウェアが不要となることが理解されるべきである。そのため、スイッチング回路１８０４の特定の実施形態を典型的な従来のＭＰＰＴコントローラよりもより簡潔かつ／または低コストとすることが可能となる。しかし、特定の別の実施形態において、例えばより高精度のＭＰＰＴの達成および／または負荷１８１０に起因してＶｏを高速変化させる用途におけるＭＰＰＴの達成のために、スイッチング回路１８０４は、各出力ポート１８０８から送達された電力を決定する。
【０１１２】
上述したように、コントローラ１８１６は、出力電圧Ｖｏの変化速度よりもずっと高速で動作する。詳細には、デューティサイクルは所与のパーセンテージだけ変化するため、Ｖｏも、通常の動作範囲の大きさに相対してより小さなパーセンテージだけ（理想的にはより小さなパーセンテージだけ）変化する。このような関係は、比較的高い値の出力回路キャパシタンス１８２０の利用および／またはデューティサイクルの連続的変化間におけるＶｏの変化が限定された範囲内に収まるようにするための、比較的高速でのデューティサイクルの利用により、促進される。しかし、電源１８０２のＭＰＰを最も正確に追跡するためには、デューティサイクル変化の後に過渡電流が整定する速度よりも高速でデューティサイクルを変化させるべきではない。詳細には、デューティサイクルの変化は、電源１８０２の有効抵抗および電源１８０２のバイパスキャパシタンス（図示せず）に依存する時定数と共鳴して発生する。
【０１１３】
特定の実施形態において、コントローラ１８１６は、制御信号生成器が入力として（スイッチングノード電圧または出力電圧ではなく）スイッチング回路電流値（例えば、出力電流値（例えば、図１８中のＩｏ））を受信する点を除いて、コントローラ８００（図８）の構成と類似の構成を有する。さらに、コントローラ１８１６の特定の実施形態は、図９の方法９００と類似する方法を実行する。しかし、この実施形態においては、スイッチングノード電圧ではなく平均出力電流のサンプルを比較し、平均出力電圧ではなく平均出力電流を最大化させる。
【０１１４】
出力回路キャパシタンス１８２０を負荷１８１０と並列の単一の別個のコンデンサとして図示しているが、出力回路キャパシタンス１８２０は、スイッチング回路１８０４内かつ／または負荷１８１０内のキャパシタンスを含み得る。特定の実施形態において、出力キャパシタンス１８２０は、スイッチング回路１８０４および／または負荷１８１０の内部にある。
【０１１５】
図１９は、電力システム１９００を示す。電力システム１９００は、電力システム１８００の実施形態である。この実施形態において、スイッチング回路は、昇圧形トポロジーを有し、負荷へと並列に接続される。システム１９００は、Ｎ個の電源１９０２（例えば、光起電装置または燃料電池セル）と、Ｎ個の電気スイッチング回路１９０４（Ｎは、１よりも大きい整数である）とを含む。スイッチング回路１９０４は、図１８のスイッチング回路１８０４の実施形態であり、各スイッチング回路１９０４は、入力ポート１９０６および出力ポート１９０８を含む。各入力ポート１９０６は、第１の入力端子１９１０および第２の入力端子１９１２を含む。第１の入力端子１９１０は、電源１９０２の負の端子１９１４へと電気的に接続され、第１の入力端子１９１０および負の入力端子１９１４は、負の入力ノード１９１６の一部を形成する。
【０１１６】
システム１９００は、インダクタンス１９１８をさらに含む。インダクタンス１９１８は、スイッチング回路１９０４の昇圧形変換器のためのエネルギー貯蔵インダクタとして機能する。図１９の例において、インダクタンス１９１８は、スイッチング回路１９０４の外部にある。第２の入力端子１９１２は、中間スイッチングノード１９２０へと電気的に接続され、インダクタンス１９１８は、電源１９０２の正の端子１９２２と、第２の端子１９１２との間に電気的に接続される。あるいは、インダクタンス１９１８は、電源１９０２の負の端子１９１４と、第１の入力端子１９１０との間に電気的に接続され得る。さらに、インダクタンス１９１８を任意選択的に分割して、２つ以上のインダクタ（例えば、端子１９２２と端子１９１２との間に電気的に接続された第１のインダクタ、および端子１９１４と端子１９１０との間に電気的に接続された第２のインダクタ）とすることができる。インダクタンス１９１８を分割して２つ以上のインダクタとする実施形態において、このようなインダクタのうち少なくとも一部を任意選択的に磁気的に結合することにより、インダクタンス合計を増加させる。例えば、図１９は、スイッチング回路１９０４（Ｎ）の分割によって得られた、磁気コア１９２１によって磁気的に結合された２つのインダクタ１９１９と関連付けられたインダクタンスを示す。
【０１１７】
別の実施形態において、インダクタンス１９１８はスイッチング回路１９０４の内部にあり、電源１９０２は入力ポート１９０６へと直接接続される。例えば、インダクタンス１９１８は、第２の入力端子１９１２と、中間スイッチングノード１９２０との間に電気的に接続され得る。別の例として、インダクタンス１９１８は、第１の入力端子１９１０と、負の入力ノード１９１６との間に電気的に接続され得る。さらに、インダクタンス１９１８を任意選択的に分割することにより、スイッチング回路１９０４の内部の２つ以上のインダクタ（例えば、第２の入力端子１９１２と中間スイッチングノード１９２０との間に電気的に接続された第１のインダクタ、および第１の入力端子１９１０と負の入力ノード１９１６との間に電気的に接続された第２のインダクタ）を得ることができる。インダクタンス１９１８を分割することにより、スイッチング回路１９０４の内部に設けられた２つ以上のインダクタとする実施形態において、このような複数のインダクタのうち少なくともいくつかを任意選択的に磁気的に結合することにより、インダクタンス合計を増加させる。
【０１１８】
特定の実施形態において、インダクタンス１９１８は、電源１９０２を入力ポート１９０６へと接続する回路の少なくとも部分的な相互接続インダクタンスである。例えば、図４６に示す電力システム４６００は、電力システム１９００の実施形態である。インダクタンス１９１８は、電力システム４６００では相互接続インダクタンス４６０２を含む。いくつかの実施形態において、スイッチング回路１９０４は、相互接続インダクタンスを一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用いる。このような相互接続インダクタンスを意図的に最適化することができる。例えば、相互接続ワイヤを螺旋形状にすることにより相互接続インダクタンスを増加させ、これにより、各ワイヤ中の同一方向に電流が流れ、各ワイヤに流れる電流によって生成される各磁束が足し合わされる。このような磁束の加算により、ワイヤによって形成される複数の巻線の二乗だけ、インダクタンスが増加する。そのため、このような配置構成は、インダクタンス１９１８に磁気コアが含まれ内実施形態において特に有用である。なぜならば、この配置構成により、コアの利用無しにインダクタンスが増加するからである。インダクタンス１９１８から磁気コアを省略することにより、コストが低減し、大電流時における磁気コア飽和の問題の可能性が無くなる。
【０１１９】
各出力ポート１９０８は、第１の出力端子１９２４および第２の出力端子１９２６を含む。第１の出力端子１９２４は、負の入力ノード１９１６へと電気的に接続される。各出力ポート１９０８は、負荷１９２８（例えば、インバータ）と電気的に並列接続されて閉回路を形成する（本明細書中以下出力回路１９３０と呼ぶ）。
【０１２０】
各スイッチング回路１９０４は、中間スイッチングノード１９２０と第１の入力端子１９１０との間に電気的に接続された第１のスイッチングデバイス１９３２（第１のスイッチングデバイス１９３２は、図１８の第１のスイッチングデバイス１８１４に類似する）と、中間スイッチングノード１９２０と、第２の出力端子１９２６との間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイス１９３４とを含む。コントローラ１９３６は、協働して入力ポート１９０６から出力ポート１９０８への電力転送を行う第１のスイッチングデバイスならびに第２のスイッチングデバイス１９３２および１９３４の動作を制御する。各スイッチング回路１９０４は、図１８の電流測定サブシステム１８１８に類似する電流測定サブシステム１９３８をさらに含む。電流測定サブシステム１９３８を別個の要素として模式的に図示しているが、電流測定サブシステム１９３８をスイッチング回路１９０４の別の要素の一部としてもよいし、あるいはスイッチング回路１９０４の別の要素の一部と協働させてもよい。さらに、電流測定サブシステム１９３８が出力電流Ｉｏ１９を測定している様子を図示しているが、電流測定サブシステム１９３８をスイッチング回路１９０４内への電流（例えば、入力端子１９１２内への電流）を測定するように構成することも可能である。コントローラ１９３６は、第１のスイッチングデバイス１９３２のデューティサイクルを調節して、スイッチング回路出力電流Ｉｏ１９の平均値を少なくとも実質的に最大化させる（Ｉｏ１９＿ａｖｇ）。スイッチング回路出力電圧（Ｖｏ１９）は、デューティサイクルの連続的変化間において本質的に一定であるため、およびそのため、スイッチング回路出力電力は、Ｉｏ１９＿ａｖｇの最大化によって最大化される。
【０１２１】
第２のスイッチングデバイス１９３４は、第１のスイッチングデバイス１９３２がオフであるときにインダクタンス１９１８内を流れる電流を伝導させる点において、フリーホイーリング機能を行う。換言すると、第２のスイッチングデバイス１９３４は、第１のスイッチングデバイス１９３２がオフになったときに第２の入力端子１９１２から第２の出力端子１９２６へと流れる電流の経路を提供する。あるいは、第２のスイッチングデバイス１９３４の代わりにダイオードを用いてもよく、この場合、順バイアス時において、電流は前記ダイオードを通じて中間スイッチングノード１９２０から第２の出力端子１９０８へと流れる。
【０１２２】
図１９の例において、スイッチング回路１９０４は、共通出力キャパシタンス１９４０を共有する。共通出力キャパシタンス１９４０は、負荷１９２８と並列の１つ以上のコンデンサを示す。スイッチング回路１９０４内の個々の出力フィルタコンデンサの代わりに共通出力キャパシタンス１９４０を用いることにより、出力キャパシタンス合計のサイズおよびコストを低減することが可能になる。なぜならば、リップル電流は、キャパシタンスの共通バンクにおいて無効化され得るからである。しかし、スイッチング回路１９０４が出力コンデンサを含む場合も除外されず、出力回路１９３０中の寄生インダクタンスが有意である場合、このようなコンデンサが必要な場合もある。例えば、各スイッチング回路１９０４は、第２のスイッチングデバイス１９３４上の可能な電圧スパイクを最小化するための各出力コンデンサを含み得る。
【０１２３】
電源１９０２の特性に応じて電源１９０２上のコンデンサ１９４２が必要になり得る。例えば、電源１９０２が光起電装置である場合、スイッチング回路１９０４からのリップル電流が（光起電装置の接合部キャパシタンスにも関わらず）光起電装置性能を劣化させる事態を回避するために、コンデンサ１９４２が一般的に必要となる。コンデンサ１９４２をスイッチング回路１９０４の外部に設けている様子を図示しているが、コンデンサをスイッチング回路１９０４内に統合してもよい。
【０１２４】
図５４は、１つの電流測定サブシステム５４００を示す。電流測定サブシステム５４００は、スイッチング回路１９０４のいくつかの実施形態において電流測定サブシステム１９３８を実行するために用いられる。実施形態において、第１のスイッチングデバイス１９３２は、電力トランジスタ５４０２によって実行される。詳細には、サブシステム５４００は、出力端子５４０４上に電流信号を生成する。電流信号は、トランジスタ５４０２上からの電圧からの出力電流Ｉｏ１９の平均値（Ｉｏ１９＿ａｖｇ）に比例する。
【０１２５】
電流測定サブシステム５４００は、第１の１組のスイッチ５４０６および５４０８を含む。これらの第１のスイッチ５４０６および５４０８は、第２の１組のスイッチ５４１０、５４１２および５４１４と相補的に動作する。そのため、スイッチ５４０６および５４０８が閉である場合、スイッチ５４１０、５４１２および５４１４は開となり、またこの逆も成り立つ。積分器５４１６は、トランジスタ５４０２がオンにされたときの電力トランジスタ５４０２上の電圧と、基準トランジスタ５４１８上の電圧との間の差を積分する。トランジスタ５４０２がオンにされたとき、スイッチ５４０６および５４０８は、積分器５４１６の入力をトランジスタ５４０２および５４１８へと接続させる。トランジスタ５４０２がオフにされると、スイッチ５４１０および５４１２は、積分器５４１６の入力差をゼロにする。
【０１２６】
積分器５４１６の出力５４２０は、スイッチ５４１４およびコンデンサ５４２２を含むサンプルアンドホールド回路へと接続される。サンプルアンドホールド回路の出力５４２４は、整合相互コンダクタンス段５４２６および５４２８へと接続される。相互コンダクタンス段５４２８は基準トランジスタ５４１８を駆動し、相互コンダクタンス段５４２６は出力端子５４０４を駆動する。端子５４０４から流れる出力電流はＩｏ１９＿ａｖｇ／Ｋに等しい。Ｋは、双方のトランジスタがオンにされた時の基準トランジスタ５４１８の導電率に対する電力トランジスタ５４０２の導電率の比に等しい。
【０１２７】
電力トランジスタ５４０２上の電圧と、基準トランジスタ５４１８上の電圧との間の差を積分することにより、サブシステム５４００は、スイッチング回路１９０４のデューティサイクルの変動に対応する。スイッチ５４０８および５４１２が用いられていない場合（すなわち、スイッチ５４０８が連続的にオンでありかつスイッチ５４１２が連続的にオフである場合）、サブシステム５４００は、（Ｉｏ１９＿ａｖｇの平均値ではなく）電力トランジスタ５４０２を流れる電流の平均値を測定する。サンプルアンドホールド回路は、積分器５４１６の出力５４２０をフィルタリングする。詳細には、サンプルアンドホールド回路は、サンプリング周波数およびその高調波において、ゼロのシンク関数周波数応答を有する。スイッチング高調波の任意のエイリアシングは、積分器５４１６の周囲の負のフィードバックループ５４３０によって除去される。
【０１２８】
電流測定サブシステム５４００は典型的には高速で整定し、場合によっては、単一のサンプリングサイクルと同じくらい高速に整定し得る。このような高速の整定時間が一般的に望ましい理由として、このような高速の整定時間により、スイッチング回路１９０４がＩｏ１９＿ａｖｇを高周波数でサンプリングことが可能になり、これにより、デューティサイクルを対応する高周波数において変化させるが可能になることで、より高速のＭＰＰＴが促進されるからである。
【０１２９】
スイッチング回路１８０４（図１８）は、昇圧形トポロジー以外のトポロジーを持ち得る。例えば、スイッチング回路１８０４は、バック型トポロジー（例えば、図５および図６のトポロジーに類似するもの）、バックブースト型トポロジー、または絶縁トポロジー（例えば、図７のものに類似するもの）を持ち得る。
【０１３０】
図４の電力システム４００において、スイッチング回路は電気的に直列接続され、図１８の電力システム１８００において、スイッチング回路は電気的に並列接続される。あるいは、本明細書中開示されるスイッチング回路の実施形態を用いて電力システムを直列接続および並列接続と共に構築することも可能である。例えば、図２０に示す電力システム２０００は、２つのストリング２００２および２００４を含む。これら２つのストリング２００２および２００４は、負荷２００６と電気的に並列接続される。別の実施形態において、システム２０００は、負荷２００６と電気的に並列接続されたさらなるストリングを含む。ストリング２００２は、Ｍ個の電源２００８と、Ｍ個の電源２００８に電気的に接続された各スイッチング回路２０１２とを含む。Ｍは、１よりも大きい整数である。スイッチング回路２０１２の出力ポートは、相互に電気的に直列接続される。同様に、ストリング２００４は、Ｎ個の電源２０１０と、Ｎ個の電源２０１０へと電気的に接続された各スイッチング回路２０１４とを含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。スイッチング回路２０１４の出力ポートは、相互に電気的に直列接続される。ＭおよびＮは、同一であってもよいし、同一でなくてもよい。
【０１３１】
スイッチング回路２０１２および２０１４はそれぞれ、図４のスイッチング回路４０４の実施形態であり、スイッチング回路２０１２および２０１４はそれぞれ、スイッチング回路の出力電圧の平均値を最大化させることにより、各電源２００８および２０１０から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる。ストリング２００２は、各スイッチング回路２０１２間において共有される直列インダクタンス２０１６を含む。ストリング２００４は、各スイッチング回路２０１４間において共有される直列インダクタンス２０１８を含む。インダクタンス２０１６および２０１８を模式的に単一のインダクタとして図示しているが、このようなインダクタは、ストリング２００２および２００４の回路をそれぞれ形成するコネクタ（例えば、ワイヤまたは母線）の複数の別個のインダクタおよび／または相互接続インダクタンスを含み得る。例えば、図４７に示す電力システム４７００は、電力システム２０００の実施形態である。この実施形態において、インダクタンス２０１６および２０１８は、相互接続インダクタンス４７０２および４７０４を含む。
【０１３２】
電源２００８および２０１０は例えば太陽電池セルであり、各ストリング２００２および２００４は、いくつかの実施形態における太陽電池セルの１つ以上のモジュールまたはパネルを示す。別の例として、電源２００８はそれぞれ、１つの多接合太陽電池セルの単一の接合部を示し得、電源２０１０はそれぞれ、別の多接合太陽電池セルの単一の接合部を示す。
【０１３３】
図２１に示す電力システム２１００は、２つのストリング２１０２および２１０４を含む。２つのストリング２１０２および２１０４は、負荷２１０６へと電気的に直列接続される。ストリング２１０２および２１０４は３つの電源２１０８を含み、各スイッチング回路２１１０が電源２１０８へと電気的に接続される。ストリング中の電源の数と、直列接続されるストリング数とは、変更可能である。所与のストリング２１０２および２１０４中の各スイッチング回路２１１０の出力ポートは、相互に電気的に並列接続される。スイッチング回路２１１０はそれぞれ、図１８のスイッチング回路１８０４の実施形態であり、平均スイッチング回路出力電流を最大化させることにより、電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成される。一実施形態において、各電源２１０８は個々の太陽電池セルであり、太陽電池セルのモジュールまたはパネルを形成する。
【０１３４】
バック型スイッチング回路の複数のストリングが電気的に並列接続される実施形態において、１つのストリングの動作が最適動作を下回った場合、並列接続ストリングの動作に負の影響が発生し得る。例えば、図５７の場合を考えてみる。図５７に示す電力システム５７００は、２つのストリング５７０２および５７０４を含む。これら２つのストリング５７０２および５７０４は、ＤＣバス５７０６へと電気的に並列接続される。ＤＣバス５７０６は、負荷５７０８への電力供給を行う。各ストリング５７０２および５７０４は、複数の光起電装置５７１０を含み、各光起電装置５７１０は、各バック型ＭＰＰＴ変換器５７１２へと電気的に接続される。ストリング中の各ＭＰＰＴ変換器５７１２の出力ポートは、電気的に直列接続される。各ストリング５７０２および５７０４は、同一ストリング電圧Ｖｓｔｒｉｎｇを持つ必要がある。なぜならば、ストリングは電気的に並列接続されているからである。
【０１３５】
理想的条件下において、各光起電装置５７１０は理想的には、最大出力点におけるセル電流ＩｍｐにおいてＶｍｐに等しいセル電圧と整合し、ストリング電流５７１４がＩ＞Ｉｍｐであるときにおいて各光起電装置５７１０がＭＰＰにおいて動作する場合、各ＭＰＰＴ変換器５７１２の出力電圧はＶ＜Ｖｍｐである。このような条件下において、各ストリング電流５７１４がＩであるときに、各ストリングのストリング電圧Ｖｓｔｒｉｎｇは４＊Ｖであり、これにより、各ストリング５７０２および５７０４は、等しい電力を負荷５７０８へと送達する。ここで、光起電装置５７１０（１）および５７１０（２）から生成されている電力はほとんど無いかまったく無い、残りの光起電装置５７１０（３）〜５７１０（８）からはフル電力が生成されていると仮定する。このようなばらばらの出力生成は、例えば、光起電装置５７１０における異なる陰影または汚れに起因する。
【０１３６】
このような条件下において、バック型ＭＰＰＴ変換器５７１２（１）および５７１２（２）は、ストリング電流Ｉにおいて有意な出力電圧を生成することはできない。なぜならば、その各光起電装置５７１０（１）および５７１０（２）からはほとんど電力が生成されていないかまったく生成されていないからである。その結果、ＭＰＰＴ変換器５７１２（１）および５７１２（２）から生成される出力電圧はほぼゼロボルトとなり、ストリング５７０２の残りのＭＰＰＴ変換器５７１２（３）および５７１２（４）は継続して出力電圧Ｖを生成する。そのため、最大の利用可能な電力をストリング５７０２から抽出するためには、Ｖｓｔｒｉｎｇはほぼ２＊Ｖとなる。
【０１３７】
ストリング５７０４は、４＊Ｖではなく２＊Ｖのストリング電圧で動作する必要もある。なぜならば、ストリング５７０４は、ストリング電圧２＊Ｖを有するストリング５７０２へと電気的に並列接続されるからである。そのため、ストリング５７０４のＭＰＰＴ変換器５７１２（５）〜（８）は各光起電装置５７１０をＭＰＰにおいて継続的に動作させるものの、ストリング電流５７１４（２）はＩではなく２＊Ｉにほぼ等しくなければならず、これにより、ＭＰＰＴ変換器５７１２（５）〜（８）中およびシステム５７００のコンポーネントを接続する多数の導体中の損失が増加する。そのため、ストリング５７０２の低電力動作により、発電するストリングが低減するだけでなく、残りのシステム５７００の効率も低下する。さらに、負荷５７０８は典型的には最小入力電圧を必要とし、ストリング５７０２の電圧が過度に低下した場合、ストリングがシステム５７００から接続解除され得、任意の電力供給が無くなる。
【０１３８】
バック型ＭＰＰＴ変換器の代わりにバックブースト型トポロジーを有するＭＰＰＴ変換器を用いることにより、バック型ＭＰＰＴ変換器の並列ストリングにおいてこのようにばらばらに出力生成が行われることに起因する問題の可能性を少なくとも部分的に軽減することができる。例えば、図４８に示す電力システム４８００は、電気的に並列接続された２つのストリング４８０２および４８０４を含む。システム４８００を改変して、さらなるストリングを含ませることができる。ストリング４８０２はＭ個の電源４８０６を含み、ストリング４８０４はＮ個の電源４８０８を含む。ＭおよびＮはそれぞれ、１よりも大きな整数である。ＭおよびＮは同一であってもよいし、同一でなくてもよい。
【０１３９】
各スイッチング回路４８１０および４８１２は、各電源４８０６および４８０８へと電気的に接続される。各スイッチング回路４８１０および４８１２はバックブースト型トポロジーを有するため、その出力電圧Ｖｏｕｔは逆の極性を有し、出力電圧Ｖｏｕｔの大きさは、入力電圧Ｖｉｎを上回るか、入力電圧Ｖｉｎに等しいかまたは入力電圧Ｖｉｎを下回る。各スイッチング回路４８１０および４８１２は、コントローラ４８１４を含む。コントローラ４８１４は、各電源４８０６および４８０８から抽出された電力が少なくとも実質的に最大化されるように、スイッチングデバイス４８１６を制御する。各スイッチング回路は、入力コンデンサ４８１８と、インダクタ４８２０と、ダイオード４８２２（これの代わりに別のスイッチングデバイスを用いて効率を上げてもよい）と、出力コンデンサ４８２４とをさらに含む。ストリング４８０２および４８０４の出力により、負荷（例えば、インバータ）への電力供給が行われる。各スイッチング回路４８１０および４８１２は各出力コンデンサ４８２４を備えているため、負荷がインバータであるときに有利である。なぜならば、出力コンデンサ４８２４により、不具合の起こりやすいインバータ入力キャパシタンスの必要性を低減できるからである。詳細には、インバータは典型的には、高電圧の不具合の起こりやすい電解入力コンデンサを有するが、このような不具合の起こりやすい電解入力コンデンサを、スイッチング回路出力コンデンサ４８２４によって少なくとも部分的に代替することができる。スイッチング回路出力コンデンサ４８２４は、いくつかの実施形態において、比較的低電圧でありかつ高信頼性であるセラミックコンデンサである。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、スイッチング回路４８１０および４８１２のスイッチング周波数を緩く制御することにより、スイッチング周波数を個々のスイッチング回路４８１０および４８１２間において有効にランダム化させ、これによりリップル低減を支援する。さらに、コントローラ４８１４の起動時刻を任意選択的に緩く制御することにより、個々のスイッチング回路４８１０および４８１２間においてＭＰＰＴ動作変化を有効にランダム化し、これにより、ＭＰＰＴに起因する過渡電流の大きさの低減を支援する。
【０１４１】
バックブーストトポロジーは、バックトポロジーまたはブーストトポロジー（例えば、図５７を参照して上述したバックトポロジー）と比較して向上したダイナミックレンジを有利に有する。所与のストリング電流が最高性能セルのＭＰＰ電流を下回る場合、高性能セルを電圧ブーストし、低性能セルを電圧バックする。このような特性により、電源４８０６および４８０８によるばらばらの出力生成に起因する問題の軽減を支援することが可能になる。例えば、電源４８０６（１）の出力電力が低下した場合、ストリング電流Ｉｓｔｒｉｎｇ１が低下し得、スイッチング回路４８１０（１）がその電圧利得を増加させて、このような低下を補償し得、これによりＶｓｔｒｉｎｇ１が一定に保持される。そのため、ストリング電圧が電源４８０６および４８０８の出力電力に関わらず一定に保持され得、これにより、１つのストリングの電力に変化があっても、他の並列ストリングの動作に影響は出ない。さらに、ストリング電圧を所望のレベルにおいて保持することが可能であるため、ストリングによって電力供給される負荷にとってストリングの電圧低すぎることに起因して、ストリングをシステム４８００から接続解除する必要性の可能性が回避される。
【０１４２】
図４８のバックブースト型ＭＰＰＴ変換器は、バック型ＭＰＰＴ変換器に相対して増加したダイナミックレンジを有利に有するが、そのスイッチングデバイスには、少なくとも変換器入力電圧および変換器出力電圧を加算することによって得られる比較的高い定格電圧が必要となる。さらに、バックブースト型変換器は、不連続の入力電流波形および出力電流波形双方を有しているため、リップル電流のフィルタリングのためには有意な入力および出力キャパシタンスを必要とする。バックブースト型ＭＰＰＴ変換器の代わりに降圧および昇圧形トポロジーを有するＭＰＰＴ変換器（例えば、図５８に示すようなもの）を用いることにより、このような不利点の可能性を低減することができる。詳細には、図５８に示すバックアンドブースト型ＭＰＰＴ変換器５８００は、入力ポート５８０１を含む。入力ポート５８０１は、各電源への電気的接続のための入力端子５８０２および５８０４を含む。変換器５８００は、出力ポート５８０５をさらに含む。出力ポート５８０５は、負荷への電気的接続（例えば、ストリング内の他のＭＰＰＴ変換器を通じたもの）のための出力端子５８０６および５８０８を含む。コントローラ５８１０は、スイッチングデバイス５８１２、５８１４、５８１６および５８１８を制御して、入力端子５８０２および５８０４へと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる。ＭＰＰＴ変換器５８００はまたエネルギー貯蔵インダクタ５８２０を含み、典型的には入力キャパシタンス５８２２および出力キャパシタンス５８２４をさらに含む。
【０１４３】
ＭＰＰＴ変換器５８００は、バックモードまたはブーストモードで動作し得、これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎを上回るか、入力電圧Ｖｉｎに等しくなるかまたは入力電圧Ｖｉｎ未満となり得る。詳細には、ＶｏｕｔをＶｉｎ未満にする必要がある場合、コントローラ５８１０は、スイッチングデバイス５８１６が連続的に閉でありかつスイッチングデバイス５８１８が連続的に開である状態でスイッチングデバイス５８１２および５８１４を制御してＶｏｕｔを調節することにより、変換器５８００をバックモードで動作させる。いくつかの実施形態において、コントローラ５８１０は、電圧（例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ）またはスイッチングノード電圧Ｖｘの平均値をバックモードにおいて少なくとも実質的に最大化するように、切り換えを制御するように動作することが可能である。逆に、ＶｏｕｔをＶｉｎよりも高くする必要がある場合、コントローラ５８１０は、スイッチングデバイス５８１２が連続的に閉でありかつスイッチングデバイス５８１４が連続的に開である状態においてスイッチングデバイス５８１６および５８１８を制御してＶｏｕｔを調節することにより、変換器５８００をブーストモードで動作させる。いくつかの実施形態において、コントローラ５８１０は、ブーストモードにおいて切り換えを制御して電流（例えば、スイッチ５８１６を通過する平均電流）を少なくとも実質的に最大化させるように、動作可能である。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、変換器５８００のスイッチング周波数を緩く制御することにより、多数の個々の変換器５８００間においてスイッチング周波数を有効にランダム化させ、これによりリップル低減を支援する。さらに、コントローラ５８１０の起動時刻を任意選択的に緩く制御することにより、多数の個々の変換器５８００間においてＭＰＰＴの動作変化を有効にランダム化させ、これにより、ＭＰＰＴに起因する過渡電流の大きさの低減を支援する。
【０１４５】
バックブースト型変換器（例えば、図４８を参照して上述したようなもの）とは対照的に、スイッチングデバイス５８１２、５８１４、５８１６および５８１８に必要なのは、定格電圧をＶｉｎおよびＶｏｕｔの最大値よりも大きくすることのみであり、ＶｏｕｔはＶｉｎの反転極性ではない。さらに、バックブースト型変換器と対照的に、図５８のバック型および昇圧形変換器において、入力電流がブーストモードにおいて連続し、出力電流がバックモードにおいて連続する。しかし、図５８のバック型および昇圧形変換器を通過する電流経路は、２つの直列スイッチを常に通過する。
【０１４６】
バックブースト型ＭＰＰＴ変換器（例えば、図４８を参照して説明したもの）およびバックアンドブースト型ＭＰＰＴ変換器（例えば、図５８を参照して説明したもの）はそれぞれ、各エネルギー貯蔵インダクタが必要であるという不利点がある。そのため、このようなＭＰＰＴ変換器は、エネルギー貯蔵インダクタにおいてストリング相互接続インダクタンスを利用することができない。加えて、バックブースト型ＭＰＰＴ変換器およびバックアンドブースト型ＭＰＰＴ変換器の出力電圧範囲は、５８１２、５８１４、５８１６および５８１８のデバイス電圧ストレス制限によって決定される。そのため、バックブースト型変換器およびバックアンドブースト型変換器は典型的には、過度の出力電圧大きさに起因する変換器損傷を回避するために、出力ポート上に過電圧防止（ＯＶＰ）を必要とする。さらに、ストリング内の多数の光起電装置に陰影が過多に発生した場合、ストリング電圧を必要値に調節できない場合がある。このような条件下において、バック型ＭＰＰＴ変換器について上述した類似の欠陥が当てはまる。ＭＰＰＴ変換器のストリングへと電気的に並列接続されたストリングオプティマイザを用いることにより、これらの不利点を軽減することができる。
【０１４７】
例えば、図４９に示す電力システム４９００は、複数のストリング４９０２を含む。これらのストリング４９０２はそれぞれ、１つ以上の電源４９０４（例えば、光起電装置）と、各電源４９０４へと電気的に接続された各ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器４９０６とを含む。ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６は、例えば図４のスイッチング回路４０４の実施形態であり、各電源４９０４から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる。ストリング４９０２中の各ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６の出力は、ストリングオプティマイザ４９０８と電気的に直列接続される。ストリングオプティマイザ４９０８は、ストリングと共通ＤＣバス４９１０との間のインターフェースをとる。ＤＣバス４９１０は、負荷４９１２（例えば、インバータ）へと電気的に接続される。特定の別の実施形態において、各ストリングオプティマイザ４９０８の代わりに各インバータが用いられ、各インバータの出力が共通ＡＣ電力バスへと電気的に接続される。
【０１４８】
システム４９００が２つのストリング４９０２を含む様子が図示されているが、システム４９００は、さらなるストリングを含み得る。各ストリング４９０２は、同一数の電源４９０４を含まなくてもよく、各電源４９０４は同一でなくてよい。例えば、１つの電源４９０４は単一の太陽電池セルであり得、別の電源４９０４は、電気的に直列および／または並列接続された太陽電池セル（例えば、光起電パネルの光起電サブモジュール）グループであり得る。
【０１４９】
各ストリングオプティマイザ４９０８は、直列接続されたＤＣ／ＤＣ変換器４９０６（Ｖ＿ｔｏｔａｌ）全て上の出力電圧を共通ＤＣバス４９１０の電圧（Ｖ＿ｂｕｓ）へ変換する。そのため、各ストリングオプティマイザ４９０８により、ストリング４９０２のＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器４９０６が（共通ＤＣバス４９１０に接続された状態で）最適出力電圧で動作することが可能となる。そのため、ストリングオプティマイザ４９０８を用いることにより、以下の利点のうち１つ以上が可能となる。第１に、ストリングオプティマイザ４９０８はＤＣ／ＤＣ変換器４９０６とＤＣバス４９１０とのインターフェースをとるため、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６がストリング電圧を調節する必要が無く、よって比較的簡単な変換器（例えば、バック型変換器）とすることができる。第２に、ＤＣバス４９１０電圧を負荷４９１２に合わせて最適化しかつ／または高レベルに調節することにより、ＤＣバス４９１０の電流大きさの低減が支援される。第３に、負荷４９１２がインバータである場合、ＤＣバス４９１０電圧が調節可能であるため、インバータコストの低減および／またはインバータ効率の増加が可能となる。さらに、ＭＰＰＴはＤＣ／ＤＣ変換器４９０６によって行われるため、インバータにＭＰＰＴ機能を含める必要は無い。インバータＭＰＰＴ機能が含まれる場合、グローバルＭＰＰＴが不要になるため、複雑性の低減および効率の増加が可能となる。第４に、ストリングオプティマイザ４９０８の利用により、各ストリング４９０２からの最大電力を、他のストリングによって拘束されることなく、独立的にＤＣバス４９１０へと送達することが可能になる。これとは対照的に、ストリングオプティマイザ４９０８を含まないシステムにおいて、１つのストリングの動作は、並列接続ストリングの動作特性によって制約を受け得る。第５に、ストリングオプティマイザ４９０８の利用により、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６の特定の実施形態において本質的に一定の電流を各電源４９０４から引き出すことが可能になり、これにより、ＤＣ負荷から電力供給を受けた場合に電源４９０４の動作効率が最大になる場合において高性能が促進される。
【０１５０】
いくつかの実施形態において、負荷４９１２はバス電圧Ｖ＿ｂｕｓを調節し、ストリングオプティマイザ４９０８は別のシステムパラメータを制御する。例えば、ストリングオプティマイザ４９０８のいくつかの実施形態は、ストリング電流Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇを調節して、各ＤＣ／ＤＣ変換器とＤＣバス４９１０とインターフェースをとる。Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇを一定値に維持することにより、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６の利用が可能となる。ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６は、図４を参照して上述したような変換器出力電圧またはスイッチングノード電圧の平均値を最大化することにより、ＭＰＰＴを行う。Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇは、例えば、任意の１つの太陽電池セルの最大予測短絡電流よりも高い一定値に設定されるか、または、放射照度（例えば、基準太陽電池セルの短絡電流）と共に変動する値に設定される。別の例として、ストリングオプティマイザ４９０８の特定の他の実施形態は、ストリング−レベルＭＰＰＴを達成するように、パラメータ（例えば、Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇまたはＶ＿ｔｏｔａｌ）を調節する。このようなＭＰＰＴは、比較的簡単である。なぜならば、ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器４９０６は典型的には良好な挙動の電力転送曲線を有することが多く、単一のローカル最大出力点しかないため、グローバルＭＰＰＴが不要となるからである。
【０１５１】
各ストリングオプティマイザ４９０８は典型的には、スイッチングＤＣ／ＤＣ変換器（例えば、昇圧形変換器）であり、ストリングのインダクタンス４９１４を利用する。インダクタンス４９１４を模式的に単一のインダクタとして図示しているが、インダクタンス４９１４は、複数の別個のインダクタおよび／または導体の相互接続インダクタンス（例えば、ワイヤおよび／または母線）電気的接続ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６およびストリングオプティマイザ４９０８を含み得る。特定の実施形態において、インダクタンス４９１４は、所与のストリング中のストリングオプティマイザ４９０８およびＤＣ／ＤＣ変換器４９０６双方によって共有される。このような実施形態において、有利なことに、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６は、自身のエネルギー貯蔵インダクタンスを持つ必要は無い。いくつかの実施形態において、各ストリングオプティマイザ４９０８のスイッチング周波数を緩く制御することにより、そのスイッチング周波数を有効にランダム化させる。上述したように、スイッチング周波数のランダム化により、リップル電流大きさの低減が支援される。リップル電流大きさの低減は、負荷４９１２がインバータである実施形態において特に望ましい。なぜならば、このようなリップル電流低減により、インバータ入力キャパシタンスの低減が可能になるからである。さらに、特定の実施形態において、２つ以上のストリングオプティマイザ４９０８を同期させることにより、これらのストリングオプティマイザ４９０８が異相状態で切り替わり、これによりＤＣバス４９１０上のリップル低減が支援される。
【０１５２】
ストリングオプティマイザ４９０８のいくつかの実施形態は、さらなる機能を含む（例えば、外部信号（例えば、メンテナンスおよび／または安全目的のためのもの）に応答して、各ストリング４９０２をＤＣバス４９１０から接続解除する能力）。また、特定の実施形態は、過電流防止、逆電流遮断、ならびに／あるいは各ストリング４９０２の特性（例えば、ストリング温度、ストリング電圧および／またはストリング電流）を監視する能力を含む。
【０１５３】
図５０に示すストリングオプティマイザ５０００は、ストリングオプティマイザ４９０８の実施形態である。ストリングオプティマイザ５０００は、昇圧形トポロジーを有する。ストリングオプティマイザ５０００は、スイッチングデバイス５００２と、ダイオード５００４と、コントローラ５００６とを含む。いくつかの実施形態において、ダイオード５００４の代わりに別のスイッチングデバイスを用いるか、または、ダイオード５００４に加えて別のスイッチングデバイスを用いる。ストリングオプティマイザ５０００は、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６のストリングへの接続のための入力端子５００８をさらに含む。ストリングオプティマイザ５０００は、エネルギー貯蔵インダクタンスのためにインダクタンス４９１４を利用する。エネルギー貯蔵インダクタンスは、上述したように、１つ以上の別個のインダクタおよび／または相互接続インダクタンスであり得る。ストリングオプティマイザ５０００は、ＤＣバス４９１０への接続のための出力端子５０１０をさらに含む。いくつかの実施形態は、入力キャパシタンス５０１１も含む。
【０１５４】
コントローラ５００６は、スイッチングデバイス５００２を制御して、ＤＣバス４９１０の電圧Ｖ＿ｂｕｓを調節する。詳細には、コントローラ５００６は、ＤＣバス４９１０の電圧を感知する電圧感知部５０１２と、ストリングオプティマイザ５０００によって処理される電流を感知する任意選択電流感知部５０１４とを含む。いくつかの実施形態において、電流感知部５０１４は、スイッチングデバイスが電流を伝導しているときのスイッチングデバイス５００２上の電圧を感知することにより、電流感知を行う。フィードバック、制御および保護部５０１６は、電圧感知部５０１２および電流感知部５０１４からの信号に応答して、ＰＷＭ生成器５０１８を制御する。その後、ＰＷＭ生成器５０１８は、スイッチングデバイス５００２を駆動して、ＤＣバス４９１０上の電圧を調節する。いくつかの別の実施形態において、コントローラ５００６を改変してスイッチングデバイス５００２を動作させ、出力電圧Ｖ＿ｂｕｓ以外のパラメータ（例えば、入力電流Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇまたは入力電圧Ｖ＿ｔｏｔａｌ）を調節させる。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、ストリングオプティマイザ５０００は、連続導通モードで動作して、入力リップル電流の大きさを低減する。このような実施形態において、入力キャパシタンス５０１１を不要にすることができる。特定の実施形態は、動作モードをストリング電流大きさの関数として変化させるように適合される。例えば、一実施形態において、ストリングオプティマイザ５０００は、ストリング電流の大きさが大きい連続導通モードで動作し、ストリング電流の大きさが小さい不連続の導通モードで動作し、これにより、広範囲のストリング電流大きさにおいて高効率を達成する。ヒステリシスを用いることにより、連続導通モードと不連続導通モードとの間の変動を回避する。連続導通モード動作は典型的には、ストリング電流大きさの値が大きい場合には不連続の導通モード動作よりも高効率であることが多く、ストリング電流大きさが小さい場合、反対の傾向になることが多い。例えば、ＳｉＣダイオード、ＧａＮダイオードまたは高速回復ダイオードをダイオード５００４として用いると、高効率連続導通モード動作が促進される。同様に、ダイオード５００４に同期型整流器として動作するスイッチングデバイスを追加して、適応型または別の良好に制御されたむだ時間スキームと共に用いた場合、ダイオード５００４の逆回復損失を最小化またはさらには回避することが可能になり、これにより、高効率連続導通モード動作が促進される。
【０１５６】
図５１に示すストリングオプティマイザ５１００は、ストリングオプティマイザ４９０８の別の実施形態である。ストリングオプティマイザ５１００は、ストリングオプティマイザ５０００（図５０）に類似しているが、ストリングオプティマイザ５１００は、２つの電力段を含む。これら２つの電力段は、異相状態で動作することにより、ＤＣバス４９１０上のリップル低減を支援する。詳細には、ストリングオプティマイザ５１００は、スイッチングデバイス５１０２、インダクタ５１０４およびダイオード５１０６を含む第１の電力段と、スイッチングデバイス５１０８、インダクタ５１１０およびダイオード５１１２を含む第２の電力段とを含む。コントローラ５１１４は、スイッチングデバイス５１０２および５１０８が異相状態で動作するようにスイッチングデバイス５１０２および５１０８を制御することにより、ＤＣバス４９１０上の電圧を調節する。例えば、特定の実施形態において、スイッチングデバイス５１０２および５１０８のスイッチング遷移の位相を１８０度だけ相互に変位させることにより、ＤＣバス４９１０上のリップルの低減と、入力電流リップルの低減とを達成し、これにより、入力キャパシタンス５１１９および／または出力キャパシタンス（図示せず）の必要性を低減または排除する。ストリングオプティマイザ５１００は、入力端子５１１６を介して各ストリングのＤＣ／ＤＣ変換器４９０６へと電気的に接続され、ストリングオプティマイザ５１００は、出力端子５１１８を介してＤＣバス４９１０へと電気的に接続される。ストリングオプティマイザ５１１０は、入力キャパシタンス５１１９を任意選択的に含む。図５０のコントローラ５００６と同様に、コントローラ５１１４は、電圧感知部５１２０と、任意選択電流感知部５１２２と、フィードバックと、制御と、保護部５１２４と、ＰＷＭ生成器５１２６とを含む。単一のコントローラ５１１４は図５１の実施形態において双方の電力段を制御しているが、各電力段は、特定の別の実施形態において別個のコントローラによって制御される。さらに、コントローラ５１１４を改変して、ＤＣバス４９１０上の電圧Ｖ＿ｂｕｓではなく他のパラメータを調節するようにしてもよい（例えば、入力電圧または入力電流）。
【０１５７】
いくつかの実施形態において、インダクタ巻線５１０４および５１１０は、米国特許第６，３６２，９８６号（Ｓｃｈｕｌｔｚらに付与）に教示されているように、リップル電流低減のために、共通磁気コアによって磁気的に接続される。本明細書中、同文献を参考のため援用する。別の実施形態において、各電力段が異なるストリング４９０２するように（すなわち、インダクタ５１０４が第１のストリングへと接続し、インダクタ５１１０が第２のストリングへと接続するように）、ストリングオプティマイザ５１００を改変する。ストリングオプティマイザ５１００は、２つの異なるストリング４９０２のためのストリングオプティマイザとして機能する。
【０１５８】
ストリングオプティマイザ５１００のいくつかの別の実施形態は、３つ以上の電力段を含む多相変換器である。電力段のうちいくつかまたは全ては、異相状態で動作し、インダクタのうちいくつかまたは全ては、任意選択的に磁気的に接続される。例えば、１つの特定の別の実施形態は、４つの電力段を含む。この実施形態において、各電力段は、各ストリングのためのストリングオプティマイザとして機能する。別の例として、別の特定の別の実施形態は、４つの電力段を含む。この実施形態において、これらの電力段のうち第１の段および第２の段は、第１のストリングのためのストリングオプティマイザとして機能し、これらの電力段のうち第３の段および第４段は、第２のストリングのためのストリングオプティマイザとして機能する。
【０１５９】
図５９は、光起電システム内のストリングオプティマイザの別の可能な用途を示す。詳細には、図５９に示す光起電システム５９００は、Ｎ個のストリング５９０４からなるアセンブリ５９０２を含む。各ストリング５９０４は、Ｍ個の光起電装置５９０６を有する。ここで、ＮおよびＭはそれぞれ、１よりも大きな整数である。特定の実施形態において、光起電装置５９０６は、１つ以上の光起電パネルの一部である。アセンブリ５９０２は、例えば、単一の追跡デバイス上に収容される。単一の追跡デバイスは、光起電装置５９０６が太陽に向かって方向付けられるように、太陽の移動を追跡する。いくつかの実施形態において、光起電装置５９０６は、集光素子を用いた１つ以上の単一のまたは多接合太陽電池セルである。各ストリング５９０４が同じ数および種類の光起電装置５９０６を有している様子を図示しているが、光起電装置５９０６の数はストリング５９０４間において異なり得、各光起電装置５９０６は必ずしも同一構成にする必要は無い。
【０１６０】
所与のストリング５９０４の各光起電装置５９０６は、各ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器５９０８へと電気的に接続される。いくつかの実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器５９０８は、スイッチング回路４０４（図４）である。所与のストリング５９０４のＤＣ／ＤＣ変換器５９０８の出力は、ストリングオプティマイザ５９１０へと電気的に並列接続される。ストリングオプティマイザ５９１０は、図４９のストリングオプティマイザ４９０８に類似する。いくつかの実施形態において、ストリングオプティマイザ５９１０は、単相ブーストトポロジーストリングオプティマイザである（例えば、ストリングオプティマイザ５０００（図５０））。いくつかの他の実施形態において、ストリングオプティマイザ５９１０は多相ブーストトポロジーストリングオプティマイザであり、エネルギー貯蔵インダクタ（例えば、ストリングオプティマイザ５１００（図５１））の磁気結合を用いるかまたは用いない。ストリングオプティマイザ５９１０は典型的には、共通筐体５９１２中に収容される。共通筐体５９１２中は、アセンブリ５９０２またはその近隣に配置される。ストリングオプティマイザ５９１０の一部または全体を共通集積回路チップ（図示せず）の一部としてもよい。アセンブリ５９０２が追跡デバイス上に収容される実施形態において、筐体５９１２は典型的には、追跡デバイスの近隣に配置されるが追跡デバイス上には配置されず（例えば、柱または土台に配置され）、これにより、追跡デバイス上の重量を最小化する。ストリングオプティマイザ５９１０は、共通コントローラ（図示せず）によって任意選択的に制御され、ストリングオプティマイザ５９１０は、特定の実施形態において相互に異相状態で動作して、ＤＣバス５９１６上のリップルを低減する。いくつかの実施形態において、所与のストリング５９０４の各ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器５９０８および各ストリングオプティマイザ５９１０は、共通エネルギー貯蔵インダクタンス５９１４を共有する。いくつかの実施形態において、共通エネルギー貯蔵インダクタンス５９１４は、ストリング相互接続インダクタンスから部分的にまたは全体的にになる。ストリングオプティマイザ５９１０は、ＭＰＰＴ能力を任意選択的に含む。
【０１６１】
ストリングオプティマイザ５９１０の出力により、共通高電圧ＤＣバス５９１６が集合的に電力供給される。高電圧ＤＣバス５９１６はインバータ５９１８に電力供給し、インバータ５９１８は負荷（例えば、ＡＣ電力グリッド５９２０）へと電力供給する。インバータ５９１８は、ＭＰＰＴ能力を必ずしも備えていなくてもよい。なぜならば、ＤＣ／ＤＣ変換器５９０８および任意選択的にストリングオプティマイザ５９１０にＭＰＰＴ能力があるからである。いくつかの実施形態において、ＤＣバス５９１６を本質的に固定電圧レベルにおいて維持することにより、インバータ構造が簡略化される。いくつかの別の実施形態において、ストリングオプティマイザ５９１０と、単一の筐体中またはさらには単一の集積回路チップ中のインバータ５９１８とを組み合わせる。システム５９００を改変して、複数のアセンブリ５９０２を含ませることができる。複数のアセンブリ５９０２はそれぞれ、複数のストリング５９０４を含む。各ストリングは、各ストリングオプティマイザ５９１０を含む。このような実施形態において、所与のアセンブリ５９０２のためのストリングオプティマイザ５９１０は典型的には、アセンブリの近隣に配置される（例えば、アセンブリと関連付けられた筐体５９１２内）。
【０１６２】
図６０に示す光起電システム６０００は、システム５９００に類似するが、アセンブリ６００２を含む。アセンブリ６００２は、少なくともいくつかのストリングを有し、ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を用いていない（例えば、ローカルＭＰＰＴが全ストリングにおいて不要である用途向けのもの）。アセンブリ６００２は、ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を含むストリング５９０４と、ローカルＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を含まないストリング６００４とを双方含む。各ストリング６００４内の光起電装置６００６は、ストリングオプティマイザ６００８へと電気的に接続される。ストリングオプティマイザ６００８は典型的には、ＭＰＰＴ能力を有する。いくつかの実施形態は、エネルギー貯蔵インダクタンスのためのストリングオプティマイザ６００８によって用いられるインダクタンス６０１０を含み、インダクタンス６０１０は、任意選択的にストリング相互接続インダクタンスから部分的または全体的になる。いくつかの別の実施形態において、所与のストリング６００４の光起電装置６００６は、ＤＣバス５９１６へと直接接続し、ストリングオプティマイザ６００８は用いない。簡潔性のため、システム６０００を単一のストリング６００４のみと共に図示しているが、他の実施形態においては、さらなるストリング６００４が用いられる。さらに、ストリング５９０４の数も変更可能であり、システム６０００のいくつかの別の実施形態は、任意のストリング５９０４を含まない。
【０１６３】
本明細書中開示されるスイッチング回路および／またはストリングオプティマイザのいくつかの実施形態は、他のシステムコンポーネントと通信するように動作可能である。例えば、ストリングオプティマイザ４９０８のいくつかの実施形態は、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６のうち一部または全体へ情報（例えば、起動コマンド、停止コマンドおよび／またはバイパスモード開始コマンド）を通信するように動作することが可能である。ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６を停止させるかまたはバイパスモードに入らせることにより、緊急時（例えば、火災）の安全を促進するか、または、１つ以上のストリング４９０２の電源を切ることにより、メンテナンスまたはストリングの取付を促進することが望ましい。同様に、他のコマンドが無い限り、ＤＣ／ＤＣ変換器を名目的に停止するかまたはバイパスモードにすることにより、全システム電圧をいくつかの安全レベルよりも低いレベルで維持することが望ましい。
【０１６４】
別の例として、本明細書中開示されるスイッチング回路の特定の実施形態は、他のスイッチング回路および／またはストリングオプティマイザと通信して、情報（例えば、状態情報、不具合情報、および／または動作モードコマンド）を交換できるように動作することが可能である。例えば、ローカルＤＣ／ＤＣ変換器４９０６（図４９）のいくつかの実施形態は、別のＤＣ／ＤＣ変換器４９０６および／またはストリングオプティマイザ４９０８へ状態情報および／または不具合情報を送るように動作することが可能である。このような不具合情報および状態情報の例を非限定的に挙げると、変換器入力電圧、変換器出力電圧、変換器入力電流、変換器出力電流、変換器入力電力、変換器出力電力、変換器コンポーネント温度、電源４９０４温度および／または変換器不具合情報がある。いくつかの実施形態において、ストリングオプティマイザ４９０８がＤＣ／ＤＣ変換器４９０６から不具合信号を受信すると、ストリングオプティマイザ４９０８は、動作（例えば、ストリングをＤＣバス４９１０から接続解除しかつ／またはストリング４９０２のＤＣ／ＤＣ変換器４９０６に命令して停止させるかまたはバイパスモードに入らせる）を行うことにより、信号に応答する。
【０１６５】
スイッチング回路と、他のデバイスとの間の通信信号は、送信側デバイスおよび／または意図される受信側デバイスを特定する情報を任意選択的に含む。例えば、スイッチング回路によって生成された不具合信号は、スイッチング回路を特定するコードを含み得る。別の例として、ストリングオプティマイザから来た、いくつかのスイッチング回路を停止せよとのコマンドは、意図される受信側スイッチング回路を特定するコードを含み得る。
【０１６６】
デバイス間において情報を送信するための１つの可能な方法として、ストリングを通過する電流を変調する方法がある。例えば、スイッチング回路４０４（図４）のいくつかの実施形態は、出力ポート４０８内を流れる電流を変調して、電流上に通信信号を生成することにより、情報を別のコンポーネント（例えば、別のスイッチング回路またはストリングオプティマイザ）へと転送するように動作することが可能である。別の例として、ストリングオプティマイザ５０００（図５０）のいくつかの実施形態は、スイッチングデバイス５００２を制御してストリング電流Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇ上に通信信号を生成することにより、情報をローカルＤＣ／ＤＣ変換器４９０６へ送るように動作することが可能である。その後、本明細書中開示されるスイッチング回路およびストリングオプティマイザの特定の実施形態は、内部を流れる電流上の通信信号を復調または復号化することにより、外部デバイスから情報を受信するように動作することが可能である。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６のいくつかの実施形態は、ストリング電流Ｉ＿ｓｔｒｉｎｇ上の通信信号を復調または復号化することにより、ストリングオプティマイザ４９０８または別のデバイスからのコマンドを受信するように動作することが可能である。
【０１６７】
デバイス（例えば、ストリングオプティマイザおよびスイッチング回路）間の通信のための他の方法も可能である。例えば、システム４９００のいくつかの別の実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６および任意選択的にストリングオプティマイザ４９０８がデイジーチェーン様態で通信可能な様態で接続される。さらに他の別の実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器４９０６および任意選択的にストリングオプティマイザ４９０８が、ＤＣ／ＤＣ変換器のうち一部または全体から電気的に絶縁された単一のバスを介して通信可能にされる。電気的絶縁は、例えば、容量性デバイス、光学デバイスまたは磁気分離デバイスの利用により達成される。他の可能な通信方法を非限定的に挙げると、光学的通信方法および無線通信方法がある。
【０１６８】
本明細書中開示されるスイッチング回路の特定の実施形態において、スイッチング回路の出力ポート中において電流が通常の電流流れと反対方向に流れた場合、スイッチング回路および／またはスイッチング回路へ接続された電源（例えば、光起電装置）が損傷を受ける危険性がある。このような危険性を回避するために、スイッチングデバイスの構成を、出力ポート中において電流が単一方向にしか流れることができないようにして、スイッチングデバイスがダイオードをエミュレートする構成にする。例えば、スイッチング回路５０４、６０４（それぞれ図５および図６）の特定の実施形態において、コントローラ５３６および６３８は、スイッチングデバイス５３４および６３４を制御するようにそれぞれ構成され、これにより、出力電流が出力ポート５０８および６２０中において１方向のみに流れる。代替的にまたは追加的に、スイッチング回路の出力ポートに対して直列にダイオードを挿入することにより、逆電流が流れる事態を回避する。複数のスイッチング回路が相互接続されてその出力ポートが電気的に直列接続されてストリングを形成している場合、単一のダイオードを直列ストリング内の任意の位置において用いることにより、逆電流が流れる事態を回避することができる。例えば、図２２は、電力システム２２００の実施形態を示す。電力システム２２００は、図４の電力システム４００に類似する。システム２２００は、Ｎ個の電源２２０２を含む（例えば、光起電装置または複数の光起電装置を含む光起電パネル）。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路２２０４は、図４のスイッチング回路４０４の実施形態であり、各電源へ電気的に接続される。スイッチング回路２２０４の出力ポートは、負荷２２０６へと電気的に直列接続されて閉回路を形成する（本明細書中以下出力回路２２０８と呼ぶ）。回路は典型的には、インダクタンス２２１０を含む。インダクタンス２２１０を模式的に単一のインダクタとして図示しているが、インダクタンス２２１０に複数の別個のインダクタおよび／または出力回路２２０８の相互接続インダクタンスを含めてもよい。出力回路２２０８はまた、単一のダイオード２２１２も含み、これにより、スイッチング回路２２０４の出力ポート内に逆電流が流れる事態を回避する。
【０１６９】
システム制御デバイスは、逆電流流れを回避するためのダイオードの代替法として用いることができる。例えば、図２３に示す電力システム２３００は、電力システム２２００（図２２）と同じであるが、ダイオード２２１２の代わりにシステム制御デバイス２３０２が用いられている。システム制御デバイス２３０２は、出力回路２２０８と電気的に直列接続され、ダイオードをエミュレートする（換言すれば、矢印２３０４によって示される方向に電流が流れるのを制限する）ように動作することが可能である。しかし、システム制御デバイス２３０２は典型的には、１つ以上のさらなる機能を含み得る（例えば、（１）スイッチとして機能し、出力回路２２０８をオンデマンドで開く能力、（２）短絡保護を提供する能力および／または（３）電力システム２３００の１つ以上の状態を報告する能力）。例えば、電源２２０２が光起電モジュールの光起電装置である場合、システム制御デバイス２３０２の実施形態の構成を、情報（例えば、光起電モジュールの温度、モジュール出力電圧（例えば、スイッチング回路２２０４の直列接続された出力ポート上の電圧２３０６）および／またはモジュール内を流れる電流２３０８の大きさ））を報告できるような構成にすることができる。さらに、ストリングオプティマイザについて上述した様態と同様の様態で、システム制御デバイス２３０２のいくつかの実施形態を、スイッチング回路２２０４と通信可能なように動作させることができ、これにより、例えばコマンドスイッチング回路２２０４を起動させるか、停止させるかまたはバイパスモードに入らせ、かつ／またはスイッチング回路２２０４からの状態または不具合情報を受信することが可能になる。
【０１７０】
システム制御デバイス２３０２は、切り替え可能なデバイス２３１０（例えば、トランジスタ）、電流２３０８を測定するように構成された電流測定サブシステム２３１２、および制御サブシステム２３１４を含み得る。制御サブシステム２３１４は、電流測定サブシステム２３１２からの情報に少なくとも部分的に基づいて、切り替え可能なデバイス２３１０の動作を制御する。例えば、制御サブシステム２３１４は、電流測定サブシステム２３１２からの電流流れ情報を用いて、切り替え可能なデバイス２３１０にダイオードをエミュレートさせ、これにより逆電流流れを遮断する。
【０１７１】
図２４に示すシステム制御デバイス２４００は、光起電モジュール用途におけるシステム制御デバイス２３０２の一実施形態である。システム制御デバイス２４００は、Ｎ個のＭＰＰＴデバイス２４０１のストリング（例えば、スイッチング回路４０４）と電気的に直列接続される。Ｎは、１よりも大きい整数である。各ＭＰＰＴデバイス２４０１は、各光起電装置２４０２へと電気的に接続される。ＭＰＰＴデバイス２４０１および光起電装置２４０２は、正の出力２４０４および負の出力２４０６を有する光起電モジュールを形成する。別の実施形態において、ＭＰＰＴデバイス２４０１を光起電モジュールから省略し、光起電装置２４０２をシステム制御デバイス２４００へと直接的に電気的に直列接続する。
【０１７２】
システム制御デバイス２４００は、ストリング内を流れる電流２４１０を制限するトランジスタ２４０８と、電流２４１０を測定する電流測定サブシステム２４１２とを含む。電流測定サブシステム２４１２は、例えば、図２４に示すような電流感知レジスタである。しかし、別の実施形態において、電流測定サブシステム２４１２は、消散的デバイスを用いることなく電流を測定することにより（例えば、米国特許第６，１６０，４４１号および６，４４５，２４４号（Ｓｔｒａｔａｋｏｓらに付与）に開示されているシステムおよび方法を用いることにより）、より高い効率を達成する。本明細書中、同文献それぞれを参考のため援用する。例えば、いくつかの実施形態において、電流測定サブシステム２４１２は、トランジスタ２４０８上の電圧を感知することにより、電流２４１０を測定する。
【０１７３】
システム制御デバイス２４００は、制御サブシステム２４１４をさらに含む。制御サブシステム２４１４は、電流測定サブシステム２４１２からの情報に少なくとも部分的に基づいて、トランジスタ２４０８の動作を制御する。例えば、制御サブシステム２４１４は、電流測定サブシステム２４１２からの情報に基づいてトランジスタ２４０８を制御して、トランジスタ２４０８にダイオードをエミュレートさせ、これにより逆電流流れを遮断する。別の例として、特定の実施形態において、システム制御デバイス２４００は回路遮断器として機能し、電流２４１０の大きさが例えば短絡に起因して所定の値を超えた場合、コントローラ２４１４はトランジスタ２４０８に電流２４１０の流れを回避させる。いくつかの実施形態において、システム制御デバイス２４００は、スイッチとして機能するようにさらに動作可能であり、この場合、スイッチを開けとの信号に応答して、コントローラ２４１４はトランジスタ２４０８に電流２４１０の流れを回避させる。このような機能により、メンテナンス手順時および／または緊急時においてストリングを有効にオフにすることが可能になるため、安全が有利に促進される。これとは対照的に、従来の光起電パネルの場合、オフにすることができない場合が多く、そのため緊急時（例えば、火災またはパネルに接続されたシステムの短絡）においても電力供給が意図に反して継続される。
【０１７４】
システム制御デバイス２４００の特定の実施形態は、モジュール電圧の監視および報告を行うように動作することが可能である。この実施形態において、モジュール電圧は、正の出力２４０４と負の出力２４０６との間の電圧である。例えば、一実施形態において、レジスタ２４１６および２４１８の分圧器により、モジュール電圧がコントローラ２４１４への入力に適したレベルまで低減される。コントローラ２４１４は、例えば、デジタル報告出力２４２０を介してまたは専用シリアルバス（図示せず）を通じたシリアル通信を介してモジュール電圧を外部システムへと報告する。デジタル報告出力２４２０と外部システムとの間の通信は、方法（例えば、無線通信、電力線通信、またはトランジスタ２４０８を変調して電流２４１０上に小さな通信信号を生成する方法）により、行われる。コントローラ２４１４は、例えば、デジタル報告出力２４２０を介してまたは専用シリアルバス（図示せず）を通じたシリアル通信を介してモジュール電流大きさを外部システムに報告するようにも構成される。
【０１７５】
システム制御デバイス２４００のいくつかの実施形態は、モジュール温度をデジタル報告２４２０を介して外部システムへと報告するように、動作可能である。このような実施形態は、温度センサ２４２２（例えば、絶対温度（ＰＴＡＴ）に比例する信号を提供するセンサ）を含む。信号は、温度情報をコントローラ２４１４へと提供する。このようなＰＴＡＴデバイスは、例えば、共通集積回路チップ上においてコントローラ２４１４と一体化される。あるいは、温度センサ２４２２は、コントローラ２４１４の外部に設けられるか、または、さらにはシステム制御デバイス２４００の外部に設けられる。
【０１７６】
システム制御デバイス２４００は典型的には、システム制御デバイス２４００の回路への電力供給を行う電源を含む。図２４の実施形態において、システム制御デバイス２４００は、パネル出力２４０４および２４０６から電力供給を受ける線形レギュレータを含む。詳細には、線形レギュレータは、レジスタ２４２４内を流れる電流を調節するための降下レジスタ２４２４およびシャント調整器２４２６を含み、これにより、ノード２４２８とモジュール出力２４０６との間の電圧を調節する。
【０１７７】
いくつかの実施形態において、トランジスタ２４０８は、共通集積回路チップ内においてコントローラ２４１４と一体化される。しかし、多数の実施形態において、トランジスタ２４０８を別個のデバイスとすることにより、所望の定格電圧の達成と、コントローラ２４１４へ悪影響を与えるトランジスタ２４０８からの熱生成に関連する問題の解決とにおいて、トランジスタ２４０８の選択において柔軟性が得られることが理解される。
【０１７８】
上記したスイッチング回路のいくつかの実施形態は、複数の別個の部分によって形成される。しかし、スイッチング回路の特定の実施形態において、複数のスイッチング回路コンポーネントを単一の集積回路パッケージとして一体化するか、または、単一の集積回路上に設ける。このような一体化により、例えば、コンポーネント間の接続の寄生インピーダンスの低減により、スイッチング回路サイズの低減、スイッチング回路コストの低減および／またはスイッチング回路性能の向上が可能になる。本明細書中開示されるスイッチング回路のいくつかの実施形態は、明示的なエネルギー貯蔵インダクタを含まずかつ／または出力コンデンサによりこのような一体化が促進される点に留意されたい。
【０１７９】
例えば、図２５に示す１つの集積回路チップ２５００は、コントローラ８００（図８）を用いたスイッチング回路５００（図５）の実施形態を形成するために、少なくともいくつかのコンポーネントを含む。詳細には、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４と、ドライバ回路８１２とを一体化して、集積回路チップ２５００を得る。制御信号生成器８０８も任意選択的に集積回路２５００と一体化させ、これにより、スイッチング回路全体を単一の集積回路チップ内に埋設する。上記したその他のスイッチング回路も、同様に一体化させることが可能である。
【０１８０】
制御信号生成器８０８を含む特定の実施形態において、制御信号生成器８０８は、集積回路チップ２５００の内部にあるＶｙを監視する。そのため、このような実施形態において、集積回路チップ２５００にフィードバックインターフェース端子を設けることは不要であり、集積回路チップ２５００にはインターフェース端子を３つだけ設ければよく、これにより、低コストおよび小型パッケージサイズが促進される。
【０１８１】
集積回路チップ２５００のいくつかの実施形態は、フリップチップ集積回路である。当該分野において公知のように、フリップチップ集積回路において、チップ上のパッドを、隣接するインターポーザー上の対応するパッドへと半田ボールを介して直接接続する。このような構成の場合、チップと、隣接するインターポーザーとの間の接続部のインピーダンスが（コネクタ用のボンドワイヤを用いた構成の場合よりも）低下することが多い。フリップチップ集積回路の例については、米国特許第６，２７８，２６４号および６，４６２，５２２号（Ｂｕｒｓｔｅｉｎらに付与）に記載がある。本明細書中、同文献それぞれを参考のため援用する。図２６に示すフリップチップ集積回路２６００は、図２５のフリップチップ集積回路２５００の実施形態である。フリップチップ集積回路２６００は、例えば、第１のスイッチングデバイス５３２および第２のスイッチングデバイス５３４（図示せず）と、ドライバ回路８１２（図示せず）とを含む。フリップチップ集積回路２６００は、インターポーザー２６０２（例えば、プリント基板（ＰＣＢ）へと半田ボール２６０４によって電気的に接続される。例示を明確にするため、半田ボール２６０４のうち数個のみを参照符号によって示す。半田ボール２６０４は集積回路チップ２６００もインターポーザー２６０２へと物理的に接続するが、アンダーフィル材料（図示せず）をチップ２６００とインターポーザー２６０２との間に設けてもよく、これにより、より強固な機械的接続が可能になる。集積回路２５００をフリップチップ集積回路以外の形態（例えば、ワイヤボンド接続を含む集積回路の形態）で実行することが可能であることが理解されるべきである。
【０１８２】
上記した複数のスイッチング回路を一体化して、単一の集積回路チップとすることも可能である。例えば、スイッチング回路４０４（図４）またはスイッチング回路１８０４（図１８）のうち２つまたは３つを一体化して、単一の集積回路チップとすることができる。例えば、３つのスイッチング回路を含むチップを用いて、３つの光起電装置モジュールのための単一のチップＭＰＰＴを提供することができる。別の例として、２つのスイッチング回路を含む１つのチップを用いて、２つの接合部太陽電池セルのための単一のチップ接合部レベルＭＰＰＴを提供することができる。
【０１８３】
複数のスイッチング回路を備えたこのようなチップを用いることにより、複数の別個のスイッチング回路に比して利点が得られる。複数のスイッチング回路を備えたチップは典型的には、対応する数の別個のスイッチング回路を用いた場合よりも占有面積が小さいため、複数の別個のスイッチング回路を用いたシステムと比較して、システムサイズの低減、システムコストの低減および／または他のコンポーネントのための自由空間の増加が可能になる。複数のスイッチング回路を備えたチップを含むシステムも典型的には、対応する数の別個のスイッチング回路を備えたシステムと比較して、組み立てにおいてより容易、より高速かつまたはより低コストである。複数のスイッチング回路を一体化して集積回路チップとすることにより、複数の別個のスイッチング回路の場合よりもスイッチング回路コンポーネントが相互に近密配置されることが多くなる。このようにコンポーネントをより近密配置にすることにより、コンポーネント相互接続のインピーダンスが有利に低下することが多く、これによりシステム効率および／または性能が向上する。
【０１８４】
図２７は、複数のスイッチング回路を一体化して単一の集積回路チップとする一例を示す。詳細には、図２７に示す１つの集積回路チップ２７００（例えば、フリップチップ集積回路）は、３つのスイッチング回路２７０２を含む。これら３つのスイッチング回路２７０２はそれぞれ、スイッチング回路５０４（図５）の実施形態であり、図２７中、破線によって示す。集積回路チップ２７００が３つのスイッチング回路回路２７０２を含む様子を図示しているが、チップ２７００は、１よりも多くの任意の数のスイッチング回路２７０２を含んでよい。さらに、その他のスイッチング回路のうち１つ以上（例えば、図６のスイッチング回路６０４）を同様に一体化して、単一の集積チップとすることも可能であることが理解されるべきである。
【０１８５】
各スイッチング回路２７０２は、各電源（例えば、光起電装置）への接続のための第１の入力端子２７０４および第２の入力端子２７０６を含む。（第１のスイッチングデバイス５３２に類似する）第１のスイッチングデバイス２７０８は、第１の入力端子２７０４と中間スイッチングノード２７１０との間に電気的に接続され、（第２のスイッチングデバイス５３４に類似する）第２のスイッチングデバイス２７１２は、中間スイッチングノード２７１０と第２の入力端子２７０６との間に電気的に接続される。図２７の実施形態において、第１のスイッチングデバイス２７０８はn型ＭＯＳＦＥＴであり、各第２のスイッチングデバイス２７１２はp型ＭＯＳＦＥＴである。別の実施形態において、第１のスイッチングデバイス２７０８および第２のスイッチングデバイス２７１２一部または全体は、n型ＬＤＭＯＳデバイスまたは他の種類のトランジスタである。各スイッチング回路２７０２は、（ドライバ回路８１２に類似する）ドライバ回路２７１４をさらに含む。ドライバ回路２７１４は、第１のスイッチングデバイス２７０８および第２のスイッチングデバイス２７１２を駆動する。連続スイッチング回路２７０２は、１つのスイッチング回路２７０２の正の入力ノード２７１６と、次のスイッチング回路２７０２の中間スイッチングノード２７１０との間の接続により、電気的に接続される。接続は、例えば、チップ金属中において全体的に行ってもよいし、またはチップの比較的導電性の再分配層内において行ってもよく、これにより外部相互接続が低減する。例えば、いくつかの実施形態において、１つ以上の接続は、半導体基板上に形成されたアンダーバンプ金属被覆（ＵＢＭ）スタックとして少なくとも部分的に実行される。ＵＢＭスタックおよび関連方法のいくつかの例について、米国特許第７，９８９，９５３号（Ｊｅｒｇｏｖｉｃらに付与）に開示がある。本明細書中、同文献を参考のため援用する。別の例として、接続は、半田ボールおよび高導電率導体の下側インターポーザー（例えば、基板またはリードフレーム）を通じて行われ、これにより全体的抵抗が低下する。第１の出力端子２７１８および第２の出力端子２７２０はそれぞれ、下スイッチング回路２７０２の中間スイッチングノード２７１０と、上スイッチング回路２７０２の正の入力ノード２７１６との間に電気的に接続される。
【０１８６】
（制御信号生成器８０８に類似する）制御信号生成器２７２２はまた、集積回路チップ２７００内において任意選択的に一体化される。制御信号生成器２７２２を下スイッチング回路２７０２（３）の一部として図示しているが、制御信号生成器２７２２を異なるスイッチング回路２７０２の一部としてもよいし、複数のスイッチング回路２７０２上に分散させてもよいし、各スイッチング回路２７０２と別個にしてもよい。制御信号生成器２７２２は、各第１のスイッチングデバイス２７０８のデューティサイクルを変更することにより、各スイッチング回路２７０２のスイッチングノード電圧Ｖｙ２７の平均値を最大化させる。
【０１８７】
図２８は、単一の集積回路チップ内に一体化された、複数のスイッチング回路の別の例を示す。詳細には、図２８に示す集積回路チップ２８００は、２つのスイッチング回路２８０２を含む。２つのスイッチング回路２８０２はそれぞれ、図１９のスイッチング回路１９０４の実施形態である。スイッチング回路２８０２を図２８中の破線によって示す。別の実施形態において、集積回路チップ２８００は、３つ以上のスイッチング回路２８０２を含む。
【０１８８】
各スイッチング回路２８０２は、第１の入力端子２８０４および第２の入力端子２８０６を含む。第１の端子２８０４は、各電源の負の端子への電気的接続のためのものであり、第２の入力端子２８０６は、各電源の正の端子へのインダクタを通じた電気的接続のためのものである。集積回路チップ２８００は、第１の出力端子２８０８および第２の出力端子２８１０をさらに含む。第１の出力端子２８０８および第２の出力端子２８１０は、負荷への電気的接続のためのものである。各スイッチング回路２８０２は、第１の入力端子２８０４および第２の入力端子２８０６との間に電気的に接続された（図１９の第１のスイッチングデバイス１９３２に類似する）第１のスイッチングデバイス２８１２と、第２の入力端子２８０６と第２の出力端子２８１０との間に電気的に接続された（図１９の第２のスイッチングデバイス１９３４に類似する）第２のスイッチングデバイス２８１４をさらに含む。図２８の実施形態において、第１のスイッチングデバイス２８１２はn型ＭＯＳＦＥＴであり、第２のスイッチングデバイス２８１４はp型ＭＯＳＦＥＴである。別の実施形態において、第１のスイッチングデバイス２８１２および第２のスイッチングデバイス２８１４はそれぞれ、n型ＬＤＭＯＳトランジスタまたは他の種類のトランジスタである。各スイッチング回路２８０２のドライバ回路２８１６は、スイッチング回路の第１のスイッチングデバイス２８１２および第２のスイッチングデバイス２８１４を制御する。
【０１８９】
制御信号生成器２８１８はまた、集積回路チップ２８００内に任意選択的に一体化される。制御信号生成器２８１８を下スイッチング回路２８０２（２）の一部として図示しているが、制御信号生成器２８１８は、異なるスイッチング回路２８０２の一部としてもよいし、複数のスイッチング回路２８０２上に広がっていてもよいし、各スイッチング回路２８０２と別個にしてもよい。制御信号生成器２８１８は、各第１のスイッチングデバイス２８１２のデューティサイクルを変更することにより、各スイッチング回路２８０２の出力電流Ｉｏ２８のＤＣ成分を最大化させる。
【０１９０】
図２９は、共通集積回路として一体化された複数のスイッチング回路のさらに別の例を示す。詳細には、図２９に示す集積回路チップ２９００は、破線によって示される２つのスイッチング回路２９０２を含む。集積回路チップ２９００を改変することにより、さらなるスイッチング回路２９０２を含ませることができる。集積回路チップ２９００は、スイッチ２９０４および２９０６をさらに含む。スイッチ２９０４および２９０６は、スイッチング回路２９０２を直列または並列に電気的に接続するためのものである。例えば、スイッチ２９０４が（図２９に示す）Ａ位置にありかつスイッチ２９０６が開である場合、スイッチング回路２９０２の出力が電気的に直列接続される。逆に、スイッチ２９０４がＢ位置にありかつスイッチ２９０６が閉である場合、スイッチング回路２９０２の出力は、電気的に並列接続される。スイッチング回路２９０２の相互接続は、例えばスイッチング回路の出力電圧組み合わせを必要に応じて最適化するために、直列と並列との間で変化させることができる。集積回路チップ２９００を直列と並列との間で変化させることが可能であるため、相互接続により、チップ２９００の特定の実施形態を並列用途および直列用途において相互交換可能に用いる利用することも可能になる。
【０１９１】
各スイッチング回路２９０２は、各電源（例えば、光起電装置）への接続のための各第１の入力端子２９０８および第２の入力端子２９１０を含む。（第１のスイッチングデバイス５３２に類似する）第１のスイッチングデバイス２９１２は、第１の入力端子２９０８と中間スイッチングノード２９１４との間に電気的に接続され、（第２のスイッチングデバイス５３４に類似する）第２のスイッチングデバイス２９１６は、中間スイッチングノード２９１４と第２の入力端子２９１０との間に電気的に接続される。図２９の実施形態において、第１のスイッチングデバイス２９１２はn型ＭＯＳＦＥＴであり、各第２のスイッチングデバイス２９１６はp型ＭＯＳＦＥＴである。別の実施形態において、第１のスイッチングデバイス２９１２および第２のスイッチングデバイス２９１６はそれぞれ、n型ＬＤＭＯＳトランジスタまたは他の種類のトランジスタである。各スイッチング回路２９０２は、ドライバ回路２９１８をさらに含む。ドライバ回路２９１８は、第１のスイッチングデバイス２９１２および第２のスイッチングデバイス２９１６を駆動する。第１の出力端子２９２０および第２の出力端子２９２２はそれぞれ、下スイッチング回路２９０２の中間スイッチングノード２９１４と、上スイッチング回路２９０２の正の入力ノード２９２４との間に電気的に接続される。
【０１９２】
（制御信号生成器８０８に類似する）制御信号生成器２９２６はまた、集積回路チップ２９００内に任意選択的に一体化される。制御信号生成器２９２６をスイッチング回路２９０２と別個のものとして図示しているが、制御信号生成器２９２６を１つ以上のスイッチング回路２９０２の一部としてもよい。制御信号生成器２９２６は、各第１のスイッチングデバイス２９１２のデューティサイクルを変更することにより、各スイッチング回路２９０２の出力電力を最大化させる。
【０１９３】
上述したように、本明細書中開示されるスイッチング回路において、スイッチングデバイスのデューティサイクルを変更することにより、スイッチング回路出力電力を最大化させる。よって、デューティサイクルの予測範囲はいくつかの用途において既知であるが、回路動作時においてデューティサイクルは変動するため、所与のスイッチング回路は一般的には、特定の値のデューティサイクルに合わせて最適化することができない。そのため、本明細書中開示されるスイッチング回路の特定の実施形態は、１つ以上のスイッチングデバイスを含む。１つ以上のスイッチングデバイスは、動的にサイズ決めされる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。このような動的にサイズ決めされるＦＥＴはそれぞれ、複数の個々に制御可能な要素であり、電気的に並列接続された構成ＦＥＴの形態をとり、このような活性の構成ＦＥＴの数は、ＦＥＴを動的にサイズ決めするように変更することが可能である。ＦＥＴの特性は、そのサイズ（すなわち、活性である構成ＦＥＴの数）を変更することにより、変更することが可能である。例えば、ＦＥＴサイズを増加させることにより（すなわち、活性である構成ＦＥＴの数を増加することにより）、ＦＥＴチャネル抵抗全体を低減することが可能である。しかし、活性である構成ＦＥＴが多くなるほど、ゲートキャパシタンスおよび関連付けられたスイッチング損失も増大する（各構成ＦＥＴは、共通ドライバによって駆動されると仮定する）。各デューティサイクルについて、抵抗関連損失およびゲートキャパシタンス関連損失の合計を最小化させる最適ＦＥＴサイズが存在することが多い。
【０１９４】
動的にサイズ決めされるＦＥＴを含む実施形態において、例えばＦＥＴデューティサイクルの関数としてＦＥＴサイズを調節する。例えば、デューティサイクルが大きい場合、ＦＥＴサイズを大きくすることによりチャネル抵抗を低減する。なぜならば、チャネル抵抗は一般的には、デューティサイクルが大きい場合の有意な損失源となるからである。逆に、デューティサイクルが小さい場合、このような実施形態において、ＦＥＴサイズを低減することにより、ＦＥＴゲートキャパシタンスおよび関連付けられたスイッチング損失を低減することができる。なぜならば、スイッチング損失は、低デューティサイクルにおける損失よりもより有意になることが多いからである。いくつかの実施形態において、他のスイッチング回路動作特性（例えば、動的にサイズ決めされるＦＥＴまたはスイッチング回路出力電力によって取り扱われる電流の大きさ）に少なくとも部分的に基づいて、ＦＥＴサイズを調節することが理解される。
【０１９５】
図３０に示す１つの動的にサイズ決めされるＦＥＴ３０００は、動的にサイズ決めされるＦＥＴの１つの例であり、本明細書中開示されるスイッチング回路において利用することができる。例えば、動的にサイズ決めされるＦＥＴ３０００を、スイッチング回路４０４および１８０４それぞれ（図４および図１８）の第１のスイッチングデバイス４１８または１８１４として用いることができる。動的にサイズ決めされるＦＥＴ３０００は、Ｎ個の個々に制御可能な要素または構成ＦＥＴ３００２を含む。個々に制御可能な要素または構成ＦＥＴ３００２は、端子３００４と端子３００６との間に並列接続される。Ｎは、１よりも大きい整数である。構成ＦＥＴ３００２は、図３０の実施形態においてn型ＭＯＳＦＥＴである。なぜならば、このようなＭＯＳＦＥＴのチャネル抵抗は比較的低いからである。しかし、構成ＦＥＴ３００２は、他の形態（例えば、p型ＭＯＳＦＥＴ）も取り得る。
【０１９６】
各構成ＦＥＴ３００２のゲートは、各ドライバ３００８によって駆動される。各ドライバ３００８は、入力としてのＰＷＭ信号３０１０と、動的ＦＥＴサイズ決め復号器３０１４からの活性化信号３０１２とを受信する。動的ＦＥＴサイズ決め復号器３０１４は、複数のＦＥＴを決定して、ＰＷＭ信号３０１０からの動的にサイズ決めされるＦＥＴ３０００のデューティサイクルに基づいて起動する。一実施形態において、ＦＥＴサイズ決め復号器３０１４によって活性化された複数の構成ＦＥＴ３００２は、デューティサイクルに線形比例する。別の実施形態において、動的ＦＥＴサイズ決め復号器３０１４は、区分的線形伝達関数に従って、構成ＦＥＴ３００２を活性化させる。例えば、デューティサイクルが第１の値範囲内である場合、第１の数の構成ＦＥＴ３００２を活性化させる。デューティサイクルが第２の値範囲内である場合、第２の数の構成ＦＥＴ３００２を活性化させる。
【０１９７】
既述したように、本明細書中開示されるスイッチング回路の１つの用途は、光起電装置のためのＭＰＰＴを提供することだえる。このようなスイッチング回路の特定の実施形態は、１つ以上の光起電装置を備えた共通パッケージ内に収容され得る。本文書の文脈中において、「共通パッケージ中に収容される」とは、１つ以上のスイッチング回路および１つ以上の光起電装置が共通アセンブリ（例えば、光起電モジュールまたは光起電パネル）の一部となっていることを意味する。このように光起電装置およびＭＰＰＴ回路を１つにまとめて収容することにより、以下のような恩恵が得られる：（１）光起電システムの部品数が低減するため、より簡潔なシステム取付およびより低いシステム据え付けコストが可能になる、（２）ＭＰＰＴ回路が各光起電装置に密接して設けられるため、システムサイズの低減および／または（３）システム性能が向上する。
【０１９８】
例えば、図３１に示す１つの光起電システム３１００は、太陽電池セル３１０２と、共通基板３１０６上に取り付けられた集積回路チップ３１０４とを含む。基板３１０６は、例えば、プリント基板、セラミック基板、またはポリイミド基板である。集積回路チップ３１０４は、太陽電池セル３１０２へ電気的に接続され、スイッチング回路（例えば、本明細書中開示されるスイッチング回路）のうち１つ以上を含み、これにより太陽電池セル３１０２のためのＭＰＰＴを提供する。集積回路チップ３１０４は、例えば、集積回路チップ２５００（図２５）の実施形態であり、図３１に示すようなフリップチップ集積回路であり得る。しかし、集積回路チップ３１０４は、他のパッケージ構成も持ち得る。例えば、特定の別の実施形態において、集積回路チップ３１０４は、システム３１００の１つ以上のコンポーネント（例えば、太陽電池セル３１０２）へとワイヤーボンディングされる。特定の実施形態において、集積回路チップ３１０４は、複数のスイッチング回路を含む。複数のスイッチング回路は、基板３１０６上の複数の個々の太陽電池セル３１０２のためのＭＰＰＴまたは（太陽電池セル３１０２が多接合デバイスである場合の）太陽電池セル３１０２の複数の接合部を提供する。このような実施形態において、集積回路チップ３１０４は、例えば集積回路チップ２７００、２８００、または２９００（図２７〜図２９）のうちの１つである。
【０１９９】
太陽電池セル３１０２の出力端子に電気的に並列接続された入力コンデンサ３１１２は、システム３１００内に任意選択的に設けられる。いくつかの実施形態は、出力インダクタおよび１つ以上の出力コンデンサも含み得る。このようなコンデンサが存在する場合、コンデンサは典型的には、基板３１０６上に配置される。光起電システム３１００の多くの実施形態は、相互接続インダクタンスまたはシステム３１００の外部の別個のインダクタをエネルギー貯蔵インダクタンスとして用いることが理解される。しかし、必要な場合、別個のエネルギー貯蔵インダクタを基板３１０６上に配置してもよい。いくつかの実施形態は、入射光３１１０を太陽電池セル３１０２上に集光するための光学素子３１０８をさらに含む。特定の実施形態において、システム３１００の一部または全体を不動態化材料（例えば、エポキシまたは他の埋め込み用材料）中に埋設することにより、システムを環境的要素（例えば、水分）から保護する。
【０２００】
図３２は、光起電システムの別の例を示す。光起電システムは、共通アセンブリ内の光起電装置およびスイッチング回路を含む。光起電システム３２００は、光起電装置３２０２と、集積回路チップ３２０４とを含む。集積回路チップ３２０４は、太陽電池セル３２０２の後面３２０６上に取り付けられる。後面３２０６は、前面３２０８の反対側に設けられる。前面３２０８は、入射光３２１０受容する。集積回路チップ３２０４は、光起電装置３２０２へと電気的に接続され、１つ以上のスイッチング回路（例えば、本明細書中開示されるスイッチング回路）を含み、これにより光起電装置３２０２のためのＭＰＰＴを提供する。集積回路チップ３２０４は、図３２に示すようなフリップチップ集積回路であり得る。しかし、集積回路チップ３２０４は、他のパッケージ構成も持ち得る。例えば、いくつかの別の実施形態において、集積回路チップ３２０４は、光起電装置３２０２および／または任意選択入力コンデンサ３２１２へとワイヤーボンディングされる。光起電装置３２０２は、例えば単一の結晶シリコン太陽電池セルまたは結晶シリコン太陽電池セルのグループである。いくつかの実施形態において、集積回路チップ３２０４は、光起電装置３２０２の各太陽電池セルのための個々のＭＰＰＴを提供するための複数のスイッチング回路を含む。図３１のアセンブリ３１００と同様に、入力コンデンサ３２１２、出力コンデンサ（図示せず）および／またはエネルギー貯蔵インダクタ（図示せず）は、後面３２０６上に任意選択的に取り付けられる。
【０２０１】
図３３に示す別の光起電システムは、共通アセンブリ内の光起電装置およびスイッチング回路を含む。詳細には、システム３３００は、光起電装置３３０２と、集積回路チップ３３０４と、任意選択入力コンデンサ３３０８とを含む。任意選択入力コンデンサ３３０８は、共通リードフレーム３３０６上に取り付けられる。集積回路チップ３３０４は、光起電装置３３０２へと電気的に接続され、光起電装置３３０２のためのＭＰＰＴを提供するためのスイッチング回路（例えば、本明細書中開示されるスイッチング回路）のうち１つ以上を含む。集積回路チップ３３０４は、図３３に示すようフリップチップ集積回路であり得る。しかし、集積回路チップ３３０４は、他のパッケージ構成を持ち得る。例えば、図６１に示す光起電システム６１００は、図３３のシステム３３００に類似しているが、集積回路６１０２を含む。集積回路６１０２は、ワイヤーボンディング６１０６を介してリードフレーム６１０４へと電気的に接続される。集積回路６１０２は、光起電装置３３０２のためのＭＰＰＴを提供するためのスイッチング回路（例えば、本明細書中開示されるもの）のうち１つ以上を含む。いくつかの実施形態において、ワイヤーボンディング６１０６のうち少なくともいくつかが、集積回路６１０２を光起電装置３３０２へと直接的に接続させる。特定の別の実施形態において、集積回路６１０２は、テープによる自動ボンディングプロセスにより、リード６１０４へ電気的に接続される。いくつかの他の実施形態において、リードフレーム６１０４の代わりに基板（例えば、セラミックまたはポリイミド基板）が用いられる。
【０２０２】
図６２に示す光起電システム６２００は、基板６２０２と、基板６２０２上に取り付けられた光起電装置６２０４と、基板６２０２へと電気的に接続されたドーターカード６２０６とを含む。いくつかの実施形態において、ドーターカード６２０６は、例えばはんだ接合および／またはスルーホールピンにより、図６２に示すように基板６２０２へと機械的に取り付けられる。あるいは、ドーターカード６２０６は、基板６２０２に隣接して配置され、ワイヤまたは他の導体により基板６２０２および／または光起電装置６２０４へと電気的に接続される。ドーターカード６２０６は、集積回路チップ６２０８を含む。集積回路チップ６２０８は、光起電装置６２０４のためのＭＰＰＴを提供するための１つ以上のスイッチング回路（例えば、本明細書中開示されるスイッチング回路）を含む。集積回路チップ６２０８がフリップチップパッケージを有する様子が図示されているが、チップ６２０８は、他のパッケージ種類も持ち得る。ドーターカード６２０６は、入力コンデンサ６２１０を任意選択的に含む。入力コンデンサ６２１０は、光起電装置６２０４の出力端子と電気的に並列接続される。ドーターカード６２０６が基板６２０２から分離された実施形態において、任意選択入力コンデンサ６２１０は典型的には、ドーターカード６２０６上において集積回路チップ６２０８と同じ側に設けられる。
【０２０３】
図３４に示す電力システム３４００は、Ｎ個の光起電パネル３４０２を含む。Ｎは、１以上の整数である。光起電パネル３４０２の出力は、負荷３４０４（例えば、インバータ）へと電気的に直列接続されて、閉回路を形成する（本明細書中以下出力回路３４０６と呼ぶ）。明示を明確にするために、１つの光起電パネル３４０２（１）のみの詳細を図３４中に図示している。
【０２０４】
各光起電パネル３４０２は、Ｍ個の光起電装置３４０８を含む。Ｍは、１よりも大きい整数であり、個々の光起電パネル３４０２間において異なり得る。いくつかの実施形態において、各光起電装置３４０８は、パネル３４０２の光起電サブモジュールである。各サブモジュールは、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続された複数の太陽電池セルを含む。各サブモジュールは、例えば、パネル３４０２内において直列接続された太陽電池セルからなる１つ以上の行または列を含む。いくつかの他の実施形態において、光起電装置３４０８は、異なる形態をとり得る（例えば、単一の太陽電池セルまたは多接合太陽電池セル）。各スイッチング回路３４１０は、各光起電装置３４０８へと電気的に接続されて、ＭＰＰＴを提供する。スイッチング回路３４１０は、例えば、スイッチング回路４０４（図４）の実施形態であり、その出力ポートは、電気的に直列接続される。しかし、システム３４００は、スイッチング回路４０４の実施形態の利用に限定されず、システム３４００を改変して他の種類のスイッチング回路（例えば、ＭＰＰＴ能力を備えるかまたは備えない従来のバック変換器）を利用することも可能である。
【０２０５】
スイッチング回路３４１０は、主に出力回路３４０６中のインダクタンス３４１２を自身のエネルギー貯蔵インダクタンスとして用いる。インダクタンス３４１２を模式的に単一のインダクタとして図示しているが、インダクタンス３４１２は、出力回路３４０６を形成するためにコンポーネントを接続している配線または他の導体からの複数の別個のインダクタおよび／または相互接続インダクタンスを含み得る。しかし、１つ以上のパネル３４０２は、パネル中のさらなるインダクタンス３４１６を任意選択的に含み得、これによりスイッチング回路３４１０の性能が向上する（例えば、インダクタンス３４１２が最適レベルを下回る場合）。さらに、例えばインダクタンス３４１６は、図３４中に示すようにパネル内の単一の別個のインダクタである。あるいは、さらなるインダクタンス３４１６は、パネル内の複数の別個のインダクタであり得る（例えば、連続スイッチング回路３４１０間の接続と直列のもの）。図５２に示す電力システム５２００は、電力システム３４００の実施形態である。スイッチング回路３４１０は、電力システム５２００では相互接続インダクタンス５２０２を少なくとも自身の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして利用する。
【０２０６】
スイッチング回路３４１０はまた、出力回路キャパシタンス３４１４を自身の一次出力キャパシタンスとして利用する。しかし、いくつかの実施形態において、１つ以上のパネル３４０２は、例えばリップル電圧低減のための出力キャパシタンス３４１８をさらに含む。
【０２０７】
光起電装置３４０８のうち一部または全体の代わりに他の電源（例えば、燃料電池セルまたは電池）を用いるように、システム３４００を改変することができる。このような実施形態において、電源およびスイッチング回路３４１０は、必ずしもパネルの一部でなくてよい。さらに、いくつかの別の実施形態において、スイッチング回路３４１０および光起電装置３４０８は、パネルと一体化されない。
【０２０８】
図３５は、図２７の集積回路チップ２７００の光起電用途における１つの用途を示す。詳細には、チップ２７００の入力ポート３５０２の第１の入力端子２７０４および第２の入力端子２７０６は、多接合太陽電池セル３５０８の第１の光起電端子３５０４および第２の光起電端子３５０６へとそれぞれ電気的に接続される。多接合太陽電池セル３５０８において、各接合部３５１０のための端子３５０４および３５０６はセルの外に設けられ、これにより、各接合部３５１０はセル内において電気的に絶縁される。よって、集積回路チップ２７００から、各接合部３５１０のための個々のＭＰＰＴが得られる。
【０２０９】
特定の別の実施形態において、多接合太陽電池セル３５０８の代わりに、分割スペクトル光起電装置を用いる。分割スペクトル光起電装置は、２つ以上の別個の光起電装置と、光起電装置のうち少なくともいくつかに対して適切な波長の光を方向付ける光学素子とを含む。各光起電装置は、１つ以上の積層光起電接合部を含む。１つ以上の積層光起電接合部はそれぞれ、特定の波長の光に合わせて最適化される。例えば、図７０に示す光起電システム７０００は、分割スペクトル光起電装置７００２を含む。分割スペクトル光起電装置７００２は、集積回路チップ２７００へと電気的に接続される。分割スペクトル光起電装置７００２は、別個の第１の光起電装置７００４、第２の光起電装置７００６および第３の光起電装置７００８を含む。第１の光起電装置７００４、第２の光起電装置７００６および第３の光起電装置７００８は、集積回路チップ２７００の各入力ポートへと電気的に接続される。第１の光起電装置７００４は、２つの積層光起電接合部７０１０および７０１２と、第２の光起電装置７００６および第３の光起電装置７００８とを含む。第２の光起電装置７００６および第３の光起電装置７００８はそれぞれ、単一の各光起電接合部７０１４および７０１６を含む。光起電接合部７０１０、７０１２、７０１４および７０１６はそれぞれ、異なる波長の光に合わせて最適化される。分割スペクトル光起電装置７００２内の光学素子（図示せず）により、多様な光起電接合部に対する適切な波長の光の方向付けが支援される。
【０２１０】
図５５に示す電力システム５５００は、多接合太陽電池セルから抽出された電力の最大化を支援するように構成される。システム５５００は、Ｎ個の多接合太陽電池セル５５０２を含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。各太陽電池セル５５０２は、電気的に直列接続された第１の接合部５５０４、第２の接合部５５０６および第３の接合部５５０８と、３つの端子５５１０、５５１２および５５１４とを含む。これら３つの端子５５１０、５５１２および５５１４は、接合部への電気的アクセスのためのものである。端子５５１０および５５１４は、３つの接合部全ての直列スタックへの電気的アクセスを提供し、端子５５１２は、第１の接合部５５０４と第２の接合部５５０６との間のノードへの電気的アクセスを提供する。
【０２１１】
第１の接合部５５０４は、いくつかの実施形態においてゲルマニウム製接合部であり、第２の接合部５５０６および第３の接合部５５０８よりも高い電流を生成することができる。そのため、３つの接合部全てがさらなる回路無しに単純に直列接続された場合、第１の接合部５５０４内を流れる電流は、第２の接合部５５０６および第３の接合部５５０８の能力によって制限され、下接合部はフル活用されない（すなわち、下接合部は、ＭＰＰで動作しない）。しかし、システム５５００の回路は、このような問題を部分的または全体的に軽減する。
【０２１２】
詳細には、各第１の接合部５５０４は、各第１のサブ回路または過剰エネルギー抽出器５５１６へと電気的に接続される。過剰エネルギー抽出器５５１６は、さらなる回路無しに接合部５５０４、５５０６および５５０８が単に直列動作した場合には得られないさらなるエネルギーを第１の接合部から抽出する。詳細には、各過剰エネルギー抽出器５５１６は、第１の接合部５５０４上の電圧Ｖ１をブーストしブースト電圧を３つの接合部全ての上の電圧Ｖｃｅｌｌと並列に適用することにより、自身の各第１の接合部をＭＰＰにおいて動作させる。各第２のサブ回路またはローカルＭＰＰＴ変換器５５１８は、各太陽電池セル５５０２の端子５５１０および５５１４上において電気的に接続される。各過剰エネルギー抽出器５５１６は、各第１の接合部５５０４から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化し、各ローカルＭＰＰＴ変換器５５１８は、各太陽電池セル５５０２の残りの接合部５５０６および５５０８から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させる。
【０２１３】
各１組の対応する太陽電池セル５５０２、過剰エネルギー抽出器５５１６、およびローカルＭＰＰＴ変換器５５１８を、素セル５５２０としてみなすことができる。いくつかの実施形態において、素セル５５２０の各コンポーネントは、（例えば、図３１〜図３３のうち１に示す様式と同様の様式で）共通基板上に取り付けられる。さらに、いくつかの実施形態において、過剰エネルギー抽出器５５１６および対応するローカルＭＰＰＴ変換器５５１８は、共通集積回路チップ上に一体化される。
【０２１４】
ローカルＭＰＰＴ変換器５５１８は、スイッチング回路４０４（図４）の実施形態であり、その出力ポートは負荷５５２２と直列接続されて閉回路を形成する（本明細書中以下図５５に示すような出力回路５５２４と呼ぶ）。いくつかの実施形態において、ローカルＭＰＰＴ変換器５５１８は、出力回路５５２４の相互接続インダクタンス５５２６を図５５に示すように自身の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用いる。代替的にまたは追加的に、ローカルＭＰＰＴ変換器５５１８は、１つ以上の別個のインダクタ（図示せず）をエネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。特定の別の実施形態において、ローカルＭＰＰＴ変換器は、スイッチング回路１８０４（図１８）の実施形態であり、出力ポートは並列接続される。
【０２１５】
図５６に示す素セル５６００は、図５５の素セル５５２０の実施形態である。素セル５６００は、太陽電池セル５５０２（図５５）に類似する３つの接合部太陽電池セル５６０２と、過剰エネルギー抽出器５６０４（エネルギー交換器とも呼ぶ）、ローカルＭＰＰＴ変換器５６０６とを含む。過剰エネルギー抽出器５６０４は、昇圧形変換器として動作し、入力ポートは第１の接合部５６０８上において電気的に接続され、３つの接合部５６０８、５６１０および５６１２全ての直列ストリング上の出力ポートに電気的に接続される。過剰エネルギー抽出器５６０４は、第１の接合部５６０８上の電圧Ｖ１をブーストして、第１の接合部５６０８、第２の接合部５６１０および第３の接合部５６１２の直列ストリング上の電圧Ｖｃｅｌｌと同じにする。詳細には、過剰エネルギー抽出器５６０４は、コントローラ５６１４と、第１のスイッチングデバイス５６１６と、インダクタンス５６１８と、第２のスイッチングデバイス５６２０と、入力コンデンサ５６２２と、出力コンデンサ５６２４とを含む。インダクタンス５６１８は典型的には１つ以上の低抵抗の別個のインダクタであるが、いくつかの実施形態において、インダクタンス５６１８は、少なくとも部分的に第１の接合部５６０８および過剰エネルギー抽出器５６０４を含む閉回路の相互接続インダクタンスである。第２のスイッチングデバイス５６２０は、フリーホイーリングデバイスとして機能し、いくつかの実施形態においてダイオードの代わりに用いられるかまたはダイオードに加えて用いられる。
【０２１６】
コントローラ５６１４は、第１のスイッチングデバイス５６１６のデューティサイクルを制御して、第１の接合部５６０８から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させる。いくつかの実施形態において、第１のスイッチングデバイス５６１６はトランジスタによって実行され、図５４を参照して説明した回路と同様の回路を用いてトランジスタ上の電圧低下測定することにより、電流５６２６を感知する。
【０２１７】
ローカルＭＰＰＴ変換器５６０６は、スイッチング回路５０４（図５）に類似する。詳細には、ローカルＭＰＰＴ変換器５６０６は、コントローラ５６２８と、第１のスイッチングデバイス５６３０と、第２のスイッチングデバイス５６３２とを含む。第２のスイッチングデバイス５６３２は、任意選択的にダイオードによって代替される。ローカルＭＰＰＴ変換器５６０６は、太陽電池セル５６０２の端子５６３４および５６３６上において電気的に並列接続された入力ポートを含む。ローカルＭＰＰＴ変換器５６０６は、出力端子５６３８および５６４０を含む出力ポートを介して負荷または他の素セルへと電気的に接続される。図５を参照して上述した様式と同様の様式で、コントローラ５６２８は、第１のスイッチングデバイス５６３０のデューティサイクルを制御して、出力端子５６３８および５６４０上のスイッチングノード電圧Ｖｙ５６の平均値を少なくとも実質的に最大化させることにより、太陽電池セル５６０２から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させる。素セル５５００のいくつかの実施形態において、コントローラ５６１４および５６２８それぞれの代わりに共通コントローラを用いる。共通コントローラは、過剰エネルギー抽出器５６０４およびローカルＭＰＰＴ変換器５６０６双方を制御する。いくつかの実施形態において、スイッチングデバイス５６１６をスイッチングデバイス５６３０に対して異相状態で切り換えることにより、リップルを低減する。
【０２１８】
図５５〜図５６を参照して上述した過剰エネルギー抽出器およびローカルＭＰＰＴ変換器アーキテクチャは、異なる数の接合部を備えた太陽電池セルと共に用いられるように適合させることができる。例えば、４つの接合部を含む太陽電池セルの場合、２つの過剰エネルギー抽出器を用いて、各下側の２つの接合部から抽出された電力を最大化することができ、ローカルＭＰＰＴ変換器を用いて、残りの２つの上側接合部から抽出された電力を最大化することができる。さらに、２つ以上の過剰エネルギー抽出器が連続接合部のストリングと共に用いられる場合、ストリング内の第１のエネルギー抽出器または最終エネルギー抽出器の利得を１とすることにより、各接合部から抽出された電力を最大化しつつ、第１のエネルギー抽出器または最終エネルギー抽出器を無くすことが可能になるように、エネルギー抽出器電圧利得を構成することが可能である。
【０２１９】
図５５および図５６の電力システムの変更例が可能である。例えば、図６３に示す素セル６３００は、素セル５６００（図５６）に類似している。しかし、素セル６３００において、下側光起電接合部から抽出されたさらなるエネルギーが（ＭＰＰＴ変換器入力へではなく）素セル出力へと転送される。素セル６３００は、３つの接合部太陽電池セル６３０２を含む。３つの接合部太陽電池セル６３０２は、太陽電池セル５５０２（図５５）に類似し、第１の直列接続光起電接合部６３０４、第２の直列接続光起電接合部６３０６および第３の直列接続光起電接合部６３０８を含む。素セル６３００は、バック型ＭＰＰＴ変換器６３１０をさらに含む。バック型ＭＰＰＴ変換器６３１０は、入力ポート６３１２および出力ポート６３１４を有する。いくつかの実施形態において、バック型ＭＰＰＴ変換器６３１０は、別個のエネルギー貯蔵インダクタを含むスイッチング回路５０４（図５）またはスイッチング回路６０４（図６）の実施形態である。入力ポート６３１２は、３つの光起電接合部６３０４、６３０６および６３０８全ての直列組み合わせ上において電気的に接続され、出力ポート６３１４は、素セル６３００上において出力端子６３１６および６３１８へと電気的に接続される。出力端子６３１６および６３１８は、例えば、他の個々の素セル６３００および負荷へ電気的に直列接続される。
【０２２０】
素セル６３００は、昇圧形ＭＰＰＴ変換器６３２０をさらに含む。昇圧形ＭＰＰＴ変換器６３２０は、入力ポート６３２２および出力ポート６３２４を含む。入力ポート６３２２は、第１の光起電接合部６３０４上において電気的に接続され、出力ポート６３２４は、バック型ＭＰＰＴ変換器６３１０と並列に出力ポート６３１４と電気的に接続される。ＭＰＰＴ変換器６３１０および６３２０はそれぞれ、各入力ポート上において電気的に接続された光起電接合部から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能であり、これにより、（１）２つの上側光起電接合部６３０６および６３０８の直列組み合わせならびに（２）下側光起電接合部６３０４それぞれのための有効ＭＰＰＴを提供する。いくつかの実施形態において、バック型ＭＰＰＴ変換器６３１０および昇圧形ＭＰＰＴ変換器６３２０はそれぞれ、相互に異相状態で切り替わり、これによりリップルを最小化する。変換器６３１０および６３２０は、１つ以上の共通コンポーネント（例えば、共通コントローラ）を任意選択的に共有し、一体化して単一の集積回路チップとすることができる。
【０２２１】
昇圧形ＭＰＰＴ変換器６３２０は典型的には、昇圧形変換器５６０４（図５６）よりもより低い電圧変換比で動作するため、昇圧形ＭＰＰＴ変換器６３２０は、昇圧形変換器５６０４よりもより高い効率およびより低いコンポーネント電圧ストレスを有すると予測される（ただし、その他が等しいと仮定した場合）。しかし、素セル６３００のアーキテクチャを得るためには、バック型ＭＰＰＴ変換器６３１０にローカルエネルギー貯蔵インダクタ（図示せず）を設ける必要がある。
【０２２２】
図６４に示す別の素セル６４００は、直列接続された第１の光起電接合部６４０４、第２の光起電接合部６４０６および第３の光起電接合部６４０８を含む多接合太陽電池セル６４０２のためのＭＰＰＴを提供する。素セル６４００は、バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６４１０を提供する。バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６４１０は、入力ポート６４１２および出力ポート６４１４を含む。入力ポート６４１２は、第１の光起電接合部６４０４上において電気的に接続され、出力ポート６４１４は、第２の光起電接合部６４０６および第３の光起電接合部６４０８の直列組み合わせ上において電気的に接続される。
【０２２３】
素セル６４００は、バック型ＭＰＰＴ変換器６４１６をさらに含む。バック型ＭＰＰＴ変換器６４１６は、入力ポート６４１８および出力ポート６４２０を含む。入力ポート６４１８は、第２の光起電接合部６４０６および第３の光起電接合部６４０８上において電気的に接続され、出力ポート６４２０は、素セル出力端子６４２２および６４２４上において電気的に接続される。いくつかの実施形態において、出力端子６４２２および６４２４は、他の個々の素セル６４００および負荷と電気的に直列接続される。バック型ＭＰＰＴ変換器６４１６は、例えば、スイッチング回路５０４（図５）またはスイッチング回路６０４（図６）の実施形態である。バック型ＭＰＰＴ変換器６４１６を模式的に別個のデバイスとして図示しているが、変換器６４１６の特定の実施形態において、出力ポート６４２０を自身の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして含む出力回路の相互接続インダクタンスが用いられる。
【０２２４】
バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６４１０およびバック型ＭＰＰＴ変換器６４１６はそれぞれ、各入力ポート上において電気的に接続された光起電接合部から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能であり、これにより、（１）２つの上側光起電接合部６４０６および６４０８の直列組み合わせと、（２）下側光起電接合部６４０４とのための有効ＭＰＰＴが得られる。変換器６４１０および６４１６は、任意選択的に相互に異相状態で切り換えられ、これによりリップルを低減する。変換器６４１０および６４１６は、任意選択的に１つ以上の共通コンポーネント（例えば、共通コントローラ）を共有する。変換器６４１０および６４１６は、いくつかの実施形態において共通集積回路チップの一部である。
【０２２５】
素セル５６００および６３００（図５６および図６３）と比較したときの素セル６４００の可能な利点として、バック型ＭＰＰＴ変換器６４１６への入力電圧が、図５６および図６３の類似の変換器への入力電圧よりも低いことが多い点がある。このような比較的低い入力電圧により、効率的な変換器６４１６の動作が促進され、また、定格電圧が比較的低いコンポーネントの利用が可能になる。フリップ側においては、バック型ＭＰＰＴ変換器６４１６内への入力電流は典型的には、変換器６４１６の入力電圧が比較的低いため、図５６および図６３の類似の変換器への入力電流よりも高いことが多い。
【０２２６】
図６５に示す素セル６５００は、多接合太陽電池セル６５０６のためのＭＰＰＴを提供する２つのバック型ＭＰＰＴ変換器６５０２および６５０４を含む。太陽電池セル６５０６は、電気的に直列接続された３つの光起電接合部６５０８、６５１０および６５１２を含む。バック型ＭＰＰＴ変換器６５０２の入力ポート６５１４は、第１の光起電接合部６５０８上において電気的に接続され、バック型ＭＰＰＴ変換器６５０４の入力ポート６５１６は、第２の光起電接合部６５１０および第３の光起電接合部６５１２双方の上において電気的に接続される。バック型ＭＰＰＴ変換器６５０２および６５０４の出力ポート６５１８および６５２０は、素セル６５００の出力端子６５２２および６５２４と電気的に直列接続される。出力端子６５２２および６５２４は、例えば、さらなる個々の素セル６５００および負荷と電気的に直列接続される。
【０２２７】
ＭＰＰＴ変換器６５０２および６５０４はそれぞれ、各入力ポート上において電気的に接続された光起電接合部から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能であり、これにより、（１）２つの上側光起電接合部６５１０および６５１２の直列組み合わせならびに（２）下側光起電接合部６５０８それぞれのための有効ＭＰＰＴが得られる。バック型ＭＰＰＴ変換器６５０２および６５０４それぞれを模式的に別個の変換器として図示しているが、いくつかの実施形態において、変換器６５０２および６５０４はそれぞれ、出力ポート６５１８および６５２０をエネルギー貯蔵インダクタンスとして含む閉回路の相互接続インダクタンスを用いる。変換器６５０２および６５０４はそれぞれ、例えば、相互接続インダクタンスをエネルギー貯蔵インダクタンスとして用いるスイッチング回路５０４（図５）またはスイッチング回路６０４（図６）の実施形態である。変換器６５０２および６５０４は、任意選択的に相互に異相状態で切り換えられ、これによりリップルを低減する。変換器６５０２および６５０４は、１つ以上の共通コンポーネント（例えば、共通コントローラ）を共有し得る。いくつかの実施形態において、変換器６５０２および６５０４は、共通集積回路チップの一部である。
【０２２８】
典型的な実施形態において、第１の光起電接合部６５０８内を通過する電流の大きさは典型的には、２つの上側光起電接合部６５１０および６５１２内を通過する電流の大きさよりも有意に大きい。しかし、出力ポート６５１８および６５２０は電気的に直列接続されているため、バック型ＭＰＰＴ変換器６５０２および６５０４はそれぞれ、同じ出力電流大きさを持つ必要がある。出力電流大きさは典型的には、第１の接合部６５０８内を流れる電流の関数である。なぜならば、接合部６５０８において生成される電流の大きさは比較的大きいからである。その結果、変換器６５０４の出力ポート６５２０を流れる電流は典型的には最適値よりも高くなることが多く、これにより変換器６５０４は５０パーセントを下回るデューティサイクルで動作し、変換器の効率が低下する。
【０２２９】
素セル６５００の別の実施形態は、単一のバック型ＭＰＰＴ変換器のみを含む。例えば、図６６に示す素セル６６００は、素セル６５００（図６５）と類似するが、バック型ＭＰＰＴ変換器６５０２は省略されている。残りのバック型ＭＰＰＴ変換器６５０４は、第１の光起電接合部６５０８内を流れる電流と整合する。上述したように、バック型ＭＰＰＴ変換器６５０４を模式的に別個のデバイスとして図示しているが、変換器６５０４は、いくつかの実施形態において、相互接続インダクタンスを一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用いる。素セル６６００の場合、素セル６５００よりも低コストかつより簡単である点において有利である。しかし、素セル６６００は、素セル６５００と同程度の機能を達成しない場合がある。なぜならば、第１の光起電接合部６５０８は、素セル内を通過する電流の大きさを制限し得るからである。
【０２３０】
図６７に示す素セル６７００は、素セル６５００（図６５）に類似するが、下側バック型ＭＰＰＴ変換器の代わりに昇圧形ＭＰＰＴ変換器が用いられている。詳細には、素セル６７００は、多接合太陽電池セル６７０２を含む。多接合太陽電池セル６７０２は、電気的に直列接続された第１の光起電接合部６７０４、第２の光起電接合部６７０６および第３の光起電接合部６７０８を含む。素セル６７００は、昇圧形ＭＰＰＴ変換器６７１０を含む。昇圧形ＭＰＰＴ変換器６７１０の入力ポート６７１２は、第１の光起電接合部６７０４上において電気的に接続され、バック型ＭＰＰＴ変換器６７１４の入力ポート６７１６は、第２の光起電接合部６７０６および第３の光起電接合部６７０８上において電気的に接続される。昇圧形変換器６７１０の出力ポート６７１８およびバック型変換器６７１４の出力ポート６７２０は、素セル出力端子６７２２および６７２４と電気的に直列接続される。素セル６７００のトポロジーを得るためには、バック型ＭＰＰＴ変換器６７１４に別個のエネルギー貯蔵インダクタ（図示せず）を設ける必要がある。バック型ＭＰＰＴ変換器６７１４は、例えば、別個のエネルギー貯蔵インダクタを含むスイッチング回路６０４（図６）の実施形態である。いくつかの実施形態において、出力端子６７２２および６７２４は、さらなる個々の素セル６７００および負荷と電気的に直列接続される。ＭＰＰＴ変換器６７１４および６７１０はそれぞれ、各入力ポート上において電気的に接続された光起電接合部から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化するように動作可能であり、これにより、（１）２つの上側光起電接合部６７０６および６７０８の直列組み合わせならびに（２）下側光起電接合部６７０４それぞれのための有効ＭＰＰＴが得られる。変換器６７１０および６７１４は、任意選択的に相互に異相状態で切り換えられ、これによりリップルを低減し、変換器６７１０および６７１４は任意選択的に１つ以上のコンポーネント（例えば、共通コントローラ）を共有する。変換器６７１０および６７１４は、いくつかの実施形態において、共通集積回路チップの一部である。
【０２３１】
図６８に示す素セル６８００は、２つの積層ＭＰＰＴＤＣ／ＤＣ変換器を含む。素セル６８００は、多接合太陽電池セル６８０２を含む。多接合太陽電池セル６８０２は、第１の光起電接合部６８０４、第２の光起電接合部６８０６および第３の電気的に接続された光起電接合部６８０８を含む。バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６８１０は、入力ポート６８１２を有する。入力ポート６８１２は、第１の光起電接合部６８０４上において電気的に接続される。バックブースト型ＭＰＰＴ変換器の出力ポート６８１４は、ノード６８１６と、バック型ＭＰＰＴ変換器６８２０の入力ポート６８１８との間において電気的に接続される。ノード６８１６において、第１の接合部６８０４および第２の接合部６８０６は電気的に接続される。入力ポート６８１８の他端は、光起電接合部６８０４、６８０６および６８０８の直列スタックの上側ノード６８２２へと電気的に接続される。そのため、入力ポート６８１８は、第２の光起電接合部６８０６および第３の光起電接合部６８０８の直列組み合わせならびにバックブーストされた第１の光起電接合部６８０４上において電気的に接続される。バック型ＭＰＰＴ変換器６８２０は、出力ポート６８２４を含む。出力ポート６８２４は、素セル出力端子６８２６および６８２８上において電気的に接続される。出力端子６８２８も、上側ノード６８２２へと電気的に接続される。いくつかの実施形態において、出力端子６８２６および６８２８は、さらなる個々の素セル６８００および負荷と電気的に直列接続される。バック型ＭＰＰＴ変換器６８２０を模式的に別個の変換器として図示しているが、いくつかの実施形態において、変換器は、出力ポート６８２４を一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして含む閉回路の相互接続インダクタンスを用いる。いくつかの実施形態において、バック型ＭＰＰＴ変換器６８２０は、相互接続インダクタンスをエネルギー貯蔵インダクタンスとして用いるスイッチング回路５０４（図５）の実施形態である。
【０２３２】
バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６８１０は、第１の光起電接合部６８０４から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化し、バック型ＭＰＰＴ変換器６８２０は、２つの上側光起電接合部６８０６および６８０８ならびにバックブーストされた第１の光起電接合部６８０４から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化する。そのため、変換器６８１０および６８２０は協働して、（１）２つの上側光起電接合部６８０６および６８０８の直列組み合わせならびに（２）下側光起電接合部６８０４それぞれに対し、ＭＰＰＴを有効に提供する。素セル５６００、６３００、６４００およびおよび６５００（図５６および図６３〜図６５）と比較したときの素セル６８００の可能な利点として、出力端子６８２６および６８２８上の電圧が典型的にはその他の素セルの出力電圧よりも高いため、システム電流全体が低減可能である点がある。変換器６８１０および６８２０は任意選択的に相互に異相状態で切り換えられ、変換器６８１０および６８２０は、任意選択的に１つ以上のコンポーネント（例えば、共通コントローラ）を共有する。いくつかの実施形態において、変換器６８１０および６８２０は、共通集積回路チップの一部である。
【０２３３】
図６９に示す素セル６９００は、２つのバックブースト型変換器６９０２および６９０４を含む。２つのバックブースト型変換器６９０２および６９０４の出力ポート６９０６および６９０８は、素セル出力端子６９１０および６９１２と電気的に直列接続される。バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６９０２の入力ポート６９１４は、第１の光起電接合部６９１６上において電気的に接続され、バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６９０４の入力ポート６９１８は、第２の光起電接合部６９２０および第３の光起電接合部６９２２双方上において電気的に接続される。第１の光起電接合部６９１６、第２の光起電接合部６９２０および第３の光起電接合部６９２２は、電気的に直列接続され、共通多接合太陽電池セル６９２４の一部である。
【０２３４】
バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６９０２は、第１の光起電接合部６９１６から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化するように動作可能であり、バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６９０４は、第２の光起電接合部６９２０および第３の光起電接合部６９２２の直列組み合わせから抽出された電力を少なくとも実質的に最大化するように動作可能である。特定の実施形態において、バックブースト型ＭＰＰＴ変換器６９０２および６９０４は、素セル出力端子６９１０および６９１２上の一定電圧を協働して維持しつつ、ＭＰＰＴを行うように動作することが可能である。そのため、素セル６９００の直列接続ストリング上の電圧をさらなる回路無しに制御することが可能になる。このような制御は、複数のこのような直列ストリングを電気的に並列接続すべきである場合において特に有利である。
【０２３５】
必要ではないが、多くの実施形態において、バックブースト型変換器６９０２および６９０４はそれぞれ相互に異相状態で切り換えられ、これによりリップルが最小化されかつ／またはバックブースト型変換器６９０２および６９０４は少なくともいくつかの共通コンポーネントを共有することが理解される。さらに、いくつかの実施形態において、変換器６９０２および６９０４は、共通集積回路チップの一部である。
【０２３６】
図６３〜図６９を参照して上述したシステムは、異なる数の接合部を有する太陽電池セルと共に利用可能なように適合させることができる。例えば、素セル６９００（図６９）を改変して４つの接合部太陽電池セルを取り入れることができ、ここで、入力ポート６９１４および６９１６はそれぞれ、各一対の直列接続された光起電接合部上において電気的に接続される。
【０２３７】
図５５、図５６および図６３〜図６９を参照して上述したシステムは、分割スペクトル光起電装置と共に利用可能なように適合させることができる。分割スペクトル光起電装置は、２つ以上の別個の光起電装置と、適切な波長の光を別個の光起電装置へと方向付けるための光学素子とを含む。例えば、電力システム５５００（図５５）の別の実施形態において、多接合太陽電池セル５５０２の代わりに、別個の第１の光起電装置および第２の光起電装置、ならびに、適切な波長の光を第１の光起電装置および第２の光起電装置へと方向付ける光学素子を用いる。この別の実施形態において、第１の別個の光起電装置は、多接合太陽電池セル５５０２の第２の接合部５５０６および第３の接合部５５０８に類似する２つの接合部を含み、第２の別個の光起電装置は、セル５５０２の第１の接合部５５０４に類似する単一の接合部を含む。
【０２３８】
既述したように、本明細書中記載されるスイッチング回路のいくつかの実施形態は、回路へと電気的に接続された各電源（例えば、光起電装置）から電力供給を受けるように構成される。例えば、図３６に示す電力システム３６００は、Ｎ個の電源３６０２を含む。Ｎは、１よりも大きい整数である。電源３６０２は、例えば光起電装置（例えば、光起電アレイ、個々の太陽電池セル、または多接合太陽電池セルの個々の接合部）である。各電源３６０２は、各スイッチング回路３６０４へと電気的に接続される。各スイッチング回路３６０４は、電源３６０２から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成される。各スイッチング回路３６０４は、通常の動作状態において各電源３６０２から電力供給を受ける。例示を明確にするため、１つのスイッチング回路３６０４（１）のみの詳細を図示している。
【０２３９】
スイッチング回路３６０４は、スイッチング回路５０４（図５）に類似する。詳細には、各スイッチング回路３６０４は、入力ポート３６０６と、出力ポート３６０８と、第１のスイッチングデバイス３６１０と、第２のスイッチングデバイス３６１２と、コントローラ３６１４とを含む。各入力ポート３６０６は各電源３６０２へと電気的に接続され、各出力ポート３６０８は、負荷３６１６へと電気的に直列接続されて閉回路を形成する（本明細書中以下出力回路３６１８と呼ぶ）。各スイッチング回路３６０４において、コントローラ３６１４は、第１のスイッチングデバイス３６１０のデューティサイクルを制御して、出力電圧Ｖｏ３６の平均値を少なくとも実質的に最大化させる。第２のスイッチングデバイス３６１２は、第１のスイッチングデバイス３６１０がオフにされたとき、出力電流Ｉｏ３６のための経路を提供する。
【０２４０】
各スイッチング回路において、ダイオード３６２０は、第２のスイッチングデバイス３６１２と電気的に並列接続される。ダイオード３６２０の陽極は、中間スイッチングノード３６２２へと電気的に接続され、ダイオード３６２０の陰極は、正の入力ノード３６２４へと電気的に接続される。第１のスイッチングデバイス３６１０または第２のスイッチングデバイス３６１２のいずれもオンになっていない場合（例えば、電源３６０２からの電力がほとんど無い場合またはまったくない場合）、ダイオード３６２０により、出力回路電流Ｉｏ３６のためのバイパス経路が提供される。特定の実施形態において、ダイオード３６２０は、第２のスイッチングデバイス３６１２内に一体化される。例えば、第２のスイッチングデバイス３６１２がＭＯＳＦＥＴである実施形態において、ダイオード３６２０は、ＭＯＳＦＥＴのボディーダイオードであり得る。
【０２４１】
各スイッチング回路３６０４は、エネルギー貯蔵デバイス３６２６（例えば、電荷ポンプ回路）をさらに含む。エネルギー貯蔵デバイス３６２６は、出力回路３６１８からのエネルギーを保存する。各スイッチング回路３６０４において、エネルギー貯蔵デバイス３６２６は、電源３６０２からの電力がコントローラ３６１４を動作させるには不十分である場合、コントローラ３６１４へ少なくとも部分的に電力供給する。図３６の実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス３６２６は、出力回路３６１８からの電力を入力３６２８を介して受信する。入力３６２８は、出力ポート３６０８の出力端子３６３０および３６３２上において電気的に接続される。そのため、このような実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス３６２６により、ダイオード３６２０上の電圧低下を、コントローラ３６１４への電力供給を少なくとも部分的に行うことができかつ第２のスイッチングデバイス３６１２を動作させるだけの充分に高い電圧へと有効に上方変換する。しかし、別の実施形態において、入力３６２８は、他の様態で（例えば、負荷３６１６上において）出力回路３６１８へと電気的に接続される。
【０２４２】
特定の実施形態において、コントローラ３６１４が動作できるだけの電力が電源３６０２から得られない場合、コントローラ３６１４は、第２のスイッチングデバイス３６１２を導電状態で動作させるように構成される。そのため、このような条件下において、出力電流Ｉｏ３６は、ダイオード３６２０内ではく第２のスイッチングデバイス３６１２内を通過し、これにより高効率を促進する。なぜならば、第２のスイッチングデバイス３６１２上の順電圧低下は典型的には、ダイオード３６２０上の順電圧低下よりもずっと低いことが多いからである。電源３６０２からの電力供給がほとんど無い場合またはまったく無い場合、エネルギー貯蔵デバイス３６２６により、コントローラ３６１４が第２のスイッチングデバイス３６１２を動作させるために必要なエネルギーが得られる。ダイオード３６２０上の電圧が所定の期間にわたって所定の閾値を超え、電源３６０２のバイパス状態が示される場合において、コントローラ３６１４は、例えば第２のスイッチングデバイス３６１２を導電状態で動作させるように、構成される。
【０２４３】
いくつかの実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス３６２６は、出力回路３６１８のエネルギーからコンデンサ、インダクタまたはバッテリを定期的に充電し、コンデンサ、インダクタまたはバッテリ内に保存されたエネルギーからコントローラ３６１４へ電力を供給する。例えば、図３６の実施形態において、コンデンサ３６３４は、出力端子３６３０および３６３２から利用可能エネルギーから定期的に充電され、このような充電期間において、ダイオード３６２０が導電状態にあり、第２のスイッチングデバイス３６１２は非導電状態である。そのため、電源３６０２からの電力供給がほとんど無い場合またはまったく無い場合、ダイオード３６２０および第２のスイッチングデバイス３６１２は交互に電流を伝導させて、出力電流Ｉｏ３６のためバイパス経路を提供する。
【０２４４】
例えば、図３７は、スイッチング回路３６０４（１）の出力電圧Ｖｏ３６（１）と時間との関係を示すグラフ３７００である。時間Ｔ＿ＦＡＵＬＴの前、電源３６０２（１）は通常動作をしており、スイッチング回路３６０４（１）は、ピーク値Ｖ＿ＮＯＭＩＮＡＬを有する矩形波出力を生成する。Ｔ＿ＦＡＵＬＴいおいて、電源３６０２（１）は、（例えば、不具合に起因してまたは（光起電装置である場合は）陰影に起因して）電力提供を停止する。コントローラ３６１４（１）への電力供給が停止されると、ダイオード３６２０（１）は、システム３６００中の他の電源３６０２によって生成された負荷電流Ｉｏ３６を伝導させ、その結果出力電圧は−Ｖ＿ＤＩＯＤＥに等しくなる。期間Ｔ＿ＣＨＡＲＧＥ（１）において、エネルギー貯蔵デバイス３６２６（１）が充電される（すなわち、エネルギー貯蔵デバイス３６２６（１）は、ダイオード３６２０（１）が伝導している間、出力回路３６１８からのエネルギーを出力端子３６３０（１）および３６３２（１）を介して保存する、Ｔ＿ＣＨＡＲＧＥ（１）の終了時、エネルギー貯蔵デバイス３６２６（１）は、コントローラ３６１４（１）が第２のスイッチングデバイス３６１２（１）を期間Ｔ＿ＤＩＳＣＨＡＲＧＥの間導電状態で動作させることを可能にし、これにより、第２のスイッチングデバイスの小さな順電圧低下に起因して、出力電圧Ｖｏ３６（１）はゼロに近くなる。期間Ｔ＿ＤＩＳＣＨＡＲＧＥが期限切れになると、ダイオード３６２０（１）が再度伝導状態となる間、エネルギー貯蔵デバイス３６２６（１）は期間Ｔ＿ＣＨＡＲＧＥ（２）の間に再度充電される。電源３６０２（１）が電力提供を再開するかまたは出力電流Ｉｏ３６がゼロへと降下するまで、充電／放電サイクルＴ＿ＣＹＣＬＥが繰り返される。Ｔ＿ＤＩＳＣＨＡＲＧＥは典型的にはＴ＿ＣＨＡＲＧＥよりも有意に高いため、第２のスイッチングデバイス３６１２（１）は典型的にはサイクルＴ＿ＣＹＣＬＥのうち大部分において伝導し、これにより効率的迂回が促進される。詳細には、電源３６０２（１）からの電力供給が無い場合においてエネルギー貯蔵デバイス３６２６（１）を利用して第２のスイッチングデバイス３６１２（１）の動作を可能にすることにより、出力電流Ｉｏ３６の迂回時においておよそＴ＿ＣＨＡＲＧＥ／Ｔ＿ＣＹＣＬＥだけ損失が低下する。
【０２４５】
スイッチング回路３６０４は、ＭＰＰＴ機能と、電源３６０２の活性迂回とをどちらとも提供することが理解されるべきである。そのため、スイッチング回路３６０４を取り入れた電力システムは、効率的迂回を達成するためにさらなるバイパスデバイスを用いる必要が無い点において有利であり、これにより、全体的システムコスト、サイズおよび／または複雑性の低減が可能となる。また、スイッチング回路３６０４は、さらなるスイッチングデバイスを用いることなく活性迂回を達成すること（詳細には、第２のスイッチングデバイス３６１２が、低電圧低下バイパス経路としての機能および通常のＭＰＰＴ動作時における電力転送機能双方を提供すること）も理解されるべきである。
【０２４６】
（機能の組み合わせ）
上記した機能および特許請求の範囲中に記載の機能は、本発明の範囲から逸脱することなく、多様に組み合わせることが可能である。以下の例において、いくつかの可能な組み合わせを例示する。
【０２４７】
（Ａ１）電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含み得る：（１）前記電源への電気的接続のための入力ポート、（２）負荷への電気的接続のための出力ポート、（３）導電状態と非導電状態との間で切り替わって、前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイス、（４）前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わるのに少なくとも部分的に起因して、少なくとも２つ異なる電圧レベル間において遷移する中間スイッチングノード、および（５）前記中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を最大化するように前記第１のスイッチングデバイスを制御するコントローラ。
【０２４８】
（Ａ２）（Ａ１）に記載のようなスイッチング回路において、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を繰り返しサンプリングし、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の少なくとも２つの連続サンプルに少なくとも部分的に基づいて、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合され得る。
【０２４９】
（Ａ３）（Ａ１）または（Ａ２）に記載のようなスイッチング回路において、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の２つの連続サンプル間の差に応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合され得る。
【０２５０】
（Ａ４）（Ａ１）〜（Ａ３）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の前記２つの連続サンプル間の差の符号に応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合され得る。
【０２５１】
（Ａ５）（Ａ１）〜（Ａ４）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の前記２つの連続サンプル間の差の大きさに応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合され得る。
【０２５２】
（Ａ６）（Ａ１）〜（Ａ３）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の前記２つの連続サンプル間の差の符号および大きさ双方に応答して、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合され得る。
【０２５３】
（Ａ７）（Ａ１）〜（Ａ６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラはサンプリング回路を含み得、前記サンプリング回路は、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の少なくとも２つの連続サンプルを生成するように構成される。
【０２５４】
（Ａ８）（Ａ７）に記載のようなスイッチング回路において、前記サンプリング回路は第１のサンプリング回路および第２のサンプリング回路を含み得、前記第１のサンプリング回路は、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を前記第２のサンプリング回路と異なる時間においてサンプリングするように、適合され得る。
【０２５５】
（Ａ９）（Ａ１）〜（Ａ８）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、第１のローパスフィルタおよび第２のローパスフィルタを含み得、前記第１のローパスフィルタは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を第１のサンプリング回路について生成するように構成され得、前記第２のローパスフィルタは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を第２のサンプリング回路について生成するように構成され得る。
【０２５６】
（Ａ１０）（Ａ９）に記載のようなスイッチング回路において、前記第１のローパスフィルタおよび第２のローパスフィルタはそれぞれ、前記第１のスイッチングデバイスのスイッチング期間よりも大きな各時定数を持ち得る。
【０２５７】
（Ａ１１）（Ａ９）または（Ａ１０）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記第１のローパスフィルタおよび第２のローパスフィルタは、少なくとも１つのコンポーネントを共有し得る。
【０２５８】
（Ａ１２）（Ａ１）〜（Ａ１１）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記スイッチング回路コントローラの起動時刻は、緩く制御され得る。
【０２５９】
（Ａ１３）（Ａ１）〜（Ａ１２）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングレートにおいて繰り返しサンプリングするように適合され得、前記サンプリングレートは、前記出力ポートからの電流のパーセンテージ変化が前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の連続サンプル間において前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルのパーセンテージ変化よりも低くなるように、充分に高速である。
【０２６０】
（Ａ１４）（Ａ１）〜（Ａ１３）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングレートにおいて繰り返しサンプリングするように構成され得、前記サンプリングレートは、ΔＩ／ＩＲがΔＤ／ＤＲよりも小さくなるように、充分に高速であり、
ΔＩは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルとの間の前記出力ポートからの電流変化であり、前記第２のサンプルは、前記第１のサンプルの後に発生し、
ＩＲ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎであり、
Ｉｍａｘは、前記出力ポートからの電流の最大予測値であり、
Ｉｍｉｎは、前記出力ポートからの電流の最小予測値であり、
ΔＤは、前記前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルとの間の前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルの変化であり、
ＤＲは、前記第１のスイッチングデバイスの最大予測デューティサイクルと、最小予測デューティサイクルとの間の差である。
【０２６１】
（Ａ１５）（Ａ１）〜（Ａ１４）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数よりも低い。
【０２６２】
（Ａ１６）（Ａ１）〜（Ａ１５）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数の１０分の１よりも低い。
【０２６３】
（Ａ１７）（Ａ１）〜（Ａ１６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み得、前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み得、前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と、前記中間スイッチングノードとの間で電気的に接続され得、前記スイッチング回路は、前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスおよびダイオードからなる群から選択されたデバイスをさらに含み得、前記デバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように構成され得る。
【０２６４】
（Ａ１８）（Ａ１７）に記載のようなスイッチング回路において、前記第１の出力端子は前記中間スイッチングノードへと電気的に接続され得、前記第２の出力端子は前記第２の入力端子へと電気的に接続され得る。
【０２６５】
（Ａ１９）（Ａ１）〜（Ａ１６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み得、前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み得、前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と、前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され得、前記スイッチング回路は、それぞれ前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスおよびダイオードをさらに含み得、前記第２のスイッチングデバイスおよび前記ダイオードは、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように構成され得る。
【０２６６】
（Ａ２０）（Ａ１）〜（Ａ１６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスを制御するように適合され得、これにより、前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値が最大化され、前記コントローラは、前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスを非導電状態で連続的に動作させるようにさらに適合され得、前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み得、前記スイッチング回路は、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続されたデバイスをさらに含み得、前記デバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように適合される。
【０２６７】
（Ａ２１）（Ａ２０）に記載のようなスイッチング回路において、前記コントローラは、前記コントローラへ電力供給している電源の電圧の大きさが閾電圧未満であるかまたは閾電圧に等しい場合、前記スイッチング回路を前記第２の動作モードで動作させるようにさらに構成され得る。
【０２６８】
（Ａ２２）（Ａ２０）および（Ａ２１）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された前記デバイスは、ダイオードを含み得る。
【０２６９】
（Ａ２３）（Ａ２０）〜（Ａ２３）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された前記デバイスは、デプレションモードトランジスタを含み得る。
【０２７０】
（Ａ２４）（Ａ１）〜（Ａ１６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み得、前記スイッチング回路は、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスをさらに含み得、前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスを制御して、前記スイッチング回路の第１の動作モードにおける前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を最大化させるように適合され得、前記コントローラは、前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて前記第２のスイッチングデバイスを導電状態で連続的に動作させるように適合され得る。
【０２７１】
（Ａ２５）（Ａ２４）に記載のようなスイッチング回路において、前記コントローラは、前記コントローラへ電力供給している電源の電圧の大きさが第１の閾値よりも高くかつ第２の閾値以下である場合、前記スイッチング回路を前記第２の動作モードで動作させるようにさらに適合され得る。
【０２７２】
（Ａ２６）（Ａ２４）および（Ａ２５）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、（１）前記入力ポートから前記出力ポートへと転送された電力が閾値を下回る場合、（２）前記入力ポート内を流れる電流の大きさが閾値を下回る場合、（３）前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に流れる電流が閾値を超える場合、および（４）前記スイッチング回路の温度が閾値を超える場合からなる群から選択された事態が発生した場合、前記スイッチング回路を前記第２の動作モードで動作させるようにさらに適合され得る。
【０２７３】
（Ａ２７）（Ａ１）〜（Ａ２６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記スイッチング回路はバイアス電源ポートをさらに含み得、前記コントローラは、前記入力ポート上の電圧の大きさが閾値を下回る場合、前記バイアス電源ポートへ電気的に接続された電源から少なくとも部分的に電力供給されるように構成され得る。
【０２７４】
（Ａ２８）（Ａ１）〜（Ａ２７）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記第１のスイッチングデバイスは、複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を含むトランジスタを含み得、前記個々に制御可能なトランジスタ要素のうち少なくともいくつかは、導電状態と非導電状態との間において個々に切り換えられるように動作可能であり、前記コントローラは、活性数の前記複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルに少なくとも部分的に基づいて制御するように、構成され得る。
【０２７５】
（Ａ２９）（Ａ１）〜（Ａ２８）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記スイッチング回路は、さらなるスイッチングデバイスをさらに含み得、前記さらなるスイッチングデバイスは、導電状態と非導電状態との間において切り替わり、かつ、前記第１のスイッチングデバイスと協働して前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送させるように構成され、前記さらなるスイッチングデバイスは、複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を含むトランジスタを含み得、前記個々に制御可能なトランジスタ要素のうち少なくともいくつかは、導電状態と非導電状態との間において個々に切り換えられるように動作可能であり、前記コントローラは、活性数の前記複数の個々に制御可能なトランジスタ要素を前記第２のスイッチングデバイスのデューティサイクルに少なくとも部分的に基づいて制御するように構成され得る。
【０２７６】
（Ａ３０）（Ａ１）〜（Ａ２９）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記出力ポート内を電流が単一の方向のみにおいて流れるように、前記スイッチング回路の動作を制御するように構成され得る。
【０２７７】
（Ａ３１）（Ａ１）〜（Ａ３０）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数は、緩く制御され得る。
【０２７８】
（Ａ３２）（Ａ１）〜（Ａ３１）に記載のようなスイッチング回路のいずれかの少なくとも２つのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０２７９】
（Ａ３３）（Ａ１）〜（Ａ３２）に記載のようなスイッチング回路のいずれか２つ以上の出力ポートは、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続され得る。
【０２８０】
（Ａ３４）光起電装置は、（Ａ１）〜（Ａ３２）に記載のようなスイッチング回路のうち任意の１つの入力ポートへと電気的に接続され得る。
【０２８１】
（Ｂ１）電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含み得る：（１）前記電源への電気的接続のための入力ポート、（２）負荷への電気的接続のための出力ポートであって、前記出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含む、出力ポート、（３）導電状態と非導電状態との間において切り替わって前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように構成された第１のスイッチングデバイス、（４）エネルギー貯蔵デバイス、および（５）前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように構成されたコントローラ。前記スイッチング回路は、前記入力ポートへと電気的に接続された電源からの電力が前記コントローラを動作させるのには不十分でありかつ前記出力ポートにおいて電力が利用可能である場合、以下が行われるように構成され得る：（１）前記第１の出力端子および第２の出力端子を介して利用可能なエネルギーから、前記エネルギー貯蔵デバイスが繰り返し充電され、かつ（２）前記エネルギー貯蔵デバイス中に保存されたエネルギーから前記コントローラが少なくとも部分的に電力供給を受ける。
【０２８２】
（Ｂ２）（Ｂ１）に記載のようなスイッチング回路は、第２のスイッチングデバイスをさらに含み得る。前記第２のスイッチングデバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間の電流のための経路を提供するように構成される。前記コントローラは、前記コントローラが前記エネルギー貯蔵デバイスから電力供給を受けている場合、前記第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるように適合され得る。
【０２８３】
（Ｂ３）（Ｂ２）に記載のようなスイッチング回路は、前記第２のスイッチングデバイスと電気的に並列接続されたダイオードをさらに含み得る。
【０２８４】
（Ｂ４）（Ｂ３）に記載のようなスイッチング回路において、前記第２のスイッチングデバイスおよび前記ダイオードは、トランジスタの一部であり得る。
【０２８５】
（Ｂ５）（Ｂ３）および（Ｂ４）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記スイッチング回路は、前記入力ポートへと電気的に接続された前記電源からの電力が前記コントローラを動作させるのには不十分でありかつ前記出力ポートにおいて電力が利用可能である場合、前記第２のスイッチングデバイスおよび前記ダイオードが前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間において交互に電流を導通させるように、構成され得る。
【０２８６】
（Ｂ６）（Ｂ５）に記載のようなスイッチング回路において、前記第２のスイッチングデバイスは、前記ダイオードよりも長時間にわたって電流を導通させ得る。
【０２８７】
（Ｂ７）（Ｂ１）〜（Ｂ６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記入力ポートは第１の入力端子および第２の入力端子を含み得、前記スイッチング回路は中間スイッチングノードをさらに含み得、前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と、前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され得、前記スイッチング回路は第２のスイッチングデバイスをさらに含み得、前記第２のスイッチングデバイスは、前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間に電気的に接続され、前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して前記第２のスイッチングデバイス上の電圧の平均値を最大化させるように、さらに適合され得る。
【０２８８】
（Ｂ８）（Ｂ１）〜（Ｂ７）に記載のようなスイッチング回路のいずれかの少なくとも２つのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０２８９】
（Ｂ９）（Ｂ１）〜（Ｂ８）に記載のようなスイッチング回路のうちいずれか２つ以上の出力ポートは、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続される。
【０２９０】
（Ｂ１０）光起電装置は、（Ｂ１）〜（Ｂ８）に記載のようなスイッチング回路のうちいずれか１つ以上の入力ポートへと電気的に接続され得る。
【０２９１】
（Ｃ１）少なくとも２つ電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含み得る：（１）第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、および第２出力ポート、（２）前記第１の入力ポートから前記第２の入力ポートへと電力を転送するように、導電状態と非導電状態との間で切り換えられるように適合された第１のスイッチングデバイスを含む、第１のサブ回路、（３）電力を前記第２の入力ポートから前記出力ポートへと転送するように導電状態と非導電状態との間で切り替わるように構成された第２のスイッチングデバイスを含む第２のサブ回路、および（４）少なくとも前記第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記第１の入力ポート上において電気的に接続された電源および前記第２の入力ポート上において電気的に接続された電源から前記出力ポートへと電気的に接続された負荷へと転送される電力を少なくとも実質的に最大化させるように適合された、コントローラ。
【０２９２】
（Ｃ２）（Ｃ１）に記載のようなスイッチング回路において、前記第１のサブ回路は、ｍブーストトポロジーを有するスイッチング回路を含み得る。
【０２９３】
（Ｃ３）（Ｃ１）に記載のようなスイッチング回路において、前記第１のサブ回路は、バックブーストトポロジーを有するスイッチング回路を含み得る。
【０２９４】
（Ｃ４）（Ｃ１）〜（Ｃ３）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記第２のスイッチングデバイスおよび第３のスイッチングデバイスは、前記第２の入力ポート上において電気的に直列接続され得、前記第３のスイッチングデバイスはまた、前記出力ポート上において電気的に接続され得、前記第３のスイッチングデバイスは、前記第２のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供し得る。
【０２９５】
（Ｃ５）（Ｃ１）〜（Ｃ４）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスを相互に異相状態で切り換えるように、適合され得る。
【０２９６】
（Ｃ６）（Ｃ１）〜（Ｃ５）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記第２のサブ回路のスイッチングノードにおける電圧の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように、構成され得る。
【０２９７】
（Ｃ７）（Ｃ１）〜（Ｃ６）に記載のようなスイッチング回路のいずれかの少なくとも２つのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０２９８】
（Ｃ８）（Ｃ１）〜（Ｃ７）に記載のようなスイッチング回路のうちいずれか２つ以上の出力ポートは、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続され得る。
【０２９９】
（Ｃ９）各光起電装置は、（Ｃ１）〜（Ｃ７）に記載のようなスイッチング回路のうちいずれか１つの第１の入力ポートおよび第２の入力ポートへと電気的に接続され得る。
【０３００】
（Ｄ１）電源から電力を抽出するためのスイッチング回路は、以下を含み得る：（１）前記電源への電気的接続のための入力ポートおよび負荷への電気的接続のための出力ポート、（２）前記入力ポートを介して電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス、（３）前記出力ポート上において電気的に直列接続された第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイス、（４）第１のスイッチングノードと第２のスイッチングノードとの間に電気的に直列接続されたエネルギー貯蔵インダクタであって、前記第１のスイッチングノードは、前記第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスが電気的に接続されるノードであり、前記第２のスイッチングノードは、前記第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスが電気的に接続されるノードであり、および（５）前記第１のスイッチングデバイス、第２のスイッチングデバイス、第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスの動作を制御するコントローラ。前記コントローラは、以下の状態を発生させるように、前記スイッチングデバイスを制御するように適合され得る：（１）前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスならびに前記エネルギー貯蔵インダクタは、集合的にバック変換器として動作して、前記電源から前記負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させ、（２）前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスならびに前記エネルギー貯蔵インダクタは、集合的にブースト変換器として動作して、前記電源から前記負荷への電力転送を少なくとも実質的に最大化させる。
【０３０１】
（Ｄ２）（Ｄ１）に記載のようなスイッチング回路において、前記コントローラは、以下を行うように適合され得る：（１）前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて、前記第３のスイッチングデバイスを導電状態においてそして前記第４のスイッチングデバイスを非導電状態において連続的に動作させるするステップ、および（２）前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスを導電状態においてそして前記第２のスイッチングデバイスを非導電状態において連続的に動作させるステップ。
【０３０２】
（Ｄ３）（Ｄ１）または（Ｄ２）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスを少なくとも２００キロヘルツの周波数において導電状態と非導電状態との間において切り換えるように適合され得、前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて、前記第３のスイッチングデバイスおよび第４のスイッチングデバイスを少なくとも２００キロヘルツの周波数において導電状態と非導電状態との間において切り換えるように適合され得、前記スイッチング回路は、前記入力ポート上において電気的に接続された多層セラミックコンデンサをさらに含み得る。
【０３０３】
（Ｄ４）（Ｄ１）〜（Ｄ３）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１の動作モードおよび第２の動作モードのうち少なくとも１つにおいて、前記出力ポート上の電圧の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように適合され得る。
【０３０４】
（Ｄ５）（Ｄ１）〜（Ｄ４）に記載のようなスイッチング回路のいずれかにおいて、前記コントローラは、前記入力ポート上の電圧が閾値を下回った場合、前記スイッチング回路によって前記電源から引き出された電流の大きさを低減させるように適合され得る。
【０３０５】
（Ｄ６）（Ｄ１）〜（Ｄ５）に記載のようなスイッチング回路のいずれかの少なくとも２つのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０３０６】
（Ｄ７）（Ｄ１）〜（Ｄ６）に記載のようなスイッチング回路のうちいずれか２つ以上の出力ポートは、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続され得る。
【０３０７】
（Ｄ８）光起電装置は、（Ｄ１）〜（Ｄ６）に記載のようなスイッチング回路のうちいずれか１つの入力ポートへと電気的に接続され得る。
【０３０８】
（Ｅ１）電源から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、前記電源に接続されたスイッチング回路を動作させる方法であって、前記方法は、以下のステップを含む：（１）前記スイッチング回路の中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を繰り返し決定するステップ、（２）前記中間スイッチングノードにおける電圧の最新の平均値と、前記中間スイッチングノードにおける電圧の以前の平均値とを比較するステップ、（３）前記最新の平均値が前記以前の平均値よりも高い場合、前記スイッチング回路のスイッチングデバイスのデューティサイクルを第１の方向に調節するステップ、および（４）前記最新の平均値が前記以前の平均値よりも低い場合、前記スイッチングデバイスの前記デューティサイクルを前記第１の方向と反対の第２の方向に調節するステップ。
【０３０９】
（Ｅ２）（Ｅ１）に記載のような方法は、前記電源の出力電圧が第１の閾値を下回った場合、前記スイッチング回路の出力電力を低下させるように前記スイッチングデバイスの切り換えを調節するステップをさらに含む。
【０３１０】
（Ｅ３）（Ｅ１）または（Ｅ２）に記載のような方法のうちいずれかは、前記電源の出力電圧が第２の閾値を下回る場合、前記スイッチングデバイスの切り換えを非活性化するステップをさらに含む。
【０３１１】
（Ｅ４）（Ｅ１）〜（Ｅ３）に記載のような方法のうちいずれかは、前記電源の出力電圧が第３の閾値を下回る場合、前記スイッチング回路の少なくとも１つのスイッチングデバイスを連続的に導電状態で動作させるステップをさらに含む。
【０３１２】
（Ｅ５）（Ｅ１）〜（Ｅ４）に記載のような方法のうちいずれかは、前記電源の出力電圧が第４の閾値を下回る場合、前記スイッチング回路によって前記電源から引き出された電流の大きさを低減させるステップをさらに含み得る。
【０３１３】
（Ｅ６）（Ｅ１）〜（Ｅ５）に記載のような方法のうちいずれかは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返し決定するステップをさらに含み得、前記周波数は、前記スイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わる周波数よりも低い。
【０３１４】
（Ｅ７）（Ｅ１）〜（Ｅ６）に記載のような方法のうちいずれかは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返し決定するステップをさらに含み得、前記周波数は、前記スイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わる周波数の１０分の１よりも低い。
【０３１５】
（Ｆ１）負荷を含む電源とインターフェースをとるためのスイッチング回路を動作させる方法は、以下のステップを含み得る：（１）前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記スイッチング回路の第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記電源から前記負荷へと転送される電力量を少なくとも実質的に最大化させるステップ、および（２）前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、前記負荷内を流れる電流を前記スイッチング回路内に流すためのシャント経路を提供するステップ。
【０３１６】
（Ｆ２）（Ｆ１）に記載のような方法は、前記電源の出力電圧が第１の閾値を下回った場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと遷移するステップをさらに含み得る。
【０３１７】
（Ｆ３）（Ｆ１）または（Ｆ２）に記載のような方法のうちいずれかは、前記電源と前記スイッチング回路との間を流れる電流の大きさが第２の閾値を下回った場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと遷移するステップをさらに含み得る。
【０３１８】
（Ｆ４）（Ｆ１）〜（Ｆ３）に記載のような方法のうちいずれかは、前記電源から前記負荷へと転送される電力の大きさが第３の閾値を下回った場合、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと遷移するステップをさらに含み得る。
【０３１９】
（Ｆ５）（Ｆ１）〜（Ｆ４）に記載のような方法のうちいずれかにおいて、前記スイッチング回路は、前記負荷への電気的接続のための第１の出力端子および第２の出力端子を含み得、前記方法は、前記第１の出力端子および第２の出力端子を前記第２の動作モードにおいてシャントするステップをさらに含み得る。
【０３２０】
（Ｆ６）（Ｆ５）に記載のような方法において、前記シャントするステップは、前記第１の出力端子および第２の出力端子上において電気的に接続された第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるステップを含み得る。
【０３２１】
（Ｆ７）（Ｆ６）に記載のような方法は、前記第２の動作モードにおいて前記第２のスイッチングデバイスを連続的に導電状態で動作させるステップをさらに含み得る。
【０３２２】
（Ｆ８）（Ｆ１）〜（Ｆ７）に記載のような方法のうちいずれかは、前記負荷を含む回路から電力を抽出して、前記第２の動作モードにおいて前記スイッチング回路へ少なくとも部分的に電力供給するステップをさらに含み得る。
【０３２３】
（Ｇ１）電源から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、前記電源に接続されたスイッチング回路を動作させる方法は、以下を含み得る：（１）前記スイッチング回路の動作特性を繰り返し決定するステップ、（２）前記動作特性の最新の値と、前記動作特性の以前の値とを比較するステップ、（３）前記動作特性の前記最新の値が前記動作特性の前記以前の値よりも高い場合、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を第１の方向において行うステップ、および（４）前記動作特性の前記最新の値が前記動作特性の前記以前の値よりも低い場合、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向と反対方向の第２の方向において行うステップ。
【０３２４】
（Ｇ２）（Ｇ２）に記載のような方法において、前記スイッチング回路の前記動作特性は、前記スイッチング回路の中間スイッチングノードにおける電圧の平均値であり得る。
【０３２５】
（Ｇ３）（Ｇ１）または（Ｇ２）に記載のような方法のうちいずれかにおいて、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第１の所定の量だけ調節するステップを含み得、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第２の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第２の所定の量だけ調節するステップを含み得る。
【０３２６】
（Ｇ４）（Ｇ１）〜（Ｇ３）に記載のような方法のうちいずれかにおいて、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第１の量だけ調節するステップを含み得、前記第１の量は、前記動作特性の前記最新の値と前記動作特性の前記以前の値との間の差の関数であり、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第２の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第２の量だけ調節するステップを含み得、前記第２の量は、前記動作特性の前記最新の値と前記動作特性の前記以前の値との間の前記差の関数である。
【０３２７】
（Ｇ５）（Ｇ１）〜（Ｇ４）に記載のような方法のうちいずれかにおいて、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第１の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第１の量だけ調節するステップをさらに含み得、前記第１の量は、前記スイッチング回路の前記動作特性の１つ以上の履歴値から少なくとも部分的に決定され、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を前記第２の方向において行うステップは、前記スイッチング回路の動作パラメータを第２の量だけ調節するステップを含み得、前記第２の量は、前記スイッチング回路の前記動作特性の１つ以上の履歴値から少なくとも部分的に決定される。
【０３２８】
（Ｇ６）（Ｇ１）〜（Ｇ５）に記載のような方法のうちいずれかは、前記スイッチング回路の前記動作特性の前記最新の値と、前記スイッチング回路の前記動作特性の前記以前の値との間の差の大きさが閾値を超えた場合にのみ、前記スイッチング回路に対する最大出力点追跡調節を行ういずれかのステップを行うステップをさらに含み得る。
【０３２９】
（Ｇ７）（Ｇ１）〜（Ｇ６）に記載のような方法のうちいずれかは、以前に前記電源の最大出力点に少なくとも実質的に対応していた値に前記スイッチング回路の動作パラメータを初期設定するステップをさらに含み得る。
【０３３０】
（Ｇ８）（Ｇ１）〜（Ｇ７）に記載のような方法のうちいずれかは、前記電源の出力電圧が閾値を下回る場合、前記スイッチング回路によって前記電源から引き出された電流の大きさを低減するステップをさらに含み得る。
【０３３１】
（Ｈ１）スイッチング回路を動作させるための方法であって、前記スイッチング回路は、入力ポートと、出力ポートと、エネルギー貯蔵デバイスと、第１のスイッチングデバイスと、前記出力ポート上において電気的に接続された第２のスイッチングデバイスとを含み、前記方法は、以下のステップを含み得る：（１）前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスの切り換え導電状態と非導電状態との間で制御して、前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するステップ、および（２）前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて、（ｉ）前記出力ポートを含む回路から抽出されたエネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスに蓄積するステップ、および（ｉｉ）前記エネルギー貯蔵デバイス中に保存されたエネルギーを用いて、前記第２のスイッチングデバイスを導電状態で動作させるステップ・
（Ｈ２）（Ｈ１）に記載のような方法は、前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて前記蓄積するステップおよび前記用いるステップを交互に行うステップをさらに含み得る。
【０３３２】
（Ｈ３）（Ｈ１）または（Ｈ２）に記載のような方法のうちいずれかは、前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて、前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるステップをさらに含み得る。
【０３３３】
（Ｉ１）電力システムは、以下を含み得る：（１）Ｎ個の電源であって、Ｎは１よりも大きい整数である、電源と、（２）Ｎ個のスイッチング回路。各スイッチング回路は、前記Ｎ個の電源それぞれに電気的に接続された入力ポートと、出力ポートと、導電状態と非導電状態との間で切り替わるように適合され、これにより前記入力ポートから電力を前記出力ポートへと転送する第１のスイッチングデバイスとを含む。前記Ｎ個のスイッチング回路の出力ポートは、出力回路を確立するように、負荷へと電気的に直列接続され得る。前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、前記出力回路の相互接続インダクタンスを前記スイッチング回路の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０３３４】
（Ｉ２）（Ｉ１）に記載のような電力システムにおいて、前記Ｎ個の電源はそれぞれ、光起電装置であり得る。
【０３３５】
（Ｉ３）（Ｉ２）に記載のような電力システムにおいて、前記光起電装置のうち少なくとも１つは、複数の電気的に接続された太陽電池セルであり得る。
【０３３６】
（Ｉ４）（Ｉ２）または（Ｉ３）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記光起電装置のうち少なくとも１つは、多接合太陽電池セルの接合部であり得る。
【０３３７】
（Ｉ５）（Ｉ１）〜（Ｉ４）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、コントローラをさらに含み得、前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、記スイッチング回路の入力ポートへと電気的に接続された各光起電装置から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように適合される。
【０３３８】
（Ｉ６）（Ｉ１）〜（Ｉ５）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれについて：（１）前記入力ポートは、第１の入力端子および第２の入力端子を含み得、（２）前記第１のスイッチングデバイスは、前記第１の入力端子と、中間スイッチングノードとの間において電気的に接続され得、および（３）前記スイッチング回路はデバイスをさらに含み得、前記デバイスは、前記第２の入力端子と前記中間スイッチングノードとの間において電気的に接続されたダイオードおよび第２のスイッチングデバイスからなる群から選択され、前記デバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力回路内を流れる電流のための経路を提供するように適合され得る。
【０３３９】
（Ｉ７）（Ｉ５）または（Ｉ６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路ぞれぞれのコントローラは、前記スイッチング回路の前記中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように適合され得る。
【０３４０】
（Ｉ８）（Ｉ５）〜（Ｉ７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラは、前記スイッチング回路の前記中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を繰り返しサンプリングし、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の少なくとも２つの連続サンプルに少なくとも部分的に基づいて、前記スイッチング回路の前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように適合され得る。
【０３４１】
（Ｉ９）（Ｉ５）〜（Ｉ８）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラの起動時刻は、緩く制御され得る。
【０３４２】
（Ｉ１０）（Ｉ５）〜（Ｉ９）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路のうち少なくとも１つのコントローラの起動時刻は、その他のＮ−１個のスイッチング回路のコントローラの起動時刻と異なり得る。
【０３４３】
（Ｉ１１）（Ｉ５）〜（Ｉ１０）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路のうち少なくとも１つのコントローラは、前記スイッチング回路の前記スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングするように適合され得、前記サンプリングは、その他のＮ−１個のスイッチング回路のコントローラと異なる。
【０３４４】
（Ｉ１２）（Ｉ５）〜（Ｉ１１）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数よりも低い。
【０３４５】
（Ｉ１３）（Ｉ５）〜（Ｉ１２）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間で切り替わる周波数の１０分の１よりも低い。
【０３４６】
（Ｉ１４）（Ｉ５）〜（Ｉ１３）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記出力ポート上の過渡電流偏位が前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の連続サンプル間において整定するくらいに、充分に緩やかである。
【０３４７】
（Ｉ１５）（Ｉ５）〜（Ｉ１４）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングレートにおいて繰り返しサンプリングするように構成され得、前記サンプリングレートは、ΔＩ／ＩＲがΔＤ／ＤＲよりも小さくなるように、充分に高速であり、
ΔＩは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルとの間の前記出力ポートからの電流変化であり、前記第２のサンプルは、前記第１のサンプルの後に発生し、
ＩＲ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎであり、
Ｉｍａｘは、前記出力ポートからの電流の最大予測値であり、
Ｉｍｉｎは、前記出力ポートからの電流の最小予測値であり、
ΔＤは、前記前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の第１の連続サンプルと第２の連続サンプルとの間の前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルの変化であり、
ＤＲは、前記第１のスイッチングデバイスの最大予測デューティサイクルと、最小予測デューティサイクルとの間の差である。
【０３４８】
（Ｉ１６）（Ｉ５）〜（１５）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラは、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値をサンプリングレートにおいて繰り返しサンプリングするように構成され得、前記サンプリングレートは、前記出力ポートからの電流のパーセンテージ変化が、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の連続サンプル間における前記第１のスイッチングデバイスのデューティサイクルのパーセンテージ変化を下回るように、充分に高速である。
【０３４９】
（Ｉ１７）（Ｉ２）〜（Ｉ１６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記電源のうち少なくとも１つは、電気的に直列接続された複数の太陽電池セルを含み得る。
【０３５０】
（Ｉ１８）（Ｉ２）〜（Ｉ１７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記電源のうち少なくとも１つは、光起電パネルの光起電サブモジュールであり得、各光起電サブモジュールは、電気的に直列接続された複数の太陽電池セルを含み得る。
【０３５１】
（Ｉ１９）（Ｉ１）〜（Ｉ１８）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎスイッチング回路それぞれの前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数は、緩く制御され得る。
【０３５２】
（Ｉ２０）（Ｉ１）〜（Ｉ１９）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、各第１のスイッチングデバイスのスイッチング周波数は、各他の第１のスイッチングデバイスのスイッチング周波数と異なり得る。
【０３５３】
（Ｉ２１）（Ｉ１）〜（Ｉ２０）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、各第１のスイッチングデバイスが異相状態で他の第１のスイッチングデバイスと切り替わるように、構成され得る。
【０３５４】
（Ｉ２２）（Ｉ１）〜（Ｉ２１）に記載のような電力システムのうちいずれかは、前記出力回路と電気的に直列接続されたダイオードをさらに含み得る。
【０３５５】
（Ｉ２３）（Ｉ１）〜（Ｉ２２）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、各出力ポートは、第１の出力端子および第２の出力端子を含み得、各スイッチング回路は、電流が前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間において単一の方向のみにおいて流れるように動作することが可能である。
【０３５６】
（Ｉ２４）（Ｉ１）〜（Ｉ２３）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において少なくとも２００キロヘルツの周波数において切り替わるように、構成され得る。
【０３５７】
（Ｉ２５）（Ｉ１）〜（Ｉ２４）に記載のような電力システムのうちいずれかは、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれの入力ポート上において電気的に接続された少なくとも１つの多層セラミックコンデンサをさらに含み得、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれの入力ポート内を流れるリップル電流は、各スイッチング回路の入力ポート上において電気的に接続された前記少なくとも１つの多層セラミックコンデンサによって主にフィルタリングされる。
【０３５８】
（Ｉ２６）（Ｉ１）〜（Ｉ２５）に記載のような電力システム中の前記Ｎ個のスイッチング回路のうち任意の１つの少なくとも２つのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０３５９】
（Ｉ２７）（Ｉ１）〜（Ｉ２５）に記載のような電力システム中の前記Ｎ個のスイッチング回路のうち任意の２つの少なくともいくつかのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０３６０】
（Ｊ１）電力システムは、Ｎ個の電源およびＮ個のスイッチング回路を含み得る。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路は、以下を含み得る：（１）前記Ｎ個の電源それぞれに電気的に接続された入力ポート、（２）出力ポート、および（３）導電状態と非導電状態との間で切り替わるように適合され、これにより前記入力ポートから電力を前記出力ポートへと転送する第１のスイッチングデバイス。前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、少なくとも入力ポートおよび前記Ｎ電源それぞれの直列接続から形成された各入力回路の相互接続インダクタンスを、前記スイッチング回路の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０３６１】
（Ｊ２）（Ｊ１）に記載のような電力システムにおいて、前記Ｎ個の電源はそれぞれ、光起電装置であり得る。
【０３６２】
（Ｊ３）（Ｊ１）または（Ｊ２）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、コントローラをさらに含み得る。前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記スイッチング回路の入力ポートへと電気的に接続された光起電装置から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように、適合される。
【０３６３】
（Ｊ４）（Ｊ１）〜（Ｊ３）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個の電源のうち少なくとも１つは、多接合太陽電池セルの接合部であり得る。
【０３６４】
（Ｊ５）（Ｊ１）〜（Ｊ４）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個の電源のうち少なくとも１つは、複数の電気的に接続された太陽電池セルであり得る。
【０３６５】
（Ｊ６）（Ｊ１）〜（Ｊ５）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個の電源のうち少なくとも１つは、電気的に並列接続された複数の太陽電池セルであり得る。
【０３６６】
（Ｊ７）（Ｊ１）〜（Ｊ６）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個の電源のうち少なくとも１つは光起電パネルの光起電サブモジュールであり得、各光起電サブモジュールは、電気的に直列接続された複数の太陽電池セルを含み得る。
【０３６７】
（Ｊ８）（Ｊ１）〜（Ｊ７）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれについて：（１）前記第１のスイッチングデバイスは、前記入力ポート上において電気的に接続され得、および（２）前記スイッチング回路は、前記入力ポートと前記出力ポートとの間に電気的に接続されたダイオードおよび第２のスイッチングからなる群から選択されたデバイスをさらに含み得、前記デバイスは、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記入力ポートと前記出力ポートとの間の電流のための経路を提供するように適合され得る。
【０３６８】
（Ｊ９）（Ｊ１）〜（Ｊ８）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、前記スイッチング回路の前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記スイッチング回路の前記出力ポート内を流れている電流の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように適合され得る。
【０３６９】
（Ｊ１０）（Ｊ２）〜（Ｊ９）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、前記スイッチング回路の前記出力ポート内を流れている電流の平均値を繰り返しサンプリングし、前記出力ポート内を流れている電流の平均値の少なくとも２つの連続サンプルに少なくとも部分的に基づいて、前記スイッチング回路の前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御するように動作可能である。
【０３７０】
（Ｊ１１）（Ｊ１）〜（Ｊ１０）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれのコントローラの起動時刻は、緩く制御され得る。
【０３７１】
（Ｊ１２）（Ｊ１）〜（Ｊ１１）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路のうち少なくとも１つのコントローラの起動時刻は、その他のＮ−１個のスイッチング回路のコントローラの起動時刻と異なり得る。
【０３７２】
（Ｊ１３）（Ｊ１）〜（Ｊ１２）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路それぞれについて、コントローラは、前記出力ポート内を流れている電流の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数よりも低い。
【０３７３】
（Ｊ１４）（Ｊ１）〜（Ｊ１３）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、コントローラは、前記出力ポート内を流れている電流の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数の１０分の１よりも低い。
【０３７４】
（Ｊ１５）（Ｊ１）〜（Ｊ１４）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、コントローラは、前記出力ポート内を流れている電流の平均値を周波数において繰り返しサンプリングするように適合され得、前記周波数は、前記出力ポート上の過渡電流偏位が前記出力ポート内を流れている電流の平均値の連続サンプル間において整定するくらいに、充分に緩やかである。
【０３７５】
（Ｊ１６）（Ｊ１）〜（Ｊ１５）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、前記Ｎスイッチング回路それぞれの前記第１のスイッチングデバイスが導電状態と非導電状態との間において切り替わる周波数は、緩く制御され得る。
【０３７６】
（Ｊ１７）（Ｊ１）〜（Ｊ１６）に記載のような電力システムのいずれかにおいて、各第１のスイッチングデバイスのスイッチング周波数は、各他の第１のスイッチングデバイスのスイッチング周波数と異なり得る。
【０３７７】
（Ｊ１８）（Ｉ１）〜（Ｊ１７）に記載のような電力システム中の前記Ｎ個のスイッチング回路のうちいずれか１つの少なくとも２つのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０３７８】
（Ｊ１９）（Ｊ１）〜（Ｊ１７）に記載のような電力システム中の前記Ｎ個のスイッチング回路のうちいずれか２つのうち少なくともいくつかのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部であり得る。
【０３７９】
（Ｋ１）電力システムは、Ｎ個の光起電装置およびＮ個のスイッチング回路を含み得る。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路は、前記Ｎ個の光起電装置それぞれに電気的に接続された入力ポートと、出力ポートと、導電状態と非導電状態との間で切り替わるように適合され、これにより前記入力ポートから電力を前記出力ポートへと転送する第１のスイッチングデバイスとを含み得る。前記Ｎ個のスイッチング回路の出力ポートは、出力回路を確立するように、負荷へと電気的に直列接続され得る。前記システムは、システム制御デバイスをさらに含み得る。前記システム制御デバイスは、以下を含む：（１）前記出力回路に電気的に直列接続されたトランジスタ、（２）前記出力回路内を流れる電流の大きさを示す電流感知信号を生成するように構成された電流感知サブシステム、および（３）前記トランジスタおよび前記電流感知サブシステムと通信する制御サブシステム。前記制御サブシステムは、前記出力回路内を流れる電流を制御するための前記電流感知信号に少なくとも部分的に基づいて前記トランジスタを制御するように、構成される。
【０３８０】
（Ｋ２）（Ｋ１）に記載のような電力システムにおいて、前記制御サブシステムは、前記出力回路内を流れる電流が単一の方向のみに流れるように、前記トランジスタを制御するように動作することが可能である。
【０３８１】
（Ｋ３）（Ｋ１）または（Ｋ２）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記制御サブシステムは、少なくとも前記電流感知信号に部分的に基づいて前記トランジスタを制御するようにさらに構成され得、これにより、前記出力回路内を流れる電流の大きさが閾値を超えた場合、前記出力回路内を流れる電流を遮断する。
【０３８２】
（Ｋ４）（Ｋ１）〜（Ｋ３）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記制御サブシステムは、前記電力システムの特性を監視し、前記特性を外部システムへ送信するようにさらに構成され得る。
【０３８３】
（Ｋ５）（Ｋ４）に記載のような電力システムにおいて、前記電力システムの前記特性は、前記電気的に直列接続されたＮ個のスイッチング回路の前記出力ポート上の電圧を含み得る。
【０３８４】
（Ｋ６）（Ｋ４）または（Ｋ５）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記電力システムの前記特性は、前記出力回路内を流れる電流の大きさを含み得る。
【０３８５】
（Ｋ７）（Ｋ４）〜（Ｋ６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記電力システムの前記特性は、前記電力システムの１つ以上のコンポーネントの温度を含み得る。
【０３８６】
（Ｋ８）（Ｋ４）〜（Ｋ７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記制御サブシステムは、前記トランジスタを変調して、前記電力システムの前記特性を含む通信信号を生成するように、動作可能である。
【０３８７】
（Ｋ９）（Ｋ1）〜（Ｋ８）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、コントローラをさらに含み得、前記コントローラは、前記スイッチング回路の第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記スイッチング回路の入力ポートへと電気的に接続された前記Ｎ個の光起電装置のうち各１つから抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように、適合される。
【０３８８】
（Ｋ１０）（Ｋ１）〜（Ｋ９）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の電源のうち少なくとも１つは、多接合太陽電池セルの接合部であり得る。
【０３８９】
（Ｌ１）電力システムは、以下を含み得る：（１）電気的に直列接続された第１の電源および第２の電源であって、前記第１の電源は、第１の値を有する最大電流を生成することができ、前記第２の電源は、第２の値を有する最大電流を生成することができ、前記第２の値は前記第１の値よりも小さい、第１の電源および第２の電源、および（２）最大出力点追跡を行うことが可能な第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路。前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路が集合的に動作可能であることにより、前記第１の電源および第２の電源双方から抽出された電力量が少なくとも実質的に最大化されるように、前記第１の電源および第２の電源ならびに前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路が電気的に接続される。
【０３９０】
（Ｌ２）（Ｌ１）に記載のような電力システムにおいて、前記第１の電源および第２の電源はそれぞれ、少なくとも１つの光起電装置を含み得る。
【０３９１】
（Ｌ３）（Ｌ１）または（Ｌ２）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１の電源は第１の光起電接合部を含み得、前記第２の電源は、電気的に直列接続された第２の光起電接合部および第３の光起電接合部を含み得る。
【０３９２】
（Ｌ４）（Ｌ３）に記載のような電力システムにおいて、前記第１の光起電接合部、第２の光起電接合部および第３の光起電接合部は、共通多接合太陽電池セルの一部であり得る。
【０３９３】
（Ｌ５）（Ｌ１）〜（Ｌ４）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路はそれぞれ、以下を含み得る：（１）スイッチングデバイス、および（２）前記スイッチングデバイスの切り換えを制御して最大出力点追跡を行わせるように適合されたコントローラ。前記第１のスイッチング回路の前記スイッチングデバイスは、前記第２のスイッチング回路の前記スイッチングデバイスに対して異相状態で切り替わり得る。
【０３９４】
（Ｌ６）（Ｌ５）に記載のような電力システムにおいて、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路それぞれのコントローラの起動時刻は、緩く制御され得る。
【０３９５】
（Ｌ７）（Ｌ５）または（Ｌ６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路それぞれのスイッチングデバイスのスイッチング周波数は、緩く制御され得る。
【０３９６】
（Ｌ８）（Ｌ１）〜（Ｌ７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１のスイッチング回路は、昇圧形トポロジーを有する回路と、前記第１の電源上において電気的に接続された入力ポートとを含み得る。
【０３９７】
（Ｌ９）（Ｌ８）に記載のような電力システムにおいて、前記第１のスイッチング回路は、前記第１の電源および第２の電源の直列組み合わせ上において電気的に接続された出力ポートをさらに含み得、前記第２のスイッチング回路は、前記第１の電源および第２の電源の直列組み合わせ上において電気的に接続された入力ポートを含み得る。
【０３９８】
（Ｌ１０）（Ｌ９）に記載のような電力システムにおいて、前記第２のスイッチング回路は、以下をさらに含み得る：（１）前記第２のスイッチング回路の前記入力ポートを介して電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス、および（２）出力ポート。前記第２のスイッチングデバイスはまた、前記出力ポート上において電気的に接続され得、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記第２のスイッチング回路の前記出力ポートを通じた電流経路を提供するように適合され得る。前記第２のスイッチング回路は、出力ポートを含む回路の相互接続インダクタンスを前記第２のスイッチング回路の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０３９９】
（Ｌ１１）（Ｌ８）に記載のような電力システムにおいて、前記第２のスイッチング回路は、バック型トポロジーを有する回路と、入力ポートと、出力ポートとを含み得、前記第２のスイッチング回路の前記入力ポートは、前記第１の電源および第２の電源の直列組み合わせ上において電気的に接続され得る。前記第１のスイッチング回路は、出力ポートをさらに含み得る。前記出力ポートは、前記第２のスイッチング回路の前記出力ポートと電気的に並列接続される。
【０４００】
（Ｌ１２）（Ｌ８）に記載のような電力システムにおいて、前記第２のスイッチング回路は、バック型トポロジーを有する回路と、入力ポートと、出力ポートとを含み得、前記第２のスイッチング回路の入力ポートは、前記第２の電源上において電気的に接続される。前記第１のスイッチング回路は、出力ポートをさらに含み得る。前記出力ポートは、前記第２のスイッチング回路の前記出力ポートとさらに電気的に直列接続される。
【０４０１】
（Ｌ１３）（Ｌ１）〜（Ｌ７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１のスイッチング回路は、バックブーストトポロジーを有する回路を含み得る。前記回路は、前記第１の電源上において電気的に接続された入力ポートを含む。
【０４０２】
（Ｌ１４）（Ｌ１３）に記載のような電力システムにおいて、前記第１のスイッチング回路は、前記第２の電源上において電気的に接続された出力ポートをさらに含み得る。前記第２のスイッチング回路は、前記第２の電源上において電気的に接続された入力ポートを含み得る。
【０４０３】
（Ｌ１５）（Ｌ１４）に記載のような電力システムにおいて、前記第２のスイッチング回路は、以下をさらに含み得る：（１）前記第２のスイッチング回路の前記入力ポートを介して電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス、および出力ポート。前記第２のスイッチングデバイスはまた、前記第２のスイッチング回路の前記出力ポート上において電気的に接続され得、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供するように適合され得る。前記第２のスイッチング回路は、出力ポートを含む回路の相互接続インダクタンスを前記第２のスイッチング回路の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０４０４】
（Ｌ１６）（Ｌ１３）に記載のような電力システムにおいて、前記第１のスイッチング回路は出力ポートをさらに含み得、前記第２のスイッチング回路は、前記第２の電源および前記第１のスイッチング回路の前記出力ポートと電気的に直列接続された出力ポートおよび入力ポートを含み得る。
【０４０５】
（Ｌ１７）（Ｌ１６）に記載のような電力システムにおいて、前記第２のスイッチング回路は、以下をさらに含み得る：（１）前記第２のスイッチング回路の前記入力ポートを介して電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス、ならびに出力ポート。前記第２のスイッチングデバイスはまた、前記第２のスイッチング回路の前記出力ポート上において電気的に接続され得、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供するように適合される。前記第２のスイッチング回路は、出力ポートを含む回路の相互接続インダクタンスを前記第２のスイッチング回路の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０４０６】
（Ｌ１８）（Ｌ１３）に記載のような電力システムにおいて、前記第１のスイッチング回路は出力ポートを含み得、前記第２のスイッチング回路は、バックブースト型トポロジーを有する回路と、前記第１のスイッチング回路の前記出力ポートと電気的に直列接続された出力ポートと、前記第２の電源上において電気的に接続された入力ポートとを含み得る。
【０４０７】
（Ｌ１９）（Ｌ１）〜（Ｌ７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路はそれぞれ、以下を含み得る：（１）入力ポート、（２）出力ポート、ならびに（３）前記入力ポート上において電気的に直列接続された第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイス。前記第２のスイッチングデバイスはまた、前記出力ポート上において電気的に接続され得、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供し得る。前記第１のスイッチング回路の入力ポートは、前記第１の電源上において電気的に接続され得、前記第２のスイッチング回路の入力ポートは、前記第２の電源上において電気的に接続され得、前記第１のスイッチング回路の前記出力ポートは、前記第２のスイッチング回路の前記出力ポートと電気的に直列接続され得る。
【０４０８】
（Ｌ２０）（Ｌ１９）に記載のような電力システムにおいて、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路はそれぞれ、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路の出力ポートを含む回路のインダクタンスを一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０４０９】
（Ｌ２１）（Ｌ１）〜（Ｌ２０）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記第１のスイッチング回路および第２のスイッチング回路双方のうち少なくともいくつかのコンポーネントは、共通集積回路チップの一部となり得る。
【０４１０】
（Ｍ１）電力システムは、Ｎ個の光起電ストリングを含み得る。Ｎは、１よりも大きい整数である。各光起電ストリングは、複数の光起電装置およびストリングオプティマイザに電気的に直列接続された出力ポートを備える複数のＤＣ／ＤＣ変換器を含み得る。各ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記複数の光起電装置それぞれから抽出された電力を少なくとも実質的に最大化させるように適合され得、各ストリングオプティマイザは、各ストリングと共通バスとの間のインターフェースを提供するように適合され得る。
【０４１１】
（Ｍ２）（Ｍ１）に記載のような電力システムにおいて、各ストリングオプティマイザはブースト変換器を含み得、前記ブースト変換器は、各ストリングと前記共通バスとの間のインターフェースを提供するように適合される。
【０４１２】
（Ｍ３）（Ｍ２）に記載のような電力システムにおいて、各ブースト変換器は、連続導通動作モードで動作するように適合され得る。
【０４１３】
（Ｍ４）（Ｍ２）に記載のような電力システムにおいて、各ブースト変換器は、不連続の導通動作モードで動作するように適合され得る。
【０４１４】
（Ｍ５）（Ｍ２）に記載のような電力システムにおいて、各ストリングオプティマイザのブースト変換器は、以下を行うように適合され得る：（１）前記ストリングオプティマイザの第１の動作モードにおいて連続導通動作モードで動作するステップ、および（２）前記ストリングオプティマイザ第２の動作モードにおいて不連続の導通動作モードで動作するステップ。
【０４１５】
（Ｍ６）（Ｍ２）〜（Ｍ５）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、各ブースト変換器は、各光起電ストリングの回路の相互接続インダクタンスを前記ブースト変換器の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０４１６】
（Ｍ７）（Ｍ２）〜（Ｍ６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ブースト変換器のうち少なくとも１つは、多相ブースト変換器であり得る。
【０４１７】
（Ｍ８）（Ｍ２）〜（Ｍ６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ブースト変換器のうち少なくとも１つは多相ブースト変換器であり得、２つ以上の相の前記ブースト変換器のエネルギー貯蔵インダクタが磁気結合され得る。
【０４１８】
（Ｍ９）（Ｍ２）〜（Ｍ８）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ブースト変換器のうち少なくとも２つのエネルギー貯蔵インダクタが磁気結合され得る。
【０４１９】
（Ｍ１０）（Ｍ２）〜（Ｍ９）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、各ストリングオプティマイザは、導電状態と非導電状態との間で切り換わることにより、前記各ストリングと前記共通バスとの間のインターフェースを提供するように適合された第１のスイッチングデバイスを含み得、各第１のスイッチングデバイスは、各他の第１のスイッチングデバイスに対して異相状態で切り替わり得る。
【０４２０】
（Ｍ１１）（Ｍ１）〜（Ｍ１０）に記載のような電力システムのうちいずれかは、前記共通バスへと電気的に接続されたインバータをさらに含み得る。
【０４２１】
（Ｍ１２）（Ｍ１１）に記載のような電力システムにおいて、前記インバータは、最大出力点追跡能力を備えない。
【０４２２】
（Ｍ１３）（Ｍ１１）に記載のような電力システムにおいて、前記インバータは、グローバル最大出力点追跡能力を備えない。
【０４２３】
（Ｍ１４）（Ｍ１）〜（Ｍ１３）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の光起電ストリングは、太陽の移動を追跡するように動作することが可能である追跡デバイス上に配置され得る。
【０４２４】
（Ｍ１５）（Ｍ１４）に記載のような電力システムにおいて、前記ストリングオプティマイザはそれぞれ、前記追跡デバイスから分離された共通筐体内に収容され得る。
【０４２５】
（Ｍ１６）（Ｍ１）〜（Ｍ１５）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記複数の光起電装置はそれぞれ、単一の太陽電池セルであり得る。
【０４２６】
（Ｍ１７）（Ｍ１）〜（Ｍ１６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の光起電ストリングは、少なくとも２つ追跡デバイス間において分散配置され得、各追跡デバイスは、太陽の移動を追跡するように動作することが可能である。
【０４２７】
（Ｍ１８）（Ｍ１）〜（Ｍ１６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記複数の光起電装置はそれぞれ、共通光起電パネルの一部であり得る。
【０４２８】
（Ｍ１９）（Ｍ１）〜（Ｍ１８）に記載のような電力システムのうちいずれかは、前記共通バスへと電気的に接続されたさらなる光起電ストリングをさらに含み得、前記さらなる光起電ストリングは、さらなるストリングオプティマイザと電気的に直列接続された複数の光起電装置を含み得、前記さらなるストリングオプティマイザは、前記さらなる光起電ストリングと前記共通バスとの間のインターフェースを提供するように適合され得る。
【０４２９】
（Ｍ２０）（Ｍ１）〜（Ｍ１９）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、各ストリングオプティマイザは、前記共通バス上の電圧を調節するように動作可能であり得る。
【０４３０】
（Ｍ２１）（Ｍ１）〜（Ｍ２０）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、各ストリングを通じて電流を調節するように適合され得る。
【０４３１】
（Ｍ２２）（Ｍ２１）に記載のような電力システムにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、各ストリングを通じて電流を調節して、前記ストリングのうち最も高出力の光起電装置の光生成電流よりも高い電流にするように適合され得る。
【０４３２】
（Ｍ２３）（Ｍ２１）に記載のような電力システムにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、各ストリングを通じて電流を調節して、太陽の放射照度に応じて少なくとも部分的に調節される電流にするように適合され得る。
【０４３３】
（Ｍ２４）（Ｍ２１）に記載のような電力システムにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、各ストリングを通じて電流を調節して、前記ストリングの基準光起電装置の光生成電流に基づいて調節される電流にするように適合され得る。
【０４３４】
（Ｍ２５）（Ｍ２１）に記載のような電力システムにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、各ストリングを通じて電流を調節して、各ストリングから前記共通バスへと転送される電力量を少なくとも実質的に最大化させる電流にするように適合され得る。
【０４３５】
（Ｍ２６）（Ｍ１）〜（Ｍ２５）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、前記ストリングのＤＣ／ＤＣ変換器の直列接続出力ポート上の電圧を調節するように適合され得る。
【０４３６】
（Ｍ２７）（Ｍ１）〜（Ｍ２６）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ストリングオプティマイザのうち少なくとも１つは、各ストリングから前記共通バスへと転送される電力量を少なくとも実質的に最大化させるように動作することが可能である。
【０４３７】
（Ｍ２８）（Ｍ１）〜（Ｍ２７）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器はそれぞれ、複数の光起電装置のうち各１つへと電気的に接続された入力ポートを含み得、第１のスイッチングデバイスおよび第２のスイッチングデバイスは、前記入力ポート上において電気的に直列接続される。前記第２のスイッチングデバイスはまた、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の前記出力ポート上において電気的に接続され得、前記第１のスイッチングデバイスが非導電状態にあるとき、前記出力ポートを通じた電流経路を提供し得る。
【０４３８】
（Ｍ２９）（Ｍ１）〜（Ｍ２８）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器はそれぞれ、前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の出力ポートを含む回路の相互接続インダクタンスを前記ＤＣ／ＤＣ変換器の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用い得る。
【０４３９】
（Ｍ３０）（Ｍ１）〜（Ｍ２９）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記ストリングオプティマイザおよび前記ＤＣ／ＤＣ変換器のうち少なくとも１つは、情報を交換するように動作可能である。
【０４４０】
（Ｍ３１）（Ｍ３０）に記載のような電力システムにおいて、前記情報は、ストリングオプティマイザからスイッチング回路へのコマンドを含み得る。
【０４４１】
（Ｍ３２）（Ｍ３１）に記載のような電力システムにおいて、前記コマンドは、前記スイッチング回路を起動せよとのコマンド、前記スイッチング回路を停止せよとのコマンド、および前記スイッチング回路をバイパスモードにせよとのコマンドからなる群から選択され得る。
【０４４２】
（Ｍ３３）（Ｍ３０）〜（Ｍ３２）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記情報は、スイッチング回路状態情報およびスイッチング回路不具合情報からなる群から選択された情報を含み得る。
【０４４３】
（Ｎ１）電力システムは、Ｎ個のスイッチング回路を含み得る。Ｎは、１よりも大きい整数である。各スイッチング回路は、入力ポートと、第１の出力端子および第２の出力端子を含む出力ポートと、導電状態と非導電状態との間で切り換えられるように適合された第１のスイッチングデバイスとを含み得る。前記Ｎ個のスイッチング回路の出力ポートは、出力回路を確立するように、負荷へと電気的に直列接続され得る。各スイッチング回路は、第１のスイッチングデバイスを導電状態と非導電状態との間で切り換えることにより、前記スイッチング回路の第１の動作モードにおいて前記入力ポートからの電力を前記出力ポートへと転送するように適合され得、各スイッチング回路は、前記スイッチング回路の第２の動作モードにおいて第１の出力端子および第２の出力端子をシャントさせるように適合され得る。
【０４４４】
（Ｎ２）（Ｎ１）に記載のような電力システムにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、コントローラをさらに含み得る。前記コントローラは、前記スイッチング回路の前記第１の動作モードにおいて前記スイッチング回路の前記第１のスイッチングデバイスの切り換えを制御して、前記スイッチング回路の入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるように、適合され得る。
【０４４５】
（Ｎ３）（Ｎ１）および（Ｎ２）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、前記スイッチング回路の前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に電気的に接続された第２のスイッチングデバイスをさらに含み得、前記スイッチング回路の前記第２の動作モードにおいて導電状態で動作するように適合され得る。
【０４４６】
（Ｎ４）（Ｎ１）〜（Ｎ３）に記載のような電力システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個のスイッチング回路はそれぞれ、以下からなる群から選択された状況が発生した場合、前記第２の動作モードで動作すするように適合され得る：（１）前記スイッチング回路の入力ポート上の電圧が閾値を下回った場合、（２）前記スイッチング回路の入力ポート上の電圧が閾値を上回った場合、（３）前記入力ポートから前記スイッチング回路の前記出力ポートへと転送された電力が閾値を下回った場合、（４）前記スイッチング回路の入力ポート内を流れている電流の大きさが閾値を下回った場合、（５）前記スイッチング回路の第１の出力端子および第２の出力端子間を流れている電流の大きさが閾値を超えた場合、および（６）前記スイッチング回路の温度が閾値を超えた場合。
【０４４７】
（Ｏ１）集積回路チップは、以下を含み得る：（１）第１の入力ポートおよび第１の出力ポート、（２）前記第１の入力ポート上において電気的に直列接続された第１のトランジスタおよび第２のトランジスタであって、前記第２のトランジスタはまた、前記第１の出力ポート上において電気的に接続され、前記第１のトランジスタが非導電状態にあるとき前記第１の出力ポート内を流れる電流の経路を提供するように適合される、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタ、（３）前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのゲートを駆動して、前記トランジスタを導電状態と非導電状態との間で切り換えるための第１のドライバ回路、ならびに（４）前記第１のドライバ回路を制御して、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタスイッチを導電状態と非導電状態との間で切り換えて、前記第１の入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量少なくとも実質的に最大化させるための第１のコントローラ回路。
【０４４８】
（Ｏ２）（Ｏ１）に記載のような集積回路チップは、フリップチップ集積回路チップであり得る。
【０４４９】
（Ｏ３）（Ｏ１）または（Ｏ２）に記載のような集積回路チップは、第１の端子、第２の端子および第３の端子をさらに含み得る。前記第１の端子および第２の端子は、前記第１の入力ポートへの電気的インターフェースを提供し、前記第２の端子および第３の端子は、前記第１の出力ポートへの電気的インターフェースを提供する。
【０４５０】
（Ｏ４）（Ｏ１）〜（Ｏ３）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路は、以下を行うように動作可能であり得る：（１）前記第１のドライバ回路を制御して、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを協働させて、前記第１のコントローラ回路の第１の動作モード時において前記第１の入力ポートからの電力を前記第１の出力ポートへと転送させるステップ、および（２）前記第１のドライバ回路を制御して、前記第１のコントローラ回路の第２の動作モード時において前記第２のトランジスタが前記第１の出力ポートをシャントさせるステップ。
【０４５１】
（Ｏ５）（Ｏ４）に記載のような集積回路チップにおいて、前記第１のコントローラ回路は、以下からなる群から選択された事態が発生した場合、前記第１のコントローラ回路を第２の動作モードで動作させるように適合され得る：（１）前記第１の入力ポート上の電圧が閾値を下回った場合、（２）前記第１の入力ポート上の電圧が閾値を上回った場合、（３）前記第１の入力ポートから前記第１の出力ポートへと転送された電力が閾値を下回った場合、（４）前記第１の入力ポート内を流れている電流の大きさが閾値を下回った場合、（５）前記第１の出力ポート内を流れている電流の大きさが閾値を超えた場合、および（６）前記集積回路チップの１つ以上のコンポーネントの温度が閾値を超えた場合。
【０４５２】
（Ｏ６）（Ｏ１）〜（Ｏ５）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路は、前記集積回路チップの１つ以上のコンポーネントの温度が第１の閾値を超えた場合、少なくとも前記第１のトランジスタの切り換えを停止させるように動作することが可能である。
【０４５３】
（Ｏ７）（Ｏ１）〜（Ｏ６）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路は、前記第１の入力ポート内を流れている電流の大きさが第２の閾値を超えた場合、少なくとも前記第１のトランジスタの切り換えを停止させるように動作することが可能である。
【０４５４】
（Ｏ８）（Ｏ１）〜（Ｏ７）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路は、前記第１の入力ポート上の電圧が閾値を下回った場合、少なくとも前記第１のトランジスタの切り換えを停止するように動作可能である。
【０４５５】
（Ｏ９）（Ｏ１）〜（Ｏ８）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路は、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタが電気的に接続されている中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を少なくとも実質的に最大化させるように動作可能である。
【０４５６】
（Ｏ１０）（Ｏ１）〜（Ｏ９）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路は、中間スイッチングノードにおける電圧の平均値を繰り返しサンプリングし、前記中間スイッチングノードにおける前記電圧の平均値の少なくとも２つの連続サンプルに少なくとも部分的に基づいて、前記第１のトランジスタの切り換えを制御するように動作可能であり、前記中間スイッチングノードは前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタが電気的に接続されるノードである。
【０４５７】
（Ｏ１１）（Ｏ１）〜（Ｏ１０）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のコントローラ回路の起動時刻は、緩く制御され得る。
【０４５８】
（Ｏ１２）（Ｏ１）〜（Ｏ１１）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１のトランジスタが導電状態と非導電状態との間で切り替わる周波数は、緩く制御され得る。
【０４５９】
（Ｏ１３）（Ｏ１）〜（Ｏ１２）に記載のような集積回路チップのうちいずれかは、以下をさらに含み得る：（１）第２の入力ポートおよび第２の出力ポート、（２）前記第２の入力ポート上において電気的に直列接続された第３のトランジスタおよび第４のトランジスタであって、前記第４のトランジスタは、前記第２の出力ポート上において電気的に接続され、前記第３のトランジスタが非導電状態にあるとき、前記第２の出力ポート内を流れる電流の経路を提供するように適合される、第３のトランジスタおよび第４のトランジスタ、ならびに（３）前記第３のトランジスタおよび第４のトランジスタのゲートを駆動して、前記トランジスタを導電状態と非導電状態との間において切り換える第２のドライバ回路、ならびに（４）前記第２のドライバ回路を含む制御して、前記第３のトランジスタおよび第４のトランジスタスイッチを導電状態と非導電状態との間において切り換えて、前記第２の入力ポートへと電気的に接続された電源から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる、第２のコントローラ回路。
【０４６０】
（Ｏ１４）（Ｏ１３）に記載のような集積回路チップにおいて、前記第１のおよび第２のコントローラ回路は、共通コントローラの一部であり得る。
【０４６１】
（Ｏ１５）（Ｏ１３）〜（Ｏ１４）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第１の出力ポートおよび第２の出力ポートは、前記集積回路チップ内において電気的に直列接続され得る。
【０４６２】
（Ｏ１６）（Ｏ１３）〜（Ｏ１５）に記載のような集積回路チップのうちいずれかにおいて、前記第２のコントローラ回路は、以下を行うように動作可能である：（１）前記第２のドライバ回路を制御して、前記第３のトランジスタおよび第４のトランジスタを協働させて、前記第２のコントローラ回路の第１の動作モードにおいて前記第２の入力ポートからの電力を前記第２の出力ポートへと転送するステップ、および（２）前記第２のドライバ回路を制御して、前記第２のコントローラ回路の第２の動作モードにおいて前記第４のトランジスタに前記第２の出力ポートをシャントさせるステップ。
【０４６３】
（Ｏ１７）（Ｏ１）〜（Ｏ１６）に記載のような集積回路チップのうちいずれか２つ以上の出力ポートは、電気的に直列接続されかつ／または電気的に並列接続され得る。
【０４６４】
（Ｏ１８）光起電装置は、（Ｏ１）〜（Ｏ１６）に記載のような集積回路チップのうちいずれかの入力ポートへと電気的に接続され得る。
【０４６５】
（Ｐ１）光起電システムは、Ｎ個の第１の光起電装置およびＮ個の集積回路チップを含み得る。Ｎは、１よりも大きい整数である。各集積チップは、以下を含み得る：（１）第１の入力ポートおよび第１の出力ポート、（２）前記第１の入力ポート上において電気的に直列接続された第１のトランジスタおよび第２のトランジスタであって、前記第２のトランジスタはまた、前記第１の出力ポート上において電気的に接続され、前記第１のトランジスタが非導電状態にあるとき、前記第１の出力ポート内を流れる電流の経路を提供するように適合される、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタ、（３）前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのゲートを駆動して、前記トランジスタを導電状態と非導電状態との間で切り換えるための第１のドライバ回路、ならびに（４）前記第１のドライバ回路を制御して、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタスイッチを導電状態と非導電状態との間で切り換えて、前記Ｎ個の第１の光起電装置の各１つから抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させるための第１のコントローラ回路。
【０４６６】
（Ｐ２）（Ｐ１）に記載のような光起電システムにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップの前記第１の出力ポートは、出力回路を確立するように、負荷へと電気的に直列接続され得る。
【０４６７】
（Ｐ３）（Ｐ２）に記載のような光起電システムにおいて、各一対の電気的に接続された第１のトランジスタおよび第２のトランジスタは、前記出力回路の相互接続インダクタンスを前記スイッチング回路の一次エネルギー貯蔵インダクタンスとして用いて、スイッチング回路の一部を形成し得る、
（Ｐ４）（Ｐ１）〜（Ｐ３）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、Ｎは３よりも大きく、前記Ｎ個の集積回路チップのうち少なくとも２つの第１の出力ポートは電気的に直列接続され得、前記Ｎ個の集積回路チップの少なくとも２つの第１の出力ポートは、電気的に並列接続され得る。
【０４６８】
（Ｐ５）（Ｐ１）〜（Ｐ４）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも２つは、共通光起電パネルの一部であり得る。
【０４６９】
（Ｐ６）（Ｐ１）〜（Ｐ５）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップのうち少なくとも２つは、共通光起電パネルの一部であり得る。
【０４７０】
（Ｐ７）（Ｐ１）〜（Ｐ６）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の第１の光起電装置はそれぞれ、光起電パネルの光起電サブモジュールの一部であり得、各光起電サブモジュールは、複数の電気的に接続された太陽電池セルを含み得る。
【０４７１】
（Ｐ８）（Ｐ７）に記載のような光起電システムにおいて、各光起電サブモジュールの太陽電池セルは、電気的に直列接続され得る。
【０４７２】
（Ｐ９）（Ｐ７）に記載のような光起電システムにおいて、前記光起電パネルは、Ｒ行およびＣ列の太陽電池セルを含み得、ＲおよびＣはそれぞれ、１よりも大きい整数であり、各光起電サブモジュールは、Ｒ個の直列接続太陽電池セルを含み得る。
【０４７３】
（Ｐ１０）（Ｐ７）に記載のような光起電システムにおいて、前記光起電パネルは、Ｒ行およびＣ列の太陽電池セルを含み得、ＲおよびＣはそれぞれ、１よりも大きい整数であり、各光起電サブモジュールは、Ｘ個の直列接続太陽電池セルを含み得、Ｘは、２およびＲの積に等しい。
【０４７４】
（Ｐ１１）（Ｐ７）に記載のような光起電システムにおいて、前記光起電パネルは、Ｒ行およびＣ列の太陽電池セルを含み得、ＲおよびＣはそれぞれ、１よりも大きい整数であり、各光起電サブモジュールは、Ｃ個の直列接続太陽電池セルを含み得る。
【０４７５】
（Ｐ１２）（Ｐ７）に記載のような光起電システムにおいて、前記光起電パネルは、Ｒ行およびＣ列の太陽電池セルを含み得、ＲおよびＣはそれぞれ、１よりも大きい整数であり、各光起電サブモジュールはＸ個の直列接続太陽電池セルを含み得、Ｘは、２およびＣの積に等しい。
【０４７６】
（Ｐ１３）（Ｐ１）〜（Ｐ６）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の第１の光起電装置の少なくとも１つは、単一の太陽電池セルであり得る。
【０４７７】
（Ｐ１４）（Ｐ１）〜（Ｐ６）または（Ｐ１３）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも１つは、少なくとも２つの電気的に並列接続された太陽電池セルを含み得る。
【０４７８】
（Ｐ１５）（Ｐ１）〜（Ｐ１４）に記載のような光起電システムのうちいずれかは、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも１つ上の光を集光するための光学素子をさらに含み得る。
【０４７９】
（Ｐ１６）（Ｐ１）〜（Ｐ１５）に記載のような光起電システムのうちいずれかは、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも２つによって共有される集光素子をさらに含み得る。
【０４８０】
（Ｐ１７）（Ｐ１）〜（Ｐ１６）に記載のような光起電システムのうちいずれかは、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも１つおよび前記Ｎ個の集積回路チップのうち少なくとも１つを封入する材料をさらに含み得る。
【０４８１】
（Ｐ１８）（Ｐ１）〜（Ｐ１４）または（Ｐ１３）〜（Ｐ１７）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも１つは、多接合太陽電池セルの光起電接合部であり得る。
【０４８２】
（Ｐ１９）（Ｐ１）〜（Ｐ６）または（Ｐ１３）〜（Ｐ１８）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、Ｎは２よりも大きな整数であり得、前記Ｎ個の第１の光起電装置は、少なくとも２つ光起電パネル間において共有され得る。
【０４８３】
（Ｐ２０）（Ｐ１）〜（Ｐ１９）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップのうち少なくとも１つは、以下をさらに含み得る：（１）第２の入力ポートおよび第２の出力ポート、（２）前記第２の入力ポート上において電気的に直列接続された第３のトランジスタおよび第４のトランジスタであって、前記第４のトランジスタはまた、前記第２の出力ポート上において電気的に接続され、前記第３のトランジスタが非導電状態にあるとき、前記第２の出力ポート内を流れる電流の経路を提供するように適合される、第３のトランジスタおよび第４のトランジスタ、（３）前記第３のトランジスタおよび第４のトランジスタのゲートを駆動して、前記トランジスタを導電状態と非導電状態との間で切り換えるための第２のドライバ回路、ならびに（４）前記第２のドライバ回路を制御して、前記第３のトランジスタおよび第４のトランジスタを導電状態と非導電状態との間で切り換えて、前記第２の入力ポートへと電気的に接続された各第２の光起電装置から抽出された電力量を少なくとも実質的に最大化させる第２のコントローラ回路。
【０４８４】
（Ｐ２１）（Ｐ１）〜（Ｐ２０）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップはそれぞれ、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち各１つの上に配置され得る。
【０４８５】
（Ｐ２２）（Ｐ２１）に記載のような光起電システムにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップはそれぞれ、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち各１つへと電気的に接続されたフリップチップ集積回路チップであり得る。
【０４８６】
（Ｐ２３）（Ｐ２１）に記載のような光起電システムにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップはそれぞれ、複数のワイヤーボンディングを介して前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち各１つへと電気的に接続され得る。
【０４８７】
（Ｐ２４）（Ｐ２１）〜（Ｐ２３）に記載のような光起電システムのうちいずれかは各コンデンサをさらに含み得、前記各コンデンサは、前記Ｎ個の第１の光起電装置それぞれの上に配置され、前記第１の光起電装置上において電気的に接続される。
【０４８８】
（Ｐ２５）（Ｐ１）〜（Ｐ２０）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップそれぞれ前記Ｎ個の第１の光起電装置は、１つ以上の支持構造上に配置され得る。
【０４８９】
（Ｐ２６）（Ｐ２５）に記載のような光起電システムにおいて、前記１つ以上の支持構造はそれぞれ、プリント基板基板、セラミック基板、ポリイミド基板および金属リードフレームからなる群から選択され得る。
【０４９０】
（Ｐ２７）（Ｐ２５）〜（Ｐ２６）に記載のような光起電システムにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップはそれぞれ、複数の半田ボールを介して前記１つ以上の支持構造へと電気的に接続されたフリップチップ集積回路チップであり得る。
【０４９１】
（Ｐ２８）（Ｐ２５）または（Ｐ２６）に記載のような光起電システムにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップはそれぞれ、複数のワイヤーボンディングを介して前記１つ以上の支持構造へと電気的に接続され得る。
【０４９２】
（Ｐ２９）（Ｐ２５）〜（Ｐ２８）に記載のような光起電システムのうちいずれかはコンデンサをさらに含み得、前記コンデンサは、前記１つ以上の支持構造上に配置され、前記Ｎ個の第１の光起電装置のうち少なくとも１つ上において電気的に接続される。
【０４９３】
（Ｐ３０）（Ｐ１）〜（Ｐ２９）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップそれぞれについて、前記第１のコントローラ回路は、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタが少なくとも２００キロヘルツの周波数において導電状態と非導電状態との間において切り替わるように、構成され得る。
【０４９４】
（Ｐ３１）（Ｐ３０）に記載のような光起電システムにおいて、前記Ｎ個の集積回路チップそれぞれについて、前記第１の入力ポート内を流れているリップル電流を、主に１つ以上の多層セラミックコンデンサによってフィルタリングすることが可能である。
【０４９５】
（Ｒ１）光起電システムは、少なくとも第１の光起電接合部および第２の光起電接合部ならびに集積回路チップを含む多接合太陽電池セルを含み得る。前記集積回路チップは、以下を含み得る：（１）第１のトランジスタおよび第２のトランジスタ、（２）前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのゲートを駆動して、前記トランジスタを導電状態と非導電状態との間で切り換えるためのドライバ回路、ならびに（３）前記ドライバ回路を制御して、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタが導電状態と非導電状態との間において切り替わって、前記第１の光起電接合部および第２の光起電接合部双方から抽出された電力を少なくとも実質的に最大化するためのコントローラ回路。
【０４９６】
（Ｒ２）（Ｒ１）に記載のような光起電システムにおいて、前記第１のトランジスタは、前記第１の光起電接合部へと電気的に接続された入力ポートを含む第１のバック型変換器の一部であり得、前記第２のトランジスタは、前記第２の光起電接合部へと電気的に接続された入力ポートを含む第２のバック型変換器であり得る。
【０４９７】
（Ｒ３）（Ｒ１）に記載のような光起電システムにおいて、前記第１の光起電接合部および第２の光起電接合部は電気的に直列接続され得、前記第１のトランジスタは昇圧形変換器の一部であり得、前記昇圧形変換器は、前記第１の光起電接合部上において電気的に接続された入力ポートと、少なくとも前記第１の光起電接合部および第２の光起電接合部上において電気的に接続された出力ポートとを含み、前記第２のトランジスタはバック型変換器の一部であり得、前記バック型変換器は、少なくとも前記第１の光起電接合部および第２の光起電接合部双方の上において電気的に接続された入力ポートを含む。
【０４９８】
（Ｒ４）（Ｒ１）〜（Ｒ３）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記集積回路チップは、前記多接合太陽電池セル上に配置され得る。
【０４９９】
（Ｒ５）（Ｒ４）に記載のような光起電システムにおいて、前記集積回路チップはフリップチップ集積回路チップであり得、前記フリップチップ集積回路チップは、複数の半田ボールを介して前記多接合太陽電池セルへと電気的に接続される。
【０５００】
（Ｒ６）（Ｒ４）に記載のような光起電システムにおいて、前記集積回路チップは、複数のワイヤーボンディングを介して前記多接合太陽電池セルへと電気的に接続され得る。
【０５０１】
（Ｒ７）（Ｒ４）〜（Ｒ６）に記載のような光起電システムのうちいずれかは、コンデンサをさらに含み得、前記コンデンサは、前記多接合太陽電池セル上に配置され、前記光起電接合部のうち少なくとも１つ上において電気的に接続される。
【０５０２】
（Ｒ８）（Ｒ１）〜（Ｒ３）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記集積回路チップおよび前記多接合太陽電池セルは、支持構造上に配置され得る。
【０５０３】
（Ｒ９）（Ｒ８）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記支持構造は、プリント基板基板、セラミック基板、ポリイミド基板および金属リードフレームからなる群から選択され得る。
【０５０４】
（Ｒ１０）（Ｒ８）または（Ｒ９）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記集積回路チップは、複数の半田ボールを介して前記支持構造へと電気的に接続されたフリップチップ集積回路チップであり得る。
【０５０５】
（Ｒ１１）（Ｒ８）または（Ｒ９）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記集積回路チップは、複数のワイヤーボンディングを介して前記支持構造へと電気的に接続され得る。
【０５０６】
（Ｒ１２）（Ｒ８）〜（Ｒ１１）に記載のような光起電システムのうちいずれかは第１のコンデンサをさらに含み得、前記第１のコンデンサは、前記支持構造上に配置され、前記光起電接合部のうち少なくとも１つ上において電気的に接続される。
【０５０７】
（Ｒ１３）（Ｒ８）〜（Ｒ１２）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記集積回路チップは、電力を負荷へ転送するための出力ポートを少なくとも１つ含み得、前記システムは、第２のコンデンサと、前記出力ポートと前記第２のコンデンサとの間において電気的に接続されたインダクタとをさらに含み得、前記第２のコンデンサおよび前記インダクタは、前記支持構造上に配置される。
【０５０８】
（Ｒ１４）（Ｒ１）〜（Ｒ１３）に記載のような光起電システムのうちいずれかは、前記多接合太陽電池セル上に光を集光するための光学素子をさらに含み得る。
【０５０９】
（Ｒ１５）（Ｒ１）〜（Ｒ１４）に記載のような光起電システムのうちいずれかは、少なくとも前記集積回路チップおよび前記多接合太陽電池セルを封入する材料をさらに含み得る。
【０５１０】
（Ｒ１６）（Ｒ１）〜（Ｒ１５）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記コントローラは、前記ドライバ回路を制御して、前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを少なくとも２００キロヘルツの周波数において導電状態と非導電状態との間で切り換えるように構成され得る。
【０５１１】
（Ｒ１７）（Ｒ１６）に記載のような光起電システムのうちいずれかにおいて、前記集積回路チップは、前記集積回路チップと前記多接合太陽電池セルとの間のインターフェースを提供する入力ポートを含み得、前記入力ポート内を流れるリップル電流は、主に１つ以上の多層セラミックコンデンサによってフィルタリングされ得る。
【０５１２】
上記の方法およびシステムにおいて、その範囲から逸脱することなく、変更が可能である。よって、上記記載および添付図面中の内容は、限定的なものとしてではなく例示的なものとして解釈されるべきである点に留意されたい。以下の特許請求の範囲は、本明細書中に記載の一般的特徴および特定の特徴と、本方法およびシステムの範囲の全記載とを網羅するものとして意図され、また両者の間に収まるものである。
【図１】
2013535949.tif 000004
【図２】
2013535949.tif 000005
【図３】
2013535949.tif 000006
【図４】
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【図５】
2013535949.tif 000008
【図６】
2013535949.tif 000009
【図７】
2013535949.tif 000010
【図８】
2013535949.tif 000011
【図９】
2013535949.tif 000012
【図１０】
2013535949.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【国際調査報告】
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2013535949.tif 000075
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