電源の特性の決定を可能にする情報を取得する方法
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。当該電源の特性の決定を可能にする情報を取得する装置は、電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視する手段を備えることを特徴とする。
【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、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。当該電源の特性の決定を可能にする情報を取得する装置は、電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視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可能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方法にも関する。当該方法は、電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視するステップ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、或いは電源の障害を判断するために、或い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】
特定の特徴によれば、インダクタは、直流コンバータ内に含まれる。
【００１３】
大部分のＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又は幾つかのＤＣ／ＡＣコンバータでは、インダクタは変換目的ですでに利用可能である。このインダクタを、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、上述のインダクタベースのコンバータに対して他のいかなる余分のインダクタも追加することを回避する。
【００１４】
特定の特徴によれば、装置は、インダクタ上の電圧の監視中に当該インダクタを通って流れる電流を取得する手段を備える。
【００１５】
これにより、電源の出力電流及び出力電圧は、インダクタを通って流れる電流及びインダクタに印加される電圧と同じであるので、その電圧−電流／電圧−電力垂下特性を取得することができる。
【００１６】
特定の特徴によれば、インダクタを通って流れる電流は、電流センサから取得されるか、又は当該インダクタ上の電圧を監視している間に得られる電圧値から導出される。
【００１７】
これにより、任意の余分な電流センサを追加しなくても、電流を監視することができ、装置のコストを削減することができる。
【００１８】
さらに、電流センサを利用できない場合には、インダクタを通る電流はその電圧を積分することによって取得されるので、キャパシタ上の電流を計算するために行われるような雑音問題を解決するために高度なアルゴリズムを適用しなければならない微分計算とは異なり、雑音変動が電流推定の精度を乱すことはなく、結果として、最大電力点が更に良好に推定される。
【００１９】
特定の特徴によれば、装置は、インダクタ上の電圧を監視する前に当該インダクタ内に蓄積されたエネルギーを放電する手段を備える。
【００２０】
これにより、電源の特徴付けに最も適した初期条件：電源におけるゼロ電流及び開回路電圧を保証することができる。
【００２１】
特定の特徴によれば、第１フェーズにおいて、インダクタを通じて負荷に電流が供給され、第２フェーズにおいて、インダクタ内に蓄積されたエネルギーの放電が実行され、第３フェーズにおいて、インダクタの電圧の監視が実行され、電源の第１の端子がインダクタの第１の端子に接続されると共に、インダクタの第２の端子が電源の第２の端子に接続される。
【００２２】
これにより、インダクタは電源と並列に接続され、ゼロ電流から電源短絡電流までインダクタを充電することができ、これは開回路電圧からゼロ電圧までを意味する。電源の全体的な電圧−電流／電圧−電源垂下特性が取得される。
【００２３】
特定の特徴によれば、インダクタの第２の端子は負荷に接続され、インダクタの電圧を監視する前に当該インダクタ内に蓄積されたエネルギーは、負荷において放電される。
【００２４】
これにより、特徴付けが行われる際に、負荷をインダクタと並列に接続することによって、インダクタを通る電流がゼロであるという初期条件を得ることができる。
【００２５】
さらに、インダクタの電圧を監視する前に当該インダクタに蓄積されたエネルギーは、抵抗器を通じて散逸される代わりに負荷において放電されるので、結果として非散逸的な手順となる。
【００２６】
特定の特徴によれば、装置は、キャパシタ及び少なくとも２つのスイッチを更に備え、電源の第２の端子は、第１のスイッチの第１の端子に接続され、第１のスイッチの第２の端子は、キャパシタの第１の端子に接続され、キャパシタの第２の端子は、電源の第１の端子に接続され、電源の第１の端子は、第２のスイッチを介してインダクタの第１の端子に接続され、第２のスイッチは、第２フェーズの間は開いている。
【００２７】
これにより、電源と並列に接続されるキャパシタが存在する場合であっても、特徴付けを行う必要があるときに、インダクタのみを電源と並列に接続することができる。
【００２８】
特定の特徴によれば、第１のスイッチは、第１フェーズの間は閉じられ、第３フェーズの間は開かれる。
【００２９】
これにより、コンバータの通常の動作中は、キャパシタは入力フィルタとして働くが、第３フェーズの間、すなわちインダクタを用いた特徴付けの間は、キャパシタは接続解除され、その期間には何の役割も果たさない。
【００３０】
特定の特徴によれば、装置は、インダクタの第２の端子を電源の第２の端子に接続する第３のスイッチを更に備え、第３のスイッチは、第３フェーズの間は閉じられる。
【００３１】
これにより、特徴付けを行う際に、インダクタは第３フェーズの間のみ電源と並列に配置される。
【００３２】
特定の特徴によれば、電源の端子にキャパシタが接続され、装置は、インダクタ上の電圧の監視中にキャパシタを通って流れる電流を取得する手段を備える。
【００３３】
これにより、電源と常に並列に接続されるキャパシタが存在する場合であっても、電源出力電流はキャパシタを通る電流とインダクタを通って流れる電流とを合わせた電流から生じるので、電源出力電流を取得することができる。キャパシタと直列な追加のスイッチはもはや不要であり、装置のコストは増加しない。
【００３４】
特定の特徴によれば、インダクタを通って流れる電流は、当該インダクタ上の電圧の監視中に得られる電圧値から取得される。
【００３５】
これにより、例えばコストを下げるためにインダクタと直列な電流センサが利用できない場合には、測定されたインダクタ電圧を積分し、その値をインダクタンス値で除算することによって、電流を取得することができる。
【００３６】
特定の特徴によれば、第１フェーズにおいて、インダクタを通じて負荷に電流が供給され、第２フェーズにおいて、キャパシタが電源の開回路電圧まで充電され、第３フェーズにおいて、インダクタの電圧の監視が実行され、電源の第１の端子がインダクタの第１の端子に接続されると共に、インダクタの第２の端子が電源の第２の端子に接続される。
【００３７】
第３フェーズにおいて、キャパシタ電圧は開回路電圧からゼロ値に移行し、その間、正弦曲線の軌跡に従って、電源の出力電流はゼロ値から短絡電流に移行し、インダクタ電流はゼロ電流から最大電流ピークに移行し、この最大電流値はキャパシタとインダクタとの間の共振から生じる電源短絡電流よりも大きい。
【００３８】
監視される電圧から、電圧を微分することによってキャパシタ電流を取得し、また電圧を積分することによってインダクタ電流を取得することができ、キャパシタンス値及びインダクタンス値も必要とされる。両方の構成要素のそれぞれの電流を知ることによって、電圧変動とともに電源出力電流変動が取得される。
【００３９】
また、本発明は、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。
【００４０】
これにより、例えば、ＭＰＰを決定するために、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。
【００４１】
さらに、大部分のＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又は幾つかのＤＣ／ＡＣコンバータでは、インダクタは変換目的ですでに利用可能である。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、上述のインダクタベースのコンバータに対して他のいかなる余分のインダクタも追加することを回避する。
【００４２】
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】
【００４３】
【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、本発明の第１の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例の図である。
【図５】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、本発明の第２の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例の図である。
【図６】本発明の第２の実現形態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７ａ】本発明の第２の実現形態による電源の最大電力点を決定するために用いられるアルゴリズムの例を示す図である。
【図７ｂ】本発明の第２の実現形態による電源の最大電力点を決定するために用いられるアルゴリズムの例を示す図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実現形態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、本発明の第２の実現形態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、本発明の第２の実現形態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。（ｄ）は、本発明の第２の実現形態によるインダクタ内の電流変動の一例の図である。
【図９】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、本発明の第３の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例の図である。
【図１０】本発明の第３の実現形態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１１】（ａ）は、本発明の第３の実現形態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、本発明の第３の実現形態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、本発明の第３の実現形態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１２】本発明の第３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出力電流及び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。
【図１３】（ａ）は、本発明の第１の実現形態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、本発明の第１の実現形態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、本発明の第１の実現形態によるインダクタ上の電圧変動の一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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ＶOCとの間にある。
【００４９】
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ＩSCとの間にある。
【００５０】
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。
【００５１】
図３は、本発明によるエネルギー変換デバイスの一例を表す。
【００５２】
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７又は図１０及び図１２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。
【００５３】
ここで、プロセッサ３００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。
【００５４】
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に接続する。
【００５５】
リードオンリーメモリＲＯＭ３０２は、図７又は図１０及び図１２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、
【００５６】
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７又は図１０及び図１２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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、本発明の第１の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例である。
【００５９】
この電気回路は、その一部又は全体を変換デバイスＣｏｎｖ内に含めることもできるし、或いは変換デバイスＣｏｎｖに追加することもできる。
【００６０】
電源ＰＶの正端子は、スイッチＳW1の第１の端子と、スイッチＳW3の第１の端子とに接続されている。
【００６１】
例えば、スイッチＳW1とＳW3はＮＭＯＳＦＥＴである。スイッチＳW1とＳW3の第１の端子は、各ＮＭＯＳＦＥＴのドレインである。
【００６２】
スイッチＳW1の第２の端子は、インダクタＬＵ１の第１の端子と、抵抗器ＲDISの第１の端子とに接続されている。
【００６３】
スイッチＳW1の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴのソースである。抵抗器ＲDISの第２の端子は、スイッチＳW2の第１の端子に接続されている。
【００６４】
例えば、スイッチＳW2はダイオードである。スイッチＳW2の第１の端子はダイオードのカソードであり、スイッチＳW2の第２の端子はダイオードのアノードである。
【００６５】
インダクタＬＵ１の第２の端子とスイッチＳW2の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００６６】
電源の端子間の電圧Ｖ１が監視される。電圧Ｖ１は、例えばアナログ／ディジタルコンバータを用いて測定される。
【００６７】
負荷は、スイッチＳW3の第２の端子と電源ＰＶの負端子との間に接続される。
【００６８】
スイッチＳW3の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴのソースである。
【００６９】
負荷は直流コンバータとすることもできる。
【００７０】
この電気回路は、以下のように動作することができる。
【００７１】
図１３に示されるような第１フェーズＰＨ１’’において、スイッチＳW1とＳW2は非導通状態（オフ）であり、スイッチＳW3は常に導通状態（オン）である。
【００７２】
図１３（ａ）は、本発明の第１の実現形態に従って取得される電源電圧変動の一例である。
【００７３】
図１３（ａ）の横軸には時間が表示され、図１３（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。
【００７４】
図１３（ｂ）は、本発明の第１の実現形態に従って取得される電源電流変動の一例である。
【００７５】
図１３（ｂ）の横軸には時間が表示され、図１３（ｂ）の縦軸には電流が表示されている。
【００７６】
図１３（ｃ）は、本発明の第１の実現形態によるインダクタ上の電圧変動の一例である。
【００７７】
図１３（ｃ）の横軸には時間が表示され、図１３（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。
【００７８】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、及び図１３（ｃ）に示されるように、フェーズＰＨ１’’において、電源は負荷に電力を供給する。負荷は抵抗性負荷又は直流コンバータとすることができる。
【００７９】
電源の特徴付けを行う時間になると、第２フェーズＰＨ２’’が開始される。
【００８０】
フェーズＰＨ２’’において、スイッチＳW3とＳW2は非導通状態であり、スイッチＳW1は導通状態である。この構成において、電源の出力電流は、インダクタＬＵ１を通って流れ、図１３（ｂ）に示されるようにゼロから短絡電流まで増加する。一方、電源の出力電圧は、図１３（ａ）及び図１３（ｃ）に示されるように開回路電圧値からゼロ値まで移行する。
【００８１】
第３フェーズＰＨ３’’の間、スイッチＳW1は非導通状態であり、ＳW2は導通状態である。インダクタＬＵ１は抵抗器ＲDISを通じて放電されるので、図１３（ｃ）に示されるようにゼロ値に移行する電圧値に追従してインダクタ電流もゼロ値に移行し、この時点において別の特徴付けのための準備ができる。
【００８２】
第４フェーズＰＨ４’’の間、ＳW3は再び導通状態に切り替わることができ、電源ＰＶは負荷に電力を供給することができ、その間、インダクタＬＵ１はＲDISを通じて放電されたままにされる。第４フェーズＰＨ４’’は、インダクタＬＵ１が放電される際に始まってもよく、それは両方の動作が同時に行われること、すなわち、電源が既に負荷に電力を供給している間にインダクタが抵抗器を通じて放電されることを意味する。
【００８３】
第２フェーズＰＨ２’’の間、インダクタンス値は既知であると仮定して、インダクタＬＵ１を通る電流を取得するために、電圧Ｖ１がサンプリングされて積分される。
【００８４】
このようにして、電源の全体的な電圧−電流／電圧−電力垂下特性が取得される。
【００８５】
第１の実現形態は、第４フェーズＰＨ４’’がインダクタＬＵ１の放電と同時に開始される場合には特に、ほとんど時間がかからないという利点を有する。さらに、太陽電池セルのアレイは通常、電流範囲よりも広い電圧範囲を有している。これは、電流と電圧の両方の成分値が同じ範囲内にあると仮定すると、変数（インダクタの場合の電流、又はキャパシタの場合の電圧）の勾配が、キャパシタの場合よりもインダクタの場合の方がはるかに急峻であることを意味している。
【００８６】
図５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、本発明の第２の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例である。
【００８７】
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。
【００８８】
本発明の第２の実現形態による電気回路は、入力フィルタキャパシタＣUI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ＣUIの負端子はスイッチＳW10の第１の端子に接続され、スイッチの第２の端子は電源ＰＶの負端子に接続されている。電圧測定手段は、電源ＰＶの端子間の電圧Ｖ１を測定する。
【００８９】
キャパシタＣUIの正端子は、スイッチＳW14の第１の端子に接続されている。
【００９０】
スイッチＳW14の第２の端子は、スイッチＳW12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。
【００９１】
スイッチＳW12の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００９２】
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。
【００９３】
電流測定手段Ａの第２の端子は、ダイオードＤOのアノードとスイッチＳW13の第１の端子に接続されている。スイッチＳW13の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００９４】
ダイオードＤOのカソードは、キャパシタＣOの正端子に接続され、キャパシタＣOの負端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００９５】
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ＳW13は常にＯＦＦ状態であり、ダイオードＤOは常に導通状態である。
【００９６】
スイッチＳW14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になる。
【００９７】
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ＳW14は常に導通状態であり、スイッチＳW12は決して導通状態にならない。
【００９８】
スイッチＳW13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になる。
【００９９】
図６は、本発明の第２の実現形態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。
【０１００】
図５のスイッチＳW10は、２つのＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２から構成されている。
【０１０１】
スイッチＳＷ１０の第１の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のソースである。スイッチＳW10の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のソースである。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２のドレインは互いに接続されている。
【０１０２】
図５のスイッチＳW14は、例えばＩＧＢＴトランジスタＩＧ１である。スイッチＳW14の第１の端子は、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１のコレクタである。ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１のエミッタは、スイッチＳW14の第２の端子である。
【０１０３】
図５のスイッチＳW12は、ダイオードＤ５である。スイッチＳW12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ＳW12の第２の端子は、ダイオードＤ５のアノードである。
【０１０４】
図５のスイッチＳW13は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３である。スイッチＳW13の第１の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３のドレインである。スイッチＳW13の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３のソースである。
【０１０５】
図７ａ及び図７ｂは、本発明の第２の実現形態による、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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、特定のフェーズにおいて、少なくともインダクタＬ１上の電圧を監視する。
【０１０８】
ステップＳ７００において、フェーズＰＨ１が開始される。フェーズＰＨ１は図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されている。
【０１０９】
図８（ａ）は、本発明の第２の実現形態に従って取得される電源電圧変動の一例である。
【０１１０】
図８（ａ）の横軸には時間が表示され、図８（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１１１】
図８（ｂ）は、本発明の第２の実現形態に従って取得される電源電流変動の一例である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
図８（ｃ）は、本発明の第２の実現形態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。
【０１１４】
図８（ｃ）の横軸には時間が表示され、図８（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１１５】
図８（ｄ）は、本発明の第２の実現形態によるインダクタ内の電流変動の一例である。
【０１１６】
図８（ｄ）の横軸には時間が表示され、図８（ｄ）の縦軸には電流が表示されている。
【０１１７】
フェーズＰＨ１の間、エネルギー変換デバイスは、例えば昇圧コンバータとして動作する。ここで、エネルギー変換デバイスは、降圧コンバータとして動作することもできることに留意されたい。
【０１１８】
ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がハイである期間は、Ｄと呼ばれる。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がローである期間は、（１−Ｄ）と呼ばれる。
【０１１９】
フェーズＰＨ１の間、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は常に導通状態である。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３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。ダイオードＤO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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２は、常に導通状態である。コンバータが昇圧モードで動作しているので、ダイオードＤ５は決して導通状態にはならない。
【０１２０】
フェーズＰＨ１の間に図８（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。
【０１２１】
フェーズＰＨ１の間に図８（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に対応する電流に対応する。
【０１２２】
フェーズＰＨ１の間に図８（ｃ）に示される出力における電圧ＶDC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調整済みの電圧である。
【０１２３】
フェーズＰＨ１の間、負荷に電流が供給される。
【０１２４】
次のステップＳ７０１において、プロセッサ３００は、再度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。
【０１２５】
フェーズＰＨ２において、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２、ダイオードＤ５とＤOは、導通している。
【０１２６】
ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は、非導通モードに設定される。
【０１２７】
インダクタＬ１内に蓄積されているエネルギーは、負荷とキャパシタＣOに転送される。インダクタＬ１を通って流れる電流は、図８（ｄ）に示されるようにゼロ値まで降下し、出力電圧ＶDCは、インダクタ電流がゼロ値に達する上記の瞬間までは増加し、その後、インダクタ内に蓄積された全てのエネルギーがキャパシタＣOと負荷に与えられると、キャパシタＣOが負荷において放電を開始するので、図８（ｃ）に示されるように減少する。
【０１２８】
同時に、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、キャパシタＣUIは電源によってわずかに充電される。
【０１２９】
次のステップＳ７０２において、プロセッサ３００は、出力電圧ＶDCをサンプリング周期Ｔｓａｍｐでサンプリングするように指示し、この電圧はフェーズＰＨ２におけるインダクタＬ１上の電圧に対応する。
【０１３０】
次のステップＳ７０３において、プロセッサ３００は、変数ｋを値１に設定する。変数ｋはサンプルのために用いられるインデックスである。
【０１３１】
次のステップＳ７０４において、プロセッサ３００は、変数ｋが１に等しいか否かを調べる。
【０１３２】
変数ｋが１に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ７０５に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７０７に進む。
【０１３３】
ステップＳ７０５において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（１）をサンプリングされた電圧値ＶDC（１）に設定する。
【０１３４】
特定の実現形態によれば、電気回路は電流測定手段Ａを含まない。プロセッサ３００は、測定された電圧値と既知のインダクタＬ１の値から、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1を評価する。
【０１３５】
そのような実現形態によれば、プロセッサ３００は、変数ＩL1（１）を、インダクタＬ１の値を決定する際に用いられる最大電流値に等しい値ＩMAXに設定する。
【０１３６】
次のステップＳ７０６において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７０４に戻る。
【０１３７】
ステップＳ７０７において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（ｋ）をサンプリングされた電圧値ＶDC（ｋ）に設定する。
【０１３８】
電気回路が電流測定手段Ａを含まない場合には、プロセッサ３００は、以下の式に従って、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1（ｋ）の値を導出する。
【数１】
【０１３９】
次のステップＳ７０８において、プロセッサ３００は、電流測定手段Ａによって測定されるか、又はステップＳ７０７において求められた電流値ＩL1（ｋ）が、例えばゼロ値である所定の値よりも大きいか否かを調べる。ここで、電流測定手段Ａが利用できない場合には、ステップＳ７０７において、所定の値はゼロ値に設定されることに留意されたい。
【０１４０】
電流値ＩL1（ｋ）がゼロ値よりも大きい場合には、インダクタＬ１は完全には放電されておらず、プロセッサ３００はステップＳ７０９に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７１０に進む。
【０１４１】
ステップＳ７０９において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７０４に戻る。
【０１４２】
ステップＳ７１０において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ２を中断する。
【０１４３】
その後、プロセッサ３００は、図７ｂのステップＳ７５０に進む。
【０１４４】
ステップＳ７５０において、プロセッサ３００は、ＭＰＰを決定するためにフェーズＰＨ３に進む。
【０１４５】
フェーズＰＨ３において、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１、Ｍ２、ダイオードＤ５、及びＤOは非導通状態である。
【０１４６】
フェーズＰＨ３において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は導通状態に設定される。フェーズＰＨ３において、電源ＰＶはインダクタＬ１と並列に接続される。
【０１４７】
フェーズＰＨ３において、キャパシタＣUIは、予め決定されたＭＰＰの付近に充電された状態に維持され、電源ＰＶ上の電圧は、図８（ａ）に示されるように開回路電圧ＶOCに変化する。インダクタＬ１は、図８（ｂ）に示されるように所定の値から短絡電流ＩSCに達するまで充電され、所定の値は、図７ａのステップＳ７０８において示されるように例えばゼロ値である。
【０１４８】
次のステップＳ７５１において、プロセッサ３００は、図６に示される電圧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し、この電圧は、フェーズＰＨ３においてはインダクタＬ１上の電圧に対応し、また電源ＰＶの出力電圧にも対応する。
【０１４９】
次のステップＳ７５２において、プロセッサ３００は、変数ｋを１に設定する。変数ｋはサンプルのために用いられるインデックスである。
【０１５０】
次のステップＳ７５３において、プロセッサ３００は、変数ｋが１に等しいか否かを調べる。
【０１５１】
変数ｋが１に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５４に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５６に進む。
【０１５２】
ステップＳ７５４において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（１）をサンプリングされた電圧値Ｖ１（１）に設定する。
【０１５３】
特定の実現形態によれば、電気回路は電流測定手段Ａを含まない。プロセッサ３００は、測定された電圧値とインダクタＬ１の値から、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1を導出する。
【０１５４】
そのような実現形態によれば、プロセッサ３００は、変数ＩL1（１）をゼロ値に設定する。
【０１５５】
ステップＳ７５５において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７５３に戻る。
【０１５６】
ステップＳ７５６において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（ｋ）をサンプリングされた電圧Ｖ１（ｋ）に設定する。
【０１５７】
電気回路が電流測定手段Ａを含まない場合、プロセッサ３００は、以下の式に従って、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1（ｋ）の値を取得する。
【数２】
【０１５８】
次のステップＳ７５７において、プロセッサ３００は、電圧値ＶL1（ｋ）が所定の値に等しいか否かを調べる。所定の値は、例えばゼロ値である。
【０１５９】
電圧値ＶL1（ｋ）がゼロ値に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５９に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５８に進む。
【０１６０】
ステップＳ７５８において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７５３に戻る。
【０１６１】
ステップＳ７５９において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３を中断する。
【０１６２】
ステップＳ７６０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た全ての電圧値及び電流値を入手し、図２に示されるような曲線を形成する。
【０１６３】
同じステップにおいて、プロセッサ３００は、ステップＳ７５６にお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。
【０１６４】
ステップＳ７６１において、フェーズＰＨ４が開始される。フェーズＰＨ４は図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されている。
【０１６５】
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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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は常に導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤOは（１−Ｄ）の間は導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２は常に導通状態である。
【０１６６】
フェーズＰＨ４の間、ダイオードＤ５は決して導通状態にならず、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤOはＤの間は導通状態である。
【０１６７】
図９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、本発明の第３の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例である。
【０１６８】
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）で動作することができる。
【０１６９】
図９の電気回路は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２が存在しないことを除いて、図６において開示された電気回路と同じである。
【０１７０】
フィルタキャパシタＣUIが電源ＰＶに接続されており、電圧測定手段がキャパシタＣUI上の電圧を測定する。
【０１７１】
図１０は、本発明の第３の実現形態による、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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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、電圧Ｖ１を監視する。
【０１７４】
ステップＳ１０００において、フェーズＰＨ１’が開始される。フェーズＰＨ１’は、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示されている。
【０１７５】
図１１（ａ）は、本発明の第３の実現形態に従って取得される、入力キャパシタＣUI上の電圧変動の一例であり、電源電圧変動を意味する。
【０１７６】
図１１（ａ）の横軸には時間が表示され、図１１（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１７７】
図１１（ｂ）は、本発明の第３の実現形態に従って取得される電源電流変動の一例である。
【０１７８】
図１１（ｂ）の横軸には時間が表示され、図１１（ｂ）の縦軸には電流が表示されている。
【０１７９】
図１１（ｃ）は、本発明の第３の実現形態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。
【０１８０】
図１１（ｃ）の横軸には時間が表示され、図１１（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１８１】
フェーズＰＨ１’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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がハイである期間は、Ｄと呼ばれる。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がローである期間は、（１−Ｄ）と呼ばれる。
【０１８２】
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、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤOは（１−Ｄ）の間は導通状態である。
【０１８３】
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、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤOはＤの間は導通状態でない。
【０１８４】
図１１（ａ）に示されるキャパシタＣUI上の電圧は、本アルゴリズムによって予め決定されたＭＰＰに対応する電圧である。
【０１８５】
図１１（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。
【０１８６】
図１１（ｃ）に示される出力における電圧ＶDCは、電源ＰＶ出力電圧と適用されるデューティサイクルに基づいて得られる調整済み電圧である。
【０１８７】
次のステップＳ１００１において、プロセッサ３００は、再度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。
【０１８８】
フェーズＰＨ２’において、ダイオードＤ５とＤOは導通状態であり、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は非導通状態に設定される。
【０１８９】
フェーズＰＨ２’の目的は、電源ＰＶの開回路電圧ＶOCまでキャパシタＣUIを充電すると共に、インダクタＬ１を完全に放電することである。
【０１９０】
フェーズＰＨ２’において、インダクタＬ１内に蓄積されていたエネルギーは負荷とキャパシタＣOに転送される。Ｌ１によって出力される電流がゼロになると、キャパシタＣOが負荷にエネルギーを供給し、図１１（ｃ）に示されるようにＶDCが減少する。
【０１９１】
図１１（ａ）に示されるように、キャパシタＣUIは、電源ＰＶの開回路電圧ＶOCまで充電される。
【０１９２】
電源ＰＶによって供給される電流は、フェーズＰＨ２’の終了時にゼロ値に達する。
【０１９３】
次のステップＳ１００２において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３’に進む。
【０１９４】
フェーズＰＨ３’において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は導通状態に設定され、ダイオードＤOとＤ５は非導通状態である。フェーズＰＨ３’において、電源ＰＶとキャパシタＣUIは、いずれもインダクタＬ１と並列に接続される。
【０１９５】
キャパシタＣUIはゼロ電圧まで放電され、全てのエネルギーがインダクタＬ１内に蓄積され、インダクタＬ１の電流値は
【数３】
まで増加する。電源によって供給される電流ＩPV＝ＩL1＋ＩCUIを計算できるようにするために、インダクタＬ１上の電圧Ｖ１がサンプリングされて格納される。
【０１９６】
ここで、データを記憶するために用いられるバッファのサイズは、例えばＰＨ３’の持続時間が
【数４】
に等しいことを考慮して決定されることに留意されたい。ここで、本発明の特定の実現形態では、図１０のステップＳ１０１２及びＳ１０１３において開示されるように、持続時間ｔPH3'を評価することができるため、フェーズＰＨ３’の間にキャパシタ値ＣUIが評価されることに留意されたい。
【０１９７】
次のステップＳ１００３において、プロセッサ３００は、図９に示される電圧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し、この電圧も、フェーズＰＨ３’ではインダクタＬ１上の電圧に対応する。
【０１９８】
次のステップＳ１００４において、プロセッサ３００は、変数ｋを値１に設定する。変数ｋはサンプルのために用いられるインデックスである。
【０１９９】
次のステップＳ１００５において、プロセッサ３００は、変数ｋが１に等しいか否かを調べる。
【０２００】
変数ｋが１に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ１００６に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ１００８に進む。
【０２０１】
ステップＳ１００６において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（１）をサンプリングされた電圧値Ｖ１（１）に設定する。
【０２０２】
特定の実現形態によれば、電気回路は電流測定手段Ａを含まない。プロセッサ３００は、測定された電圧値とＬ１のインダクタンス値から、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1を導出する。
【０２０３】
そのような実現形態では、プロセッサ３００は、変数ＩL1（１）をゼロ値に設定する。
【０２０４】
次のステップＳ１００７において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ１００５に戻る。
【０２０５】
ステップＳ１００８において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（ｋ）をサンプリングされた電圧値Ｖ１（ｋ）に設定し、時間ｔPH3'（ｋ）＝ｔPH3'（ｋ−１）＋Ｔｓａｍｐを更新する。
【０２０６】
電気回路が電流測定手段Ａを含まない場合、プロセッサ３００は、以下の式に従って、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1（ｋ）の値を取得する。
【数５】
【０２０７】
次のステップＳ１０１０において、プロセッサ３００は、電圧値ＶL1（ｋ）が例えばゼロ値である所定の値に等しいか否かを調べる。
【０２０８】
電圧値ＶL1（ｋ）がゼロ値に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ１０１２に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ１０１１に進む。
【０２０９】
ステップＳ１０１１において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ１００５に戻る。
【０２１０】
ステップＳ１０１２において、プロセッサ３００は、キャパシタＣUIの放電持続時間：Ｔdisch＝ｔPH3'（ｋ）を求める。
【０２１１】
次のステップＳ１０１３において、プロセッサ３００は、本発明の特定の実現形態に従って、キャパシタ値ＣUI＝（２πＴdisch）2．Ｌ１を求める。
【０２１２】
次のステップＳ１０１４において、プロセッサ３００は、図１２を参照しながら開示されるアルゴリズムに従って、２つ１組の電源電流ＩPVと電源電圧ＶPVをそれぞれ求める。
【０２１３】
次のステップＳ１０１５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た全ての電圧値と電流値を入手し、図２に示されるような曲線を作成する。同じステップにおいて、プロセッサ３００は、ステップＳ１２１５において取得された電圧値と電流値から、複数の２つ１組の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。
【０２１４】
次のステップＳ１０１６において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ４’に進む。
【０２１５】
フェーズＰＨ４’において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は導通状態のままであり、ダイオードＤOとＤ５は当然に導通状態である。フェーズＰＨ４’において、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は非導通状態に設定される。
【０２１６】
フェーズＰＨ４’において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＤ５はいずれも導通状態であるため、キャパシタＣUIは充電されないままである。インダクタＬ１は、キャパシタＣOと負荷に放電される。フェーズＰＨ４’の間、出力電圧ＶDCは上昇する。フェーズＰＨ４’は、インダクタを通る電流が短絡電流ＩSCに等しくなり、キャパシタＣUIが充電し始める瞬間まで継続する。
【０２１７】
次のステップＳ１０１７において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ５’に進む。
【０２１８】
フェーズＰＨ５’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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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。
【０２１９】
フェーズＰＨ５’の間、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤOは（１−Ｄ）の間は導通である。
【０２２０】
フェーズＰＨ５’の間、ダイオードＤ５は導通状態でなく、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤOはＤの間は導通状態でない。
【０２２１】
図１１（ａ）に示されるキャパシタＣUI上の電圧は、ステップＳ１０１５において本アルゴリズムによって決定されたＭＰＰに向かって上昇する電源電圧に対応する電圧である。
【０２２２】
図１１（ｂ）に示される電源ＰＶによって供給される電流は、短絡値から本アルゴリズムによってステップＳ１０１５において決定されたＭＰＰ値に対応する電流値に向かって減少する電流である。
【０２２３】
図１１（ｃ）に示される出力電圧は、フェーズＰＨ４’におけるキャパシタＣOの電圧から、本アルゴリズムによってステップＳ１０１５で決定されたＭＰＰと新たなデューティサイクルとに従って求められる新たな出力電圧値まで移行することに対応する。しかしながら、ＣOは負荷に電力を供給し続ける必要があるため、ＰＨ５’の開始中に電源によって供給される電力が小さいことに起因して、コンバータがＭＰＰにおいて、すなわちフェーズＰＨ６’において動作可能となる瞬間まで、出力電圧値は最初減少することになる。
【０２２４】
次のステップＳ１０１８において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ６’に進む。
【０２２５】
フェーズＰＨ６’の間、エネルギー変換デバイスは、先行するフェーズＰＨ５’と同様に昇圧コンバータとして動作するが、ここでは電源が利用可能な最大電力を供給している（ＭＰＰにおいて動作している）という違いがある。
【０２２６】
図１２は、本発明の第３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組の出力電力電流と出力電圧を求めるアルゴリズムの一例である。
【０２２７】
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。
【０２２８】
インダクタ電流が既知であるので、キャパシタＣUIを通って流れる電流を求め、そこから電源ＰＶの出力電流を求めるために、本発明の特定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情報を取得するためのアルゴリズムもまた、電圧Ｖ１を使用する。
【０２２９】
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キャパシタ電流は、キャパシタＣUI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、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。
【０２３０】
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ｘi（ｉ＝１〜Ｎ）において測定された電圧ｙiと関数ｆ（ｘi）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。
【０２３１】
Ｎ個のサンプル（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2）．．．（ｘN，ｙN）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６】
ただし、ｆj（ｘ）（ｊ＝１，２．．．Ｋ）はｘの数学関数であり、Ｃj（ｊ＝１，２．．．Ｋ）は当初は未知の定数である。
【０２３２】
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７】
【０２３３】
この誤差項は、定数Ｃj（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、．．．、ＣK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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
ＶPV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。
【０２３６】
次のステップＳ１２００において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３の間にステップＳ１００８において得られたサンプルＶL1（ｋ）及びｔPH3'（ｋ）を取得する（ｋは１から、ステップＳ１０１１においてｋが取る最大値までの値である）。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。
【０２３７】
次のステップＳ１２０１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。
【０２３８】
次のステップＳ１２０２において、プロセッサ３００は、移動窓の中心点Ｎｃを求める。
【０２３９】
次のステップＳ１２０３において、プロセッサ３００は、変数ｉを値Ｎｐｔに設定する。
【０２４０】
次のステップＳ１２０４において、プロセッサ３００は、変数ｊをｉ−Ｎｃ＋１に設定する。
【０２４１】
次のステップＳ１２０５において、プロセッサ３００は、変数ｋを１に設定する。
【０２４２】
次のステップＳ１２０６において、プロセッサ３００は、ｘ（ｋ）の値をサンプルｊの時刻係数に設定する。
【０２４３】
次のステップＳ１２０７において、プロセッサ３００は、ｙ（ｋ）の値をサンプルｊの電圧係数に設定する。
【０２４４】
次のステップＳ１２０８において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントする。
【０２４５】
次のステップＳ１２１０において、プロセッサ３００は、変数ｊを１つインクリメントする。
【０２４６】
次のステップＳ１２１０において、プロセッサ３００は、変数ｊがｉとＮｃとの和から１を引いた値より厳密に小さいか否かを調べる。
【０２４７】
変数ｊがｉとＮｃとの和から１を引いた値より厳密に小さい場合、プロセッサ３００はステップＳ１２０６に戻る。そうでない場合、プロセッサ３００はステップＳ１２１１に移る。
【０２４８】
ステップＳ１２１１において、プロセッサ３００は、最小平均二乗アルゴリズムと、Ｓ１２１０の条件に達するまでステップＳ１２０６及びＳ１２０７においてサンプリングされたすべてのｘ（ｋ）値及びｙ（ｋ）値とを用いて、フィッティング数学関数、例えば多項式関数ｙ（ｘ）＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃを求める。
【０２４９】
プロセッサ３００は、二次多項式関数のａ、ｂ、及びｃの実係数
【数８】
を取得する。
【０２５０】
次のステップＳ１２１２において、プロセッサ３００は、以下の式に従ってフィルタリングされた電圧値と必要とされる電流を評価する。
【数９】
【０２５１】
次のステップＳ１２１３において、プロセッサ３００は、変数ｉを１単位インクリメントする。
【０２５２】
次のステップＳ１２１４において、プロセッサ３００は、ｉがＮからＮｃを引いた値より厳密に小さいか否かを調べる。ここで、ＮはステップＳ７０1において取得された電圧サンプルの総数である。
【０２５３】
ｉがＮからＮｃを引いた値より厳密に小さい場合、プロセッサ３００はステップＳ１２０４に戻る。そうでない場合、プロセッサ３００はステップＳ１２１５に移り、本アルゴリズムによって求められた複数の２つ１組の電圧と電流を出力する。
【０２５４】
その後、プロセッサ３００は、本アルゴリズムを中断し、図１０のアルゴリズムのステップＳ１０１５に戻る。
【０２５５】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【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、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。当該電源の特性の決定を可能にする情報を取得する装置は、電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視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可能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方法にも関する。当該方法は、電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視するステップ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、或いは電源の障害を判断するために、或い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】
特定の特徴によれば、インダクタは、直流コンバータ内に含まれる。
【００１３】
大部分のＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又は幾つかのＤＣ／ＡＣコンバータでは、インダクタは変換目的ですでに利用可能である。このインダクタを、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、上述のインダクタベースのコンバータに対して他のいかなる余分のインダクタも追加することを回避する。
【００１４】
特定の特徴によれば、装置は、インダクタ上の電圧の監視中に当該インダクタを通って流れる電流を取得する手段を備える。
【００１５】
これにより、電源の出力電流及び出力電圧は、インダクタを通って流れる電流及びインダクタに印加される電圧と同じであるので、その電圧−電流／電圧−電力垂下特性を取得することができる。
【００１６】
特定の特徴によれば、インダクタを通って流れる電流は、電流センサから取得されるか、又は当該インダクタ上の電圧を監視している間に得られる電圧値から導出される。
【００１７】
これにより、任意の余分な電流センサを追加しなくても、電流を監視することができ、装置のコストを削減することができる。
【００１８】
さらに、電流センサを利用できない場合には、インダクタを通る電流はその電圧を積分することによって取得されるので、キャパシタ上の電流を計算するために行われるような雑音問題を解決するために高度なアルゴリズムを適用しなければならない微分計算とは異なり、雑音変動が電流推定の精度を乱すことはなく、結果として、最大電力点が更に良好に推定される。
【００１９】
特定の特徴によれば、装置は、インダクタ上の電圧を監視する前に当該インダクタ内に蓄積されたエネルギーを放電する手段を備える。
【００２０】
これにより、電源の特徴付けに最も適した初期条件：電源におけるゼロ電流及び開回路電圧を保証することができる。
【００２１】
特定の特徴によれば、第１フェーズにおいて、インダクタを通じて負荷に電流が供給され、第２フェーズにおいて、インダクタ内に蓄積されたエネルギーの放電が実行され、第３フェーズにおいて、インダクタの電圧の監視が実行され、電源の第１の端子がインダクタの第１の端子に接続されると共に、インダクタの第２の端子が電源の第２の端子に接続される。
【００２２】
これにより、インダクタは電源と並列に接続され、ゼロ電流から電源短絡電流までインダクタを充電することができ、これは開回路電圧からゼロ電圧までを意味する。電源の全体的な電圧−電流／電圧−電源垂下特性が取得される。
【００２３】
特定の特徴によれば、インダクタの第２の端子は負荷に接続され、インダクタの電圧を監視する前に当該インダクタ内に蓄積されたエネルギーは、負荷において放電される。
【００２４】
これにより、特徴付けが行われる際に、負荷をインダクタと並列に接続することによって、インダクタを通る電流がゼロであるという初期条件を得ることができる。
【００２５】
さらに、インダクタの電圧を監視する前に当該インダクタに蓄積されたエネルギーは、抵抗器を通じて散逸される代わりに負荷において放電されるので、結果として非散逸的な手順となる。
【００２６】
特定の特徴によれば、装置は、キャパシタ及び少なくとも２つのスイッチを更に備え、電源の第２の端子は、第１のスイッチの第１の端子に接続され、第１のスイッチの第２の端子は、キャパシタの第１の端子に接続され、キャパシタの第２の端子は、電源の第１の端子に接続され、電源の第１の端子は、第２のスイッチを介してインダクタの第１の端子に接続され、第２のスイッチは、第２フェーズの間は開いている。
【００２７】
これにより、電源と並列に接続されるキャパシタが存在する場合であっても、特徴付けを行う必要があるときに、インダクタのみを電源と並列に接続することができる。
【００２８】
特定の特徴によれば、第１のスイッチは、第１フェーズの間は閉じられ、第３フェーズの間は開かれる。
【００２９】
これにより、コンバータの通常の動作中は、キャパシタは入力フィルタとして働くが、第３フェーズの間、すなわちインダクタを用いた特徴付けの間は、キャパシタは接続解除され、その期間には何の役割も果たさない。
【００３０】
特定の特徴によれば、装置は、インダクタの第２の端子を電源の第２の端子に接続する第３のスイッチを更に備え、第３のスイッチは、第３フェーズの間は閉じられる。
【００３１】
これにより、特徴付けを行う際に、インダクタは第３フェーズの間のみ電源と並列に配置される。
【００３２】
特定の特徴によれば、電源の端子にキャパシタが接続され、装置は、インダクタ上の電圧の監視中にキャパシタを通って流れる電流を取得する手段を備える。
【００３３】
これにより、電源と常に並列に接続されるキャパシタが存在する場合であっても、電源出力電流はキャパシタを通る電流とインダクタを通って流れる電流とを合わせた電流から生じるので、電源出力電流を取得することができる。キャパシタと直列な追加のスイッチはもはや不要であり、装置のコストは増加しない。
【００３４】
特定の特徴によれば、インダクタを通って流れる電流は、当該インダクタ上の電圧の監視中に得られる電圧値から取得される。
【００３５】
これにより、例えばコストを下げるためにインダクタと直列な電流センサが利用できない場合には、測定されたインダクタ電圧を積分し、その値をインダクタンス値で除算することによって、電流を取得することができる。
【００３６】
特定の特徴によれば、第１フェーズにおいて、インダクタを通じて負荷に電流が供給され、第２フェーズにおいて、キャパシタが電源の開回路電圧まで充電され、第３フェーズにおいて、インダクタの電圧の監視が実行され、電源の第１の端子がインダクタの第１の端子に接続されると共に、インダクタの第２の端子が電源の第２の端子に接続される。
【００３７】
第３フェーズにおいて、キャパシタ電圧は開回路電圧からゼロ値に移行し、その間、正弦曲線の軌跡に従って、電源の出力電流はゼロ値から短絡電流に移行し、インダクタ電流はゼロ電流から最大電流ピークに移行し、この最大電流値はキャパシタとインダクタとの間の共振から生じる電源短絡電流よりも大きい。
【００３８】
監視される電圧から、電圧を微分することによってキャパシタ電流を取得し、また電圧を積分することによってインダクタ電流を取得することができ、キャパシタンス値及びインダクタンス値も必要とされる。両方の構成要素のそれぞれの電流を知ることによって、電圧変動とともに電源出力電流変動が取得される。
【００３９】
また、本発明は、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。
【００４０】
これにより、例えば、ＭＰＰを決定するために、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。
【００４１】
さらに、大部分のＤＣ／ＤＣコンバータ及び／又は幾つかのＤＣ／ＡＣコンバータでは、インダクタは変換目的ですでに利用可能である。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、上述のインダクタベースのコンバータに対して他のいかなる余分のインダクタも追加することを回避する。
【００４２】
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】
【００４３】
【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、本発明の第１の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例の図である。
【図５】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、本発明の第２の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例の図である。
【図６】本発明の第２の実現形態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７ａ】本発明の第２の実現形態による電源の最大電力点を決定するために用いられるアルゴリズムの例を示す図である。
【図７ｂ】本発明の第２の実現形態による電源の最大電力点を決定するために用いられるアルゴリズムの例を示す図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実現形態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、本発明の第２の実現形態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、本発明の第２の実現形態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。（ｄ）は、本発明の第２の実現形態によるインダクタ内の電流変動の一例の図である。
【図９】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、本発明の第３の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例の図である。
【図１０】本発明の第３の実現形態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１１】（ａ）は、本発明の第３の実現形態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、本発明の第３の実現形態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、本発明の第３の実現形態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１２】本発明の第３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出力電流及び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。
【図１３】（ａ）は、本発明の第１の実現形態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、本発明の第１の実現形態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、本発明の第１の実現形態によるインダクタ上の電圧変動の一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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ＶOCとの間にある。
【００４９】
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ＩSCとの間にある。
【００５０】
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。
【００５１】
図３は、本発明によるエネルギー変換デバイスの一例を表す。
【００５２】
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７又は図１０及び図１２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。
【００５３】
ここで、プロセッサ３００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。
【００５４】
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に接続する。
【００５５】
リードオンリーメモリＲＯＭ３０２は、図７又は図１０及び図１２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、
【００５６】
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７又は図１０及び図１２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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、本発明の第１の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例である。
【００５９】
この電気回路は、その一部又は全体を変換デバイスＣｏｎｖ内に含めることもできるし、或いは変換デバイスＣｏｎｖに追加することもできる。
【００６０】
電源ＰＶの正端子は、スイッチＳW1の第１の端子と、スイッチＳW3の第１の端子とに接続されている。
【００６１】
例えば、スイッチＳW1とＳW3はＮＭＯＳＦＥＴである。スイッチＳW1とＳW3の第１の端子は、各ＮＭＯＳＦＥＴのドレインである。
【００６２】
スイッチＳW1の第２の端子は、インダクタＬＵ１の第１の端子と、抵抗器ＲDISの第１の端子とに接続されている。
【００６３】
スイッチＳW1の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴのソースである。抵抗器ＲDISの第２の端子は、スイッチＳW2の第１の端子に接続されている。
【００６４】
例えば、スイッチＳW2はダイオードである。スイッチＳW2の第１の端子はダイオードのカソードであり、スイッチＳW2の第２の端子はダイオードのアノードである。
【００６５】
インダクタＬＵ１の第２の端子とスイッチＳW2の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００６６】
電源の端子間の電圧Ｖ１が監視される。電圧Ｖ１は、例えばアナログ／ディジタルコンバータを用いて測定される。
【００６７】
負荷は、スイッチＳW3の第２の端子と電源ＰＶの負端子との間に接続される。
【００６８】
スイッチＳW3の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴのソースである。
【００６９】
負荷は直流コンバータとすることもできる。
【００７０】
この電気回路は、以下のように動作することができる。
【００７１】
図１３に示されるような第１フェーズＰＨ１’’において、スイッチＳW1とＳW2は非導通状態（オフ）であり、スイッチＳW3は常に導通状態（オン）である。
【００７２】
図１３（ａ）は、本発明の第１の実現形態に従って取得される電源電圧変動の一例である。
【００７３】
図１３（ａ）の横軸には時間が表示され、図１３（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。
【００７４】
図１３（ｂ）は、本発明の第１の実現形態に従って取得される電源電流変動の一例である。
【００７５】
図１３（ｂ）の横軸には時間が表示され、図１３（ｂ）の縦軸には電流が表示されている。
【００７６】
図１３（ｃ）は、本発明の第１の実現形態によるインダクタ上の電圧変動の一例である。
【００７７】
図１３（ｃ）の横軸には時間が表示され、図１３（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。
【００７８】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、及び図１３（ｃ）に示されるように、フェーズＰＨ１’’において、電源は負荷に電力を供給する。負荷は抵抗性負荷又は直流コンバータとすることができる。
【００７９】
電源の特徴付けを行う時間になると、第２フェーズＰＨ２’’が開始される。
【００８０】
フェーズＰＨ２’’において、スイッチＳW3とＳW2は非導通状態であり、スイッチＳW1は導通状態である。この構成において、電源の出力電流は、インダクタＬＵ１を通って流れ、図１３（ｂ）に示されるようにゼロから短絡電流まで増加する。一方、電源の出力電圧は、図１３（ａ）及び図１３（ｃ）に示されるように開回路電圧値からゼロ値まで移行する。
【００８１】
第３フェーズＰＨ３’’の間、スイッチＳW1は非導通状態であり、ＳW2は導通状態である。インダクタＬＵ１は抵抗器ＲDISを通じて放電されるので、図１３（ｃ）に示されるようにゼロ値に移行する電圧値に追従してインダクタ電流もゼロ値に移行し、この時点において別の特徴付けのための準備ができる。
【００８２】
第４フェーズＰＨ４’’の間、ＳW3は再び導通状態に切り替わることができ、電源ＰＶは負荷に電力を供給することができ、その間、インダクタＬＵ１はＲDISを通じて放電されたままにされる。第４フェーズＰＨ４’’は、インダクタＬＵ１が放電される際に始まってもよく、それは両方の動作が同時に行われること、すなわち、電源が既に負荷に電力を供給している間にインダクタが抵抗器を通じて放電されることを意味する。
【００８３】
第２フェーズＰＨ２’’の間、インダクタンス値は既知であると仮定して、インダクタＬＵ１を通る電流を取得するために、電圧Ｖ１がサンプリングされて積分される。
【００８４】
このようにして、電源の全体的な電圧−電流／電圧−電力垂下特性が取得される。
【００８５】
第１の実現形態は、第４フェーズＰＨ４’’がインダクタＬＵ１の放電と同時に開始される場合には特に、ほとんど時間がかからないという利点を有する。さらに、太陽電池セルのアレイは通常、電流範囲よりも広い電圧範囲を有している。これは、電流と電圧の両方の成分値が同じ範囲内にあると仮定すると、変数（インダクタの場合の電流、又はキャパシタの場合の電圧）の勾配が、キャパシタの場合よりもインダクタの場合の方がはるかに急峻であることを意味している。
【００８６】
図５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、本発明の第２の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例である。
【００８７】
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。
【００８８】
本発明の第２の実現形態による電気回路は、入力フィルタキャパシタＣUI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ＣUIの負端子はスイッチＳW10の第１の端子に接続され、スイッチの第２の端子は電源ＰＶの負端子に接続されている。電圧測定手段は、電源ＰＶの端子間の電圧Ｖ１を測定する。
【００８９】
キャパシタＣUIの正端子は、スイッチＳW14の第１の端子に接続されている。
【００９０】
スイッチＳW14の第２の端子は、スイッチＳW12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。
【００９１】
スイッチＳW12の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００９２】
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。
【００９３】
電流測定手段Ａの第２の端子は、ダイオードＤOのアノードとスイッチＳW13の第１の端子に接続されている。スイッチＳW13の第２の端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００９４】
ダイオードＤOのカソードは、キャパシタＣOの正端子に接続され、キャパシタＣOの負端子は、電源ＰＶの負端子に接続されている。
【００９５】
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ＳW13は常にＯＦＦ状態であり、ダイオードＤOは常に導通状態である。
【００９６】
スイッチＳW14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になる。
【００９７】
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ＳW14は常に導通状態であり、スイッチＳW12は決して導通状態にならない。
【００９８】
スイッチＳW13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になる。
【００９９】
図６は、本発明の第２の実現形態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。
【０１００】
図５のスイッチＳW10は、２つのＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２から構成されている。
【０１０１】
スイッチＳＷ１０の第１の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のソースである。スイッチＳW10の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のソースである。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２のドレインは互いに接続されている。
【０１０２】
図５のスイッチＳW14は、例えばＩＧＢＴトランジスタＩＧ１である。スイッチＳW14の第１の端子は、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１のコレクタである。ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１のエミッタは、スイッチＳW14の第２の端子である。
【０１０３】
図５のスイッチＳW12は、ダイオードＤ５である。スイッチＳW12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ＳW12の第２の端子は、ダイオードＤ５のアノードである。
【０１０４】
図５のスイッチＳW13は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３である。スイッチＳW13の第１の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３のドレインである。スイッチＳW13の第２の端子は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３のソースである。
【０１０５】
図７ａ及び図７ｂは、本発明の第２の実現形態による、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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、特定のフェーズにおいて、少なくともインダクタＬ１上の電圧を監視する。
【０１０８】
ステップＳ７００において、フェーズＰＨ１が開始される。フェーズＰＨ１は図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されている。
【０１０９】
図８（ａ）は、本発明の第２の実現形態に従って取得される電源電圧変動の一例である。
【０１１０】
図８（ａ）の横軸には時間が表示され、図８（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１１１】
図８（ｂ）は、本発明の第２の実現形態に従って取得される電源電流変動の一例である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
図８（ｃ）は、本発明の第２の実現形態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。
【０１１４】
図８（ｃ）の横軸には時間が表示され、図８（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１１５】
図８（ｄ）は、本発明の第２の実現形態によるインダクタ内の電流変動の一例である。
【０１１６】
図８（ｄ）の横軸には時間が表示され、図８（ｄ）の縦軸には電流が表示されている。
【０１１７】
フェーズＰＨ１の間、エネルギー変換デバイスは、例えば昇圧コンバータとして動作する。ここで、エネルギー変換デバイスは、降圧コンバータとして動作することもできることに留意されたい。
【０１１８】
ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がハイである期間は、Ｄと呼ばれる。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がローである期間は、（１−Ｄ）と呼ばれる。
【０１１９】
フェーズＰＨ１の間、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は常に導通状態である。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３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。ダイオードＤO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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２は、常に導通状態である。コンバータが昇圧モードで動作しているので、ダイオードＤ５は決して導通状態にはならない。
【０１２０】
フェーズＰＨ１の間に図８（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。
【０１２１】
フェーズＰＨ１の間に図８（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に対応する電流に対応する。
【０１２２】
フェーズＰＨ１の間に図８（ｃ）に示される出力における電圧ＶDC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調整済みの電圧である。
【０１２３】
フェーズＰＨ１の間、負荷に電流が供給される。
【０１２４】
次のステップＳ７０１において、プロセッサ３００は、再度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。
【０１２５】
フェーズＰＨ２において、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２、ダイオードＤ５とＤOは、導通している。
【０１２６】
ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は、非導通モードに設定される。
【０１２７】
インダクタＬ１内に蓄積されているエネルギーは、負荷とキャパシタＣOに転送される。インダクタＬ１を通って流れる電流は、図８（ｄ）に示されるようにゼロ値まで降下し、出力電圧ＶDCは、インダクタ電流がゼロ値に達する上記の瞬間までは増加し、その後、インダクタ内に蓄積された全てのエネルギーがキャパシタＣOと負荷に与えられると、キャパシタＣOが負荷において放電を開始するので、図８（ｃ）に示されるように減少する。
【０１２８】
同時に、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、キャパシタＣUIは電源によってわずかに充電される。
【０１２９】
次のステップＳ７０２において、プロセッサ３００は、出力電圧ＶDCをサンプリング周期Ｔｓａｍｐでサンプリングするように指示し、この電圧はフェーズＰＨ２におけるインダクタＬ１上の電圧に対応する。
【０１３０】
次のステップＳ７０３において、プロセッサ３００は、変数ｋを値１に設定する。変数ｋはサンプルのために用いられるインデックスである。
【０１３１】
次のステップＳ７０４において、プロセッサ３００は、変数ｋが１に等しいか否かを調べる。
【０１３２】
変数ｋが１に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ７０５に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７０７に進む。
【０１３３】
ステップＳ７０５において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（１）をサンプリングされた電圧値ＶDC（１）に設定する。
【０１３４】
特定の実現形態によれば、電気回路は電流測定手段Ａを含まない。プロセッサ３００は、測定された電圧値と既知のインダクタＬ１の値から、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1を評価する。
【０１３５】
そのような実現形態によれば、プロセッサ３００は、変数ＩL1（１）を、インダクタＬ１の値を決定する際に用いられる最大電流値に等しい値ＩMAXに設定する。
【０１３６】
次のステップＳ７０６において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７０４に戻る。
【０１３７】
ステップＳ７０７において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（ｋ）をサンプリングされた電圧値ＶDC（ｋ）に設定する。
【０１３８】
電気回路が電流測定手段Ａを含まない場合には、プロセッサ３００は、以下の式に従って、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1（ｋ）の値を導出する。
【数１】
【０１３９】
次のステップＳ７０８において、プロセッサ３００は、電流測定手段Ａによって測定されるか、又はステップＳ７０７において求められた電流値ＩL1（ｋ）が、例えばゼロ値である所定の値よりも大きいか否かを調べる。ここで、電流測定手段Ａが利用できない場合には、ステップＳ７０７において、所定の値はゼロ値に設定されることに留意されたい。
【０１４０】
電流値ＩL1（ｋ）がゼロ値よりも大きい場合には、インダクタＬ１は完全には放電されておらず、プロセッサ３００はステップＳ７０９に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７１０に進む。
【０１４１】
ステップＳ７０９において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７０４に戻る。
【０１４２】
ステップＳ７１０において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ２を中断する。
【０１４３】
その後、プロセッサ３００は、図７ｂのステップＳ７５０に進む。
【０１４４】
ステップＳ７５０において、プロセッサ３００は、ＭＰＰを決定するためにフェーズＰＨ３に進む。
【０１４５】
フェーズＰＨ３において、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１、Ｍ２、ダイオードＤ５、及びＤOは非導通状態である。
【０１４６】
フェーズＰＨ３において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は導通状態に設定される。フェーズＰＨ３において、電源ＰＶはインダクタＬ１と並列に接続される。
【０１４７】
フェーズＰＨ３において、キャパシタＣUIは、予め決定されたＭＰＰの付近に充電された状態に維持され、電源ＰＶ上の電圧は、図８（ａ）に示されるように開回路電圧ＶOCに変化する。インダクタＬ１は、図８（ｂ）に示されるように所定の値から短絡電流ＩSCに達するまで充電され、所定の値は、図７ａのステップＳ７０８において示されるように例えばゼロ値である。
【０１４８】
次のステップＳ７５１において、プロセッサ３００は、図６に示される電圧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し、この電圧は、フェーズＰＨ３においてはインダクタＬ１上の電圧に対応し、また電源ＰＶの出力電圧にも対応する。
【０１４９】
次のステップＳ７５２において、プロセッサ３００は、変数ｋを１に設定する。変数ｋはサンプルのために用いられるインデックスである。
【０１５０】
次のステップＳ７５３において、プロセッサ３００は、変数ｋが１に等しいか否かを調べる。
【０１５１】
変数ｋが１に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５４に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５６に進む。
【０１５２】
ステップＳ７５４において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（１）をサンプリングされた電圧値Ｖ１（１）に設定する。
【０１５３】
特定の実現形態によれば、電気回路は電流測定手段Ａを含まない。プロセッサ３００は、測定された電圧値とインダクタＬ１の値から、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1を導出する。
【０１５４】
そのような実現形態によれば、プロセッサ３００は、変数ＩL1（１）をゼロ値に設定する。
【０１５５】
ステップＳ７５５において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７５３に戻る。
【０１５６】
ステップＳ７５６において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（ｋ）をサンプリングされた電圧Ｖ１（ｋ）に設定する。
【０１５７】
電気回路が電流測定手段Ａを含まない場合、プロセッサ３００は、以下の式に従って、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1（ｋ）の値を取得する。
【数２】
【０１５８】
次のステップＳ７５７において、プロセッサ３００は、電圧値ＶL1（ｋ）が所定の値に等しいか否かを調べる。所定の値は、例えばゼロ値である。
【０１５９】
電圧値ＶL1（ｋ）がゼロ値に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５９に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５８に進む。
【０１６０】
ステップＳ７５８において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ７５３に戻る。
【０１６１】
ステップＳ７５９において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３を中断する。
【０１６２】
ステップＳ７６０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た全ての電圧値及び電流値を入手し、図２に示されるような曲線を形成する。
【０１６３】
同じステップにおいて、プロセッサ３００は、ステップＳ７５６にお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。
【０１６４】
ステップＳ７６１において、フェーズＰＨ４が開始される。フェーズＰＨ４は図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されている。
【０１６５】
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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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は常に導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤOは（１−Ｄ）の間は導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２は常に導通状態である。
【０１６６】
フェーズＰＨ４の間、ダイオードＤ５は決して導通状態にならず、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤOはＤの間は導通状態である。
【０１６７】
図９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、本発明の第３の実現形態によるインダクタを含む電気回路の一例である。
【０１６８】
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）で動作することができる。
【０１６９】
図９の電気回路は、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ１とＭ２が存在しないことを除いて、図６において開示された電気回路と同じである。
【０１７０】
フィルタキャパシタＣUIが電源ＰＶに接続されており、電圧測定手段がキャパシタＣUI上の電圧を測定する。
【０１７１】
図１０は、本発明の第３の実現形態による、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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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、電圧Ｖ１を監視する。
【０１７４】
ステップＳ１０００において、フェーズＰＨ１’が開始される。フェーズＰＨ１’は、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示されている。
【０１７５】
図１１（ａ）は、本発明の第３の実現形態に従って取得される、入力キャパシタＣUI上の電圧変動の一例であり、電源電圧変動を意味する。
【０１７６】
図１１（ａ）の横軸には時間が表示され、図１１（ａ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１７７】
図１１（ｂ）は、本発明の第３の実現形態に従って取得される電源電流変動の一例である。
【０１７８】
図１１（ｂ）の横軸には時間が表示され、図１１（ｂ）の縦軸には電流が表示されている。
【０１７９】
図１１（ｃ）は、本発明の第３の実現形態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。
【０１８０】
図１１（ｃ）の横軸には時間が表示され、図１１（ｃ）の縦軸には電圧が表示されている。
【０１８１】
フェーズＰＨ１’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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がハイである期間は、Ｄと呼ばれる。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の指令信号がローである期間は、（１−Ｄ）と呼ばれる。
【０１８２】
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、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤOは（１−Ｄ）の間は導通状態である。
【０１８３】
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、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤOはＤの間は導通状態でない。
【０１８４】
図１１（ａ）に示されるキャパシタＣUI上の電圧は、本アルゴリズムによって予め決定されたＭＰＰに対応する電圧である。
【０１８５】
図１１（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。
【０１８６】
図１１（ｃ）に示される出力における電圧ＶDCは、電源ＰＶ出力電圧と適用されるデューティサイクルに基づいて得られる調整済み電圧である。
【０１８７】
次のステップＳ１００１において、プロセッサ３００は、再度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。
【０１８８】
フェーズＰＨ２’において、ダイオードＤ５とＤOは導通状態であり、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は非導通状態に設定される。
【０１８９】
フェーズＰＨ２’の目的は、電源ＰＶの開回路電圧ＶOCまでキャパシタＣUIを充電すると共に、インダクタＬ１を完全に放電することである。
【０１９０】
フェーズＰＨ２’において、インダクタＬ１内に蓄積されていたエネルギーは負荷とキャパシタＣOに転送される。Ｌ１によって出力される電流がゼロになると、キャパシタＣOが負荷にエネルギーを供給し、図１１（ｃ）に示されるようにＶDCが減少する。
【０１９１】
図１１（ａ）に示されるように、キャパシタＣUIは、電源ＰＶの開回路電圧ＶOCまで充電される。
【０１９２】
電源ＰＶによって供給される電流は、フェーズＰＨ２’の終了時にゼロ値に達する。
【０１９３】
次のステップＳ１００２において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３’に進む。
【０１９４】
フェーズＰＨ３’において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は導通状態に設定され、ダイオードＤOとＤ５は非導通状態である。フェーズＰＨ３’において、電源ＰＶとキャパシタＣUIは、いずれもインダクタＬ１と並列に接続される。
【０１９５】
キャパシタＣUIはゼロ電圧まで放電され、全てのエネルギーがインダクタＬ１内に蓄積され、インダクタＬ１の電流値は
【数３】
まで増加する。電源によって供給される電流ＩPV＝ＩL1＋ＩCUIを計算できるようにするために、インダクタＬ１上の電圧Ｖ１がサンプリングされて格納される。
【０１９６】
ここで、データを記憶するために用いられるバッファのサイズは、例えばＰＨ３’の持続時間が
【数４】
に等しいことを考慮して決定されることに留意されたい。ここで、本発明の特定の実現形態では、図１０のステップＳ１０１２及びＳ１０１３において開示されるように、持続時間ｔPH3'を評価することができるため、フェーズＰＨ３’の間にキャパシタ値ＣUIが評価されることに留意されたい。
【０１９７】
次のステップＳ１００３において、プロセッサ３００は、図９に示される電圧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し、この電圧も、フェーズＰＨ３’ではインダクタＬ１上の電圧に対応する。
【０１９８】
次のステップＳ１００４において、プロセッサ３００は、変数ｋを値１に設定する。変数ｋはサンプルのために用いられるインデックスである。
【０１９９】
次のステップＳ１００５において、プロセッサ３００は、変数ｋが１に等しいか否かを調べる。
【０２００】
変数ｋが１に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ１００６に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ１００８に進む。
【０２０１】
ステップＳ１００６において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（１）をサンプリングされた電圧値Ｖ１（１）に設定する。
【０２０２】
特定の実現形態によれば、電気回路は電流測定手段Ａを含まない。プロセッサ３００は、測定された電圧値とＬ１のインダクタンス値から、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1を導出する。
【０２０３】
そのような実現形態では、プロセッサ３００は、変数ＩL1（１）をゼロ値に設定する。
【０２０４】
次のステップＳ１００７において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ１００５に戻る。
【０２０５】
ステップＳ１００８において、プロセッサ３００は、変数ＶL1（ｋ）をサンプリングされた電圧値Ｖ１（ｋ）に設定し、時間ｔPH3'（ｋ）＝ｔPH3'（ｋ−１）＋Ｔｓａｍｐを更新する。
【０２０６】
電気回路が電流測定手段Ａを含まない場合、プロセッサ３００は、以下の式に従って、インダクタＬ１を通って流れる電流ＩL1（ｋ）の値を取得する。
【数５】
【０２０７】
次のステップＳ１０１０において、プロセッサ３００は、電圧値ＶL1（ｋ）が例えばゼロ値である所定の値に等しいか否かを調べる。
【０２０８】
電圧値ＶL1（ｋ）がゼロ値に等しい場合には、プロセッサ３００はステップＳ１０１２に進む。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ１０１１に進む。
【０２０９】
ステップＳ１０１１において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントし、ステップＳ１００５に戻る。
【０２１０】
ステップＳ１０１２において、プロセッサ３００は、キャパシタＣUIの放電持続時間：Ｔdisch＝ｔPH3'（ｋ）を求める。
【０２１１】
次のステップＳ１０１３において、プロセッサ３００は、本発明の特定の実現形態に従って、キャパシタ値ＣUI＝（２πＴdisch）2．Ｌ１を求める。
【０２１２】
次のステップＳ１０１４において、プロセッサ３００は、図１２を参照しながら開示されるアルゴリズムに従って、２つ１組の電源電流ＩPVと電源電圧ＶPVをそれぞれ求める。
【０２１３】
次のステップＳ１０１５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た全ての電圧値と電流値を入手し、図２に示されるような曲線を作成する。同じステップにおいて、プロセッサ３００は、ステップＳ１２１５において取得された電圧値と電流値から、複数の２つ１組の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。
【０２１４】
次のステップＳ１０１６において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ４’に進む。
【０２１５】
フェーズＰＨ４’において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は導通状態のままであり、ダイオードＤOとＤ５は当然に導通状態である。フェーズＰＨ４’において、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は非導通状態に設定される。
【０２１６】
フェーズＰＨ４’において、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１とＤ５はいずれも導通状態であるため、キャパシタＣUIは充電されないままである。インダクタＬ１は、キャパシタＣOと負荷に放電される。フェーズＰＨ４’の間、出力電圧ＶDCは上昇する。フェーズＰＨ４’は、インダクタを通る電流が短絡電流ＩSCに等しくなり、キャパシタＣUIが充電し始める瞬間まで継続する。
【０２１７】
次のステップＳ１０１７において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ５’に進む。
【０２１８】
フェーズＰＨ５’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。ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３とダイオードＤO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。
【０２１９】
フェーズＰＨ５’の間、ＩＧＢＴトランジスタＩＧ１は導通状態であり、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３はＤの間は導通状態であり、ダイオードＤOは（１−Ｄ）の間は導通である。
【０２２０】
フェーズＰＨ５’の間、ダイオードＤ５は導通状態でなく、ＮＭＯＳＦＥＴ Ｍ３は（１−Ｄ）の間は導通状態でなく、ダイオードＤOはＤの間は導通状態でない。
【０２２１】
図１１（ａ）に示されるキャパシタＣUI上の電圧は、ステップＳ１０１５において本アルゴリズムによって決定されたＭＰＰに向かって上昇する電源電圧に対応する電圧である。
【０２２２】
図１１（ｂ）に示される電源ＰＶによって供給される電流は、短絡値から本アルゴリズムによってステップＳ１０１５において決定されたＭＰＰ値に対応する電流値に向かって減少する電流である。
【０２２３】
図１１（ｃ）に示される出力電圧は、フェーズＰＨ４’におけるキャパシタＣOの電圧から、本アルゴリズムによってステップＳ１０１５で決定されたＭＰＰと新たなデューティサイクルとに従って求められる新たな出力電圧値まで移行することに対応する。しかしながら、ＣOは負荷に電力を供給し続ける必要があるため、ＰＨ５’の開始中に電源によって供給される電力が小さいことに起因して、コンバータがＭＰＰにおいて、すなわちフェーズＰＨ６’において動作可能となる瞬間まで、出力電圧値は最初減少することになる。
【０２２４】
次のステップＳ１０１８において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ６’に進む。
【０２２５】
フェーズＰＨ６’の間、エネルギー変換デバイスは、先行するフェーズＰＨ５’と同様に昇圧コンバータとして動作するが、ここでは電源が利用可能な最大電力を供給している（ＭＰＰにおいて動作している）という違いがある。
【０２２６】
図１２は、本発明の第３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組の出力電力電流と出力電圧を求めるアルゴリズムの一例である。
【０２２７】
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。
【０２２８】
インダクタ電流が既知であるので、キャパシタＣUIを通って流れる電流を求め、そこから電源ＰＶの出力電流を求めるために、本発明の特定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情報を取得するためのアルゴリズムもまた、電圧Ｖ１を使用する。
【０２２９】
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キャパシタ電流は、キャパシタＣUI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、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。
【０２３０】
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ｘi（ｉ＝１〜Ｎ）において測定された電圧ｙiと関数ｆ（ｘi）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。
【０２３１】
Ｎ個のサンプル（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2）．．．（ｘN，ｙN）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６】
ただし、ｆj（ｘ）（ｊ＝１，２．．．Ｋ）はｘの数学関数であり、Ｃj（ｊ＝１，２．．．Ｋ）は当初は未知の定数である。
【０２３２】
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７】
【０２３３】
この誤差項は、定数Ｃj（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、．．．、ＣK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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
ＶPV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。
【０２３６】
次のステップＳ１２００において、プロセッサ３００は、フェーズＰＨ３の間にステップＳ１００８において得られたサンプルＶL1（ｋ）及びｔPH3'（ｋ）を取得する（ｋは１から、ステップＳ１０１１においてｋが取る最大値までの値である）。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。
【０２３７】
次のステップＳ１２０１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。
【０２３８】
次のステップＳ１２０２において、プロセッサ３００は、移動窓の中心点Ｎｃを求める。
【０２３９】
次のステップＳ１２０３において、プロセッサ３００は、変数ｉを値Ｎｐｔに設定する。
【０２４０】
次のステップＳ１２０４において、プロセッサ３００は、変数ｊをｉ−Ｎｃ＋１に設定する。
【０２４１】
次のステップＳ１２０５において、プロセッサ３００は、変数ｋを１に設定する。
【０２４２】
次のステップＳ１２０６において、プロセッサ３００は、ｘ（ｋ）の値をサンプルｊの時刻係数に設定する。
【０２４３】
次のステップＳ１２０７において、プロセッサ３００は、ｙ（ｋ）の値をサンプルｊの電圧係数に設定する。
【０２４４】
次のステップＳ１２０８において、プロセッサ３００は、変数ｋを１つインクリメントする。
【０２４５】
次のステップＳ１２１０において、プロセッサ３００は、変数ｊを１つインクリメントする。
【０２４６】
次のステップＳ１２１０において、プロセッサ３００は、変数ｊがｉとＮｃとの和から１を引いた値より厳密に小さいか否かを調べる。
【０２４７】
変数ｊがｉとＮｃとの和から１を引いた値より厳密に小さい場合、プロセッサ３００はステップＳ１２０６に戻る。そうでない場合、プロセッサ３００はステップＳ１２１１に移る。
【０２４８】
ステップＳ１２１１において、プロセッサ３００は、最小平均二乗アルゴリズムと、Ｓ１２１０の条件に達するまでステップＳ１２０６及びＳ１２０７においてサンプリングされたすべてのｘ（ｋ）値及びｙ（ｋ）値とを用いて、フィッティング数学関数、例えば多項式関数ｙ（ｘ）＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃを求める。
【０２４９】
プロセッサ３００は、二次多項式関数のａ、ｂ、及びｃの実係数
【数８】
を取得する。
【０２５０】
次のステップＳ１２１２において、プロセッサ３００は、以下の式に従ってフィルタリングされた電圧値と必要とされる電流を評価する。
【数９】
【０２５１】
次のステップＳ１２１３において、プロセッサ３００は、変数ｉを１単位インクリメントする。
【０２５２】
次のステップＳ１２１４において、プロセッサ３００は、ｉがＮからＮｃを引いた値より厳密に小さいか否かを調べる。ここで、ＮはステップＳ７０1において取得された電圧サンプルの総数である。
【０２５３】
ｉがＮからＮｃを引いた値より厳密に小さい場合、プロセッサ３００はステップＳ１２０４に戻る。そうでない場合、プロセッサ３００はステップＳ１２１５に移り、本アルゴリズムによって求められた複数の２つ１組の電圧と電流を出力する。
【０２５４】
その後、プロセッサ３００は、本アルゴリズムを中断し、図１０のアルゴリズムのステップＳ１０１５に戻る。
【０２５５】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
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、
前記電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために前記電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視する手段を備え、
前記インダクタを通って流れる電流は、電流センサから取得されるか、又は該インダクタ上の電圧を監視している間に得られる電圧値から導出されることを特徴とする、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装置。
【請求項２】
前記インダクタは、直流コンバータ内に含まれ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、前記インダクタ上の電圧の監視中に該インダクタを通って流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２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記インダクタ上の電圧を監視する前に該インダクタ内に蓄積されたエネルギーを放電する手段を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
第１フェーズにおいて、前記インダクタを通じて負荷に電流が供給され、
第２フェーズにおいて、前記インダクタ内に蓄積されたエネルギーの放電が実行され、
第３フェーズにおいて、前記インダクタの電圧の監視が実行され、前記電源の第１の端子が前記インダクタの第１の端子に接続されると共に、前記インダクタの第２の端子が前記電源の第２の端子に接続されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項６】
前記インダクタの前記第２の端子は負荷に接続され、前記インダクタの電圧を監視する前に該インダクタ内に蓄積されたエネルギーは、前記負荷において放電されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、キャパシタ及び少なくとも２つのスイッチを更に備え、
前記電源の前記第２の端子は、第１のスイッチの第１の端子に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端子は、前記キャパシタの第１の端子に接続され、
前記キャパシタの第２の端子は、前記電源の前記第１の端子に接続され、
前記電源の前記第１の端子は、第２のスイッチを介して前記インダクタの前記第１の端子に接続され、
前記第２のスイッチは、前記第２フェーズの間は開いていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のスイッチは、前記第１フェーズの間は閉じられ、前記第３フェーズの間は開かれることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、前記インダクタの前記第２の端子を前記電源の前記第２の端子に接続する第３のスイッチを更に備えることを特徴とし、
前記第３のスイッチは、前記第３フェーズの間は閉じられることを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電源の前記端子にキャパシタが接続されることを特徴とし、
前記装置は、前記インダクタ上の電圧の監視中に前記キャパシタを通って流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１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記インダクタを通って流れる電流は、該インダクタ上の電圧の監視中に得られる電圧値から取得されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１フェーズにおいて、前記インダクタを通じて負荷に電流が供給され、
第２フェーズにおいて、前記キャパシタが前記電源の開回路電圧まで充電され、
第３フェーズにおいて、前記インダクタの電圧の監視が実行され、前記電源の第１の端子が前記インダクタの第１の端子に接続されると共に、前記インダクタの第２の端子が前記電源の第２の端子に接続されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
直流コンバータであって、請求項１〜１２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１４】
直流コンバータに接続可能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方法であって、
該方法は、前記電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために前記電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視するステップを含み、
前記インダクタを通って流れる電流は、電流センサから取得されるか、又は該インダクタ上の電圧を監視している間に得られる電圧値から導出されることを特徴とする、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。
【請求項１】
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であって、
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、
前記電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために前記電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視する手段を備え、
前記インダクタを通って流れる電流は、電流センサから取得されるか、又は該インダクタ上の電圧を監視している間に得られる電圧値から導出されることを特徴とする、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装置。
【請求項２】
前記インダクタは、直流コンバータ内に含まれ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、前記インダクタ上の電圧の監視中に該インダクタを通って流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２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記インダクタ上の電圧を監視する前に該インダクタ内に蓄積されたエネルギーを放電する手段を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
第１フェーズにおいて、前記インダクタを通じて負荷に電流が供給され、
第２フェーズにおいて、前記インダクタ内に蓄積されたエネルギーの放電が実行され、
第３フェーズにおいて、前記インダクタの電圧の監視が実行され、前記電源の第１の端子が前記インダクタの第１の端子に接続されると共に、前記インダクタの第２の端子が前記電源の第２の端子に接続されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項６】
前記インダクタの前記第２の端子は負荷に接続され、前記インダクタの電圧を監視する前に該インダクタ内に蓄積されたエネルギーは、前記負荷において放電されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、キャパシタ及び少なくとも２つのスイッチを更に備え、
前記電源の前記第２の端子は、第１のスイッチの第１の端子に接続され、
前記第１のスイッチの第２の端子は、前記キャパシタの第１の端子に接続され、
前記キャパシタの第２の端子は、前記電源の前記第１の端子に接続され、
前記電源の前記第１の端子は、第２のスイッチを介して前記インダクタの前記第１の端子に接続され、
前記第２のスイッチは、前記第２フェーズの間は開いていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のスイッチは、前記第１フェーズの間は閉じられ、前記第３フェーズの間は開かれることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、前記インダクタの前記第２の端子を前記電源の前記第２の端子に接続する第３のスイッチを更に備えることを特徴とし、
前記第３のスイッチは、前記第３フェーズの間は閉じられることを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電源の前記端子にキャパシタが接続されることを特徴とし、
前記装置は、前記インダクタ上の電圧の監視中に前記キャパシタを通って流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１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記インダクタを通って流れる電流は、該インダクタ上の電圧の監視中に得られる電圧値から取得されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１フェーズにおいて、前記インダクタを通じて負荷に電流が供給され、
第２フェーズにおいて、前記キャパシタが前記電源の開回路電圧まで充電され、
第３フェーズにおいて、前記インダクタの電圧の監視が実行され、前記電源の第１の端子が前記インダクタの第１の端子に接続されると共に、前記インダクタの第２の端子が前記電源の第２の端子に接続されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
直流コンバータであって、請求項１〜１２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１４】
直流コンバータに接続可能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方法であって、
該方法は、前記電源の特性の決定を可能にする情報を取得するために前記電源に接続されるインダクタ上の電圧を監視するステップを含み、
前記インダクタを通って流れる電流は、電流センサから取得されるか、又は該インダクタ上の電圧を監視している間に得られる電圧値から導出されることを特徴とする、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１３−５１３８７９（Ｐ２０１３−５１３８７９Ａ）
【公表日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４３６０６（Ｐ２０１２−５４３６０６）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６９２１２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７３０７０
【国際公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（５０３１６３５２７）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 (175)
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６９２１２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７３０７０
【国際公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（５０３１６３５２７）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 (175)
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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