特表 2024-500203 複数のソーラサブストリングの化学物質および構成に適応可能なソーラチャージコントローラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-05

(54)【発明の名称】複数のソーラサブストリングの化学物質および構成に適応可能なソーラチャージコントローラ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20231225BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20231225BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 H

G05F1/67 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518902

(86)(22)【出願日】2021-09-24

(85)【翻訳文提出日】2023-05-01

(86)【国際出願番号】 US2021051985

(87)【国際公開番号】W WO2022067059

(87)【国際公開日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】63/083,817

(32)【優先日】2020-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523104203

【氏名又は名称】オプティヴォルト ラボス，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＯＰＴＩＶＯＬＴ ＬＡＢＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】アイリッシュ，リンダ

【テーマコード（参考）】

5H420

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H420BB02

5H420BB03

5H420BB12

5H420CC03

5H420DD02

5H420EB37

5H420FF03

5H420FF04

5H420FF14

5H420FF22

5H420FF23

5H420FF26

5H730AA14

5H730AS01

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD31

5H730FD61

5H730FG05

(57)【要約】

第１のソーラパネルのソーラサブストリングの電圧を平衡させるためのシステムは、誘導バランサ回路を含む。誘導バランサ回路は、ソーラサブストリングにそれぞれ結合された第１の電力レベルペアおよび第２の電力レベルペアを含み、かつ直列に配置されたスイッチのペアと、直列に配置され、第１のスイッチのペアに並列に接続されたコンデンサのペアと、第１のスイッチのペアと第１のコンデンサのペアとの間に配置されたインダクタとを含む。このシステムは、誘導バランサ回路に結合されたコントローラをさらに含み、このコントローラが、あるデューティサイクルでスイッチのペアの状態を振動させ、第１の電力レベルペアおよび第２の電力レベルペアにおける電圧を平衡させ、最も照射されたソーラサブストリングの公称動作電圧の倍数である総電圧出力を生成するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

システムにおいて、
・第１のソーラパネルであって、
ｏ第１のソーラサブストリングと、
ｏ第２のソーラサブストリングとを有する、第１のソーラパネルと、
・誘導バランサ回路とを備え、この誘導バランサ回路が、
ｏ前記第１のソーラサブストリングに結合された第１の電力レベルペアであって、
－直列に配置された第１のスイッチのペアと、
－直列に配置され、前記第１のスイッチのペアに並列に接続された第１のコンデンサのペアと、
－前記第１のスイッチのペアと前記第１のコンデンサのペアとの間に配置された第１のインダクタとを含む、第１の電力レベルペアと、
ｏ前記第２のソーラサブストリングに結合された第２の電力レベルペアであって、
－直列に配置された第２のスイッチのペアと、
－直列に配置され、前記第２のスイッチのペアに並列に接続された第２のコンデンサのペアと、
－前記第２のスイッチのペアと前記第２のコンデンサのペアとの間に配置され、前記第１のスイッチのペアおよび前記第１のコンデンサのペアに接続された第２のインダクタとを含む、第２の電力レベルペアと、
ｏ前記誘導バランサ回路に結合されたコントローラであって、バランシングサイクルを開始し、前記バランシングサイクル中に、
－前記第１のスイッチのペアおよび前記第２のスイッチのペアの状態を第１のデューティサイクルで振動させ、
－前記第１の電力レベルペアおよび前記第２の電力レベルペアにおける電圧を平衡させ、
－最も照射されたソーラサブストリングの公称動作電圧の倍数である総電圧出力を生成するように構成されたコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のシステムにおいて、
・前記第１の電力レベルペアが、
ｏ接地レールに結合された第１の接合部と、
ｏ前記第１のコンデンサのペアのうちの第１のコンデンサを介して前記第１の接合部に結合された第２の接合部とをさらに含み、
・前記第１の電力レベルペアの第１のスイッチのペアが、
ｏ第１のトランジスタであって、
－前記接地レールに接続された第１のソースと、
－第１のドレインと、
－前記コントローラの第１の制御出力に接続された第１のゲートとを有する、第１のトランジスタと、
ｏ第２のトランジスタであって、
－前記第１のトランジスタの第１のドレインに接続された第２のソースと、
－前記第２の接合部に接続された第２のドレインと、
－前記コントローラの第２の制御出力に接続された第２のゲートであって、前記第１の制御出力と１８０°位相のずれた第２のゲートとを有する、第２のトランジスタと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項3】

請求項２に記載のシステムにおいて、
・前記第１のトランジスタの第１のドレインおよび前記第２のトランジスタの第２のソースが、前記第１の電力レベルペアの前記第１のインダクタを介して前記第１の接合部に接続され、
・前記第２のトランジスタの第２のドレインが、前記第１のコンデンサのペアのうちの第２のコンデンサを介して前記第２の接合部に接続されていることを特徴とするシステム。

【請求項4】

請求項３に記載のシステムにおいて、
・前記第２の電力レベルペアが、
ｏ前記第２のコンデンサと前記第２のトランジスタの第２のドレインとの間に結合された第３の接合部と、
ｏ前記第２のコンデンサのペアのうちの第３のコンデンサを介して前記第３の接合部に結合された第４の接合部とをさらに含み、
・前記第２の電力レベルペアの第２のスイッチのペアが、
ｏ第３のトランジスタであって、
－前記接地レールに接続された第３のソースと、
－第３のドレインと、
－前記コントローラの第３の制御出力に接続された第３のゲートとを含む、第３のトランジスタと、
ｏ第４のトランジスタであって、
－前記第３のトランジスタの第３のドレインに接続された第４のソースと、
－前記第４の接合部に接続された第４のドレインと、
－前記コントローラの第４の制御出力に接続され、前記第３の制御出力と１８０°位相がずれている第４のゲートとを含む、第４のトランジスタと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項5】

請求項４に記載のシステムにおいて、
・前記第３のトランジスタの第３のドレインおよび前記第４のトランジスタの第４のソースが、前記第２の電力レベルペアの前記第２のインダクタを介して前記第３の接合部に接続され、
・前記第４のトランジスタの第４のドレインが、前記第２のコンデンサのペアのうちの第４のコンデンサを介して前記第４の接合部に接続され、
・前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタが、前記接地レールおよび前記第２の接合部にわたって、前記第１の電力レベルペアの第１の電力レベルと第２の電力レベルに交互に接続され、
・前記第３のトランジスタおよび前記第４のトランジスタが、前記第２の接合部および前記第４の接合部にわたって、前記第２の電力レベルペアの第３の電力レベルと第４の電力レベルに交互に接続されることを特徴とするシステム。

【請求項6】

請求項１に記載のシステムにおいて、
・さらに、
ｏ前記誘導バランサ回路に結合された第１の変圧器を含み、前記第１の変圧器が、
－第１の巻線と、
－第２の巻線とを含み、
・前記第１のスイッチのペアと前記第１のコンデンサのペアとの間に配置された第１のインダクタが、前記第１の巻線を含み、
・前記第２のスイッチのペアと前記第２のコンデンサのペアとの間に配置された第２のインダクタが、前記第２の巻線を含むことを特徴とするシステム。

【請求項7】

請求項１に記載のシステムにおいて、
・さらに、
ｏ第３のソーラサブストリングと、
ｏ第４のソーラサブストリングとを含み、
・前記第１の電力レベルペアが、
ｏ前記第１のソーラサブストリングに結合された第１の電力レベルと、
ｏ前記第３のソーラサブストリングに結合された第２の電力レベルとをさらに含み、
・前記第２の電力レベルペアが、
ｏ前記第２のソーラサブストリングに結合された第３の電力レベルと、
ｏ前記第４のソーラサブストリングに結合された第４の電力レベルとをさらに含み、
・前記コントローラが、前記バランシングサイクル中に、
ｏ固定昇圧比を誘導し、
ｏ第１、第２、第３および第４の電力レベルの各々の比率、および前記第１のスイッチのペアの第１のデューティサイクルの関数として、電圧出力を生成するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項8】

請求項１に記載のシステムにおいて、
・前記第１のソーラサブストリングが第１のソーラセルのセットを含み、前記第１のソーラセルのセットが、第１のソーラセル化学物質を含み、第１の公称動作電圧で動作可能であり、
・前記第２のソーラサブストリングが、前記第１のソーラセルのセットよりも少ない第２のソーラセルのセットを含み、前記第２のソーラセルのセットが、前記第１のソーラセル化学物質とは化学的に異なる第２のソーラセル化学物質を含み、第２の公称動作電圧で動作可能であり、
・前記コントローラが、前記バランシングサイクル中に、前記第１の電力レベルペアおよび前記第２の電力レベルペアの各々について、前記第１のデューティサイクルよりも大きい第２のデューティサイクルで前記第１のスイッチのペアを駆動するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項9】

請求項２に記載のシステムにおいて、
・前記第１の電力レベルペアが、
ｏ第１の電力レベルと、
ｏ前記第１のソーラサブストリングに結合された第２の電力レベルとをさらに含み、
・前記コントローラが、第１の時点において、第１の高誘導駆動段階を開始し、この第１の高誘導駆動段階中に、
ｏ前記第１の制御出力に導かれた第１の制御信号を電圧ＨＩ状態に駆動し、
ｏ前記第２の制御出力に導かれた第２の制御信号を電圧ＬＯ状態に駆動し、
ｏ前記第１のトランジスタをオン状態に設定し、
ｏ前記第２のトランジスタをオフ状態に設定するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項10】

請求項９に記載のシステムにおいて、
・前記第１の高誘導駆動段階中に、前記コントローラが、
ｏ前記第１のソーラサブストリングの照射に応答して、前記第１の接合部および前記第２の接合部にわたって前記第１のソーラサブストリングの第１の公称動作電圧を誘導し、
ｏ前記第１のインダクタの第１のトランジスタ側をグランドに結合して、
－前記第１のインダクタにおいて第１の方向に第１の電圧変化を生成し、
－前記第１のソーラサブストリングによって出力された第１の電流を、前記第１のインダクタを介して前記第１の方向に導くようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項11】

請求項１０に記載のシステムにおいて、
前記コントローラが、前記第１の時点に続く第２の時点に、第１の低誘導駆動段階を開始し、この第１の低誘導駆動段階中に、
・前記第１の制御出力に導かれた第３の制御信号を電圧ＬＯ状態に駆動し、
・前記第２の制御出力に導かれた第４の制御信号を電圧ＨＩ状態に駆動し、
・前記第１のトランジスタをオフ状態に設定し、
・前記第２のトランジスタをオン状態に設定するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項12】

請求項１１に記載のシステムにおいて、
・前記第２のトランジスタの第２のドレインが、前記第１のコンデンサのペアのうちの第２のコンデンサを介して前記第２の接合部に接続され、
・前記第１の低誘導駆動段階中に、前記コントローラが、
ｏ前記第１のインダクタから出力された第１の電流を前記第２のトランジスタに導き、
ｏ前記第２のコンデンサにおいて第１の電圧を生成するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項13】

請求項１に記載のシステムにおいて、
・前記誘導バランサ回路および前記コントローラに結合された温度センサをさらに含み、
・前記コントローラが、前記バランシングサイクル中に、
ｏ第１の温度閾値にアクセスし、
ｏ前記温度センサからの第１の温度にアクセスし、
ｏ前記第１の温度が前記第１の温度閾値を超えるのに応答して、前記バランシングサイクルを終了させるようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項14】

請求項１に記載のシステムにおいて、
・前記誘導バランサ回路に結合された最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）センサと、総出力電圧に接続された負荷とをさらに含み、
・前記コントローラが、前記バランシングサイクル中に、
ｏ第１の電圧負荷閾値にアクセスし、
ｏ負荷の第１の電圧読取値にアクセスし、
ｏ前記第１の電圧読取値が前記第１の電圧閾値を超えるのに応答して、前記第１のデューティサイクルを第２のデューティサイクルに減少させるようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項15】

システムにおいて、
・第１のソーラパネルであって、
ｏ第１のソーラサブストリングのペアを規定する第１のソーラパネルサブストリングおよび第２のソーラパネルサブストリングと、
ｏ第２のソーラサブストリングのペアを規定する第３のソーラパネルサブストリングおよび第４のソーラパネルサブストリングとを含む、第１のソーラパネルと、
・誘導バランサ回路とを備え、この誘導バランサ回路が、
ｏ前記第１のソーラサブストリングのペアに結合された第１の電力レベルペアであって、
－直列に配置された第１のスイッチのペアと、
－直列に配置され、前記第１のスイッチのペアに並列に接続された第１のコンデンサのペアと、
－前記第１のスイッチのペアと前記第１のコンデンサのペアとの間に配置された第１のインダクタとを含む、第１の電力レベルペアと、
ｏ前記第２のソーラサブストリングのペアに結合された第２の電力レベルペアであって、
－直列に配置された第２のスイッチのペアと、
－直列に配置され、前記第２のスイッチのペアに並列に接続された第２のコンデンサのペアと、
－前記第２のスイッチのペアと前記第２のコンデンサのペアとの間に配置され、前記第１のスイッチのペアおよび前記第１のコンデンサのペアに接続された第２のインダクタとを含む、第２の電力レベルペアと、
ｏ前記誘導バランサ回路に結合されたコントローラであって、バランシングサイクルを開始し、前記バランシングサイクル中に、
－前記第１のスイッチのペアおよび前記第２のスイッチのペアの状態を第１のデューティサイクルで振動させ、
－前記第１の電力レベルペアおよび前記第２の電力レベルペアの電圧を平衡させ、
－固定昇圧比を誘導し、
－前記第１の電力レベルペア、前記第２の電力レベルペアの各々の比率、および前記第１のデューティサイクルの関数として、総電圧出力を生成するように構成されたコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項16】

請求項１５に記載のシステムにおいて、
・前記第１のソーラサブストリングのペアが第１のソーラセルのセットを含み、前記第１のソーラセルのセットが、第１のソーラセル化学物質を含み、第１の公称動作電圧で動作可能であり、
・前記第２のソーラサブストリングのペアが、
ｏ前記第１の量のソーラセルよりも少ない第２の量のソーラセルと、
ｏ前記第１のソーラセル化学物質とは化学的に異なる第２のソーラセル化学物質と、
ｏ前記第１の公称動作電圧よりも小さい第２の公称動作電圧とを含み、
・前記コントローラが、前記バランシングサイクル中に、前記第１の電力レベルペアおよび前記第２の電力レベルペアの各々について、前記第１のデューティサイクルよりも大きい第２のデューティサイクルで前記第１のスイッチのペアを駆動するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項17】

請求項１５に記載のシステムにおいて、
・前記第１の電力レベルペアが、
ｏ接地レールに結合された第１の接合部と、
ｏ前記第１のコンデンサのペアのうちの第１のコンデンサを介して前記第１の接合部に結合された第２の接合部とをさらに含み、
・前記第１の電力レベルペアの第１のスイッチのペアが、
ｏ第１のトランジスタであって、
－前記接地レールに接続された第１のソースと、
－第１のドレインと、
－前記コントローラの第１の制御出力に接続された第１のゲートとを有する、第１のトランジスタと、
ｏ第２のトランジスタであって、
－前記第１のトランジスタの第１のドレインに接続された第２のソースと、
－前記第２の接合部に接続された第２のドレインと、
－前記コントローラの第２の制御出力に接続された第２のゲートであって、前記第１の制御出力と１８０°位相のずれた第２のゲートとを有する、第２のトランジスタと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項18】

請求項１７に記載のシステムにおいて、
・前記第１の電力レベルペアが、
ｏ前記第１のソーラサブストリングに結合された第１の電力レベルと、
ｏ前記第２のソーラサブストリングに結合された第２の電力レベルとをさらに含み、
・前記コントローラが、第１の時点において、第１の高誘導駆動段階を開始し、この第１の高誘導駆動段階中に、
ｏ前記第１のトランジスタをオン状態に設定し、
ｏ前記第２のトランジスタをオフ状態に設定し、
－前記第１のソーラサブストリングの第１の照射と、
－前記第１の照射よりも小さい前記第２のソーラサブストリングの第２の照射とに応答して、
ｏ前記第１の接合部および前記第２の接合部にわたって、前記第１のソーラサブストリングの第１の公称動作電圧を誘導し、
ｏ前記第１のインダクタの第１のトランジスタ側をグランドに結合して、
－前記第１のインダクタにおいて第１の方向に第１の電圧変化を生成し、
－前記第１のソーラサブストリングによって出力された第１の電流を、前記第１のインダクタを介して前記第１の方向に導くようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項19】

請求項１８に記載のシステムにおいて、
・前記第２のトランジスタの第２のドレインが、前記第１のコンデンサのペアのうちの第２のコンデンサを介して前記第２の接合部に接続され、
・前記コントローラが、前記第１の時点に続く第２の時点に、第１の低誘導駆動段階を開始し、この第１の低誘導駆動段階中に、
ｏ前記第１のトランジスタをオフ状態に設定し、
ｏ前記第２のトランジスタをオン状態に設定し、
ｏ前記第１のインダクタから出力された第１の電流を前記第２のトランジスタに導き、
ｏ前記第２のコンデンサにおいて第１の電圧を生成するようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項20】

請求項１５に記載のシステムにおいて、
・前記誘導バランサ回路に結合された最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）センサと、総出力電圧に接続された負荷とをさらに含み、
・前記コントローラが、前記バランシングサイクル中に、
ｏ第１の電圧負荷閾値にアクセスし、
ｏ負荷の第１の電圧読取値にアクセスし、
ｏ前記第１の電圧読取値が前記第１の電圧閾値を超えるのに応答して、前記第１のデューティサイクルを第２のデューティサイクルに減少させ、
ｏ前記第１の電圧読取値が前記第１の電圧閾値を下回るのに応答して、前記第１のデューティサイクルを第３のデューティサイクルに増加させるようにさらに構成されていることを特徴とするシステム。

【請求項21】

システムにおいて、
・第１のソーラパネルであって、
ｏ第１のソーラサブストリングのペアを規定する第１のソーラパネルサブストリングおよび第２のソーラパネルサブストリングと、
ｏ第２のソーラサブストリングのペアを規定する第３のソーラパネルサブストリングおよび第４のソーラパネルサブストリングとを含む、第１のソーラパネルと、
・誘導バランサ回路とを備え、この誘導バランサ回路が、
ｏ前記第１のソーラサブストリングのペアに結合された第１の電力レベルペアであって、
－直列に配置された第１のスイッチのペアと、
－前記第１のスイッチのペア間に配置された第１のインダクタと、
－前記第１のソーラパネルサブストリングと前記第２のソーラパネルサブストリングとの間に配置され、前記第１のインダクタに直列に接続された第１の接地コンデンサとを含む、第１の電力レベルペアと、
ｏ前記第２のソーラサブストリングのペアに結合された第２の電力レベルペアであって、
－直列に配置され、前記第１のスイッチのペアと直列に接続された第２のスイッチのペアと、
－前記第２のスイッチのペア間に配置された第２のインダクタと、
－前記第３のソーラパネルサブストリングと前記第４のソーラパネルサブストリングとの間に配置され、前記第１のインダクタに直列に接続された第２の接地コンデンサとを含む、第２の電力レベルペアと、
ｏ前記誘導バランサ回路に結合されたコントローラであって、バランシングサイクルを開始し、前記バランシングサイクル中に、
－前記第１のスイッチのペアおよび前記第２のスイッチのペアの状態を第１のデューティサイクルで振動させ、
－前記第１の電力レベルペアおよび前記第２の電力レベルペアの電圧を平衡させ、
－前記第１の電力レベルペア、前記第２の電力レベルペアの各々の比率、および前記第１のデューティサイクルの関数として、総電圧出力を生成するように構成されたコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項22】

請求項２１に記載のシステムにおいて、
・前記第１の電力レベルペアが、
ｏ直列に配置され、前記第１のスイッチのペアと並列に接続された第１のコンデンサのペアと、
ｏ接地レールに結合された第１の接合部と、
ｏ前記第１のコンデンサのペアのうちの第１のコンデンサを介して前記第１の接合部に結合された第２の接合部とをさらに含み、
・前記第１の電力レベルペアの第１のスイッチのペアが、
ｏ第１のトランジスタであって、
－前記接地レールに接続された第１のソースと、
－第１のドレインと、
－前記コントローラの第１の制御出力に接続された第１のゲートとを有する、第１のトランジスタと、
ｏ第２のトランジスタであって、
－前記第１のトランジスタの第１のドレインに接続された第２のソースと、
－前記第２の接合部に接続された第２のドレインと、
－前記コントローラの第２の制御出力に接続された第２のゲートであって、前記第１の制御出力と１８０°位相のずれた第２のゲートとを有する、第２のトランジスタと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項23】

請求項２２に記載のシステムにおいて、
・前記第１のトランジスタの第１のドレインおよび前記第２のトランジスタの第２のソースが、前記第１の電力レベルペアの第１のインダクタを介して前記第１の接合部に接続され、
・前記第２のトランジスタの第２のドレインが、前記第１のコンデンサのペアのうちの第２のコンデンサを介して前記第２の接合部に接続されていることを特徴とするシステム。

【請求項24】

請求項２３に記載のシステムにおいて、
・前記第２の電力レベルペアが、
ｏ直列に配置され、前記第２のスイッチのペアと並列に接続された第２のコンデンサのペアと、
ｏ前記第２のソーラパネルサブストリングと前記第３のソーラパネルサブストリングとの間に配置された第３の接地コンデンサと、
ｏ前記第２のコンデンサと前記第２のトランジスタの第２のドレインとの間に結合された第３の接合部と、
ｏ前記第２のコンデンサのセットのうちの第３のコンデンサを介して前記第３の接合部に結合された第４の接合部とをさらに含み、
前記第２の電力レベルペアの第２のスイッチのペアが、
ｏ第３のトランジスタであって、
－前記接地レールに接続された第３のソースと、
－第３のドレインと、
－前記コントローラの第３の制御出力に接続された第３のゲートとを有する、第３のトランジスタと、
ｏ第４のトランジスタであって、
－前記第３のトランジスタの第３のドレインに接続された第４のソースと、
－前記第４の接合部に接続された第４のドレインと、
－前記コントローラの第４の制御出力に接続された第４のゲートであって、前記第３の制御出力と１８０°位相のずれた第４のゲートとを有する、第４のトランジスタと
を備えることを特徴とするシステム。

【請求項25】

請求項２４に記載のシステムにおいて、
・前記第３のトランジスタの第３のドレインおよび前記第４のトランジスタの第４のソースが、前記第２の電力レベルペアの前記第２のインダクタを介して前記第３の接合部に接続され、
・前記第４のトランジスタの第４のドレインが、前記第２のコンデンサのペアのうちの第４のコンデンサを介して前記第４の接合部に接続され、
・前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタが、前記接地レールおよび前記第２の接合部にわたって、前記第１の電力レベルペアの第１の電力レベルと第２の電力レベルに交互に接続され、
・前記第３のトランジスタおよび前記第４のトランジスタが、前記第２の接合部および前記第４の接合部にわたって、前記第２の電力レベルペアの第３の電力レベルと第４の電力レベルに交互に接続されることを特徴とするシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して太陽光発電システムの分野に関し、より具体的には、太陽光発電システムの分野における複数のソーラサブストリングの化学物質および構成に適応可能な新規かつ有用なソーラチャージコントローラに関するものである。

【0002】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年９月２５日に出願された「Ｓｏｌａｒ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｄａｐｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｏｌａｒ Ｓｕｂｓｔｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｉｅｓ ａｎｄ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ」という名称の米国仮出願第６３／０８３，８１７号の利益を主張するものであり、その全体がこの引用により援用されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】図１は、システムの例示的な実施態様の概略図である。

【図2】図２は、システムの例示的な実施態様の概略図である。

【図3】図３は、システムの例示的な実施態様の図面である。

【図4】図４は、システムの例示的な実施態様の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0004】

以下の本発明の実施形態の説明は、本発明をそれらの実施形態に限定することを意図したものではなく、当業者が本発明を製造および使用できるようにすることを意図したものである。本明細書に記載の態様、構成、実施例、実施形態および例は任意選択的なものであり、それらが説明する態様、構成、実施例、実施形態および例のみに限定されるものではない。本明細書に記載の発明は、それらの態様、構成、実施例、実施形態および例のうちの何れかおよびすべての置換を含むことができる。

【0005】

１．システム
図１～図４に示すように、システム１００は、動作中に、不均一な照射を受ける可能性がある（それにより不均一な電力出力を生じ得る）ソーラサブストリングのセットと相互作用してソーラサブストリングのセットによる電力出力を平衡させるように構成されている。例えば、システム１００は、ソーラサブストリングのセットであって、勾配のある住宅屋根の複数の面に配置され、近傍の木々や他の建物によって陰になる平らな屋根に配置され、車両のルーフトップに配置され、または２以上の非平行面上にまたはそれら平面にわたって配置されかつ／または変化する影に曝される、ソーラサブストリングのセットと相互作用してソーラサブストリングのセットによる電力出力を平衡させるように構成された電力コントローラ２１０を規定することができる。

【0006】

特に、直列に接続されたソーラサブストリング（例えば、個々のソーラセル、ソーラサブストリング内のソーラセルのグループ）のセットが均一に照射されていない場合、ソーラセルのセットからの総出力電流は、セット内の最低出力のソーラセルを通る電流に制限される。このため、高出力ソーラサブストリングから低出力ソーラサブストリングを迂回して電流を流すバイパスダイオードを実装するのではなく、システム１００は、電力レベルペアのセットであって、各々が１つのソーラサブストリング（例えば、ハーフレベル昇圧構成）または２つのソーラサブストリング（例えば、フルレベル電圧バランシング構成）に接続された、電力レベルペアのセットと、各電力レベルペア内のスイッチおよびコンデンサのペアと、電力レベルペアごとに１の巻線を含む変圧器１３０とを含むことができる。システム１００のコントローラ２１０がそれら電力レベルペアの各変化ポンプ内のトランジスタペアの状態を交互に切り替えるとき、変圧器１３０内の巻線が結合して、各電力レベルにおいて共通の電圧（セット内の何れか１つのソーラサブストリングの最大電圧に等しい電圧）を強制することができ、それにより、ソーラサブストリングの一部または殆どが陰になっているか、または一貫して照射されていない場合であっても、システム１００およびソーラサブストリングの総電圧出力を、ソーラサブストリングの公称動作電圧の倍数に引き上げることができる。巻線は、各電力レベルにおいて電圧を平衡させるだけでなく、低い電力レベルのソーラサブストリングによって出力されたエネルギーを蓄積した後、この蓄積されたエネルギーを最後の電力レベルから負荷２７０への電流出力に変換し、それによりシステム１００の総電流出力（および総電力出力）をセット内の単一の最も照射の弱いソーラサブストリングの電流スループットの制限から分離する。

【0007】

このため、各電力レベルペアは、直列に配置されたスイッチ（例えば、トランジスタ）のペアと、直列に配置され、スイッチのペアに並列に接続されたコンデンサのペアと、スイッチとコンデンサとの間に介在する変圧器１３０の巻線とを含み、スイッチおよびコンデンサのペアと協働して電力レベルペア内の２つの電力レベルにおいて電圧を平衡させ、複数の電力レベルペアに接続されたソーラサブストリングによって出力されたエネルギーを蓄積するよう構成されるとともに、セット内のすべてのソーラサブストリングによって出力されたエネルギーの合計の関数として（例えば、システム１００内の最後の電力レベルを介して）負荷２７０に電流を出力するように構成されている。より具体的には、システム１００は、電力レベルのセットにわたって接続された変圧器１３０と、各電力レベル内のトランジスタの状態を振動させて、システム１００に接続された最も照射されたソーラサブストリングの公称動作電圧の倍数である総電圧出力、並びに、接続された各ソーラサブストリングの個々の出力電力の組合せ（例えば、合計）である（セット内の単一の最も照射されていないソーラサブストリングの電力出力または電流スループットに制限されない）総出力電力をもたらすように構成されたコントローラ２１０とを含む。

【0008】

さらに、ソーラサブストリングのセットからの不一致の出力電流のバランスを取ることによって、システム１００は、各電力レベルのペアに接続された２つの異なるソーラセルの化学物質（例えば、同一の照射条件下で異なる出力電圧（および異なる出力電力）を示すことができるペロブスカイトおよびシリコンなど）のソーラサブストリングを結合させることができる。この構成において、コントローラ２１０は、システム１００に接続された１つのソーラストリングおよび／または１つのソーラセル化学物質のみが照射されるか、または他の方法で電力を出力していたとしても、各ソーラセルの化学物質をその公称動作電圧に維持するために、電力レベルペアのトランジスタが切り替えられるデューティサイクルを変えることができる。

【0009】

図１に示す例示的な一実施態様では、システム１００が、誘導バランサ回路１２０を含むことができる。誘導バランサ回路１２０は、第１のソーラサブストリング１１１に結合された第１の電力レベルのペア１２２を含むことができ、この第１の電力レベルのペアが、直列に配置された第１のスイッチ１４０のペアと、直列に配置され、第１のスイッチ１４０のペアに並列に接続された第１のコンデンサ１５０のペアと、第１のスイッチ１４０のペアと第１のコンデンサ１５０のペアとの間に配置された第１の巻線１３２またはインダクタとを含む。また、誘導バランサ回路１２０は、第２のソーラサブストリング１１２に結合された第２の電力レベルペア１２４を含むことができ、この第２の電力レベルペアが、直列に配置された第２のスイッチ１６０のペアと、直列に配置され、第２のスイッチ１６０のペアに並列に接続された第２のコンデンサ１７０のペアと、第２のスイッチ１６０のペアと第２のコンデンサ１７０のペアとの間に配置され、第１のスイッチ１４０のペアおよび第１のコンデンサ１５０のペアに接続された第２の巻線１３４またはインダクタとを含む。システム１００は、誘導バランサ回路１２０に結合され、バランシングサイクルを開始するように構成されたコントローラ２１０をさらに含むことができる。バランシングサイクル中、コントローラ２１０は、第１のデューティサイクルで第１のスイッチ１４０のペアおよび第２のスイッチ１６０のペアの状態を振動させ、第１の電力レベルペア１２２と第２の電力レベルペア１２４との間の電圧を平衡させ、最も照射されたソーラサブストリングの公称動作電圧の倍数である総電圧出力を生成することができる。

【0010】

図２に示す例示的な一実施態様では、システム１００は、第１のソーラパネルサブストリングのペアを規定する第１のソーラサブストリング１１１および第２のソーラサブストリング１１２と、第２のソーラパネルサブストリングのペアを規定する第３のソーラサブストリング１１３および第４のソーラサブストリング１１４とを含むことができる。また、システム１００は、誘導バランサ回路１２０も含むことができる。誘導バランサ回路１２０は、第１のソーラサブストリングのペアに結合された第１の電力レベルのペア１２２を含むことができ、この第１の電力レベルのペアが、直列に配置された第１のスイッチ１４０のペアと、直列に配置され、第１のスイッチ１４０のペアに並列に接続された第１のコンデンサ１５０のペアと、第１のスイッチ１４０のペアと第１のコンデンサ１５０のペアとの間に配置された第１の巻線１３２またはインダクタとを含む。また、誘導バランサ回路１２０は、第２のソーラサブストリングのペアに結合された第２の電力レベルのペア１２４も含むことができ、この第２の電力レベルのペアが、直列に配置された第２のスイッチ１６０のペアと、直列に配置され、第２のスイッチ１６０のペアに並列に接続された第２のコンデンサ１７０のペアと、第２のスイッチ１６０のペアと第２のコンデンサ１７０のペアとの間に配置され、第１のスイッチ１４０のペアおよび第１のコンデンサ１５０のペアに接続された第２の巻線１３４またはインダクタとを含む。システム１００は、誘導バランサ回路１２０に結合され、バランシングサイクルを開始するように構成されたコントローラ２１０をさらに含むことができる。バランシングサイクル中、コントローラ２１０は、第１のデューティサイクルで第１のスイッチ１４０のペアおよび第２のスイッチ１６０のペアの状態を振動させ、第１の電力レベルペア１２２と第２の電力レベルペア１２４との間で電圧を平衡させ、固定昇圧比を誘導し、第１の電力レベルペア１２２、第２の電力レベルペア１２４の各々の比率および第１のデューティサイクルの関数として総電圧出力を生成することができる。

【0011】

図３および図４に示す例示的な一実施態様では、システム１００がソーラパネル１１０を含むことができ、このソーラパネルが、ソーラサブストリングのセットを含み、前面および後面を規定する。また、システム１００は、ソーラパネル１１０の後面に配置されたハウジング構造２２０と、ハウジングの側端から外側に延び、ソーラパネル１１０に結合されたロッド構造２４０とを含むことができる。ハウジング構造２２０は、誘導バランサ回路１２０と、誘導バランサ回路１２０に結合されたコントローラ２１０とを含むことができ、誘導バランサ回路１２０およびコントローラ２１０の各々が、ハウジング構造２２０内に封入されている。

【0012】

２．応用
図２に示す昇圧比構成では、システム１００が、電力レベルペアのサブセットのみで、ソーラサブストリングのセットに接続される。各電力レベルペアおよび変圧器１３０は同様に協働して、未入力の電力レベルを含むすべての電力レベルで電圧を平衡させ、総電力レベルに入力された電力レベルの比率およびトランジスタのデューティサイクルの関数として、固定昇圧比および一貫した電圧出力を生成し、電力レベルのサブセットに接続されたソーラサブストリングによって出力されたエネルギーを蓄積し、そのエネルギーを、セット内の最も照度の低いソーラサブストリングが総電流出力を制限することなく、負荷２７０への電流出力に変換する。

【0013】

図１に示すハーフレベル構成では、同じシステム１００内の各電力レベルペアが、単一のソーラサブストリングに接続される。この構成では、各電力レベルペアおよび変圧器１３０は同様に協働して、システム１００に接続された任意のソーラサブストリングの最大電圧に等しい共通の動作電圧に各ソーラサブストリングの電圧を駆動し、電力レベルのサブセットに接続されたソーラサブストリングによって出力されたエネルギーを蓄積し、このエネルギーを、セット内の最も照度の低いソーラサブストリングが総電流出力を制限することなく、負荷２７０への電流出力に変換する。この構成では、コントローラ２１０が、各未入力電力レベルの電圧を、ソーラサブストリングの共通の動作電圧よりも大きい、小さいまたは等しい制御電圧に駆動するために、電力レベルペアのトランジスタが切り替えられるデューティサイクルを変えることもでき、それによって、各入力電力レベルおよび未入力電力レベルの電圧の合計であるシステム１００の総出力電圧を制御することができる。

【0014】

したがって、システム１００は、システム１００の電力レベルの総数まで複数のソーラサブストリングに、単一のソーラセルの化学物質のソーラサブストリングに、または２つの異なるソーラセルの化学物質のソーラサブストリングに、様々な構成で、接続するように構成された単一の電力コントローラ２１０を規定することができる。これらの構成において、システム１００は、電力レベルペアのトランジスタがスイッチングされるデューティサイクルを単に変化させることによって、異なる固定昇圧比、異なるソーラセルの化学物質における負荷２７０のバランシング、および／または直接最大電力点追跡などを可能にすることができる。

【0015】

システム１００は、外部ソーラサブストリングのセットであって、各々が１つのソーラセル化学物質の１または複数のソーラセルを含み、並列または直列に接続された、外部ソーラサブストリングのセットに接続するように構成された個別電力コントローラ２１０として本明細書に説明されている。しかしながら、システム１００は、代替的には、（例えば、ソーラパネル１１０の剛性ハウジング内に設置または接続された）１つのソーラパネル１１０に統合され、ソーラパネル１１０内に配置されたソーラセルおよび／またはソーラサブストリングのセットに接続されるものであってもよい。

【0016】

３．ソーラサブストリングの電力出力変動
通常、ソーラサブストリングのグループは、太陽光照射、陰影および局所反射率（以下「照度」）の変化により、時間の経過とともに不均一な電力出力を示す場合がある。ソーラサブストリングのグループの照度プロファイルは、地理的位置およびソーラサブストリングの設置方向によっても大きく異なり得る。例えば、ソーラサブストリングのグループは、平らな屋根の上に、勾配のある屋根の複数の非平行面にわたって、乗用車のルーフ上に、または野原に設置することができる。このため、それらの設備におけるソーラサブストリングのグループは、時間の経過とともに著しく異なる照度プロファイルに曝される可能性があり、各グループ内のソーラサブストリングは、異なる形で照射され、陰になる場合があり、それにより、任意の時点で著しく異なる電力の大きさを出力する場合がある。

【0017】

このため、システム１００は、それらのソーラサブストリングの出力（１日の特定の時間帯（例えば、正午）でほぼ同じ（例えば、それぞれ３００ワット）であり、１日の他の時間帯（例えば、午後の早い時間）で非常に異なる（例えば、５０ワット～５００ワット））を調整および統合して、１つの共通の高電圧、高電流出力にするように構成されたパワーエレクトロニクスを含むことができる。

【0018】

例えば、勾配のある屋根の異なる面に配置された複数のソーラサブストリングを含むソーラ設備の場合、日の出から午前中（例えば、午前５時から午前１０時まで）、ソーラ設備の東向きのソーラサブストリングが優勢な照射を受けることができ、ソーラ設備の南向きのソーラサブストリングがある程度の照射を受けることができ、ソーラ設備の西向きのソーラサブストリングが最小限の照射を（例えば、反射から）受けることができる。したがって、この例では、それらソーラサブストリングを切り離して独立に動作させた場合、東向きのソーラサブストリングは、この朝の期間に１．１２ボルトの平均動作電圧で平均ワットおよびピーク２００ワットの電力を生成することができ、南向きのソーラサブストリングは、この朝の期間に１．０９ボルトの平均動作電圧で平均５０ワットおよびピーク２００ワットの電力を生成することができ、西向きのソーラセルは、この朝の期間に１．０ボルトの平均動作電圧で平均５ワットおよびピーク２０ワットの電力を生成することができる。それらのソーラサブストリングが多巻線変圧器１３０なしで直列に接続されている場合、ソーラサブストリングのセットの総出力は、３．２１ボルトで平均５アンペアおよび１６ワットの出力電力に低下する可能性がある。

【0019】

前述した例では、午前中から午後半ばまで（例えば、午前１０時から午後３時まで）、東向きのソーラサブストリングは（例えば、反射と直接照射の両方から）ある程度の照射を受けることができ、南向きのソーラサブストリングは優勢な照射を受けることができ、西向きのソーラサブストリングはある程度の照射を受けることができる。したがって、それらソーラサブストリングを切り離して独立に動作させた場合、東向きのソーラサブストリングは、この昼の期間に１．１５ボルトの平均動作電圧で平均１５０ワットおよびピーク３００ワットの電力を生成することができ、南向きのソーラサブストリングは、この昼の期間に１．２ボルトの平均動作電圧で平均３００ワットおよびピーク３５０ワットの電力を生成することができ、西向きのソーラサブストリングは、この昼の期間に１．１５ボルトの平均動作電圧で平均１５０ワットおよびピーク３００ワットの電力を生成することができる。それらのソーラサブストリングが多巻線変圧器１３０なしで直列に接続されている場合、ソーラサブストリングのセットの総出力は、３．５ボルトで平均１３０アンペアおよび４５６ワットの出力電力に低下する可能性がある。

【0020】

さらに、この例では、午後半ばから夕暮れまで（例えば、午後３時から午後８時まで）、東向きのソーラサブストリングは最小限の照射を（例えば、反射から）受けることができ、南向きのソーラサブストリングはある程度の照射を受けることができ、西向きのソーラサブストリングは優勢な照射を受けることができる。したがって、この例では、東向きのソーラサブストリングは、この夕方の期間に１．０ボルトの平均動作電圧で平均５ワットおよびピーク２０ワットの電力を生成することができ、南向きのソーラサブストリングは、この夕方の期間に１．０９ボルトの平均動作電圧で平均５０ワットおよびピーク２００ワットの電力を生成することができ、西向きのソーラサブストリングは、この夕方の期間に１．１２ボルトの平均動作電圧で平均ワットおよびピーク２００ワットの電力を生成することができる。それらのソーラサブストリングが多巻線変圧器１３０なしで直列に接続されている場合、ソーラサブストリングのセットの総出力は、３．２１ボルトで平均５アンペアおよび１６ワットの出力電力に低下する可能性がある。

【0021】

このように、東向き、南向きおよび西向きのソーラサブストリングの有効動作電圧および出力電力は、１日の間に時間とともに大きく変化し、かつソーラサブストリング間で大きく異なる可能性がある（例えば、ある瞬間、２つのソーラサブストリング間で最大２００ワットおよび０．２ボルトの差がある）。さらに、不均一な照度の下でのそれらソーラサブストリングからの出力電力および電流の差は、直列に配置されたソーラサブストリングのセットの総電力出力を著しく低下させる可能性がある。

【0022】

そこで、ソーラサブストリングのセットは、それらの個々のソーラサブストリングの公称出力電圧の倍数に等しい総出力電圧を達成するために、（例えば、システム１００の各電力レベルペアがセット内の１つのソーラサブストリングに接続されるように）直列でシステム１００に接続することができる。その後、システム１００内のコントローラ２１０（例えば、ゲートドライブ、クロックなどを含む）は、システム１００のこの総出力電圧を接続された負荷２７０への目標出力電圧に合わせるために、それら電力レベルペアのトランジスタが切り替えられるデューティサイクルを変調することができる。システム１００は、それらソーラサブストリングのすべてによって出力されるエネルギーを蓄積し、このエネルギーをシステム１００の最後の電力レベルから出力される電流に変換する多巻線変圧器１３０も含むことができ、それにより、直列内のあるソーラサブストリングから次のソーラサブストリングへの電流の伝送を回避することができる。そうしなければ、ソーラサブストリングのセットからの全電流および総電力出力が制限される可能性がある。

【0023】

このため、システム１００は、部分的な陰影および変化する照射条件であっても、ソーラサブストリングのセットからの出力総電圧を制御および維持することができると同時に、それらソーラサブストリングからのより大きな総出力電力を達成することができ、それにより、ソーラ設備は、任意の瞬間にそれらソーラサブストリングに入射する一定量の光に対して、負荷２７０により大きな電力を供給することができる。

【0024】

４．電力レベルペア
図１に示すように、システム１００は、電力レベルペアのセットを含み、それぞれが、第１の（下側）電力レベルと、第２の（上側）電力レベルと、トランジスタおよびコンデンサのセットと、インダクタの巻線であって、接続された１または複数のソーラサブストリングからのエネルギーを蓄積し、他の電力レベルペアの巻線に結合して各電力レベルペア間で電圧を均衡させ、電力レベルペアのトランジスタおよびコンデンサのセットと相互作用して第１および第２の電力レベルの電圧を均衡させるインダクタの巻線とを含む。

【0025】

４．１ 第１の電力レベルペア
例示的な一態様では、第１の電力レベルペア１２２が、接地レールに結合された第１の接合部１２２ａと、第１のコンデンサ１５２（以下、「奇数」または平滑コンデンサ）を介して第１の接合部１２２ａに結合された第２の接合部１２２ｂと、接地レールに接続された第１のソース１４２ａ（またはドレイン）、第１のドレイン１４２ｂ（またはソース）、およびコントローラ２１０の第１の制御出力に接続された第１のゲート１４２ｃを含む第１のトランジスタ１４２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）と、第１のトランジスタ１４２の第１のドレイン１４２ｂに接続された第２のソース１４４ａ（またはドレイン）、第２の接合部１２２ｂに接続された第２のドレイン１４４ｂ（またはソース）、およびコントローラ２１０（例えば、ゲート駆動、クロックなどを含む）の第２の制御出力（第１の制御出力と１８０°位相がずれている）に接続された第２のゲート１４４ｃを含む第２のトランジスタ１４４とを含む。さらに、この例示的な態様では、第１のトランジスタ１４２の第１のドレイン１４２ｂおよび第２のトランジスタ１４４の第２のソース１４４ａが、変圧器１３０の第１の巻線１３２を介して第１の接合部１２２ａに接続され、第２のトランジスタ１４４の第２のドレイン１４４ｂが、第２のコンデンサ１５４（以下、「偶数」コンデンサ）を介して第２の接合部１２２ｂに接続されている。

【0026】

特に、この例示的な態様では、第１のトランジスタ１４２、第１のコンデンサ１５２、および第１の接合部１２２ａおよび第２の接合部１２２ｂが並列に接続され、第１のトランジスタ１４２および第２のトランジスタ１４４が直列に接続され、第１のコンデンサ１５２および第２のコンデンサ１５４が直列に接続されている。

【0027】

図２に示す例示的な態様の一変形例では、システム１００が、接地されたコンデンサ２００を含むことができる。例えば、第１の電力レベルペア１２２は、第２の接合部１２２ｂに結合され、接地レールに接続された第１の接地コンデンサ２０１を含むこともできる。例示的な態様のこの変形例では、第１のトランジスタ１４２、第１のコンデンサ１５２、第１の接地コンデンサ２０１、および第１の接合部１２２ａおよび第２の接合部１２２ｂが並列に接続され、第１のトランジスタ１４２および第２のトランジスタ１４４が直列に接続され、第１のコンデンサ１５２および第２のコンデンサ１５４が直列に接続されている。接地コンデンサは、高周波フィルタリングを改善するためにシステム１００に組み込むことができる。別の変形例では、システム１００が、第１の接地コンデンサ２０１のみを含み、第１のコンデンサ１５２および第２のコンデンサ１５４を除外することができる。

【0028】

このため、第１のトランジスタ１４２および第２のトランジスタ１４４は、接地レールおよび第２の接合部１２２ｂにわたって第１の電力レベルと第２の電力レベルを交互に接続する。第１の巻線１３２は、第１の接合部１２２ａおよび第２の接合部１２２ｂに接続されたソーラサブストリングによって、かつ／または変圧器１３０の他の巻線によって通電され；コントローラ２１０によって制御される高誘導駆動段階（後述）中に、第１の接合部１２２ａおよび第２の接合部１２２ｂ間の電圧をシステム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングの公称動作電圧まで駆動し；コントローラ２１０によって制御される低誘導駆動段階（後述）中に、第２のコンデンサ１５４の両端間の電圧をシステム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングの公称動作電圧に駆動し；エネルギー（第１および／または第２の電力レベルに接続された１または複数のソーラサブストリングにより出力されて、第１および第２の電力レベル間で電圧を平衡させた後に残るエネルギー）を変圧器１３０のコアに貯蔵する。

【0029】

４．２ 第２の電力レベルペア
上述した例示的な一態様では、第２の電力レベルペア１２４が、第２のコンデンサ１５４と第２のトランジスタ１４４の第２のドレイン１４４ｂとの間に結合された第３の接合部１２４ａと、第３のコンデンサ１７２を介して第３の接合部１２４ａに結合された第４の接合部１２４ｂと、接地レールに接続された第３のソース１６２ａ（またはドレイン）、第３のドレイン１６２ｂ（またはソース）、およびコントローラ２１０の第３の制御出力に接続された第３のゲート１６２ｃを含む第３のトランジスタ１６２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）と、第３のトランジスタ１６２の第３のドレイン１６２ｂに接続された第４のソース１６４ａ（またはドレイン）、第４の接合部１２４ｂに接続された第４のドレイン１６４ｂ（またはソース）、およびコントローラ２１０の第４の制御出力（第３の制御出力と１８０°位相がずれている）に接続された第４のゲート１６４ｃとを含む第４のトランジスタ１６４とを含む。さらに、この例示的な態様では、第３のトランジスタ１６２の第３のドレイン１６２ｂおよび第４のトランジスタ１６４の第４のソース１６４ａが、変圧器１３０の第２の巻線１３４を介して第３の接合部１２４ａに接続され、第４のトランジスタ１６４の第４のドレイン１６４ｂが、第４のコンデンサ１７４を介して第４の接合部１２４ｂに接続されている。

【0030】

特に、この例示的な態様では、第３のトランジスタ１６２、第３のコンデンサ１７２、および第３の接合部１２４ａおよび第４の接合部１２４ｂが並列に接続され、第３のトランジスタ１６２および第４のトランジスタ１６４が直列に接続され、第３のコンデンサ１７２および第４のコンデンサ１７４が直列に接続されている。

【0031】

図２に示すこの例示的な態様の一変形例では、第２の電力レベルペア１２４が、第３の接合部１２４ａに結合され、接地レールに接続された第２の接地コンデンサ２０２と、第４の接合部１２４ｂに結合され、接地レールに接続された第３の接地コンデンサ１０３とをさらに含むことができる。特に、例示的な態様のこの変形例では、第２のトランジスタ１４４、第２のコンデンサ１５４、第２の接地コンデンサ２０２、および第２の接合部１２２ｂおよび第３の接合部１２４ａが並列に接続され、第３のトランジスタ１６２、第３のコンデンサ１７２、第３の接地コンデンサ１０３、および第３の接合部１２４ａおよび第４の接合部１２４ｂが並列に接続され、第３のトランジスタ１６２および第４のトランジスタ１６４が直列に接続され、第３のコンデンサ１７２および第４のコンデンサ１７４が直列に接続されている。第２の接地コンデンサ２０２は、高周波フィルタリングを改善するためにシステム１００に組み込むことができる。例示的な態様の別の変形例では、システム１００が、第２の接地コンデンサ２０２および第３の接地コンデンサ１０３のみを含み、第３のコンデンサ１７２および第４のコンデンサ１７４を除外することができる。

【0032】

このため、第１のトランジスタ１４２および第２のトランジスタ１４４は、接地レールおよび第２の接合部１２２ｂにわたって第１の電力レベルと第２の電力レベルを交互に接続する。

【0033】

このため、第３のトランジスタ１６２および第４のトランジスタ１６４は、第３の接合部１２４ａおよび第４の接合部１２４ｂにわたって第３の電力レベルと第４の電力レベルを交互に接続する。第２の巻線１３４は、第３の接合部１２４ａおよび第４の接合部１２４ｂに接続されたソーラサブストリングによって、かつ／または変圧器１３０の他の巻線によって通電され；コントローラ２１０によって制御される高誘導駆動段階（後述）中に、第３の接合部１２４ａおよび第４の接合部１２４ｂ間の電圧をシステム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングの公称動作電圧まで駆動し；コントローラ２１０によって制御される低誘導駆動段階（後述）中に、第４のコンデンサ１７４の電圧をシステム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングの公称動作電圧に駆動し；エネルギー（第３および／または第４の電力レベルに接続された１または複数のソーラサブストリングにより出力されて、第３および第４の電力レベル間で電圧を平衡させた後に残るエネルギー）を変圧器１３０のコアに蓄積する。

【0034】

４．３ 追加電力レベルペア
システム１００は、第１の電力レベルペア１２２および第２の電力レベルペア１２４の上に、追加的な同様の電力レベルペアを含むことができる。

【0035】

４．４ 最後の電力レベルペア
３つの電力レベルペア（すなわち、６つの電力レベル）を含むシステム１００の例示的な態様の場合、第３の（すなわち、最後の）電力レベルペアは、第５のソーラサブストリング１１５および／または第６のソーラサブストリング１１６に結合された第３の電力レベルペア１２６を含むことができる。また、システム１００は、直列に配置された第３のスイッチ１８０のペアと、直列に配置された第３のコンデンサ１９０のペアとをさらに含むことができる。さらに、システムは、第４のコンデンサ１７４と第４のトランジスタ１６４の第４のドレイン１６４ｂとの間に結合された第５の接合部１２６ａと、第５のコンデンサ１９２を介して第５の接合部１２６ａに結合された第６の接合部１２６ｂと、接地レールに接続された第５のソース１８２ａ（またはドレイン）、第５のドレイン１８２ｂ（またはソース）、およびコントローラ２１０の第５の制御出力に接続された第５のゲート１８２ｃを含む第５のトランジスタ１８２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）と、第５のトランジスタ１８２の第５のドレイン１８２ｂに接続された第６のソース１８４ａ（またはドレイン）、第６の接合部１２６ｂに接続された第６のドレイン１８４ｂ（またはソース）、およびコントローラ２１０の第６の制御出力（第５の制御出力と１８０°位相がずれている）に接続された第６のゲート１８４ｃとを含む第６のトランジスタ１８４とを含むことができる。さらに、この例示的な態様では、第５のトランジスタ１８２の第５のドレイン１８２ｂおよび第６のトランジスタ１８４の第６のソース１８４ａが、変圧器１３０の第３の巻線１３６を介して第５の接合部１２６ａに接続され、第６のトランジスタ１８４の第６のドレイン１８４ｂが、第６のコンデンサ１９４を介して第６の接合部１２６ｂに接続されている。

【0036】

特に、この例示的な態様では、第５のトランジスタ１８２、第５のコンデンサ１９２、および第５の接合部１２６ａおよび第６の接合部１２６ｂが並列に接続され、第５のトランジスタ１８２および第６のトランジスタ１８４が直列に接続され、第５のコンデンサ１９２および第６のコンデンサ１９４が直列に接続されている。

【0037】

図２に示すこの例示的な態様の一変形例では、第３の電力レベルペア１２６が、第５の接合部１２６ａに結合され、接地レールに接続された第４の接地コンデンサ２０４と、第６の接合部１２６ｂに結合され、接地レールに接続された第５の接地コンデンサ２０５とをさらに含むことができる。特に、例示的な態様のこの変形例では、第４のトランジスタ１６４、第４のコンデンサ１７４、第４の接地コンデンサ２０４、および第４の接合部１２４ｂおよび第５の接合部１２６ａが並列に接続され、第５のトランジスタ１８２、第５のコンデンサ１９２、第５の接地コンデンサ２０５、および第５の接合部１２６ａおよび第６の接合部１２６ｂが並列に接続され、第５のトランジスタ１８２および第６のトランジスタ１８４が直列に接続され、第５のコンデンサ１９２および第６のコンデンサ１９４が直列に接続されている。第２の接地コンデンサ２０２は、高周波フィルタリングを改善するために、システム１００に組み込むことができる。この態様の変形例では、第３の電力レベルペア１２６が、第６のコンデンサ１９４と第６のトランジスタ１８４の第２のドレイン１４４ｂとの間に結合された第７の接合部１２６ｃも含むことができる。さらに、例示的な態様のこの変形例では、第３の電力レベルが、第７の接合部１２６ｃに結合され、接地レールに接続された第６の接地コンデンサ２０６を含むことができる。特に、この態様の変形例では、第６のトランジスタ１８４、第６のコンデンサ１９４、第６の接地コンデンサ２０６、および第６および第７の接合部１２６ｃｓが、並列に接続されている。

【0038】

このため、第５のトランジスタ１８２および第６のトランジスタ１８４は、第６のコンデンサ１９４と協働して、第５の接合部１２６ａおよび第６の接合部１２６ｂにわたって第５の電力レベルと第６の電力レベルを交互に接続する。第３の巻線１３６は、第５の接合部１２６ａおよび第６の接合部１２６ｂに接続されたソーラサブストリングによって、かつ／または変圧器１３０の他の巻線によって通電され；コントローラ２１０によって制御される高誘導駆動段階（後述）中に、第５の接合部１２６ａおよび第６の接合部１２６ｂ間の電圧をシステム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングの公称動作電圧まで駆動し；コントローラ２１０によって制御される低誘導駆動段階（後述）中に、第６のコンデンサ１９４の電圧をシステム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングの公称動作電圧に駆動し；エネルギー（第５および／または第６の電力レベルに接続された１または複数のソーラサブストリングにより出力されて、第５および第６の電力レベル間で電圧を平衡させた後に残るエネルギー）を変圧器１３０のコアに蓄積し；変圧器１３０のコアに蓄積されたエネルギーを、コントローラ２１０によって制御される低誘導駆動段階中に電力レールに接続されている負荷２７０への電流出力に変換する。

【0039】

５．電力レベルペアカップリング
また、システム１００は、電力レベルペアごとに１つの巻線を含む変圧器１３０も含む。以下に説明するように、変圧器１３０は、偶数の各電力レベル（すなわち、第１、第３および第５の・・・電力レベル）を共通の「偶数」電圧に駆動するとともに、奇数の各電力レベル（すなわち、第２、第４および第６の・・・電力レベル）を共通の「奇数」電圧に駆動するように機能する。（コントローラ２１０は、後述するように、共通の偶数電圧と奇数電圧との間の比率を制御するために、各電力レベルペアのトランジスタが切り替えられるデューティサイクルを変化させることが可能である。）

【0040】

システム１００は、３つの電力レベルペアを含み、各々が３巻線変圧器１３０内の１つの巻線に接続されているものとして以下に説明されている。しかしながら、システム１００は、他の任意の数の電力レベルペアと、他の任意の数の巻線を含む変圧器とを含むことができる。

【0041】

６．コントローラおよびクロック
コントローラ２１０は、トランジスタの状態を切り替えるために、振動する第１および第２の制御信号（例えば、位相が１８０°ずれた方形波に近似する信号など）を各電力レベルペアのトランジスタペアに出力し、それによって電力レベルペアの巻線を通る電流を振動させ、電力レベルペアの電力レベルの電圧を駆動し、電力レベルペアの巻線を駆動して変圧器１３０の他の巻線に結合する。

【0042】

特に、コントローラ２１０は、各電力レベルペアの巻線およびコンデンサによって形成されるＬＣ回路の共振周波数に調整された動作周波数で、トランジスタのゲートを駆動する。また、コントローラ２１０は、固定または可変のデューティサイクルでトランジスタのゲートを駆動し、それにより、以下に説明するように、各電力レベルペアにおける偶数電力レベルの電圧に対する奇数電力レベルの電圧の比率を制御する。

【0043】

７．ハーフレベルバランシング
図１に示すハーフレベル構成では、ソーラサブストリングが、すべての偶数電力レベル（すなわち、第２、第４、第６の・・・電力レベル）に接続され、ソーラサブストリングが、すべての奇数電力レベル（すなわち、第１、第３、第５の・・・電力レベル）から省略されている。

【0044】

７．１ 第１の高誘導駆動段階
通常、この構成では、コントローラ２１０は、第１の高誘導駆動段階中に、第１の制御信号を電圧「ＨＩ」状態に駆動し、第２の制御信号を電圧「ＬＯ」状態に駆動し（以下「高誘導駆動段階」）、それによって、すべての奇数トランジスタを閉（または「オン」）状態、すべての偶数トランジスタを開（または「オフ」）状態に設定する。第１の電力レベルに接続された第１のソーラサブストリング１１１が照射されると、第１のソーラサブストリング１１１は、第１の電力レベルペア１２２の第１の接合部１２２ａおよび第２の接合部１２２ｂ間に公称動作電圧（例えば、１．０Ｖ）を生成する。この第１の高誘導駆動段階中に、第１のトランジスタ１４２は、変圧器１３０の第１の巻線１３２のトランジスタ側をグランドに結合し、それにより、公称動作電圧まで変圧器１３０の第１の巻線１３２において第１の方向に電圧変化（または「第１の極性」）が生じて、第１のソーラサブストリング１１１によって出力される電流が変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って第１の方向に流れる。

【0045】

第１の巻線１３２を通るこのＡＣ信号は、第１の巻線１３２を変圧器１３０の他の各巻線に結合させ、それらの他の巻線を第１の方向に同じ公称動作電圧に駆動し、それにより、（システム１００の奇数電力レベルに接続されている）現在影になっているかまたは第１のソーラサブストリング１１１よりも低い電圧を出力する他のソーラサブストリングの電圧を増加させる。

【0046】

７．２ 第１の低誘導駆動段階
その後、コントローラ２１０は、第１の低誘導駆動段階中に、奇数トランジスタを開状態に設定し、偶数トランジスタを閉状態に設定する。前の高誘導駆動段階中に変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って流れる電流は、（第１の巻線１３２のインダクタンスに起因して）第１の巻線１３２を通って流れ続け、第２のトランジスタ１４４を通過する。照射された第１のソーラサブストリング１１１は、電流を出力し続け、その電流も、この低誘導駆動段階中に、第１の巻線１３２に向かって、第２のトランジスタ１４４を通って流れる。このエネルギーは、第２のコンデンサ１５４に蓄積され、第２のコンデンサ１５４に電圧を生成する。

【0047】

特に、コントローラ２１０が５０％デューティで高誘導駆動段階と低誘導駆動段階を切り替える場合（すなわち、高誘導駆動段階の各サイクルの５０％と低誘導駆動段階の各サイクルの５０％）、高誘導駆動段階から低誘導駆動段階へのこの移行により、第１のソーラサブストリング１１１の電圧に近いまたは等しい第２のコンデンサ１５４の電圧（すなわち、第１および第２の電力レベル間で１：１の電圧比）、すなわち、第１のソーラサブストリング１１１の公称動作電圧を生じさせる。（よって、接地レールと第３の接合部１２４ａとの間の電圧は、第１のソーラサブストリング１１１の動作電圧の２倍に近づくかまたはそれに等しい。）

【0048】

代替的には、コントローラ２１０が７５％デューティで高誘導駆動段階と低誘導駆動段階を切り替える場合（すなわち、高誘導駆動段階の各サイクルの７５％と低誘導駆動段階の各サイクルの２５％）、高誘導駆動段階から低誘導駆動段階への移行により、第１のソーラサブストリング１１１の電圧の３倍（すなわち、０．７５：０．２５）に等しい第２のコンデンサ１５４の電圧（すなわち、第１および第２の電力レベル間で１：３の電圧比）、すなわち、第１のソーラサブストリング１１１の公称動作電圧の３倍を生じさせる。（よって、接地レールと第３の接合部１２４ａとの間の電圧は、第１のソーラサブストリング１１１の動作電圧の４倍に近づくかまたはそれに等しい。）

【0049】

さらに代替的には、コントローラ２１０が４０％デューティで高誘導駆動段階と低誘導駆動段階を切り替える場合（すなわち、高誘導駆動段階の各サイクルの４０％と低誘導駆動段階の各サイクルの６０％）、高誘導駆動段階から低誘導駆動段階への移行により、第１のソーラサブストリング１１１の電圧の３分の２（すなわち、０．４０：０．６０）に相当する第２のコンデンサ１５４の電圧（すなわち、第１および第２の電力レベル間で３：２の電圧比）、すなわち、第１のソーラサブストリング１１１の公称動作電圧の３分の２を生じさせる。（よって、接地レールと第３の接合部１２４ａとの間の電圧は、第１のソーラサブストリング１１１の動作電圧の１．６７倍に近づくかまたはそれに等しい。）

【0050】

さらに、この第２のコンデンサ１５４の電圧は、第１の巻線１３２における電圧を第２の方向（または「第２の極性」）に変化（すなわち、反転）させる。したがって、第１の巻線１３２は、変圧器１３０内の他の巻線に結合し、それら他の巻線を第２のコンデンサ１５４の両端間の電圧（またはその近く）に駆動し、それによって、システム１００内の他の各偶数コンデンサの両端間の同様の電圧（および他の各偶数電力レベルにおける同様の電圧）を誘導する。

【0051】

このため、第１のソーラサブストリング１１１の照射および第１のトランジスタ１４２および第２のトランジスタ１４４の状態の振動は、システム１００の動作周波数で第１の巻線１３２またはインダクタの極性を振動させる。それにより、６つの電力レベルペアは協働して、電力レールと接地レールとの間の電圧を、６つのソーラサブストリングおよび６つの奇数コンデンサにかかる電圧の合計に駆動する。すなわち、システム１００が５０％デューティで動作する場合は公称動作電圧の１２倍、システム１００が７５％デューティで動作する場合は公称動作電圧の２４倍、またはシステム１００が２５％デューティで動作する場合は公称動作電圧の１０倍となる。

【0052】

さらに、第２のコンデンサ１５４の電圧が第１のソーラサブストリング１１１における電圧に駆動されることにより、第１の巻線１３２は、この低誘導駆動段階中に第１のソーラサブストリング１１１により出力された残りのエネルギーを変圧器１３０のコアに蓄積する。

【0053】

７．３ 次の高誘導駆動段階
その後、コントローラ２１０は、次の高誘導駆動段階中に、すべての奇数トランジスタを閉状態に設定し、すべての偶数トランジスタを開状態に設定する。第１のソーラサブストリング１１１が照射されたままの状態では、第１のソーラサブストリング１１１は、公称動作電圧で動作し続ける。第２のコンデンサ１５４が充電されて、前の高誘導駆動段階中に誘導された公称動作電圧を保持している状態では、第１の巻線１３２は、現在の高誘導駆動段階中に第１のソーラサブストリング１１１により出力されたエネルギーを変圧器１３０のコアに蓄積する。

【0054】

さらに、第２のソーラサブストリング１１２も照射される場合、第２のソーラサブストリング１１２は、第１のソーラサブストリング１１１と同様の電圧（すなわち、公称動作電圧）を出力する。第３のトランジスタ１６２は、変圧器１３０の第２の巻線１３４のトランジスタ側を第２のコンデンサ１５４および第３の接合部１２４ａに結合し、それにより、公称動作電圧まで変圧器１３０の第２の巻線１３４において第１の方向に電圧変化を生じさせる。したがって、第２のソーラサブストリング１１２によって出力された電流は、変圧器１３０の第２の巻線１３４を通って第１の方向に流れる。第１のソーラサブストリング１１１および第２のソーラサブストリング１１２は同様に照射されて、同様の公称動作電圧で動作するため、第１の巻線１３２および第２の巻線１３４における電圧は同様であり、変圧器１３０を介して第１の電力レベルペア１２２および第２の電力レベルペア１２４の間で最小限のエネルギーが交換されるか、またはエネルギーは全く交換されない。

【0055】

代替的には、現在の高誘導駆動段階中に第２のソーラサブストリング１１２が陰になると、第２のソーラサブストリング１１２は殆どまたは全く電力を出力しない。第３のトランジスタ１６２は、この高誘導駆動段階において、変圧器１３０の第２の巻線１３４を第２のソーラサブストリング１１２に結合させる。第１の巻線１３２と第２の巻線１３４が結合しているため、変圧器１３０は第２の巻線１３４における電圧（および第２のソーラサブストリング１１２における電圧）を第１のソーラサブストリング１１１の公称動作電圧まで駆動する。

【0056】

７．４ 次の低誘導駆動段階
次の低誘導駆動段階中、コントローラ２１０は、すべての奇数トランジスタを開状態に設定し、すべての偶数トランジスタを閉状態に設定し、前の高誘導駆動段階中に変圧器１３０の第２の巻線１３４を通って流れる電流は、（第１の巻線１３２のインダクタンスにより）第２の巻線１３４を通って流れ続けて、第４のトランジスタ１６４を通過し、第４のコンデンサ１７４の電圧を第１のソーラサブストリング１１１の公称出力電圧に駆動する。

【0057】

７．５ マルチレベル動作
したがって、この構成では、変圧器１３０の巻線が協働して、奇数コンデンサをソーラサブストリングの公称動作電圧に駆動し、照射されたソーラサブストリングによって出力されるエネルギーを変圧器１３０コアに蓄積し、変圧器コアに蓄積されたエネルギーを、高誘導駆動段階中に第６の電力レベルペアを介して接続負荷２７０への電流出力に変換する。

【0058】

例えば、６つのソーラサブストリングが同様に照射される場合、各ソーラサブストリングは、同様の大きさの電力を出力し、例えば、照射されたときに１．０ボルトの公称ソーラサブストリング動作電圧および１アンペアの公称ソーラサブストリング出力電流である場合に、ソーラサブストリングあたり１ワット出力し、照射されたときに６つのソーラサブストリングによって合計６ワット出力する。システム１００が５０％デューティで動作するとき、６つの電力レベルペアが協働して、電力レールと接地レール間に約１２．０ボルトを生成する。変圧器１３０の第６の巻線は、変圧器１３０のコアに蓄積されたエネルギーを、負荷２７０への０．５アンペアの平均電流出力に変換し、総電力出力を約６ワットとする。

【0059】

しかしながら、この例において、６つのソーラサブストリングのうちの２つだけが同様に照射され、残りが影になっている場合、照射された各ソーラサブストリングは１ワットの出力電力を生成し、６つのソーラサブストリング全体で合計２ワットの出力となる。システム１００が５０％デューティで動作する場合、６つの電力レベルペアが協働して、電力レールと接地レール間に約１２．０ボルトの出力を生成する。変圧器１３０の第６の巻線は、変圧器１３０のコアに蓄積されたエネルギーを、負荷２７０への０．１６アンペアの平均電流出力に変換し、総電力出力を約２ワットとする。

【0060】

同様に、この例において、６つのソーラサブストリングのうちの１つだけが照射され、残りが影になっている場合、照射された１つのソーラサブストリングが１ワットの出力電力を生成し、６つのソーラサブストリング全体で合計１ワットの出力となる。システム１００が５０％デューティで動作する場合、６つの電力レベルペアが協働して、電力レールと接地レール間に約１２．０ボルトの出力を生成する。変圧器１３０の第６の巻線は、変圧器１３０のコアに蓄積されたエネルギーを、負荷２７０への０．０８アンペアの平均電流出力に変換し、総電力出力を約０．１ワットとする。

【0061】

７．６ ＭＰＰＴ
別の例示的な態様では、コントローラ２１０は、最大電力点追跡手法を実行して、バッテリなどの負荷２７０の電圧および／または電流需要を監視し、その後、電圧および／または電流出力を負荷２７０の需要に合わせるために、デューティサイクルを調整することができる。

【0062】

例えば、上述したように、コントローラ２１０は、デューティサイクルを増加させることにより、システム１００の総電圧出力を増加させて、負荷２７０への電流出力を減少させることができ、デューティサイクルを減少させることにより、システム１００の総電圧出力を減少させて、負荷２７０への電流出力を増加させることができる。

【0063】

例示的な態様の一変形例では、システム１００は、誘導バランサ回路１２０に結合された最大電力点追跡センサ２６０と、システム１００の総出力電圧に接続された負荷２７０とを含むことができる。コントローラ２１０は、負荷２７０の電圧負荷閾値にアクセスし、負荷２７０の第１の電圧読取値にアクセスし、電圧読取値が電圧閾値を超えるのに応答して、第１のデューティサイクルを第１のデューティサイクルよりも小さい第２のデューティサイクルに減少させるように構成することができる。

【0064】

例示的な態様の別の変形例では、コントローラ２１０が、最大電力点追跡手法を実行して、第１の電力レベルペア１２２の第１の電圧出力および第２の電力レベルペア１２４の第２の電圧出力を監視することができる。コントローラ２１０は、第１の電圧出力および第２の電圧出力に対する目標平衡電圧閾値にアクセスし、第１の電力レベルペア１２２の第１の電圧出力にアクセスし、第２の電力レベルペア１２４の第２の電圧出力にアクセスし、第１の電圧出力および第２の電圧出力が目標平衡電圧閾値内に入るのに応答して、バランシングサイクルを終了するよう構成することができる。同様に、コントローラ２１０は、第１の電圧出力および第２の電圧出力が目標平行閾値から外れるのに応答して、バランシングサイクルを開始することもできる。

【0065】

８．温度追跡
別の例示的な態様では、コントローラ２１０が、温度追跡手法を実行して、誘導バランサ回路１２０および／またはバッテリなどの負荷２７０の温度を監視し、目標温度に一致するように、デューティサイクルを調整するか、バランシングサイクルを終了させることができる。

【0066】

例示的な態様の一変形例では、システム１００が、誘導バランサ回路１２０に結合された温度センサ２５０と、負荷２７０とを含むことができる。コントローラ２１０は、負荷２７０の温度閾値にアクセスし、負荷２７０の第１の温度読取値にアクセスし、温度読取値が温度閾値を超えるのに応答して、第１のデューティサイクルを第１のデューティサイクルよりも小さい第２のデューティサイクルに減少させるように構成することができる。

【0067】

例示的な態様の別の変形例では、コントローラ２１０が、誘導平衡回路の過熱および故障を防止するために、第１の電力レベルペア１２２および第２の電力レベルペア１２４の温度読取値を定期的に監視することができる。コントローラ２１０は、第１の電力レベルペア１２２および第２の電力レベルペア１２４の目標温度閾値にアクセスし、第１の電力レベルペア１２２の第１の温度読取値にアクセスし、第２の電力レベルペア１２４の第２の温度読取値にアクセスし、第１の電圧出力および／または第２の電圧出力が目標温度閾値を超えるのに応答してバランシングサイクルを終了させるように構成することができる。同様に、コントローラ２１０は、第１の電圧出力および／または第２の電圧出力が目標温度閾値を下回るのに応答して、バランシングサイクルを開始することもできる。

【0068】

９．フルレベルバランシング
図２に示す別の構成では、（共通のソーラセル化学物質の）１つのソーラサブストリングが、各電力レベルに接続されている。

【0069】

９．１ １つの電力レベルペア内の奇数の照射サブストリングおよび偶数の陰影ソーラサブストリング
コントローラ２１０は、第１の高誘導駆動段階中に、第１の制御信号を電圧「ＨＩ」状態に駆動し、第２の制御信号を電圧「ＬＯ」状態に駆動し、それによって、すべての奇数トランジスタを閉（または「オン」）状態、すべての偶数トランジスタを開（または「オフ」）状態に設定する。この構成では、第１の電力レベルに接続された第１のソーラサブストリング１１１が照射されると、第１のソーラサブストリング１１１は、第１の電力レベルペア１２２の第１の接合部１２２ａおよび第２の接合部１２２ｂにわたって公称動作電圧（例えば、１．０Ｖ）を生成する。しかしながら、第１の電力レベルペア１２２の第２の電力レベルに接続された第２のソーラサブストリング１１２が陰になると、第２のソーラサブストリング１１２は、第２の接合部１２２ｂおよび第３の接合部１２４ａにわたってより小さい電力を生成するか、または全く電圧を生成しない。このため、この第１の高誘導駆動段階中に、第１のトランジスタ１４２は、変圧器１３０の第１の巻線１３２のトランジスタ側をグランドに結合し、その結果、公称動作電圧まで変圧器１３０の第１の巻線１３２において第１の方向に電圧変化（または「第１の極性」）が生じて、第１のソーラサブストリング１１１により出力された電流が、変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って第１の方向に流れる。

【0070】

第１の巻線１３２を通るこのＡＣ信号は、第１の巻線１３２を変圧器１３０の他の各巻線に結合させ、それらの他の巻線を第１の方向に同じ公称動作電圧に駆動し、それにより、（システム１００の奇数電力レベルに接続されている）現在影になっているかまたは第１のソーラサブストリング１１１よりも低い電圧を出力する他のソーラサブストリングの電圧を増加させる。

【0071】

その後、コントローラ２１０は、第１の低誘導駆動段階中に、奇数トランジスタを開状態に設定し、偶数トランジスタを閉状態に設定する。前の高誘導駆動段階中に第１の方向に変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って流れる電流は、（第１の巻線１３２のインダクタンスに起因して）第１の巻線１３２を通って流れ続け、第２のトランジスタ１４４を通過する。照射された第１のソーラサブストリング１１１は、電流を出力し続け、その電流も、この低誘導駆動段階中に、第１の巻線１３２に向かって、第２のトランジスタ１４４を通って流れる。このエネルギーは、第２のコンデンサ１５４に蓄積され、第２のソーラサブストリング１１２において電圧を生成する。

【0072】

例示的な態様の一変形例では、照射された第１のソーラサブストリング１１１が電流を出力し続け、その電流も、この低誘導駆動段階中に、第１の巻線１３２に向かって、第２のトランジスタ１４４を介して流れる。その後、このエネルギーは、第２のコンデンサ１５４および第２の接地コンデンサ２０２に蓄積され、第２のソーラサブストリング１１２に電圧を生じさせる。この変形例では、第２のコンデンサ１５４と第２の接地コンデンサ２０２は並列構成である。このため、第２のコンデンサ１５４および第２の接地コンデンサ２０２は、第２のコンデンサ１５４および第２の接地コンデンサ２０２の容量の合計を反映する単一のコンデンサとして動作する。

【0073】

特に、コントローラ２１０が５０％デューティで高誘導駆動段階と低誘導駆動段階を切り替える場合（すなわち、高誘導駆動段階の各サイクルの５０％と低誘導駆動段階の各サイクルの５０％）、第１のソーラサブストリング１１１における電圧に近いまたは等しい電圧を第２のコンデンサ１５４および第２のソーラサブストリング１１２において生成し、それにより、この照射条件中に同じソーラセル化学物質の第１のソーラサブストリング１１１と第２のソーラサブストリング１１２との間で電圧が一致する。

【0074】

さらに、第２のコンデンサ１５４におけるこの電圧は、第１の巻線１３２における電圧を第２の方向（または「第２の極性」）に変化（すなわち、反転）させる。したがって、第１の巻線１３２は、変圧器１３０内の他の巻線に結合し、それら他の巻線を第２のコンデンサ１５４の電圧（またはその近く）に駆動し、それによって、システム１００内の他の各偶数コンデンサにおいて同様の電圧（および他の各偶数電力レベルおよびそれに接続されたソーラサブストリングにおける同様の電圧）を誘導する。

【0075】

９．２ １つの電力レベルペア内の奇数の陰影サブストリングおよび偶数の照射ソーラサブストリング
逆に、第１のソーラサブストリング１１１が陰になり、第２のソーラサブストリング１１２が照射される場合、第２のトランジスタ１４４は、変圧器１３０の第１の巻線１３２のトランジスタ側を第２のソーラサブストリング１１２に結合させ、それにより、第２のソーラサブストリング１１２の公称動作電圧まで変圧器１３０の第１の巻線１３２において第２の方向に電圧変化（または「第２の極性」）が生じて、第２のソーラサブストリング１１２により出力された電流が、低誘導駆動段階中に変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って第２の方向に流れる。

【0076】

第１の巻線１３２を通るこのＡＣ信号は、第１の巻線１３２を変圧器１３０の他の各巻線に結合させ、それらの他の巻線を第２の方向に同じ公称動作電圧に駆動し、それにより、（システム１００の偶数電力レベルに接続されている）現在影になっているかまたは第２のソーラサブストリング１１２よりも低い電圧を出力する他のソーラサブストリングにおける電圧を増加させる。

【0077】

その後、コントローラ２１０は、高誘導駆動段階中に、奇数トランジスタを閉状態に設定し、偶数トランジスタを開状態に設定する。前の低誘導駆動段階中に変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って第２の方向に流れる電流は、（第１の巻線１３２のインダクタンスに起因して）第１の巻線１３２を通って流れ続け、第１のコンデンサ１５２に電荷を蓄え、第１のソーラサブストリング１１１における電圧を公称動作電圧に駆動する。

【0078】

例示的な態様の一変形例では、前の低誘導駆動段階中に第２の方向に変圧器１３０の第１の巻線１３２を通って流れる電流が、（第１の巻線１３２のインダクタンスにより）第１の巻線１３２を通って流れ続けて、第１のコンデンサ１５２および第１の接地コンデンサ２０１に電荷を蓄え、第１のソーラサブストリング１１１にかかる電圧を公称作動電圧に駆動する。この変形例では、第１のコンデンサ１５２と第１の接地コンデンサ２０１は並列構成である。このため、第１のコンデンサ１５２と第１の接地コンデンサ２０１は、第１のコンデンサ１５２と第１の接地コンデンサ２０１の容量の合計を反映する単一のコンデンサとして動作する。

【0079】

特に、コントローラ２１０は５０％デューティで高誘導駆動段階と低誘導駆動段階を切り替え（すなわち、高誘導駆動段階の各サイクルの５０％と低誘導駆動段階の各サイクルの５０％）、それにより第２のソーラサブストリング１１２における電圧に近いまたは等しい電圧を第１のコンデンサ１５２および第１のソーラサブストリング１１１において生成し、それにより、この照射条件中に同じソーラセル化学物質の第１のソーラサブストリング１１１と第２のソーラサブストリング１１２との間で電圧が一致する。

【0080】

９．３ マルチレベル動作
この構成では、６つのソーラサブストリングが同様に照射される場合、各ソーラサブストリングは、同様の大きさの電力を出力し、例えば、照射されたときに１．０ボルトの公称ソーラサブストリング動作電圧および１アンペアの公称ソーラサブストリング出力電流である場合に、ソーラサブストリングあたり１ワット出力し、照射されたときに６つのソーラサブストリングによって合計６ワット出力する。システム１００が５０％デューティで動作するとき、３つの電力レベルペアが協働して、電力レールおよび接地レール間に約６．０ボルトを生成する。変圧器１３０の第３の巻線１３６は、変圧器１３０のコアに蓄積されたエネルギーを、負荷２７０への１．０アンペアの平均電流出力に変換し、総電力出力を約６．０ワットとする。

【0081】

しかしながら、この例において、６つのソーラサブストリングのうちの２つだけが同様に照射され、残りが影になっている場合、照射された各ソーラサブストリングは１ワットの出力電力を生成し、６つのソーラサブストリング全体で合計２ワットの出力となる。システム１００が５０％デューティで動作する場合、６つの電力レベルペアが協働して、電力レールおよび接地レール間に約６．０ボルトの出力を生成する。変圧器１３０の第３の巻線１３６は、変圧器１３０のコアに蓄積されたエネルギーを、負荷２７０への０．３３アンペアの平均電流出力に変換し、総電力出力を約２ワットとする。

【0082】

１０．複数のソーラ化学物質
図３に示すさらに別の構成では、照射されたときに第１の公称動作電圧（例えば、１．２ボルト）を特徴とする第１のソーラセル化学物質（例えば、従来のシリコン結晶）の第１のソーラサブストリングのセットがシステム１００の奇数電力レベルに接続され、第２の公称動作電圧（例えば、０．８ボルト）を特徴とする第２のソーラセル化学物質（例えば、ペロブスカイト）の第２のソーラサブストリングのセットが偶数電力レベルに接続されている。

【0083】

この構成では、コントローラ２１０が、システム１００に接続された少なくとも１のソーラサブストリングが照射されたときに、奇数電力レベル（および第１のソーラサブストリングのセット）において第１の公称動作電圧を達成し、かつ偶数電力レベル（および第２のソーラサブストリングのセット）において第２の公称動作電圧を達成するために、電力レベルペアのトランジスタを異なるデューティサイクルで駆動することができる。

【0084】

一例では、第１のソーラサブストリングのセット内の各ソーラサブストリングが、並列および／または直列に配置された従来のシリコン結晶ソーラセルを含み、照射されたときに１．２ボルトの第１の公称動作電圧をもたらす。この例では、第２のソーラサブストリングのセット内の各ソーラサブストリングが、並列および／または直列に配置されたペロブスカイトソーラセルを含み、照射されたときに０．８ボルトの第２の公称動作電圧をもたらす。この例では、コントローラ２１０が、４０％のデューティで高誘導駆動段階と低誘導駆動段階を切り替える（すなわち、高誘導駆動段階で各サイクルの４０％、低誘導駆動段階で各サイクルの６０％とする）。このため、高誘導駆動段階から低誘導駆動段階への移行により、奇数電力レベルにおける電圧の３分の２（すなわち、０．４：０．６）に等しい偶数電力レベルにおける電圧（すなわち、第１および第２の電力レベル間で３：２の電圧比）を生成する。より具体的には、この例において、４０％のデューティサイクルで奇数トランジスタおよび偶数トランジスタの状態を振動させることにより、システム１００は、セット内の少なくとも１のソーラサブストリングが照射されている場合に、従来のシリコン結晶ソーラセルを含む各奇数ソーラサブストリングを１．２ボルトに駆動し、ペロブスカイトソーラセルを含む各偶数ソーラサブストリングを０．８ボルトに駆動することができる。

【0085】

さらに、この例において、システム１００は、セット内の少なくとも１のソーラサブストリングが照射される場合に、１２．０ボルトの総出力電圧を達成することができる。

【0086】

別の例では、第１のソーラサブストリングのセット内の各ソーラサブストリングが、第１の量の特定のソーラセル化学物質のソーラセルを含み、並列および／または直列に接続されて、第１の公称動作電圧をもたらし、一方、第２のソーラサブストリングのセット内の各ソーラサブストリングが、（第１の量よりも少ない）第２の量の同じソーラセル化学物質のソーラセルを含み、並列および／または直列で接続されて、第１の公称動作電圧よりも小さい第２の公称動作電圧をもたらす。特に、この例では、第１のソーラサブストリングのセットが、より大きなソーラサブストリングを含むことができ、第２のソーラサブストリングのセットが、より小さなソーラサブストリングを含むことができる。しかしながら、システム１００は、それら２つの異なるグループのソーラサブストリングの公称動作電圧の差（例えば、比率）に応じて、デューティサイクルを調整することにより、電圧を平衡させ、それら２つの異なるグループのソーラサブストリングの電力出力を集約することができる。

【0087】

さらに別の例示的な態様では、第１のソーラサブストリング１１１が、第１のソーラセルのセットを含む。第１のソーラセルのセットは、第１の公称動作電圧で動作可能な第１のソーラセル化学物質を含むことができる。さらに、第２のソーラサブストリング１１２は、第１のソーラセルのセットよりも少ない第２のソーラセルのセットを含む。第２のソーラセルのセットは、第１のソーラセル化学物質とは化学的に異なる第２のソーラセル化学物質を含むことができ、第２の公称動作電圧で動作する。特に、この例では、第１のソーラセルのセットと第２のソーラセルのセットが、それぞれ異なる量を含む。さらに、第１のソーラセル化学物質と第２のソーラセル化学物質は、化学的に互いに異なる。しかしながら、システム１００は、コントローラ２１０をトリガして、第１の電力レベルペア１２２の第１のスイッチ１４０のペアと第２の電力レベルペア１２４の第２のスイッチ１６０のペアを駆動して、それら２つの異なるグループのソーラサブストリングの公称動作電圧の比率に応じてデューティサイクルを調整することができる。

【0088】

本明細書に記載のシステムおよび方法は、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体を受け入れるように構成されたマシンとして少なくとも部分的に具現化および／または実施することができる。それら命令は、アプリケーション、アプレット、ホスト、サーバ、ネットワーク、ウェブサイト、通信サービス、通信インターフェース、ユーザコンピュータまたはモバイルデバイス、リストバンド、スマートフォンのハードウェア／ファームウェア／ソフトウェア要素、またはそれらの任意の適切な組合せと統合されたコンピュータ実行可能コンポーネントによって実行されることができる。実施形態の他のシステムおよび方法は、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体を受け入れるように構成されたマシンとして少なくとも部分的に具現化および／または実施することができる。それら命令は、上述したタイプの装置およびネットワークと統合されたコンピュータ実行可能なコンポーネントによって実行されることができる。コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、光学デバイス（ＣＤまたはＤＶＤ）、ハードドライブ、フロッピードライブ、または任意の適切なデバイスなどの任意の適切なコンピュータ可読媒体に格納されることができる。コンピュータ実行可能なコンポーネントはプロセッサであり得るが、任意の適切な専用ハードウェアデバイスが（代替的または追加的に）それら命令を実行することができる。

【0089】

当業者であれば、上述した詳細な説明および図面および特許請求の範囲から認識されるように、以下の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の実施形態に修正および変更を加えることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】