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特許6012470電源の特性の決定を可能にする情報を取得する方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012470

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】電源の特性の決定を可能にする情報を取得する方法

(51)【国際特許分類】

G05F 1/67 20060101AFI20161011BHJP

H02M 3/155 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

G05F1/67 A

H02M3/155 K

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-543605(P2012-543605)

(86)(22)【出願日】2010年12月8日

(65)【公表番号】特表2013-513878(P2013-513878A)

(43)【公表日】2013年4月22日

(86)【国際出願番号】EP2010069210

(87)【国際公開番号】WO2011073069

(87)【国際公開日】20110623

【審査請求日】2013年11月15日

(31)【優先権主張番号】09179087.3

(32)【優先日】2009年12月14日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩＥＬＥＣＴＲＩＣＲ＆ＤＣＥＮＴＲＥＥＵＲＯＰＥＢ．Ｖ．

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並順

(74)【代理人】

【識別番号】100147500

【弁理士】

【氏名又は名称】田口雅啓

(74)【代理人】

【識別番号】100166235

【弁理士】

【氏名又は名称】大井一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100179914

【弁理士】

【氏名又は名称】光永和宏

(72)【発明者】

【氏名】ブイアッティ、ガスタヴォ

【審査官】 ▲桑▼原恭雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４−２８０２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８−２９７５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８−３００７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７−０２０９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ１／６７

Ｈ０２Ｍ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得する装置であって、
該装置は、少なくともインダクタ及び前記電源に並列に接続されるキャパシタを備え、前記電源の最大電力点の決定を可能にする情報は、前記キャパシタの充電を監視することによって取得され、
前記電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得する装置は、
前記キャパシタの充電の監視に先だって前記インダクタを通じて前記キャパシタを放電する手段と、
前記キャパシタの放電中に前記インダクタを通って流れる電流を監視する手段、又は前記キャパシタの放電中に前記キャパシタの電圧を監視する手段と
前記インダクタに蓄えられたエネルギーを少なくとも１つのデバイス中において放出する手段と
を備え、
− 前記インダクタを通って流れる電流が第１の所定値を下回る限り、又は前記キャパシタの電圧が第２の所定値を上回る限り、前記キャパシタが前記インダクタにおいて放電される第１のサブフェーズと、
− 前記インダクタを通って流れる電流が第３の所定値を上回る限り、前記インダクタに蓄えられたエネルギーが前記少なくとも１つのデバイス中で放出される第２のサブフェーズと
が前記キャパシタの電圧が前記第２の所定値を上回る限り交互に実施されることを特徴とする、電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得する装置。

【請求項2】

前記少なくとも１つのデバイスは、エネルギー蓄積デバイス又は負荷であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記装置は、前記キャパシタの充電の監視中に前記電源によって出力される電流を取得する手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記電源によって出力される電流は、電流センサから取得されるか、又は前記キャパシタの充電の監視中に取得される電圧値から導出されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

直流コンバータであって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする、直流コンバータ。

【請求項6】

直流コンバータに接続される電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得する方法であって、前記直流コンバータは少なくともインダクタ及び前記電源に並列に接続されるキャパシタを備え、該方法は、
− 前記インダクタを通じて前記キャパシタを放電するステップと、
− 前記電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得するために前記キャパシタの充電を監視するステップと、
− 前記キャパシタの放電中に前記インダクタを通って流れる電流を監視するステップ、又は前記キャパシタの放電中に前記キャパシタの電圧を監視するステップと
を含み、
− 前記インダクタを通って流れる電流が第１の所定値を下回る限り、又は前記キャパシタの電圧が第２の所定値を上回る限り、前記キャパシタが前記インダクタにおいて放電される第１のサブフェーズと、
− 前記インダクタを通って流れる電流が第３の所定値を上回る限り、前記インダクタに蓄えられたエネルギーが前記少なくとも１つのデバイス中で放出される第２のサブフェーズと
が前記キャパシタの電圧が前記第２の所定値を上回る限り交互に実施されることを特徴とする、直流コンバータに接続される電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得する方法。

【請求項7】

前記インダクタを通じて前記キャパシタを放電するステップ及び前記インダクタに蓄えられたエネルギーを放出するステップは、前記キャパシタの電圧が第２の所定値を上回る限り、繰返し実行されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、包括的には、太陽電池若しくは太陽電池のアレイ又は燃料電池のような電源の最大電力点のような特性の決定を可能にする情報を取得する装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。太陽電池によって生成される電気エネルギーを経時的に抽出し、電力の形態で使用することができる。太陽電池によって提供される直流電力は、ＤＣ−ＤＣアップ／ダウンコンバータ回路及び／又はＤＣ／ＡＣインバータ回路のような変換デバイスに供給される。

【0003】

しかしながら、太陽電池の電流−電圧垂下特性（current-voltage droop characteristics）により、出力電力は太陽電池から引き出される電流とともに非線形に変化する。電力−電圧曲線は、光照射レベルや動作温度のような気候変動に従って変化する。

【0004】

太陽電池又は太陽電池のアレイを動作させる準最適点は、電力が最大となる電流−電圧曲線の領域又はその近傍である。この点は、最大電力点（ＭＰＰ：Maximum Power Point）と称される。

【0005】

太陽電池をＭＰＰの周辺で動作させて、それらの発電効率を最適化することが重要である。

【0006】

電力−電圧曲線が気候変動に従って変化する際、ＭＰＰもまた気候変動に従って変化する。

【0007】

そのため、常にＭＰＰを特定することができる必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、例えば太陽電池セルのアレイである電源の最大電力点を決定するために、当該電源の出力電流変動及び出力電圧変動を表す情報を取得することを可能にする装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的のために、本発明は、電源の最大電力点のような特性の決定を可能にする情報を取得する装置に関する。当該装置は、少なくともインダクタ及びキャパシタを備え、電源の特性の決定を可能にする情報は、キャパシタの充電を監視することによって取得され、当該電源の特性の決定を可能にする情報を取得する装置は、キャパシタの充電の監視に先だってインダクタを通じてキャパシタを放電する手段を備えることを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、直流コンバータに接続される電源の最大電力点のような特性の決定を可能にする情報を取得する方法にも関する。直流コンバータは、少なくともインダクタ及びキャパシタを備え、当該方法は、
− インダクタを通じてキャパシタを放電するステップと、
− 電源の特性の決定を可能にする情報を取得するためにキャパシタの充電を監視するステップと
を含むことを特徴とする。

【0011】

これにより、例えば、ＭＰＰを決定するために、又は電源の障害を判断するために、又は電源のフィルファクターを求めるために、電源の出力電流変動及び出力電圧変動を表す情報を取得することができる。

【0012】

さらに、大部分のＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又はＤＣ／ＡＣコンバータでは、キャパシタ及びインダクタは、変換の目的ですでに利用可能である。キャパシタ及びインダクタを、少なくとも１つの特定の期間中に電圧変動及び電流変動を監視するために用いることができる。監視される電圧変動及び電流変動から、常に電源の所望の電圧−電流／電圧−電力垂下特性のような情報を取得することが可能になる。本発明は、システムに対して他のいかなる余分のキャパシタ又はインダクタも追加することを回避する。

【0013】

特定の特徴によれば、装置は、キャパシタの放電中にインダクタを通って流れる電流を監視する手段を備え、キャパシタは、インダクタを通って流れる電流が第１の所定の電流値に達する限り、又は当該キャパシタが放電されない限り、インダクタにおいて放電される。

【0014】

これにより、インダクタ及びキャパシタの両方において電流レベルを制限することができるため、インダクタ磁心の飽和を引き起こす可能性があり、またキャパシタの寿命を低減させる可能性もある、インダクタとキャパシタとの間の共振に起因する大きな電流ピークを避けることができる。

【0015】

特定の特徴によれば、装置は、インダクタを通って流れる電流が第１の所定値に達するか、又はキャパシタが放電されると、インダクタを少なくとも別のデバイス中において放電する手段を備える。

【0016】

特定の特徴によれば、他のデバイスは、エネルギー蓄積デバイス又は負荷である。

【0017】

これにより、インダクタ内に蓄積されたエネルギーは、任意の抵抗性構成要素において散逸されるではなく、キャパシタのような他の蓄積デバイスと交換されるか、更には負荷に直接供給されることもあり、結果として非散逸的な手順となる。インダクタ放電中に電源は入力キャパシタ中に電力を蓄積し続けるので、電源側からの電源断は生じない。

【0018】

特定の特徴によれば、装置は、キャパシタの充電の監視中に電源によって出力される電流を取得する手段を備える。

【0019】

したがって、ゼロ電圧値から開回路電圧値までの、電源の全体的な電圧−電流／電圧−電力垂下特性を取得することができる。

【0020】

特定の特徴によれば、電源によって出力される電流は、電流センサから取得されるか、又はキャパシタの充電の監視中に取得される電圧値から導出される。

【0021】

これにより、電流センサを利用しなければ、実装コストは増加しない。最終的に、本技法を実施するのに追加の構成要素は全く不要である。

【0022】

特定の特徴によれば、インダクタを通じたキャパシタの放電及びインダクタの放電は、キャパシタの電圧が第２の所定値に達する限り、繰返し実行される。

【0023】

これにより、キャパシタ放電は非散逸的に起こることができる。これは、キャパシタ内に蓄積されたエネルギーが完全に負荷に与えられ、このエネルギーが例えば抵抗器において散逸されるときに、この短い期間中に電源供給が中断するという欠点が軽減されることを意味する。

【0024】

また、本発明は、直流コンバータであって、電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得する装置を備えることを特徴とする、直流コンバータにも関する。

【0025】

これにより、ＭＰＰを決定するために、例えば太陽電池セルのアレイである電源の出力電流変動及び出力電圧変動を表す情報を取得することができる。

【0026】

さらに、大部分のＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又はＤＣ／ＡＣコンバータ分では、キャパシタ及びインダクタは、変換目的ですでに利用可能である。キャパシタ及びインダクタを、少なくとも１つの特定の期間中に電圧変動及び電流変動を監視するために用いることができる。監視される電圧変動及び電流変動により、常に電源の所望の電圧−電流／電圧−電力垂下特性のような情報を取得することが可能になる。本発明は、システムに対して他のいかなる余分のキャパシタ又はインダクタも追加することを回避する。

【0027】

本発明の特徴は、実施形態例の以下の説明を読むことからより明確になる。当該説明は、添付図面を参照して行われる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例の図である。

【図2】電源の出力電圧による電源の出力電流の変動を表す曲線の一例の図である。

【図3】本発明によるエネルギー変換デバイスを備えるデバイスの一例を表す図である。

【図4】電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得するための、本発明によるインダクタ及びキャパシタを備えるエネルギー変換デバイスの一例の図である。

【図5】本発明による電気回路のスイッチの特定の実現形態を開示する一例の図である。

【図6】本発明による電源の最大電力点を決定するためのアルゴリズムの一例の図である。

【図7】（ａ）は、本発明によって取得される電源電圧変動の一例の図である。（ｂ）は、本発明によって取得される電源電流変動の一例の図である。（ｃ）は、本発明によるエネルギー変換デバイスの出力電圧変動の一例の図である。

【図8】（ａ）は、本発明による、交互に実施される幾つかの部分充電及び部分放電のサブフェーズから構成されるキャパシタ放電フェーズ中に、インダクタを通って流れる電流の変動の一例の図である。（ｂ）は、本発明による、交互に実施される幾つかの部分充電及び部分放電のサブフェーズから構成されるキャパシタ放電フェーズ中に、キャパシタを通って流れる電流の変動の一例の図である。

【図9】本発明の実現形態による、電源の最大電力点の決定を可能にするために電源の２つ１組の出力電流と出力電圧を求めるためのアルゴリズムの一例の図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例である。

【0030】

エネルギー変換システムは、太陽電池又は太陽電池のアレイ又は燃料電池のような電源ＰＶを含む。電源ＰＶの出力は、ＤＣ−ＤＣステップダウン／ステップアップコンバータ及び／又はインバータとも呼ばれるＤＣ／ＡＣコンバータのようなエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに接続されている。エネルギー変換デバイスＣｏｎｖは、負荷Ｌｏに電気エネルギーを供給する。

【0031】

電源ＰＶは負荷Ｌｏに電流を供給する。電流は負荷Ｌｏによって使用される前に変換デバイスＣｏｎｖによって変換される。

【0032】

図２は、電源の出力電圧に対する出力電流の変動を表す曲線の一例である。

【0033】

図２の横軸には電圧値が示されている。電圧値は０値と開回路電圧Ｖ_OCとの間にある。

【0034】

図２の縦軸には電流値が示されている。電流値は０値と短絡電流Ｉ_SCとの間にある。

【0035】

任意の所与の光レベル及び太陽電池アレイ温度に対して、太陽電池アレイが動作可能な無限個の電流−電圧のペア、すなわち動作点が存在する。しかしながら、所与の光レベル及び太陽電池アレイ温度に対して存在するＭＰＰは、唯一つである。

【0036】

図３は、本発明によるエネルギー変換デバイスを備えるデバイスの一例を表す。

【0037】

エネルギー変換デバイスＣｏｎｖは、例えば、バス３０１によって互いに接続されるコンポーネントと、図６及び図９に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムによって制御されるプロセッサ３００とに基づくアーキテクチャを有している。

【0038】

ここで、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖは、一変形では、後に開示するようなプロセッサ３００によって実行されるものと同じ動作を実行する、１つ又は幾つかの専用集積回路の形態で実装されることに留意されたい。

【0039】

バス３０１は、プロセッサ３００を、リードオンリーメモリＲＯＭ３０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ３０３、アナログ／ディジタルコンバータＡＤＣ３０６、及び本発明による電気回路３０５に接続する。

【0040】

リードオンリーメモリＲＯＭ３０２は、図６及び図９に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含み、当該命令はエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに電源が投入されるとランダムアクセスメモリＲＡＭ３０３に転送される。

【0041】

ＲＡＭメモリ３０３は、変数を受け取るように意図されたレジスタと、図６及び図９に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含む。

【0042】

アナログ／ディジタルコンバータ３０６は、電力段３０５を形成する本発明による電気回路３０５に接続され、必要な場合に電圧及び電流を２値情報に変換する。

【0043】

図４は、電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得するための、本発明によるインダクタ及びキャパシタを備える電気回路の一例である。

【0044】

この電気回路は、従来の降圧−昇圧コンバータで行われるように出力電圧の極性を反転させることなく、スイッチの状態に従って、降圧モード（ステップダウンモード）又は昇圧モード（ステップアップモード）で動作可能な降圧／昇圧併合コンバータである。

【0045】

本発明による電気回路は、入力フィルタキャパシタＣ_UIを備えており、その正端子は電源ＰＶの正端子に接続されている。キャパシタＣ_UIの負端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。電圧測定手段は、インダクタＬ１が電源と並列に接続される際に、キャパシタＣ_UI及びインダクタＬ１上の電圧Ｖ１を測定する。

【0046】

キャパシタＣ_UIの正端子は、スイッチＳ_W14の第１の端子に接続されている。

【0047】

スイッチＳ_W14の第２の端子は、スイッチＳ_W12の第１の端子とインダクタＬ１の第１の端子に接続されている。

【0048】

スイッチＳ_W12の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。

【0049】

インダクタＬ１の第２の端子は、電流測定手段の第１の端子に接続されている。

【0050】

電流測定手段Ａの第２の端子は、ダイオードＤ_OのアノードとスイッチＳ_W13の第１の端子に接続されている。スイッチＳ_W13の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。

【0051】

ダイオードＤ_Oのカソードは、キャパシタＣ_Oの正端子に接続されており、キャパシタＣ_Oの負端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。

【0052】

降圧／昇圧併合コンバータが降圧モードで動作するとき、スイッチＳ_W13は常にＯＦＦ状態であり、ダイオードＤ_Oは常に導通状態である。

【0053】

スイッチＳ_W14は、所望の出力電圧Ｖ_DCを得るために、デューティサイクルが調整された周期的パターンに従って導通状態になる。スイッチＳ_W14がハイである期間はＤと呼ばれる。スイッチＳ_W14の指令信号がローである期間は（１−Ｄ）と呼ばれる。

【0054】

スイッチＳ_W12は、Ｄの間は非導通状態であり、（１−Ｄ）の間は導通状態である。

【0055】

降圧／昇圧併合コンバータが昇圧モードで動作するとき、スイッチＳ_W14は常に導通状態であり、スイッチＳ_W12は決して導通状態にならない。

【0056】

スイッチＳ_W13は、Ｄの間は導通状態であり、（１−Ｄ）の間は非導通状態である。

【0057】

図５は、本発明による電気回路のスイッチの特定の実現形態を開示する一例である。

【0058】

図５のスイッチＳ_W14は、例えばＩＧＢＴトランジスタＩＧ１である。スイッチＳ_W14の第１の端子は、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１のコレクタである。

【0059】

ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１のエミッタは、スイッチＳ_W14の第２の端子である。

【0060】

図５のスイッチＳ_W12は、ダイオードＤ５である。スイッチＳ_W12の第１の端子は、ダイオードＤ５のカソードであり、スイッチＳ_W12の第２の端子は、ダイオードＤ５のアノードである。

【0061】

図５のスイッチＳ_W13は、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３である。スイッチＳ_W13の第１の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３のドレインである。スイッチＳ_W13の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３のソースである。

【0062】

図６は、本発明による電源の最大電力点を決定するためのアルゴリズムの一例である。

【0063】

より厳密には、本アルゴリズムは、プロセッサ３００によって実行される。

【0064】

電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得するためのアルゴリズムは、電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得するためにキャパシタＣ_UIの充電を監視するのに先だって、交互に実施される部分充電及び部分放電のサブフェーズを通じて、インダクタＬ１においてキャパシタＣ_UIを放電する。

【0065】

ステップＳ６００において、フェーズＰＨ１が開始される。フェーズＰＨ１は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されている。

【0066】

図７（ａ）は、本発明に従って取得される電源電圧変動の一例である。

【0067】

図７（ａ）の横軸には時間が表示され、図７（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。

【0068】

図７（ｂ）は、本発明に従って取得される電源電流変動の一例である。

【0069】

図７（ｂ）の横軸には時間が表示され、図７（ｂ）の縦軸には電流が表示されている。

【0070】

図７（ｃ）は、本発明によるエネルギー変換デバイスの出力電圧変動の一例である。

【0071】

図７（ｃ）の横軸には時間が表示され、図７（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。

【0072】

フェーズＰＨ１の間、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖは、昇圧コンバータとして動作する。ＮＭＯＳＦＥＴＭ３とダイオードＤ_Oは、所望の出力電圧を得るために、デューティサイクルが調整された周期的パターンに従って導通状態及び非導通状態に置かれる。ＮＭＯＳＦＥＴＭ３の指令信号がハイである期間は、Ｄと呼ばれる。ＮＭＯＳＦＥＴＭ３の指令信号がハイである期間は、（１−Ｄ）と呼ばれる。

【0073】

フェーズＰＨ１の間、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は常に導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤ_Oは（１−Ｄ）の間は導通状態である。

【0074】

フェーズＰＨ１の間、ダイオードＤ５は決して導通状態にならず、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤ_OはＤの間は導通状態でない。

【0075】

図７（ａ）に示される電源ＰＶによって与えられる電圧は、本アルゴリズムによって予め決定されたＭＰＰに対応する電圧に対応する。

【0076】

図７（ｂ）に示される電源ＰＶによって供給される電流は、本アルゴリズムによって予め決定されたＭＰＰに対応する電流である。

【0077】

図７（ｃ）に示される出力における電圧Ｖ_DCは、電源ＰＶ出力電圧とデューティサイクルに基づいて得られる電圧である。

【0078】

フェーズＰＨ１の間、負荷に電流が供給される。

【0079】

次のステップＳ６０１において、プロセッサ３００は、別のＭＰＰを決定するために、昇圧変換モードの中断を決定し、フェーズＰＨ２に進む。

【0080】

フェーズＰＨ２の間、キャパシタＣ_UIは、図７（ａ）に示されるように、交互に実施される部分充電及び部分放電のサブフェーズを通じて、インダクタＬ１を通じて放電される。

【0081】

Ｌ１及び／又はＣ_UIを通って高い電流が流れるのを避けるために、フェーズＰＨ２は２つのサブフェーズＰＨ２ａとＰＨ２ｂに分割され、サブフェーズＰＨ２ａにおいて最大電流が設定される。

【0082】

サブフェーズＰＨ２ａは、キャパシタＣ_UIがインダクタＬ１を通じて部分的に又は完全に放電される期間を表す。

【0083】

サブフェーズＰＨ２ｂは、インダクタＬ１が蓄積デバイス又は負荷において部分的に又は完全に放電され、キャパシタＣ_UIが電源によって部分的に充電される期間を表す。

【0084】

次のステップＳ６０２において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ２ａを開始する。

【0085】

サブフェーズＰＨ２ａにおいて、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴＭ３は導通状態に設定され、ダイオードＤ５とＤ_Oは非導通状態である。

【0086】

サブフェーズＰＨ２ａの間、キャパシタＣ_UIは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように共振しながら、自身のエネルギーをインダクタＬ１中に転送する。

【0087】

図８（ａ）は、本発明による、交互に実施される幾つかの部分充電及び部分放電のサブフェーズから構成される、キャパシタ放電フェーズ中にインダクタを通って流れる電流の変動の一例である。

【0088】

図８（ａ）の横軸には時間が表示され、図８（ａ）の縦軸には電流が表示されている。

【0089】

図８（ｂ）は、本発明による、交互に実施される幾つかの部分充電及び部分放電のサブフェーズから構成される、キャパシタ放電フェーズ中にキャパシタを通って流れる電流の変動の一例である。

【0090】

図８（ｂ）の横軸には時間が表示され、図８（ｂ）の縦軸には電流が表示されている。

【0091】

次のステップＳ６０３において、プロセッサ３００は、インダクタＬ１を通って流れる電流Ｉ_L1が、例えば２０アンペアの最大電流に等しい第１の所定値Ｔｈｒｅｓ１よりも大きいか否か、又はキャパシタＣ_UIが放電されているか否かを調べる。

【0092】

電圧Ｖ１が、例えばゼロ値である第２の所定値Ｔｈｒｅｓ２に等しいとき、キャパシタＣ_UIは放電されているとみなされる。

【0093】

インダクタＬ１を通って流れる電流Ｉ_L1が第１の所定値Ｔｈｒｅｓ１以下である場合、又はキャパシタＣ_UIが放電されていない場合には、プロセッサ３００はステップＳ６０３に戻る。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ６０４に進む。

【0094】

図８（ａ）から明らかであるように、時刻Ｔ１まで、インダクタＬ１を通って流れる電流Ｉ_L1は、何度も２０アンペアの最大電流に達する。

【0095】

Ｔ２において、キャパシタＣ_UIは放電される。

【0096】

ステップＳ６０４において、プロセッサ３００は、サブフェーズＰＨ２ｂを開始する。

【0097】

サブフェーズＰＨ２ｂにおいて、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴＭ３は非導通状態に設定され、ダイオードＤ５とＤ_Oは導通状態である。

【0098】

図８（ａ）に示されるように、インダクタＬ１は自身のエネルギーをキャパシタＣ_O中に放電し、特定の特徴によれば負荷中にも放電する。

【0099】

同時に、図８（ｂ）に示されるように、キャパシタＣ_UIは電源ＰＶによって充電される。

【0100】

ここで、キャパシタＣ_Oの静電容量値はキャパシタＣ_UIの静電容量値よりも大きい。すなわち、インダクタＬ１の放電はインダクタＬ１の充電よりもはるかに速い。これは、キャパシタＣ_UIの充電が常にその放電、すなわちインダクタＬ１の充電よりもはるかに遅いことを意味することに留意されたい。

【0101】

次のステップＳ６０５において、プロセッサ３００は、インダクタＬ１を通って流れる電流Ｉ_L1が、例えばゼロ値である第３の所定値Ｔｈｒｅｓ３よりも小さいか否かを調べる。

【0102】

インダクタＬ１を通って流れる電流Ｉ_L1が第３の所定値Ｔｈｒｅｓ３よりも大きい場合には、プロセッサ３００はステップＳ６０５に戻る。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ６０６に進む。

【0103】

次のステップＳ６０６において、プロセッサ３００は、電圧Ｖ１が、例えばゼロ値である第２の所定値Ｔｈｒｅｓ２よりも大きいか否かを調べる。

【0104】

電圧Ｖ１が第２の所定値Ｔｈｒｅｓ２よりも大きい場合には、プロセッサ３００はステップＳ６０３に戻り、電圧Ｖ１が所定値Ｔｈｒｅｓ２、例えばゼロ値よりも大きい限り、サブフェーズＰＨ２ａとＰＨ２ｂを連続して実行する。

【0105】

電圧Ｖ１が第２の所定値Ｔｈｒｅｓ２以下である場合には、プロセッサ３００は、ステップＳ６０７に進む。

【0106】

ステップＳ６０７において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３を開始する。

【0107】

フェーズＰＨ３において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴＭ３は非導通状態に設定され、ダイオードＤ５とＤ_Oは非導通状態である。

【0108】

図７（ａ）に示されるように、キャパシタＣ_UIはゼロ電圧から開回路電圧Ｖ_OCまで充電され、図７（ｂ）に示されるように、電流は短絡電流からゼロ値に移行する。

【0109】

次のステップＳ６０８において、プロセッサ３００は、キャパシタＣ_UI上の電圧又は電源ＰＶの電圧に対応する電圧Ｖ１を、サンプリング周期Ｔｓａｍｐでサンプリングするように指示する。

【0110】

次のステップＳ６０９において、プロセッサ３００は、先行するステップにおいて求められて図９を参照しながら開示されるアルゴリズムに従って処理された全てのサンプルを取得し、図２に示されるような曲線を作成する。

【0111】

同じステップにおいて、プロセッサ３００は、図９のアルゴリズムに基づいて取得された電圧値と電流値から、電圧値と電流値から得られる最大電力を選択することによって、ＭＰＰを決定する。

【0112】

ステップＳ６１０において、フェーズＰＨ４が開始される。フェーズＰＨ４は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されている。

【0113】

ここで、所定の持続時間の後、又は電圧の導関数ｄＶ１／ｄｔが０に等しくなると、フェーズＰＨ３は終了し、それは開回路電圧Ｖ_OCに達したことを意味することに留意されたい。

【0114】

フェーズＰＨ４の間、エネルギー変換デバイスは昇圧コンバータとして動作する。ＮＭＯＳＦＥＴＭ３とダイオードＤ_Oは、新たに決定されたＭＰＰを考慮した所望の出力電圧を得るために、デューティサイクルが調整された周期的パターンに従って導通状態及び非導通状態に置かれる。フェーズＰＨ４の間、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤ_Oは（１−Ｄ）の間は導通状態である。

【0115】

フェーズＰＨ４の間、ダイオードＤ５は導通状態にならず、ＮＭＯＳＦＥＴＭ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤ_OはＤの間は導通状態である。

【0116】

図９は本発明の実現形態による、電源の最大電力点の決定を可能にするために、電源の２つ１組の電流と出力電圧を求めるアルゴリズムの一例である。

【0117】

より正確には、本アルゴリズムは、プロセッサ３００によって実行される。

【0118】

本発明の特定の実現態様によって電源の最大電力点の決定を可能にする情報を取得するためのアルゴリズムは、フェーズＰＨ３の間にキャパシタＣ_UIを流れる電流を求めるために電圧Ｖ１を用いる。

【0119】

一般的見地から、本アルゴリズムによって、所与のサンプルに対する電流は、キャパシタＣ_UIの静電容量値に所与のサンプルの電圧導関数を乗じることによって求められる。電圧導関数は、サンプリングされた電圧をフィルタリングするために、フィッティング数学関数、例えば実係数を有する多項式関数によって得られる。

【0120】

フィッティング数学関数は、所与の時間サンプルについての処理された電圧を取得するために、連続的な時間サンプルｘ_i（ｉ＝１〜Ｎ）において測定された電圧ｙ_iと関数ｆ（ｘ_i）との差の二乗和を最小化することによって得られる。これは、以下のように行われる。

【0121】

Ｎ個のサンプル（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ₂，ｙ₂）．．．（ｘ_N，ｙ_N）が与えられると、必要とされるフィッティング数学関数を、例えば以下の形に書くことができる。

【数1】

ただし、ｆ_j（ｘ）（ｊ＝１，２．．．Ｋ）はｘの数学関数であり、Ｃ_j（ｊ＝１，２．．．Ｋ）は当初は未知の定数である。

【0122】

ｆ（ｘ）とｙの実際の値との差の二乗和は、以下によって与えられる。

【数2】

【0123】

この誤差項は、定数Ｃ_j（ｊ＝１，２，．．．Ｋ）の各々についてＥの１階偏導関数を取り、その結果をゼロにすることによって最小化される。したがって、対称なＫ元連立方程式が得られ、これがＣ₁、Ｃ₂、…、Ｃ_Kについて解かれる。この手順は、最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムとしても知られている。

【0124】

最大電力点の決定を可能にする情報は、電流−電圧垂下特性から直接得られる電源ＰＶの電力−電圧垂下特性である。

【0125】

Ｖ１の電圧サンプルについて、各サンプルに対して移動する所定の窓における適切な数学関数、例えば実係数を有する多項式関数のフィッティングに基づいて曲線が取得される。したがって、電圧はフィルタリングされ、その導関数を窓の中心点すべてに対して非常に簡単かつ直接的な方法で同時に計算することができる。これにより、いかなる追加の電流センサも必要とすることなく電流が求められる。

【0126】

次のステップＳ９００において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３の間に取得されたサンプルを得る。各サンプルは２次元ベクトルであり、その係数は、電圧値とその電圧が測定された時刻である。

【0127】

次のステップＳ９０１において、プロセッサ３００は、移動窓のサイズを決定する。移動窓のサイズは、適切な数学関数、例えば実係数を有する多項式関数のフィッティングに基づいて曲線を求めるために用いられるサンプルの数Ｎｐｔを表す。移動窓のサイズは奇数である。例えば、移動窓のサイズは７１に等しい。

【0128】

次のステップＳ９０２において、プロセッサ３００は、移動窓の中心点Ｎｃを求める。

【0129】

次のステップＳ９０３において、プロセッサ３００は、変数ｉを値Ｎｐｔに設定する。

【0130】

次のステップＳ９０４において、プロセッサ３００は、変数ｊをｉ−Ｎｃ＋１に設定する。

【0131】

次のステップＳ９０５において、プロセッサ３００は、変数ｋを１に設定する。