CN103155349B - 用于从电力源提取电力的切换电路和相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从电力源提取电力的切换电路包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口；(2)用于电耦接到负载的输出端口；(3)被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置；(4)至少部分由于第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换而在至少两个不同电压级之间过渡的中间切换节点；和(5)用于控制第一切换装置来最大化中间切换节点处的电压的平均值的控制器。

Description

用于从电力源提取电力的切换电路和相关方法
相关申请案
本申请要求2010年8月18日提出的美国临时专利申请序列号61/375,012的优先权。本申请也是2011年8月17日提出的美国专利申请号13/211,985的接续案，美国专利申请号13/211,985要求2010年8月18日提出的美国临时专利申请序列号61/375,012的优先权。本申请也是2011年8月17日提出的美国专利申请号13/211,997的接续案，美国专利申请号13/211,997要求2010年8月18日提出的美国临时专利申请序列号61/375,012的优先权。本申请也是2011年8月17日提出的美国专利申请号13/212,013的接续案，美国专利申请号13/212,013要求2010年8月18日提出的美国临时专利申请序列号61/375,012的优先权。上述申请中的每一个都以引用方式并入本文。
发明背景
光伏电池产生随电流、电池操作条件、电池物理性质、电池缺陷和电池光照而变化的电压。如图1所示，针对光伏电池的一个数学模型把输出电流建模成：
I = I L - I 0 { exp [ q ( V + IR S ) nkT ] - 1 } - V + IR S R SH 等式1。
其中
IL＝光生电流
RS＝串联电阻
RSH＝分流电阻
I0＝反向饱和电流
n＝二极管理想因子(针对理想二极管为1)
q＝基本电荷
k＝玻尔兹曼常数
T＝绝对温度
I＝电池端子处的输出电流
V＝电池端子处的电压
对于25℃的硅，kT/q＝0.0259伏特。
典型的电池输出电压很低，且取决于制造电池所用材料的带隙。硅电池的电池输出电压可能仅仅是半伏特，远低于给蓄电池充电或驱动大多数其它负载所需的电压。由于这些低电压，所以电池通常被串联在一起来形成输出电压比单个电池产生的输出电压高得多的模块或阵列。
真实的光伏电池常具有一个或多个微观缺陷。这些电池缺陷可导致模块中电池间串联电阻RS、分流电阻RSH和光生电流IL的失配。另外，由于包括树的投影、电池或模块的鸟粪阴影部分、灰尘、污垢和其它效应的原因，光伏电池系统中电池间的电池光照可能不同，且甚至在模块中电池间的电池光照可能也不相同。这些光照失配可能每天和随一天中的时间变化(在一天中阴影可能在模块上移位，而雨水可能冲洗掉遮挡电池的灰尘或污垢)。
从等式1可得出，零输出电流时输出电压最大，且输出电压V随输出电流I增加而非线性下降。图2示出增大从恒定光照下的光伏装置提取的电流的效应。在恒定光照下随着电流I增大，电压V缓慢下降，但是当电流I增大到接近光生电流IL的输出电流时，输出电压V急剧下降。类似地，电池电力(功率)即电流和电压的乘积随电流I增大而增大，直到下降电压V克服增大电流的作用，因此从电池提取的电流I的进一步增大使电力P快速下降。对于给定光照，每个电池、模块以及电池和模块的阵列因此具有表示装置的输出电力最大化时的电压和电流组合的最大电力点(MPP)。电池、模块或阵列的MPP将随温度和光照而变化，且因此光生电流IL改变。电池、模块或阵列的MPP也可能受例如电池、模块或阵列的遮挡和/或老化的因素影响。
通过使用最大电力点跟踪(MPPT)控制器，可以在最大电力点或接近最大电力点下运行光伏电池。MPPT控制器是确定连接到其输入端的光伏装置的MPP电压和电流并调节其有效阻抗来把光伏装置维持在MPP的装置。MPPT控制器通常测量若干操作点处的光伏装置电压和电流、从电压和电流测量值计算每个操作点处的电力，并确定哪个操作点最接近于MPP。
当电池电耦接在一起时，可能难以在其MPP下操作许多光伏电池。例如，图3示出电耦接呈串联串的4个光伏电池。在没有二极管D1-D3或其它添加的电路的情况下，电池中的每一个必须携带相同的电流。例如上文所述的模块或阵列的电池之间的光生电流IL、有效分流电阻RSH、串联电阻和/或温度的参数的差异可使串中一个电池Cstrong的最大电力点输出电流比串中另一电池Cweak的最大电力点输出电流Iweak高很多。在某些状况下在某些阵列中，如果Cstrong在其MPP电流下操作，那么Cweak就经受比其MPP电流高的电流，可能会导致Cweak损坏。Cweak甚至可能反向偏置，从而消耗电力而不是产生电力，或者阻止从相同串中较好的生产电池的电流流动。实际结果是来自板或串联板串的电力输出受串联串中较差的生产电池的性能的限制。
如图3所示，一些现有技术太阳电池板在模块、电池或电池组级别具有旁路二极管D1、D2、D3。旁路二极管防止过度的正向电流导致的对弱电池Cweak的可能的损害。旁路二极管还防止Cweak反向偏置以及阻止从串中较好的生产电池的电流流动，但是，由于低能生产电池和具有相同旁路二极管的同一组中的任何其它电池被旁路，所以Cweak和其组中的电池产生的任何电力均丢失。另外，由于二极管的正向电压降，来自较好生产电池的一些电力被消散在二极管中。如图3所示，虽然一些模块可提供跨个别电池的例如D2的旁路二极管，但是其它模块或系统可提供跨电池组或甚至跨整个模块而不是个别电池的例如D1的二极管。现在市场上许多晶体硅模块提供跨大约12个电池的“6伏特”部分的旁路二极管。
如图40所示，已知其它使用分布式、每板DC-DC转换器4002或DC-AC微反相器来驱动如图40所示的共用电力求和高压母线4004的系统。在模块4006能够产生的任何电压和电流下，且可能在该模块的MPP下，每个转换器4002接收来自太阳能模块4006的电力，每个模块具有许多光伏电池4008，且每个转换器4002把电力转换并输出到高压电力求和母线4004上。由于模块不再串联连接，一个模块的低产量并不妨碍高性能模块的产量。另外，低性能模块的潜在电力产量在母线上被求和而不被浪费。
分布式、每板电压转换器体系结构的问题在于这种体系结构只在板级帮助达到MPP，而对个别电池级无作用。例如，甚至当板的单一电池破裂或被部分遮挡时，整个板可能不提供来自剩余电池的全部潜在电力。电池也可能由于制造变型、差异玷污、老化以及损坏和阴影而失配。美国专利申请公开号2009/0020151提出关于使用本地转换器来驱动并联DC或AC电力求和母线的变化。
美国专利申请公开号2008/0236648中披露了另一替代方法，其中来自光伏电池组的电力被馈送到相应的MPPTDC-DC转换器中，以在每一转换器处产生在某一电压下在阵列的所有DC-DC转换器中都恒定的电流，该电压取决于可从所附光伏装置获得的电力。DC-DC转换器的输出端被串联连接。
可能也难以在各自的最大电力点下操作多结光伏电池中的多个结点。多结光伏电池具有两个或更多个垂直堆叠的不同类型的结点，且每个结点旨在响应不同波长的光。例如，两结点光伏电池通常具有顶部结点和底部结点，其中顶部结点由具有大带隙的材料制成，因此具有相对短的支持波长和相对高的电压下的最大电力点，而底部结点具有较低带隙，因此具有相对长的支持波长和相对低的电压下的最大电力点。
多结光伏装置的电池形成时通常被串联电耦接，而不从电池间取出导体。虽然这种构造简化了与电池的连接，但是由于同样的原因也导致失配串联的光伏装置的输出可能受限制的低效；有效输出电流由堆叠电池的最低电流输出决定。这一情况由于被接收的光的颜色或波长分布的变化和堆叠电池的类型和效率的差异而加剧。多结电池的给定结点也可能被过度的正向电流损坏，除非提供例如二极管的旁路装置。
已经研究了多结光伏装置，包括具有堆叠电池的那些装置(具有到结点间边界的低电阻电接触)和具有分开的结点的那些装置。例如，见2009年第34届IEEE光伏专家会议上麦克唐纳的“多结电池的性能比的频谱效率缩放”第1215-1220页。
发明概要
在一个实施方式中，一种用于从电力源提取电力的切换电路包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口；(2)用于电耦接到负载的输出端口；(3)被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置；(4)至少部分由于第一切换装置在其导电状态和非导电状态之间切换而在至少两个不同电压级之间过渡的中间切换节点；和(5)用于控制第一切换装置来最大化中间切换节点处的电压的平均值的控制器。
在一个实施方式中，一种用于从电力源提取电力的切换电路包括：(1)第一和第二输入端子；(2)用于电耦接到负载的第一和第二输出端子；(3)电耦接在第一输入端子和中间切换节点之间的第一切换装置，第一切换装置被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换；(4)电耦接在第二输入端子和中间切换节点之间并适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供在第一和第二输出端子之间的通路的第二切换装置；和(5)被配置来响应于跨第二切换装置的电压的平均值的变化而控制第一切换装置的切换使得至少大体上最大化从电耦接到第一和第二输入端子的电力源提取的电力的量的控制器。
在一个实施方式中，一种用于从电力源提取电力的切换电路包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口；(2)用于电耦接到负载的输出端口；(3)被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置；和(4)用于控制第一切换装置来最大化跨输出端口的电压的平均值的控制器。
在一个实施方式中，一种用于从电力源提取电力的切换电路包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口；(2)包括第一和第二输出端子的用于电耦接到负载的输出端口；(3)被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置；(4)储能装置；和(5)被配置来控制第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电力源提取的电力的量的控制器。切换电路被配置成使得当电耦接到输入端口的电力源提供的电力不足以操作控制器且可在输出端口处获得电力时：(1)用可通过第一和第二输出端子获得的能量给储能装置反复充电；和(2)控制器至少部分由储能装置中储存的能量来供电。
在一个实施方式中，一种用于从至少两个电力源提取电力的切换电路包括：(1)第一和第二输入端口和输出端口；(2)包括第一切换装置的第一子电路，第一切换装置适于在其导电和非导电状态之间切换来把电力从第一输入端口转移到第二输入端口；(3)包括第二切换装置的第二子电路，第二切换装置被配置来在其导电和非导电状态之间切换来把电力从第二输入端口转移到输出端口；和(4)控制器，其适于控制至少第一和第二切换装置的切换来至少大体上最大化从跨第一输入端口电耦接的电力源和跨第二输入端口电耦接的电力源到电耦接到输出端口的负载的电力转移。
在一个实施方式中，一种用于从至少两个电力源提取电力的系统包括：(1)包括输入端口和输出端口的升降压转换器，该升降压转换器可操作以至少大体上最大化从电耦接到其输入端口的电力源提取的电力的量；和(2)包括输入端口的切换电路，该切换电路可操作以至少大体上最大化从电耦接到其输入端口的电力源提取的电力的量。升降压转换器的输出端口与切换电路的输入端口串联电耦接。
在一个实施方式中，一种用于从电力源提取电力的切换电路包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口和用于电耦接到负载的输出端口；(2)跨输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置；(3)跨输出端口串联电耦接的第三和第四切换装置；(4)串联电耦接在第一和第二切换节点之间的储能电感器，第一切换节点是第一和第二切换装置电耦接所在的节点，第二切换节点是第三和第四切换装置电耦接所在的节点；和(5)控制器。控制器可操作以控制第一、第二、第三和第四切换装置的操作，使得：(1)在切换电路的第一操作模式下，第一和第二切换装置和储能电感器共同作为降压转换器操作来至少大体上最大化从电力源到负载的电力转移；和(2)在切换电路的第二操作模式下，第三和第四切换装置和储能电感器共同作为升压转换器操作来至少大体上最大化从电力源到负载的电力转移。
在一个实施方式中，一种用于操作耦接到电力源的切换电路使得至少大体上最大化从电力源提取的电力的量的方法包括以下步骤：(1)反复确定切换电路的中间切换节点处的电压的平均值；(2)把中间切换节点处的最近的电压平均值与中间切换节点处的前一个电压平均值作比较；(3)如果最近的电压平均值比前一个电压平均值大，那么沿第一方向调整切换电路的切换装置的工作周期；和(4)如果最近的电压平均值比前一个电压平均值小，那么沿与第一方向相反的第二方向调整切换装置的工作周期。
在一个实施方式中，一种用于操作切换电路来将电力源与负载接口连接的方法包括以下步骤：(1)在切换电路的第一操作模式下，控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电力源转移到负载的电力的量；和(2)在切换电路的第二操作模式下，为流过负载的电流提供分流通路来流过切换电路。
在一个实施方式中，一种用于操作耦接到电力源的切换电路使得至少大体上最大化从电力源提取的电力的量的方法包括以下步骤：(1)反复确定切换电路的操作特征；(2)把操作特征的最近的值与操作特征的前一个值作比较；(3)如果操作特征的最近的值比操作特征的前一个值大，那么沿第一方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整；和(4)如果操作特征的最近的值比操作特征的前一个值小，那么沿与第一方向相反的第二方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整。
在一个实施方式中，一种用于操作包括输入端口、输出端口、储能装置、第一切换装置和跨输出端口电耦接的第二切换装置的切换电路的方法包括以下步骤：(1)在切换电路的第一操作模式下，控制第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口；和(2)在切换电路的第二操作模式下，(i)用从包括输出端口的电路提取的能量来给储能装置充电，以及(ii)使用储能装置中储存的能量来使第二切换装置在其导电状态下操作。
附图简述
图1示出光伏电池的一个模型。
图2示出作为一个光伏电池的电流的函数的电压和电力的图。
图3示出一个串联串光伏电池。
图4示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的切换电路的一个电力系统。
图5示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的降压型切换电路的一个电力系统。
图6示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的降压型切换电路的另一个电力系统。
图7示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的变压器耦合的切换电路的另一个电力系统。
图8示出根据一个实施方式的切换电路的一个控制器。
图9示出根据一个实施方式使用切换电路从电力源提取电力的一种方法。
图10-14各示出根据一个实施方式的耦接到电力源的切换电路的平均切换节点电压值对工作周期的图。
图15示出根据一个实施方式的切换电路的另一个控制器。
图16示出根据一个实施方式的一个取样电路。
图17示出图5切换电路的一个实施方式的操作模式的状态图。
图18示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的切换电路的另一个电力系统。
图19示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的升压型切换电路的一个电力系统。
图20示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的并联串串联切换电路的电力系统。
图21示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的串联串并联切换电路的电力系统。
图22示出根据一个实施方式的包括二极管和用于从电力源提取电力的切换电路的电力系统。
图23示出根据一个实施方式的包括系统控制装置和用于从电力源提取电力的切换电路的电力系统。
图24示出根据一个实施方式的一个系统控制装置。
图25示出根据一个实施方式的一个集成电路芯片。
图26示出根据一个实施方式的一个倒装芯片集成电路。
图27示出根据一个实施方式的包括若干降压型切换电路的一个集成电路芯片。
图28示出根据一个实施方式的包括若干升压型切换电路的一个集成电路芯片。
图29示出根据一个实施方式的包括若干降压型切换电路的一个可配置集成电路芯片。
图30示出根据一个实施方式的一个动态调整大小的场效应晶体管。
图31示出根据一个实施方式的包括放置在共同的基板上的光伏电池和集成电路芯片的一个光伏系统。
图32示出根据一个实施方式的包括光伏装置和放置在光伏装置上的集成电路芯片的一个光伏系统。
图33示出根据一个实施方式的包括放置在共用引线框架上的光伏装置和集成电路芯片的一个光伏系统。
图34示出根据一个实施方式的包括若干光伏板的一个电力系统，其中每个面板包括用于从面板的光伏装置提取电力的若干切换电路。
图35示出图27的集成电路芯片在多结光伏电池应用中的实施。
图36示出根据一个实施方式的包括在正常操作期间从各自的电力源获得电力的切换电路的电力系统。
图37示出图36的电力系统的切换电路的输出电压图。
图38示出图7的切换电路的替代实施方式。
图39示出图5的切换电路的另一实施方式的操作模式状态图。
图40示出现有技术光伏系统。
图41示出包括互连电感的图4的电力系统的实施方式。
图42示出包括互连电感的图5的电力系统的实施方式。
图43示出包括互连电感的图6的电力系统的实施方式。
图44示出包括互连电感的图7的电力系统的实施方式。
图45示出图7的电力系统的实施方式，其中切换电路具有正向型拓扑。
图46示出包括互连电感的图19的电力系统的实施方式。
图47示出包括互连电感的图20的电力系统的实施方式。
图48示出根据一个实施方式的包括用于从电力源提取电力的并联串串联降压-升压型切换电路的电力系统。
图49示出根据一个实施方式的包括串优化器的一个电力系统。
图50示出图49的串优化器的一个实施方式。
图51示出图49的串优化器的另一个实施方式。
图52示出利用互连电感的图34的电力系统的实施方式。
图53示出根据一个实施方式的一个切换节点电压滤波子系统。
图54示出根据一个实施方式的一个电流测量子系统。
图55示出根据一个实施方式的配置成帮助最大化从多结光伏电池提取的电力的电力系统。
图56示出图55的电力系统的单位电池的一个实施方式。
图57示出根据一个实施方式的包括并行串降压型MPPT转换器的电力系统。
图58示出根据一个实施方式的降压和升压MPPT转换器。
图59示出根据一个实施方式的包括串优化器的光伏系统。
图60示出根据一个实施方式的与图59的光伏系统类似但包括一个或多个没有本地MPPTDC-DC转换器的串的另一个光伏系统。
图61示出根据一个实施方式的光伏系统。
图62示出根据一个实施方式的另一个光伏系统。
图63示出根据一个实施方式的替代单位电池。
图64示出根据一个实施方式的包括降压-升压型转换器的单位电池。
图65示出根据一个实施方式的包括输出端口串联电耦接的两个MPPTDC-DC转换器的单位电池。
图66示出图65的单位电池的替代实施方式。
图67示出根据一个实施方式的包括升压型和降压型MPPT转换器的单位电池。
图68示出根据一个实施方式的包括两个堆叠MPPTDC-DC转换器的单位电池。
图69示出根据一个实施方式的包括降压-升压型MPPTDC-DC转换器的单位电池。
图70示出根据一个实施方式的包括裂谱光伏装置的光伏系统。
具体实施方式
本文公开了可用来帮助最大化从具有非线性电力曲线的电力源(如光伏装置、蓄电池或燃料电池)提取的电力的量的系统和方法。例如，这些系统和方法比典型的现有解决方案更简单和/或成本更低，因此可能在每电池基础上启用MPPT，而这对于现有MPPT解决方案来说由于其成本和复杂性而通常不可行。应注意，为了说明的清晰，附图中某些元件可能不按比例绘制。物品的特定实例可使用括号中的数字(例如，电力源402(1))来指代，而没有带括号的数字指任何这种物品(例如，电力源402)。
图4示出一个电力系统400，电力系统400包括N个电力源402，其中N是大于1的整数。例如，电力源402是有或没有聚光光学器件的光伏装置，例如，个别光伏电池、一个或多个多结光伏电池的个别结点，或包括许多电耦接的光伏电池(例如，多个串联和/或并联电耦接的光伏电池)的组。在一些实施方式中，电力源402是一个或多个光伏板或光伏板的子模块的光伏装置，其中每个子模块是包括多个串联和/或并联电耦接的光伏电池的光伏板的子集。例如，在一些实施方式中，每个电力源402是光伏板中一行或多行和/或一列或多列光伏电池的串联组合。电力源402的其它例子包括燃料电池和蓄电池。
系统400还包括N个切换电路404。每个切换电路404包括耦接到相应的电力源402的输入端口406和电耦接到负载的输出端口408。如下文进一步讨论的，每个切换电路404被配置来至少大体上最大化从其相应的电力源402提取并被传递到负载的电力的量。因此，切换电路404被配置来至少大体上在最大电力点下操作其相应的电力源402。
输出端口408与例如反相器的负载410串联电耦接，以形成闭合电路(在下文被称为输出电路412)。因为串联，所以每个输出端口408以及负载410都携带相同的输出电路电流Io。输出电路412具有符号表示为单个电感器416的电感，例如，其由切换电路404内部和/或外部的并与输出电路412串联电耦接的一个或多个离散电感器产生。或者，输出电路电感416主要或完全由互连电感组成，互连电感是例如连接组件(例如，输出端口408、负载410)来形成输出电路412的母线的接线或其它导体的电感。例如，图41示出电力系统4100，电力系统4100是系统400的实施方式，其中输出电路412电感包括互连电感4102。
每个切换电路404包括相应的第一切换装置418，第一切换装置418被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从输入端口406转移到输出端口408。因此第一切换装置418可被认为是“控制开关”，因为它的操作被改变来控制电力从输入端口406转移到输出端口408。切换装置的导通时间与其非导通时间的比率常被称为是切换装置的工作周期(D)。在这个文件中，切换装置包括但不限于双极结型晶体管、场效晶体管(例如，N沟道或P沟道金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)，例如，横向扩散金属氧化物半导体晶体管(LDMOS)、结型场效晶体管、金属半导体场效晶体管)、绝缘栅极双极结型晶体管、晶闸管或可控硅整流器。
第一切换装置418通常以至少20kHz的频率切换，使得由于切换电流而从组件移动产生的声音超出人类可察觉的频率范围。以高切换频率(例如，至少20kHz)而不是以较低切换频率操作切换装置418也可促进(1)使用较小储能组件(例如，输入端和负载处的输出电路412电感和滤波电容器)和/或(2)减小纹波电流和纹波电压大小。
另外，以比20kHz高得多的频率操作切换装置418来最大化传递到负载410的电力可能是有利的。具体来说，进入每个切换电路404的输入电流具有波纹成分，波纹成分降低了其相应电力源402的效率。具体地说，纹波电流值越大，电力源402越不能提供具有对应于其最大电力点的大小的RMS电流。因此，可通过增大切换频率而增大电力源402效率，因为纹波电流大小通常随切换频率的增大而降低。然而，增大切换频率通常增大了切换电路404中的切换损耗。因此，通常存在最大化传递到负载410的总电力的优化切换频率范围。在切换电路404和电力源402的某些实施方式中，当第一切换装置418的切换频率在约500kHz到800kHz之间时，出现最大电力转移。以例如至少200kHz的高频率操作切换装置418也可使得能够使用相对较小、便宜和/或可靠的输入和/或输出电容器，例如多层陶瓷电容器。例如，在某些实施方式中，切换频率足够高使得切换装置切换所产生的纹波电流基本上被多层陶瓷电容器过滤掉。而常规的MPPT系统通常以低得多的切换频率操作，从而必需使用相对较大、昂贵且不可靠的输入和输出电容器，例如电解电容器。
在某些实施方式中，每个第一切换装置418都以相应的固定频率切换，且端口406、408之间的电力转移受脉冲宽度调制(PWM)控制。在PWM中，第一切换装置418的工作周期被改变来控制输入端口406和输出端口408之间的电力转移。然而，在一些实施方式中，第一切换装置418的切换频率例如在低电力操作条件期间被改变来控制电力转移，其中以变化的频率操作可能比以固定的频率操作更有效率。一种示范性可变频率操作模式是脉冲频率调制(PFM)，其中切换频率被改变来控制从端口406到端口408的电力转移。
在切换电路404受PWM控制的某些实施方式中，每个第一切换装置418的切换过渡与每个其它切换装置418的切换过渡异相，使得每个切换电路404产生的纹波电流至少部分取消由每个其它切换电路404所产生的纹波电流。例如，在包括3个都受PWM控制的切换电路404的某些实施方式中，每个第一切换装置418的开启都相对于每个其它第一切换装置418的开启被移位120度。或者，在一些实施方式中，有目的地宽松地控制切换频率，使得切换频率将可能在切换电路404的实例间改变，从而帮助减小多个切换电路404同时切换所产生的波纹和瞬变。例如，如果N个切换电路404的输出端口408串联电耦接，那么当每个切换电路404的切换频率被随机化时，相比于切换电路同时切换，输出电流Io波纹的大小被减小了N的平方根的因子。在一些实施方式中，在切换电路404的实例间允许切换频率改变至少百分之十，以帮助实现在许多实例间的切换频率的有效随机化。例如，通过使用具有宽松容差规格的组件，例如20％容差电阻器而不是1％容差电阻器，可以实现这种切换频率的宽松控制。
每个切换电路404还包括额外的切换装置或二极管，额外的切换装置或二极管在第一切换装置418处于其非导电状态时为输出电流Io提供旁路通路来绕过第一切换装置418。例如，在图4的实施方式中，二极管419与每个输出端口408并联电耦接来提供旁路通路。例如，二极管419是肖特基二极管来最小化正向电压降。在一些实施方式中，二极管419被第二切换装置取代或补充，以相比于只使用二极管419时减小旁路通路中的损耗。例如，二极管419可以是与输出端口408并联电耦接的晶体管的体二极管。另举一例，离散第二切换装置可与二极管419并联电耦接。
每个切换电路404还包括中间切换节点420，中间切换节点420至少部分由于第一切换装置418在其导电和非导电状态之间切换而在至少两个不同电压级之间过渡。在一些实施方式中，中间切换节点420直接电耦接到其相应的第一切换装置418，如图4所示。在其它实施方式中，例如变压器(未示出)的一个或多个组件把中间切换节点420与其相应的第一切换装置418分开。下文参照图7讨论变压器耦接的切换电路的例子。
每个切换电路404还包括控制器422，控制器422控制第一切换装置418的切换来例如通过调整第一切换装置418的工作周期来至少大体上最大化从其相应的电力源402提取的电力的量。具体来说，虽然输出电路电流Io可能由于多种因素(例如，负载410的改变)而随时间改变，但是控制器422操作得比电流Io的改变要快得多。因此，输出电路电流Io可被认为在第一切换装置418的工作周期的连续变化之间是接近恒定的，且切换电路输出电力的任何变化主要是由切换电路输出电压Vo的平均值(Vo_avg)的变化所导致，因为输出电力(功率)是电流Io和Vo_avg的乘积。从电力源402提取的电力将与切换电路输出电力减去切换电路404中的损耗相等。因此，控制器422调整第一切换装置418的工作周期来至少大体上最大化Vo_avg。通过最大化Vo_avg，至少大体上最大化了切换电路输出电力以及从相应电力源402提取的电力。
在一些实施方式中，输出电压Vo基本上是DC电压，且控制器422通过直接监控Vo来确定Vo_avg。然而，切换电路404的许多实施方式并不包括输出滤波器，且它们的输出电压与切换电压Vy相同，切换电压Vy是中间切换节点420和电力轨424之间的电压。在这样的实施方式中，控制器422通过最大化代表Vo_avg的切换节点电压Vy的平均值(Vy_avg)来最大化Vo_avg。电力轨424可以是正电力轨或负电力轨，这取决于切换电路404的配置。在电力轨424是负电力轨的实施方式中，例如在下文图6的实施方式中，Vy是从中间切换节点到电力轨的电压，如图4所示。然而，在参考节点是正电力轨的实施方式中，例如在下文图5的实施方式中，Vy是从电力轨到中间切换节点的电压。
因此，假设Io在第一切换装置418的工作周期的连续变化之间基本上保持不变，那么每个切换电路402通过最大化Vo_avg(例如，通过最大化代表Vo_avg的Vy_avg)来至少大体上最大化从其相应的电力源402提取的电力的量。应了解，递中MPPT功能不需要电力(功率)计算，从而潜在地使切换电路404不需要电力(功率)计算硬件、固件和/或软件来确定电压和电流的乘积，而这些在现有的MPPT系统中通常是必需的。因此，切换电路404的某些实施方式可能比典型现有的MPPT控制器简单和/或成本更低，因此可能在每电池基础上启用MPPT，而这对于现有MPPT控制器由于其成本和复杂性而通常不可行。
然而，应该认识到，虽然切换电路404不需要电流测量或电力计算功能来实现MPPT，但是并不排除切换电路404包括这些功能。例如，切换电路404的替代实施方式可利用电压和电流测量来达到更精确的MPPT和/或实现负载410使输出电路电流Io快速变化的应用中的MPPT。另举一例，切换电路404的一些实施方式可包括电流测量电路来通过反向电流阻断实现过流保护和/或二极管模拟。
如上文所述，控制器422操作得比输出电路电流Io的改变要快得多。具体来说，当工作周期变化给定百分比时，Io相对于其正常操作范围的大小变化更小的百分比，理想地，变化小得多的百分比。这种关系通过使用相对大的输出电路412电感值和/或通过以相对快的速率改变工作周期使得Io在工作周期的连续变化之间变化的机会有限而被促进。然而，为了最精确地跟踪电力源402的MPP，工作周期不应比工作周期变化后瞬变解决更快地改变。具体来说，工作周期的改变导致具有取决于电力源402的有效电阻和电力源402的旁路电容(未示出)的时间常数的振铃。也应注意，在负载410是至少大约恒流负载的实施方式中，输出电路412不需要具有大电感值。
切换电路404的某些实施方式具有两个或更多个操作模式。这样的实施方式包括最大电力点跟踪切换模式(MPPT切换模式)，其中切换电路404如上文所述地操作来至少大体上最大化从其相应的电力源402提取的电力的量。然而，这样的实施方式具有一个或多个额外的操作模式，例如当相应的电力源402的输出电力太低而不能进行适当切换电路404操作(例如，当电力源402的输出太低而不能开启跨二极管419的旁路晶体管)时切换电路404通常使用的三态模式。以三态模式操作的切换电路404被关闭(即，其第一切换装置418没有开启)，但是该切换电路却仍然为Io提供通路来绕过该切换电路，使得其它切换电路404可继续向负载410供电。这样的旁路通路可由切换电路404中的二极管419提供。例如，在某些实施方式中，第一切换装置418包括场效晶体管，且当切换电路关闭时，该晶体管的体二极管为Io提供旁路通路。在一些实施方式中，二极管419是肖特基二极管来提供低压降旁路通路。
切换电路404的一些实施方式包括旁路模式，当其相应的电力源402的输出电力太低而不能向负载410提供有意义的电力时，但当可获得足够的电力来操作控制器422时，切换电路通常利用旁路模式。在旁路模式下，控制器422使与二极管419并联的切换装置为Io提供旁路通路。或者，名义上开启但电压是零的切换装置(例如，耗尽型晶体管)可与二极管419并联放置或取代二极管419，以提供低压降旁路通路，从而即使在电力源402的输出太低而不能操作控制器422的情况下也能启用旁路模式，因此使得三态模式不是必需的。当旁路模式可用时，它通常相对于三态模式被优先选用，因为切换装置开启时跨切换装置的电压降通常低于二极管的正向电压降。切换电路404可以旁路模式操作的情况的其它例子包括：(1)当在输入端口406和输出端口408之间转移的电力低于阈值时；(2)当进入输入端口406的电流大小低于阈值时；(3)当流出输出端口408的电流超过阈值时；(4)当切换电路404的温度超过阈值时；(5)当跨输入端口406的电压大小降至低于阈值时；和/或(6)当跨输入端口406的电压大小超过阈值时。下文参照图17讨论切换电路操作模式的另外的例子。
在系统400的一些实施方式中，负载410要求跨负载的电压Vload是负载传导输出电流Io的最小值。这样的负载的例子包括电池充电系统和一些并网反相器。在这样的实施方式中，可选地同步许多切换电路404，使得它们的第一切换装置418最初同时开启，使得Vload上升到负载410传导输出电流Io所需的阈值。
切换电路404的某些实施方式包括额外的特征，例如过温保护、过压保护和/或过流保护。例如，在某些实施方式中，控制器422适于监控切换电路404的温度并响应于过热状况而关闭切换电路或以旁路模式操作切换电路。另举一例，在一些实施方式中，控制器422可操作以监控跨输入端口406的输入电压大小且如果该输入电压大小超过阈值就关闭切换电路。另举一例，在一些实施方式中，控制器422适于控制第一切换装置418的操作来限制切换电路404所提供的电流大小。
下文讨论切换电路404的特定例子及其应用。然而，应了解，切换电路404可具有下文讨论的配置以外的配置。
图5示出一个电力系统500，电力系统500包括N个电力源502(例如光伏装置或燃料电池)和N个电切换电路504，其中N是大于1的整数。切换电路504是图4的切换电路404的实施方式，且每个切换电路504包括输入端口506和输出端口508。每个输入端口506包括分别电耦接到相应的电力源502的负端子514和正端子516的第一输入端子510和第二输入端子512。第一输入端子510和负端子514形成负输入节点518的部分，而第二输入端子512和正端子516形成正输入节点520的部分。每个输出端口508包括第一输出端子522和第二输出端子524。第一输出端子522电耦接到中间切换节点526(类似于图4的中间切换节点420)，且每个第二输出端子524电耦接到正输入节点520。每个输出端口508与负载528(例如，反相器)串联电耦接来形成闭合电路(在下文称为输出电路530)。
切换电路504具有降压型拓扑。具体来说，每个切换电路504包括电耦接在第一输入端子510和中间切换节点526之间的第一切换装置532，其类似于图4的第一切换装置418。每个切换电路504还包括第二切换装置534和控制器536，控制器536被配置来控制第一切换装置532和第二切换装置534的操作。第二切换装置534电耦接在第二输入端子512和中间切换节点526之间。在替代实施方式中，第二切换装置534被所连接的二极管(例如，肖特基二极管)取代，使得当正向偏置时，电流从中间切换节点526经二极管流到正输入节点520。
切换电路504相对于传统降压型拓扑反相，因为它的输出(端子522、524)电耦接在正输入节点520和中间切换节点526之间，而不是如在传统降压型拓扑中那样在中间切换节点526和负输入节点518之间。因此，第一切换装置532而不是第二切换装置534充当控制开关。切换电路504具有在正输入节点或正电力轨520和中间切换节点526之间的切换节点电压Vy5，其类似于图4的切换节点电压Vy。切换电路504也具有跨输出端子524、522的输出电压Vo5。如图5所示，在不包括每个切换电路504的输出滤波器的实施方式中，Vy5与Vo5相等。Vo5的平均值Vo5_avg与第一切换装置532的工作周期成比例。当第一切换装置532关闭时，第二切换装置534为输出电路电流Io5(类似于图4的Io)提供通路。具体地说，当第一切换装置532由于输出电路530中有电感540而被开启时，电流Io5将快速增大。当控制器536关闭第一切换装置532时，电感540防止电流Io5即刻变化。第二切换装置534因此开启来为电流Io5提供通路以快速降低，直到电流Io5达到零或第一切换装置532再开启。因此，第一切换装置532和第二切换装置534合作来把电力从输入端口506转移到输出端口508。
在一些应用中，切换电路504的反相降压型拓扑可能相对于非反相降压型拓扑被优先选用。具体来说，预计在许多应用中Vo5_avg将接近于电力源502的电压，且工作周期将因此较大。在这样的状况下，且在切换装置是补充MOSFET的情况下，可能希望第一切换装置532而不是第二切换装置534是控制开关，因为把第一切换装置532实施成N沟道MOSFET通常比把第二切换装置534实施成N沟道MOSFET简单。N沟道MOSFET通常相对于P沟道MOSFET被优先选用，因为N沟道MOSFET通常具有比类似P沟道MOSFET低的沟道电阻。
在图5的实施方式中，切换转换器504不包括个别储能电感器。切换转换器504分享输出电路530中的储能电感540，且Vo5具有大的AC分量。虽然符号示出为单个电感器，但电感540可包括一个或多个离散电感器和/或连接形成输出电路530的组件(例如，输出端口508)的接线或其它导体的互连电感。在一些实施方式中，电感540主要或完全包括互连电感。使用互连电感而不是离散电感器可降低电力系统500的成本和/或尺寸。例如，图42示出电力系统4200，电力系统4200是系统500的实施方式，其中电感540包括互连电感4202。例如，第一切换装置532和第二切换装置534被配置成使得它们的切换频率足够高来允许把互连电感用作初级储能电感540。在替代实施方式中，一个或多个切换电路504包括与其输出端子522、524串联电耦接的一个或多个离散电感器(未示出)，使得切换节点电压Vy5与Vo5不同。
在图5的实施方式中，切换电路504也不包括跨个别输出端子524、522的输出滤波电容器，而是分享共用输出滤波电容542，输出滤波电容542表示与负载528并联电耦接的一个或多个电容器。然而，并不排除切换电路504包括其自己的输出滤波电容器，且这样的电容器可在存在共用输出滤波电容器542的情况下被另外包括或取代共用输出滤波电容器542。如果切换电路504不包括自己的输出滤波电容器，那么该切换电路还必须包括其自己的输出电感器。例如，除共用输出滤波电容器542之外，每个切换电路可包括相应的输出电感器和输出滤波电容器，输出滤波电容器通常具有小的电容。
可能需要跨每个电力源502的电容器544，这取决于电力源502的特性。例如，如果电力源502是光伏装置，那么通常需要电容器544来防止来自切换电路504的纹波电流降低光伏装置性能。在光伏应用中，确定电容器544的期望值将通常需要在光伏装置效率和MPPT的快速调整之间权衡。具体地说，大的电容器544的值提高光伏装置性能，而小的电容器544的值通常促进控制器536的更快的操作。也可增大第一切换装置532和第二切换装置534的切换频率，以降低纹波电流大小，从而提高光伏装置性能。虽然电容器544被示出为在切换电路504的外部，但是该电容器也可集成到切换电路504中。
响应于切换节点电压Vy5的平均值的改变，控制器536改变第一切换装置532的工作周期来最大化Vo5_avg。如同对于图4的电力系统400，控制器536操作得比输出电流Io5的预期变化要快得多。因此，输出电流Io5在工作周期的连续变化之间基本上保持不变，且控制器536通过最大化Vo5_avg来至少大体上最大化从电力源502提取的电力。然而，应注意，如果切换电路504包括输出电感器和电容器使得Vo5基本上是DC电压，那么控制器536也可被配置成直接监控并最大化Vo5。
如下文进一步讨论的，切换电路504的一些实施方式被配置成使得第二切换装置534连续导电来使输出端子522、524分流，从而当电力源502产生较少电力或不产生电力时，使输出端口508分流并在电力源502周围为电流Io5提供分流或旁路通路。例如，如果电力源502是因为遮挡而产生较少电力的光伏装置，那么切换电路504的这样的实施方式使第二切换装置534连续导电来防止电流流过该光伏装置，从而防止在该光伏装置中的电力损耗和可能对该光伏装置造成的损坏。应注意，用第二切换装置534而不是二极管来绕过电力源502可提高电力系统500的效率，因为第二切换装置534通常具有比二极管小的正向电压降。
图6示出一个电力系统600，电力系统600是电力系统400的另一个实施方式。系统600类似于图5的系统500，但是系统600的切换电路具有标准(非反相)降压型拓扑而不是反相降压型拓扑。系统600包括N个电力源602和电耦接到每个电力源602的相应的切换电路604，其中N是大于1的整数。每个切换电路604包括输入端口606，输入端口606包括分别电耦接到电力源602的正端子614和负端子612的第一输入端子610和第二输入端子608。第二输入端子608和负端子612形成负输入节点616的部分，且第一输入端子610和正端子614形成正输入节点618的部分。每个切换电路604还包括输出端口620，输出端口620包括第一输出端子622和第二输出端子624。第一输出端子622电耦接到负输入节点616，且第二输出端子624电耦接到中间切换节点626。输出端口620与负载628(例如，反相器)串联电耦接来形成输出电路630。
输出电路630包括电感632，电感632虽然被符号表示为单个电感器但可代表一个或多个离散电感器和/或连接组件(例如，输出端口620)以形成输出电路630的接线或其它导体的互连电感。例如，图43示出电力系统4300，电力系统4300是系统600的实施方式，其中电感632包括互连电感4302。在某些实施方式中，切换电路604主要或完全依赖互连电感作为其储能电感。
每个切换电路604包括电耦接在第二输入端子608和中间切换节点626之间的第一切换装置634和电耦接在中间切换节点626和第一输入端子610之间的第二切换装置636。控制器638控制第一切换装置634和第二切换装置636的操作，第一和第二切换装置合作来把电力从输入端口606转移到输出端口620。相比于图5的切换电路504，第二切换装置636是切换电路604中的控制开关，而控制器638通过改变第二切换装置636的工作周期来控制输入端口606和输出端口620之间的电力转移。当第二切换装置636处于其非导电状态时，第一切换装置634为输出电路电流Io6提供通路。第一切换装置634可选地被所连接的二极管代替，使得当正向偏置时，电流从负输入节点616经二极管流到中间切换节点626。切换电路604具有中间切换节点626和负输入节点或负电力轨616之间的切换节点电压Vy6。在切换电路604不包括输出滤波器的实施方式中，如图6所示，切换节点电压Vy6与切换电路输出电压Vo6相同。
切换电路604与图5的切换电路504类似地操作。具体来说，控制器638调整第二切换装置636的工作周期来至少大体上最大化Vo6(1)的平均值。控制器638改变第二切换装置636的工作周期比通过输出电路630的电流Io6可能的改变要快得多。因此，最大化Vo6_avg至少大体上最大化切换电路604的输出电力和从电力源602提取的电力。在切换电路604不包括输出滤波器的实施方式中，控制器638通过最大化Vy6的平均值来间接最大化Vo6_avg。在切换电路604不包括输出滤波器且Vo6因此基本上是DC电压的实施方式中，控制器638可选地直接监控并最大化Vo6。
如上文参照图4所述，切换电路404的一些实施方式包括变压器，(例如)来提供电绝缘和/或增大或降低来自其相应的电力源的电压。例如，图7示出一个电力系统700，电力系统700是电力系统400的实施方式，其中切换电路具有隔离拓扑。系统700包括N个电力源702和切换电路704，其中N是大于1的整数。每个切换电路704包括电耦接到相应的电力源702的输入端口706，且每个切换电路704包括输出端口708。输出端口708与负载710(例如，反相器)串联电耦接来形成闭合电路(在下文称为输出电路712)。每个切换电路704通过最大化其相应的输出电压Vo7的平均值(Vo7_avg)来至少大体上最大化从其相应的电力源702提取的电力的量。在一些实施方式中，通过最大化切换节点电压的平均值来最大化Vo7_avg。
每个切换电路704具有隔离拓扑，隔离拓扑具有可变电压增益。具体来说，每个切换电路包括横跨绝缘边界720的相应电力变压器716和通信子系统718。如图所示，控制器722可位于绝缘边界720的主侧724。或者，控制器722可位于绝缘边界720的次侧726。控制器722使用通信子系统718来跨绝缘边界720通信，(例如)以感测切换节点电压和/或控制一个或多个切换装置(未示出)。虽然通信子系统718示出为光电耦合器，但是通信子系统178可采用其它形式，例如脉冲变压器、切换电容器网络或类似隔离通信装置。在不需要电绝缘的实施方式中(例如，只使用变压器716来提供电压级转换的实施方式中)，可省略通信子系统718。
在一些实施方式中，切换电路704具有输出端需要电感器的拓扑。这样的拓扑的例子包括但不限于正向型拓扑、半桥型拓扑和全桥型拓扑。在这样的实施方式中，可选地可使用输出电路712的电感714来作为切换电路704中的输出电感器的替代或补充。虽然电感714被符号表示为单个电感器，但是电感714可包括许多离散电感器和/或连接组件(例如，输出端口708)以形成输出电路712的接线或其它导体的互连电感。例如，图44示出电力系统4400，电力系统4400是系统700的实施方式，其中电感714包括互连电感4402。
在系统700的替代实施方式中，切换电路具有不需要输出电感器的拓扑，包括但不限于反激型拓扑、反相半桥型拓扑、反相全桥型拓扑和电流馈电拓扑。在这样的拓扑中，如果负载710包括电容(例如，在负载710是反相器的情况下的输入电容)，那么输出电路712的互连电感有利地与这样的电容合作来形成额外的滤波器。
图45示出一个电力系统4500，电力系统4500是电力系统700的实施方式，其中切换电路704具有正向型拓扑。系统4500包括N个电力源4502和电耦接到每个电力源4502的相应的切换电路4504，其中N是大于1的整数。每个切换电路4504包括输入端口4506，输入端口4506包括分别电耦接到电力源4502的负端子4512和正端子4514的第一输入端子4508和第二输入端子4510。第一输入端子4508和负端子4512形成负输入节点4516的部分，且第二输入端子4510和正端子4514形成正输入节点4518的部分。每个切换电路4504还包括输出端口4520，输出端口4520包括第一输出端子4522和第二输出端子4524。输出端口4520与负载4526(例如，反相器)串联电耦接来形成闭合电路(在下文称为输出电路4528)。
每个切换电路4504包括变压器4530，(例如)来在电力源4502和负载4526之间提供电绝缘和/或降低或增大电力源4502的电压。例如，变压器4530可用以增加输出端口4520处的电压，从而减小电流Io45的大小和相关导电损耗。变压器4530的初级绕组4532电耦接在第二输入端子4510和第一切换节点4534之间。类似于图4的第一切换装置418的第一切换装置4536电耦接在第一切换节点4534和第一输入端子4508之间。控制器4538控制第一切换装置4536的操作。
隔离变压器4530的次级绕组4540电耦接在第一输出端子4522和第一二极管4542的阳极之间。第一二极管4542的阴极电耦接到第二输出端子4524。续流二极管4544跨第一输出端子4522和第二输出端子4524电耦接。在替代实施方式中，二极管4542、4544中的一个或多个被相应的切换装置取代来降低导电损耗。当控制器4538开启第一切换装置4536时，电流流过次级绕组4540和第一二极管4542。当控制器4538关闭第一切换装置4536时，输出电路电流Io45流过续流二极管4544，直到第一切换装置4536再开启或Io45下降到零。
切换电路4504分别与图5的切换电路504和图6的切换电路604类似地操作。具体来说，控制器4538调整第一切换装置4536的工作周期来至少大体上最大化跨续流二极管4544的电压即Vo45的平均值。控制器4538改变第一切换装置4536的工作周期比通过输出电路4528的电流Io45可能的改变要快得多。因此，最大化Vo45_avg至少大体上最大化切换电路4504的输出电力和从电力源4502提取的电力。在切换电路4504不包括输出滤波器的实施方式中，控制器4538通过最大化切换节点电压Vy45的平均值来最大化Vo45_avg，切换节点电压Vy45是来自次级绕组4540的整流脉冲电压。在切换电路4504不包括输出滤波器且Vo45因此基本上是DC电压的实施方式中，控制器4538替代地直接监控并最大化Vo45。
在图45的实施方式中，每个切换电路4504把输出电路4548的电感4548用作其储能电感。虽然电感4548被符号表示为单个电感器，但是它可包括许多离散电感器和/或来自连接组件(例如，输出端口4520)以形成输出电路4528的接线或其它导体的电感的互连电感。
在输入端口4506和输出端口4520之间(且因此在电力源4502和负载4526之间)需要电绝缘的实施方式中，控制器4538电连接到输入端口4506或输出端口4520中的一个且与另一个电绝缘。例如，控制器4536可电连接到输入端口4506且与输出端口4520电绝缘。在这样的实施方式中，控制器4538通常接收反馈信号，(例如)来通过光电耦合器、脉冲变压器、切换电容器网络或类似隔离通信装置感测切换节点电压Vy45。另举一例，控制器4538可电连接到输出端口4520且与输入端口4506电绝缘。在这样的实施方式中，控制器4538通常通过脉冲变压器、光电耦合器、切换电容器网络或类似隔离通信装置驱动第一切换装置4536。
图38示出切换电路3800，切换电路3800是切换电路4504的实施方式，其中在输入端口3802和输出端口3804(类似于图45的端口4506、4520)之间形成电绝缘。在切换电路3800中，类似于图45的控制器4538的控制器3806电连接到输入端口3802并通过光电耦合器3810跨绝缘边界3808接收反馈信息。
图8示出分别是图4-7的控制器422、536、638或722的一种可能的实施方式的控制电路或控制器800。为了简单起见，只在图5的电力系统500的上下文中讨论控制器800。然而，应理解，控制器800可适用于其它切换电路实施方式。
控制器800包括输入802、804来接收切换节点电压(例如，Vy5)，或在输出电压是DC电压的情况下接收切换电路输出电压(例如，Vo5)。控制器800可选地包括滤波器806来衰减切换节点电压的AC分量。在一些实施方式中，滤波器806也包括取样电路(未示出)。在替代实施方式中，模拟-数字转换器电路产生代表跨输入802、804的电压的平均值的取样的数字信号。滤波器806的输出或输入802、804(如果滤波器806不存在)由控制信号产生器808接收。控制信号产生器808产生信号810来开启或关闭一个或多个切换装置(例如，第一切换装置532)，从而最大化切换电路输出电压的平均值(例如，Vo5_avg)。在一些实施方式中，信号810包括两个或更多个单独的信号，其中每个信号对应于相应的切换装置。驱动电路812响应于信号810而驱动一个或多个切换装置。例如，在第一切换装置532和第二切换装置534是场效晶体管的切换电路504(图5)的情况下，驱动电路812响应于信号810而驱动晶体管的栅极。
控制器800还包括一个或多个用于接收电力来操作控制器800的偏置电源端口。在某些实施方式中，控制器800包括用于接收来自电力源502的电力的偏置电源端口814。在这样的实施方式中，控制器800至少部分由电力源502供电，从而可能不需要另一电力源。控制器800也可被配置来包括第二偏置电源端口816来接收来自一个或多个切换电路504的输出端的电力(例如，跨负载528从节点546、548之间接收)。例如，在这样的实施方式中，驱动电路812最初由电力源502供电，而随后一旦切换电路504操作起来就由切换电路504的输出端供电。通过跨串联切换电路504的串的电压给控制器800供电可能是需要的，因为这样的电压通常比电力源502的电压高，而高电压可有助于控制切换装置(例如，第一切换装置532和第二切换装置534)。在某些实施方式中，控制器800包括偏置电源端口818来作为偏置电源端口814、816的补充或替代。偏置电源端口818用于接收来自另一电力源820(例如储能装置(例如，蓄电池)或辅助电源)的电力。例如，电力源820可以是当电力源502的电压太低而不能操作控制器800时操作控制器800的蓄电池(例如，可再充电蓄电池)。在一些实施方式中，一个电力源820给许多控制器800供电。在另外的实施方式中，控制器800可由用来提供足够的电压的两个或更多个电力源502的串联堆叠来供电，即使每个控制器只追踪单个源的MPP。
在某些实施方式中，控制器800还包括控制器电源822，其用于转换或调控由一个或多个偏置电源端口(例如，端口814、816、818)接收到的电力，以供控制器800的组件(如驱动电路812和/或控制信号产生器808)使用。例如，控制器电源822可包括切换电容器转换器或线性调节器，其用于增大或降低来自电力源502的电压，以供驱动电路812用来驱动N沟道场效晶体管的栅极。另举一例，控制器电源822可包括调节器，其用于向控制信号产生器808提供良好调控的电力源。
控制器800的一些实施方式还包括同步端子822，其用来同步控制器800的两个或更多个实例的操作。例如，同步端子822可用以同步并相移控制器800的实例之间的栅极驱动信号产生。另举一例，同步端子822可用以同步切换电路的启动，使得许多切换电路控制开关在启动时同时导通来把系统输出电压增大到系统的负载所需要的级别。在某些实施方式中，同步端子822耦接到由另一电力源驱动的另一切换电路的一个或多个端子。
本文讨论的切换电路控制器的某些实施方式(例如，分别是图4-7的控制器422、536、638或722)可响应于在连续时间实例取样的切换节点电压的平均值的变化而调整切换装置工作周期。在这样的实施方式中，工作周期(例如)基于两个或更多个连续取样的平均切换节点电压值的数学组合而变化，例如，基于两个连续取样的平均切换节点电压值的差的符号和/或大小而变化。例如，图9示出一种用于基于平均切换节点电压值的连续取样值的变化使用切换电路来从电力源提取电力的方法900。虽然方法900是参照图5的电力系统500和图8的控制器800来讨论的，但是方法900并不限于这样的实施方式。
在步骤902，对转换器中间切换节点和参考节点之间的电压平均值取样。这样的步骤的例子是滤波器电路806(图8)确定切换节点电压Vy5的平均值并对该平均值(图5)取样。在步骤904，将在步骤902中确定的取样平均值与之前确定的取样平均值进行比较。例如，控制信号产生器808可把来自滤波器806的最近的取样平均值与来自滤波器806的前一个取样平均值进行比较。在决定步骤906，对步骤904的结果进行评估。如果最近的取样平均值比前一个取样平均值大，那么在步骤908，控制开关的工作周期就沿第一方向变化，其中第一方向与之前改变工作周期的方向相同。否则，在步骤910，控制开关的工作周期沿第二方向变化，其中第二方向是与之前改变工作周期的方向相反的方向。作为步骤906-910的例子，如果之前在两个最近取样的平均值之间增大了工作周期且Vy5的最近取样的平均值比Vy5的前一个取样的平均值大，那么控制信号产生器808就增大第一切换装置534的工作周期。相反地，如果之前在两个最近取样的平均值之间增大了工作周期且Vy5的最近取样的平均值比Vy5的前一个取样的平均值小，那么控制信号产生器808就减小第一切换装置534的工作周期。在一些实施方式中，工作周期的改变的大小大体上始终相同。在一些其它实施方式中，工作周期的改变的大小可被配置成两个或更多个连续取样之间的至少差值的函数。在另外的实施方式中，使用取样平均值的更长历史来确定工作周期变化的大小。
图10-14示出与切换电路504的实施方式连用来至少大体上最大化从电力源502提取的电力的量的方法900的一个例子。图10-14各示出Vy(代表输出电力)的平均值与电耦接到例如光伏装置的示范性电力源502的切换电路504的实施方式的工作周期的关系图。每个切换电路504具有对应于给定操作条件集合下切换电路的最大输出电力的工作周期Dmp。如之前所讨论的，最大化切换电路的输出电力也将至少大体上最大化从电耦接到切换电路的输入端口的电力源所提取的电力。在图10-14的讨论中，工作周期指第一切换装置532的工作周期。
假设控制信号产生器808把工作周期从D1增大到D2，且控制信号产生器808根据比较Vy5的平均值的连续取样的结果确定Vy5的平均值(Vy5_average)已增大。Vy5_average的这样的增大表明切换电路504的操作点沿它的输出电力曲线向右上方移动，如图10中箭头1002所示。由于最近一次工作周期改变(从D1到D2)导致输出电力增大，所以控制信号产生器808再次沿相同方向改变工作周期来试图进一步增大输出电力。具体地说，控制信号产生器808把工作周期从D2增大到D3，并确定这样的变化使得切换电路504的操作点进一步沿它的输出电力曲线向上移动，如图11中箭头1102所示。因此，控制信号产生器808再次增大工作周期，这次从D3增大到D4，以试图进一步增大输出电力。
在工作周期从D3增大到D4之后，控制信号产生器808确定Vy5_average减小。因此，切换电路504的操作点由于工作周期从D3变化到D4而沿它的输出电力曲线向下移动，如图12中箭头1202所示。控制信号产生器808因此接下来沿相反方向改变工作周期，即减小工作周期，以试图再沿输出电力曲线向上移动。具体地说，控制信号产生器808把工作周期从D4减小到D5，并确定Vy5_average因此增大。因此，工作周期从D4减小到D5导致切换电路504的操作点再沿它的输出电力曲线向上移动，如图13的箭头1302所示。控制信号产生器808因此再次把工作周期从D5减小到D6，并确定Vy5_average和输出电力因此减小，如图14的箭头1402所示。
控制信号产生器808接下来增大工作周期来试图再沿输出电力曲线向上移动。控制信号产生器808继续以增量方式调整工作周期来试图最大化Vy5_average，且因此最大化输出电力。一旦控制信号产生器808确定输出电力由于工作周期的变化而改变了小于指定量的值，就由此可得出结论，切换电路504是以至少接近其输出电力曲线的最大值操作。控制信号产生器808然后可停止调整工作周期并允许切换电路504在其现有操作条件下操作。然而，控制信号产生器808可不时扰乱工作周期并评估Vy5_average的所得变化来确定切换电路504是否仍接近其最大输出电力点操作。如果切换电路504不再接近其最大输出电力点操作，那么控制信号产生器808将再次以增量方式调整工作周期来试图最大化Vy5_average。在某些其它实施方式中，即使当工作周期接近Dmp时，控制信号产生器808也可继续调整工作周期，使得工作周期接近Dmp循环而几乎没有效率损失。
把方法900与切换电路404连用可省略使用全局MPPT。如参照图10-14所示，每个切换电路的电力(功率)与电压曲线和电力(功率)与电流曲线通常表现良好且具有也是切换电路的全局最大电力点的单个本地最大电力点。因此，包括实施方法900的切换电路404的系统将通常具有单个最大电力点，从而省略使用全局MPPT并促进简化和低成本。另外，没有多个最大电力点排除了MPPT系统受困在比全局最大电力点小的本地最大电力点的可能性。
在方法900中，不一定需要在每个步骤期间把工作周期改变相同的量。例如，在某些实施方式中，当切换电路504以其输出电力曲线上相对低的点操作时，工作周期改变相对大的量，而当切换电路504以在其输出电力曲线上相对高的点操作时，工作周期改变相对小的量。在某些实施方式中，控制信号产生器808从Vy5_average的变化大小估计控制电路504在其输出电力曲线上的何处操作。Vy5_average的大的变化通常意味着切换电路504在其输出电力曲线的急剧变化的区域操作，从而指示低输出电力，而Vy5_average的小的变化通常意味着切换电路504在其输出电力曲线的相对平缓的区域操作，从而指示相对高的输出电力。也预期，一些实施方式使用之前确定的最大电力点操作条件来更快地找到目前的最大电力点操作条件。例如，控制信号产生器808可被配置成在上电过程之后最初把工作周期设置成之前对应于最大电力操作的值。
另外，在一些实施方式中，宽松地控制控制器开始时间，即在切换电路上电之后控制器800开始控制工作周期的时间，使得每个切换电路将可能在不同时间调整其工作周期。这样的切换电路实例之间的工作周期调整的有效随机化有助于降低许多切换电路同时调整其工作周期所产生的较大瞬变的可能性。例如，在一些实施方式中，如通过使用具有宽松的容差值的组件，允许把控制器开始时间在控制器800的实例之间改变至少百分之十。
在支持取样的控制器800的一些实施方式中，对中间切换节点处的电压取样的速率足够快使得ΔI/IR小于ΔD/DR，其中(1)ΔI是从输出端口输出的电流在中间切换节点处的电压平均值的第一和第二连续取样(例如，Vy5_average的连续取样)之间的改变(例如，图5的Io5的改变)，其中第二取样发生在所述第一取样之后；(2)IR＝Imax-Imin；(3)Imax是从输出端口输出的最大预期电流值(例如，Io5的最大预期值)；(4)Imin是从输出端口输出的最小预期电流值(例如，Io5的最小预期值)；(5)ΔD是控制切换装置(例如，切换装置532)在中间切换节点处的电压平均值的第一和第二连续取样之间的工作周期改变；且(6)DR是控制切换装置的最大预期工作周期和最小预期工作周期之间的差。
如上文所述，本文所述的切换电路控制器的某些实施方式响应于平均切换节点电压值的连续取样的变化来调整切换装置工作周期。图15示出控制信号产生器1500，控制信号产生器1500是被配置来以这样的方式操作的控制信号产生器808(图8)的实施方式。虽然为了简单起见只参照电力系统500讨论了控制信号产生器1500，但是控制信号产生器1500可适用于其它切换电路实施方式。
控制信号产生器1500包括周期性地滤波并取样切换节点电压Vy5的滤波器和取样子系统1502。因此，子系统1502替代了图8的可选滤波器806。子系统1502输出值电力(k)和电力(k-1)，每个值都是Vy5的滤波和取样值。这样的值被命名为“电力”是因为它们代表切换电路输出电流Io5在Vy5的连续取样之间基本上保持不变时的相对切换电路输出电力。电力(k)代表Vy5的最近滤波和取样值，而电力(k-1)代表Vy5的上个滤波和取样值。如上文所述，在某些实施方式中，宽松地控制每个取样期间的开始来在切换电路实例间有效地随机化工作周期调整。
在一些实施方式中，子系统1502包括模拟-数字转换器，且电力(k)和电力(k-1)是数字信号。然而，预计在许多实施方式中，电力(k)和电力(k-1)将是模拟信号来降低子系统复杂性。例如，图16示出滤波器和取样子系统1600，滤波器和取样子系统1600是具有模拟输出信号的子系统1502的一个可能的实施方式。子系统1600产生两个输出电力(偶数)和电力(奇数)，它们是滤波的Vy5的连续取样。例如，在给定周期中，电力(偶数)可代表电力(k)，而电力(奇数)可代表电力(k-1)。在这种状况下，在下一周期期间，电力(偶数)可代表电力(k-1)，而电力(奇数)可代表最新的取样电力(k)。
在某些实施方式中，子系统1600包括两个RC滤波器来滤波Vy5。第一滤波器包括电阻器1602和电容器1604来滤波Vy5以获得输出电力(偶数)。第二滤波器包括电阻器1602和电容器1606来滤波Vy5以获得输出电力(奇数)。因此，两个滤波器中的每一个分享电阻器1602，但是每个滤波器包括各自的电容器1604、1606来与共用电容器一起启用滤波和取样功能。例如，每个滤波器具有比第一切换装置532的期间大的时间常数。通常，每个滤波器具有为大约几个切换电路切换周期(例如，第一切换装置532和第二切换装置534的几个周期)的时间常数。子系统1600还包括开关1608、1610，这两个开关以互补的方式操作来对Vy5的滤波值取样。开关1608、1610通常以比切换电路504的切换频率低得多的速率(例如，小于十分之一)切换。电容器1604储存取样和滤波的Vy5以提供输出电力(偶数)，而电容器1606储存取样和滤波的Vy5以提供输出电力(奇数)。因此，电力(偶数)和电力(奇数)被交替地从电容器1604和1606取样。
控制信号产生器1500(图15)还包括比较电路1504，比较电路1504被配置来比较电力(k)和电力(k-1)，确定增大还是减小工作周期并提供指示增大还是减小工作周期的输出信号1506。具体地说，如果电力(k)大于电力(k-1)，那么最近一次工作周期改变导致输出电力增大，而比较电路1504因此提供指示工作周期应以相同方式改变的输出信号1506。例如，如果电力(k)大于电力(k-1)且工作周期从周期k-1增大到k，那么信号1506指示应进一步增大工作周期。相反地，如果电力(k)小于电力(k-1)，那么最近一次工作周期改变导致输出电力减小，而比较电路1504因此提供指示工作周期应以相反方式改变的输出信号1506。例如，如果电力(k)小于电力(k-1)且工作周期从周期k-1增大到了k，那么信号1506指示应减小工作周期。
信号1506被耦合进入电荷泵电路1508，电荷泵电路1508产生指示所要工作周期的输出信号1510。电荷泵电路1508响应于信号1506而增大或减小工作周期，且通常被配置成使得工作周期响应于信号1506而等额递增地改变。然而，工作周期的每个增量或减量的大小不一定需要相等。例如，无源切换电容积分器可用以替代电荷泵1508。信号1510被耦合进入PWM电路1512，PWM电路1512响应于信号1510而产生PWM信号1514。在某些实施方式中，滤波信号1510，使得工作周期逐渐改变而不是突然改变，从而有助于最小化工作周期的变化所产生的电力级感应和电容元件的振铃。PWM信号1514被耦合到驱动电路，例如图8的驱动电路812。
在替代实施方式中，控制信号产生器1500的一些或所有组件被执行以储存在计算机可读介质上的软件和/或固件的形式的指令的微控制器替代。另外，在某些实施方式中，使用共用控制器(例如，微控制器)来控制许多切换电路。共用控制器可促进多个切换电路的同步操作。例如，共用控制器可被配置成使得每个切换电路的控制开关的开启或关闭被从每个其它控制开关相移来减小纹波电流大小。另举一例，可使用共用控制器来同步许多切换电路的启动，使得许多控制开关在启动时同时导通。例如，通过光隔离器，把共用控制器可选地与它控制的切换电路电绝缘。
图53示出滤波子系统5300，滤波子系统5300是可用以产生平均切换节点电压值的滤波子系统的另一例子。虽然为了简单起见只在切换电路504(图5)的上下文中讨论了滤波子系统5300，但是滤波子系统5300可适于与本文公开的其它切换电路连用。
滤波子系统5300包括一组输入端子5302、5304来接收跨切换电路504的节点520、526的切换节点电压Vy5。滤波子系统5300也包括一组输出端子5306、5308来输出切换节点电压Vy5的平均值(Vy5_avg)。包括运算放大器(op-amp)5312、电阻器5314、5316和电容器5318、5320的积分电路5310求Vy5和Vy5_avg之间的差的积分。积分电路5310的输出5322耦合到包括开关5326和电容器5328的取样和保持电路5324。开关5326通常以与切换电路504相同的切换频率切换。取样和保持电路5324的输出5330可选地被单位增益缓冲器5332缓冲来产生Vy5_avg。
积分电路5310迫使Vy5_avg等于Vy5的平均值，且取样和保持电路5324滤波积分电路5310的输出5322。取样和保持电路5324具有正弦函数的频率响应，其中在它的取样频率和谐频处是零。切换谐频的任何假频都被滤波子系统5300周围的负反馈环路5334移除。滤波子系统5300通常快速解决，且在一些状况下，可与单个取样周期一样快速地解决。快速解决时间通常是理想的，因为其允许切换电路504以高频率对Vy5_avg取样，从而潜在地允许以相应高频率改变工作周期来促进更快的MPPT。
如上文所述，本文公开的切换电路的某些实施方式具有许多操作模式。这样的实施方式中的一些至少部分基于所电耦接到的电力源的输出电压(例如，电力源402的输出电压)来改变操作模式。例如，图17示出旨在主要或完全从电耦接到输入端口506的相应的电力源502进行操作的切换电路504的一个实施方式的操作状态或模式的状态图1700。这样的实施方式根据输入电压Vin、输出电流和温度切换操作模式，输入电压Vin是正输入节点520和负输入节点518之间的电压。
在上电之后，切换电路进入三态模式1702且只要Vin小于阈值Lo就保持处于三态模式1702。当Vin小于Lo时，Vin太低而不能使控制器536可靠地操作。在三态模式1702，关闭第一切换装置532和第二切换装置534。尽管如此，在三态模式下，第二切换装置534仍可(例如在该切换装置是MOSFET的情况下通过体二极管来)导通电流，以为输出电流Io5提供旁路通路。因此，切换电路可潜在地取代与光伏装置并联的旁路二极管，从而有助于降低整体系统部件的数量和成本。或者，二极管可放置为与切换电路的输出端口并联，以在切换电路故障的状况下提供冗余。
如果Vin大于或等于Lo，那么切换电路就从三态模式1702过渡到旁路模式1704。在旁路模式1704所包括的输入电压的范围中，Vin足够大来可靠地操作切换电路504的控制器536，但是Vin不足够大来使能电力源502和负载528之间的有意义的电力转移。因此，第一切换装置532和第二切换装置534以旁路模式操作，使得工作周期为零，导致第一切换装置532保持关闭而第二切换装置534保持开启，从而使输出端口508分流。因此，输出电路530中的电流通过第二切换装置534绕过切换电路。在第一切换装置532和第二切换装置534是MOSFET的状况下，以旁路模式操作通常比依靠MOSFET体二极管或外部二极管来导电更有效，因为MOSFET开启状态正向电压降通常小于体二极管正向电压降。在一些实施方式中，当输出电流Io5超过过电流限制阈值(OCL)时、当Vin超过过电压限制(OVL)时和/或当切换电路温度(T)超过过温度限制(OTL)时，切换电路也以旁路模式1704操作。
当Vin大于或等于L2时，切换电路过渡到MPPT切换模式1706。如上文例如参照图10-14所述，MPPT切换模式1706的特征在于控制器536调整第一切换装置532的工作周期来至少大体上最大化切换电路输出电力。在一些实施方式中，可能需要在旁路模式1704和MPPT切换模式1706之间包括软启动模式，来避免输出电压和/或输出电流过冲。如果Vin下降到大于Lo但小于L2的L1以下，当在MPPT切换模式1706下时，切换电路过渡到旁路模式1704。如果T达到OTL或如果Io5达到OCL，那么切换电路也将从MPPT切换模式1706过渡到旁路模式1704。
在一些实施方式中，如果Vin在MPPT切换模式1706下时下降到小于L2，那么可选地缓慢减小工作周期，直到Vin恢复上升到L2以上且正常MPPT切换继续，或Vin继续下降并下降到L1以下，使得切换电路过渡到旁路模式1704。当以此方式缓慢减小工作周期时，从输入电力源获得的切换电路输出电力和电流通常减小。然而，这样的可选的故障处理程序可有利地提供更快的故障恢复。
虽然在切换电路504的上下文中讨论了状态图1700，但是应该认识到，本文讨论的其它切换电路可被配置成以类似方式操作。另外，应该认识到，切换电路504以及本文讨论的其它切换电路可被配置成以与状态图1700所示的方式不同的方式操作。例如，一些替代性实施方式不包括过流或过温保护。
如上文所述，在本文公开的切换电路的某些实施方式中，名义上开启但电压是零的切换装置(例如，耗尽型晶体管)可与切换装置并联或取代切换装置，来提供电流旁路或分流通路，从而不一定需要三态模式。例如，在切换电路504的某些实施方式中，第二切换装置534是耗尽型晶体管，当Vin太低而不能进行有意义的电力提取时，该耗尽型晶体管导电并为输出电流Io5提供旁路通路。图39示出这样的实施方式中的一个实施方式的状态图3900。如状态图3900所示，这样的实施方式不具有三态模式，而是在上电时以旁路模式3902操作直到Vin达到L2。否则，这个实施方式就以与图17的状态图1700所示的方式类似的方式操作。
上文讨论的电力系统包括许多切换电路，切换电路的输出端口与负载串联电耦接。在这样的系统中，输出电流在工作周期的连续变化期间基本上保持恒定，从而使得能够通过最大化切换电路输出电压的平均值来实现MPPT。或者，可在包括许多并联电耦接在一起的切换电路的电力系统中实现MPPT。例如，图18示出一个电力系统1800，电力系统1800包括N个电力源1802，其中N是大于1的整数。例如，电力源1802是光伏装置，例如，个别光伏电池、多结光伏电池的个别结点或包括许多电耦接的光伏电池(例如，串联和/或并联电耦接的光伏电池)的子模块或板。电力源1802的其它例子包括燃料电池和蓄电池。
系统1800还包括N个切换电路1804。每个切换电路包括耦接到相应的电力源1802的输入端口1806和电耦接到负载的输出端口1808。如下文进一步讨论的，每个切换电路1804被配置来至少大体上最大化从其相应的电力源1802提取并被传递到负载的电力的量。因此，切换电路1804被配置来至少大体上在其最大电力点操作相应的电力源1802。输出端口1808与例如反相器的负载1810并联电耦接，以形成闭合电路(在下文被称为输出电路1812)。因为并联，所以每个输出端口1808和负载1810都具有相同的输出电压Vo。
每个切换电路1804包括相应的第一切换装置1814，第一切换装置1814被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从输入端口1806转移到输出端口1808。由于上文参照图4讨论的原因，第一切换装置1814通常以至少20kHz的频率切换。另外，由于与上文参照图4讨论的原因类似的原因，当第一切换装置1814以在20kHz数量级或比20kHz高得多的频率切换时，可产生到负载1810的最大电力转移。
第一切换装置1814被控制器1816控制，控制器1816具有例如PWM和/或PFM操作模式。另外，在切换电路1804受PWM控制的某些实施方式中，每个第一切换装置1814的切换过渡与每个其它第一切换装置1814的切换过渡异相，使得每个切换电路1804产生的纹波电流至少部分取消由每个其它切换电路1804所产生的纹波电流。例如，在包括2个都受PWM控制的切换电路1804的某些实施方式中，每个第一切换装置1814的开启都相对于每个其它第一切换装置1814的开启被移位180。或者，在一些实施方式中，有目的地宽松地控制切换频率，使得切换频率将可能在切换电路1804的实例间不同，从而帮助减小多个切换电路1804同时切换所产生的波纹和瞬变。
每个切换电路1804还包括电流监控子系统1818，电流监控子系统1818被配置来测量流出其输出端口1808的电流大小。虽然电流监控子系统1818被符号表示为离散元件，但是它可能可选地与切换电路1804的另一元件集成或合作。例如，在某些实施方式中，电流监控子系统1818通过感测切换装置导电时跨第一切换装置1814的电压降来确定流出输出端口1808的电流大小。
虽然输出电压Vo可能由于多种因素(例如，负载1810的改变)而随时间改变，但是控制器1816操作得比电压Vo的可能改变要快得多。因此，输出电压Vo可被认为在第一切换装置1814的工作周期的连续变化之间是恒定的，且切换电路输出电力的任何变化因此只源于Io_avg的变化，因为输出电力(功率)是电流Io_avg和Vo的乘积。控制器1816调整第一切换装置1814的工作周期，从而通过至少大体上最大化切换电路输出电流Io的平均值(Io_avg)来至少大体上最大化从电力源1802提取的电力的量。通过最大化Io_avg，至少大体上最大化了切换电路输出电力和从电力源1802提取的电力。从电力源1802提取的电力将与切换电路输出电力减去切换电路1804中的损耗相等。因此，控制器1816通过最大化Io_avg来至少大体上最大化从电力源1802提取的电力。应了解，这种MPPT功能不需要电力(功率)计算，从而潜在地使切换电路1804不需要电力计算硬件和/或软件。因此，切换电路1804的某些实施方式可能比典型现有的MPPT控制器简单和/或成本更低。然而，在某些替代实施方式中，切换电路1804确定从其相应的输出端口1808传递的电力，(例如)来实现更精确的MPPT和/或实现负载1810使Vo快速变化的应用中的MPPT。
如上文所述，控制器1816操作得比输出电压Vo的改变要快得多。具体来说，当工作周期变化给定百分比时，Vo相对于其正常操作范围的大小变化更小的百分比，理想地，变化小得多的百分比。这种关系通过使用相对大的输出电路电容1820值和/或通过以相对快的速率改变工作周期使得Vo在工作周期的连续变化之间变化的机会有限来促进。然而，为了最精确地跟踪电力源1802的MPP，工作周期不应比工作周期变化后瞬变解决更快地改变。具体来说，工作周期的改变导致具有取决于电力源1802的有效电阻和电力源1802的旁路电容(未示出)的时间常数的振铃。
在某些实施方式中，控制器1816具有与控制器800(图8)的配置类似的配置，除了它的控制信号产生器接收例如输出电流值(例如，图18中的Io)的切换电路电流值而不是切换节点电压或输出电压作为其输入之外。另外，控制器1816的某些实施方式执行与图9的方法900类似的方法，但是其中比较平均输出电流的取样而不是切换节点电压且最大化平均输出电流而不是平均输出电压。
虽然输出电路电容1820被示出为与负载1810并联的单个离散电容器，但是输出电路电容1820可包括切换电路1804和/或负载1810中的电容。在某些实施方式中，输出电容1820在切换电路1804和/或负载1810内部。
图19示出电力系统1900，电力系统1900是电力系统1800的实施方式，其中切换电路具有升压型拓扑且被并行耦接到负载。系统1900包括例如光伏装置或燃料电池的N个电力源1902和N个电切换电路1904，其中N是大于1的整数。切换电路1904是图18的切换电路1804的实施方式，且每个切换电路1904包括输入端口1906和输出端口1908。每个输入端口1906包括第一输入端子1910和第二输入端子1912。第一输入端子1910电耦接到电力源1902的负端子1914，且第一输入端子1910和负输入端子1914形成负输入节点1916的部分。
系统1900还包括电感1918，电感1918充当切换电路1904的升压型转换器的储能电感器。在图19的例子中，电感1918在切换电路1904外部。第二输入端子1912电耦接到中间切换节点1920，且电感1918电耦接在电力源1902的正端子1922和第二端子1912之间。或者，电感1918可电耦接在电力源1902的负端子1914和第一输入端子1910之间。另外，电感1918可能可选地分割成两个或更多个电感器，例如，电耦接在端子1922和1912之间的第一电感器和电耦接在端子1914和1910之间的第二电感器。在电感1918分割成两个或更多个电感器的实施方式中，这样的电感器中的至少一些电感器可选地磁耦合来增大总电感。例如，图19示出与切换电路1904(N)关联的电感被分割成两个电感器1919，电感器1919被磁芯1921磁耦合。
在替代实施方式中，电感1918在切换电路1904内部，且电力源1902直接耦接到输入端口1906。例如，电感1918可电耦接在第二输入端子1912和中间切换节点1920之间。另举一例，电感1918可电耦接在第一输入端子1910和负输入节点1916之间。另外，电感1918可能可选地分割成在切换电路1904内部的两个或更多个电感器，例如电耦接在第二输入端子1912和中间切换节点1920之间的第一电感器和电耦接在第一输入端子1910和负输入节点1916之间的第二电感器。在电感1918被分割成在切换电路1904内部的两个或更多个电感器的实施方式中，这样的多个电感器中的至少一些电感器可选地被磁耦合来增大总电感。
在某些实施方式中，电感1918至少部分是把电力源1902连接到输入端口1906的电路的互连电感。例如，图46示出电力系统4600，电力系统4600是电力系统1900的实施方式，其中电感1918包括互连电感4602。在一些实施方式中，切换电路1904把互连电感用作它的初级储能电感。可有目的地优化这样的互连电感。例如，互连线可呈螺旋形状来增大互连电感，使得在每个接线中电流沿相同方向流动，且电流在每个接线中流动所产生的相应的磁通量加在一起。磁通量的这样的加和把电感增大由线形成的匝数的平方。因此，这样的布置在电感1918不包括磁芯的实施方式中可特别有益，因为该布置增大电感而不需要使用磁芯。从电感1918中省略磁芯通常会降低成本并排除在高电流值下磁芯饱和的潜在问题。
每个输出端口1908包括第一输出端子1924和第二输出端子1926。第一输出端子1924电耦接到负输入节点1916。每个输出端口1908与负载1928(例如，反相器)并联电耦接来形成闭合电路(在下文称为输出电路1930)。
每个切换电路1904还包括电耦接在中间切换节点1920和第一输入端子1910之间的第一切换装置1932(类似于图18的第一切换装置1814)和电耦接在中间切换节点1920和第二输出端子1926之间的第二切换装置1934。控制器1936控制第一切换装置1932和第二切换装置1934的操作，第一切换装置1932和第二切换装置1934合作来把电力从输入端口1906转移到输出端口1908。每个切换电路1904另外包括类似于图18的电流测量子系统1818的电流测量子系统1938。虽然电流测量子系统1938被符号表示为离散元件，但是它可以是切换电路1904的另一元件的部分或与切换电路1904的另一元件合作。另外，虽然电流测量子系统1938被示出为测量输出电流Io19，但是电流测量子系统1938也可被配置成测量进入切换电路1904的电流，例如进入输入端子1912的电流。控制器1936调整第一切换装置1932的工作周期来至少大体上最大化切换电路输出电流Io19的平均值(Io19_avg)。切换电路输出电压(Vo19)在工作周期的连续变化之间基本上保持恒定，因此，通过最大化Io19_avg来最大化切换电路输出电力。
第二切换装置1934执行续流功能，因为当第一切换装置1932关闭时它导通电流流过电感1918。换句话说，当第一切换装置1932关闭时，第二切换装置1934为电流提供从第二输入端子1912流到第二输出端子1926的通路。第二切换装置1934或者被二极管替代，其中当正向偏置时，电流从中间切换节点1920经二极管流到第二输出端子1908。
在图19的例子中，切换电路1904分享共用输出电容1940，输出电容1940代表与负载1928并联的一个或多个电容器。在切换电路1904中使用共用输出电容1940而不是个别输出滤波电容器可减小总输出电容的尺寸和成本，因为纹波电流可在共用电容组中取消。然而，并不排除切换电路1904包括输出电容器，且如果输出电路1930中的寄生电感较大，那么可能需要这样的电容器。例如，每个切换电路1904可包括相应的输出电容器来最小化跨第二切换装置1934的可能的电压尖峰。
也可能需要跨电力源1902的电容器1942，这取决于电力源1902的特征。例如，如果电力源1902是光伏装置，那么不管光伏装置的结点电容，通常需要电容器1942来防止来自切换电路1904的纹波电流降低光伏装置性能。虽然电容器1942被示出为在切换电路1904的外部，但是该电容器也可集成到切换电路1904中。
图54示出一个电流测量子系统5400，电流测量子系统5400用以实施切换电路1904的一些实施方式中的电流测量子系统1938，其中第一切换装置1932由电力晶体管5402实施。具体来说，子系统5400从跨晶体管5402的电压在输出端子5404上产生与输出电流Io19的平均值(Io19_avg)成比例的电流信号。
电流测量子系统5400包括第一组开关5406、5408，开关5406、5408以与第二组开关5410、5412、5414互补的方式操作。因此，当开关5406、5408关闭时，开关5410、5412、5414开启，且反之亦然。当晶体管5402开启时，积分器5416求跨电力晶体管5402的电压和跨参考晶体管5418的电压之间的差的积分。当晶体管5402开启时，开关5406、5408把积分器5416的输入连接到晶体管5402、5418；且当晶体管5402关闭时，开关5410、5412使积分器5416的差分输入为零。
积分器5416的输出5420耦合到包括开关5414和电容器5422的取样和保持电路。取样和保持电路的输出5424耦合到匹配跨导级5426、5428。跨导级5428驱动参考晶体管5418，而跨导级5426驱动输出端子5404。来自端子5404的输出电流等于Io19_avg/K，其中K等于两个晶体管都开启时电力晶体管5402的传导率与参考晶体管5418的传导率的比率。
通过求跨电力晶体管5402的电压和跨参考晶体管5418的电压之间的差的积分，子系统5400把切换电路1904的工作周期的变量纳入考量。如果没有使用开关5408和5412(即，开关5408持续开启而开关5412持续关闭)，那么子系统5400将测量通过电力晶体管5402的平均电流值，与平均值Io19_avg相对。取样和保持电路滤波积分器5416的输出5420。具体来说，取样和保持电路具有正弦函数的频率响应，其中在它的取样频率和谐频是零。切换谐频的任何假频都被积分器5416周围的负反馈环路5430移除。
电流测量子系统5400通常快速解决，且在一些状况下，可与单个取样周期一样快速地解决。快速解决时间通常是理想的，因为其允许切换电路1904以高频率对Io19_avg取样，从而潜在地允许以相应高频率改变工作周期来促进更快的MPPT。
切换电路1804(图18)可具有除升压型拓扑之外的拓扑。例如，切换电路1804可具有例如类似于图5和6的拓扑的降压型拓扑、降压-升压型拓扑，或例如类似于图7的拓扑的隔离拓扑。
在图4的电力系统400中，切换电路串联电耦接在一起，而在图18的电力系统1800中，切换电路并联电耦接在一起。也可能使用本文公开的切换电路的实施方式以串联和并联的形式构建电力系统。例如，图20示出电力系统2000，电力系统2000包括并联电耦接到负载2006的两个串2002和2004。在替代实施方式中，系统2000包括与负载2006并联电耦接的另外的串。串2002包括M个电力源2008和电耦接到它们的相应的切换电路2012，其中M是大于1的整数。切换电路2012的输出端口串联电耦接在一起。类似地，串2004包括N个电力源2010和电耦接到它们的相应的切换电路2014，其中N是大于1的整数。切换电路2014的输出端口串联电耦接在一起。M和N可相同也可不同。
切换电路2012、2014中每一个是图4的切换电路404的实施方式，且切换电路2012、2014中每一个通过最大化切换电路的输出电压的平均值来至少大体上最大化从其相应的电力源2008、2010提取的电力的量。串2002包括每个切换电路2012间分享的串联电感2016，且串2004包括每个切换电路2014间分享的串联电感2018。虽然电感2016、2018被符号表示为单个电感器，但是这样的电感器可包括许多离散电感器和/或分别形成串2002、2004的电路的连接器(例如，接线或母线)的互连电感。例如，图47示出电力系统4700，电力系统4700是电力系统2000的实施方式，其中电感2016、2018包括互连电感4702、4704。
在一些实施方式中，例如，电力源2008、2010是光伏电池，且每个串2002、2004代表光伏电池的一个或多个模块或板。另举一例，电力源2008中每一个可代表一个多结光伏电池的单个结点，且电力源2010中每一个可代表另一个多结光伏电池的单个结点。
图21示出电力系统2100，电力系统2100包括串联电耦接到负载2106的两个串2102和2104。串2102、2104中每一个包括3个电力源2108和电耦接到它们的相应的切换电路2110。可改变串中电力源的数目和串联的串的数目。给定串2102、2104中的每个切换电路2110的输出端口被并联电耦接在一起。切换电路2110中每一个是图18的切换电路1804的实施方式，其被配置来通过最大化平均切换电路输出电流来至少大体上最大化从其电力源提取的电力的量。在一个实施方式中，每个电力源2108是形成光伏电池的模块或板的个别光伏电池。
在许多降压型切换电路的串并联电耦接的实施方式中，一个串不够优化的操作可对并联的串的操作产生负面影响。例如，参看示出电力系统5700的图57，电力系统5700包括并联电耦接到为负载5708供电的DC母线5706的两个串5702、5704。每个串5702、5704包括许多光伏装置5710，且每个光伏装置5700电耦接到相应的降压型MPPT转换器5712。串中每个MPPT转换器5712的输出端口被串联电耦接。每个串5702、5704必定具有相同的串电压Vstring，因为这两个串是并联电耦接的。
在理想条件下，且在每个光伏装置5710理想地与在最大电力点的电池电流为Imp时的Vmp相等电池电压匹配的状况下，当在MPP操作其相应的光伏装置5710时，在串电流5714I＞Imp情况下，每个MPPT转换器5712具有输出电压V＜Vmp。在这样的条件下，相应的串电流5714是I时，每个串具有串电压Vstring4*V，使得每个串5702、5704传递相等电力到负载5708。现在假设光伏装置5710(1)、5710(2)产生极少或不产生输出电力，而剩余的光伏装置5710(3)-5710(8)产生满输出电力。例如，这样的不同的电力产生是由于光伏装置5710的不同的阴影或污渍而发生。
在这样的条件下，降压型MPPT转换器5712(1)、5712(2)不能在串电流I情况下产生大的输出电压，因为其相应的光伏装置5710(1)、5710(2)产生极少电力或不产生电力。因此，MPPT转换器5712(1)、5712(2)产生大约零伏特的输出电压，而串5702的剩余的MPPT转换器5712(3)、5712(4)继续产生输出电压V。因此，为了从串5702提取最大可获得电力，Vstring将大约是2*V。
串5704也将需要以2*V而不是4*V的串电压操作，因为串5704与具有串电压2*V的串5702并联电耦接。因此，虽然串5704的MPPT转换器5712(5)-(8)将继续在MPP操作其相应的光伏装置5710，但是串电流5714(2)必定大约等于2*I而不是I，从而增大MPPT转换器5712(5)-(8)和连接系统5700的组件的许多导体中的损耗。因此，低电力操作串5702不仅降低串产生的电力，而且也降低系统5700的其余部分的效率。另外，负载5708通常需要最小输入电压，且如果串5702的电压下降过低，那么可能需要把串从系统5700断开且该串将不再提供任何电力。
并行降压型MPPT转换器串中这样的不同电力产生的潜在问题可至少部分地通过用具有降压-升压型拓扑的MPPT转换器替代降压型MPPT转换器来缓解。例如，图48示出电力系统4800，电力系统4800包括并联电耦接的两个串4802、4804。系统4800可被修改为包括另外的串。串4802包括M个电力源4806，且串4804包括N个电力源4808。M和N都是大于1的整数，且M和N可相同也可不同。
相应的切换电路4810、4812电耦接到每个电力源4806、4808。每个切换电路4810、4812具有降压-升压型拓扑，使得其输出电压Vout极性相反，且可具有大于、等于或小于其输入电压Vin的大小。每个切换电路4810、4812包括控制器4814，控制器4814控制切换装置4816来至少大体上最大化从每个电力源4806、4808提取的电力。每个切换电路还包括输入电容器4818、电感器4820、二极管4822(可被另一切换装置替代来提高效率)和输出电容器4824。串4802、4804的输出为例如反相器的负载供电。每个切换电路4810、4812具有相应的输出电容器4824的事实在负载是反相器的状况下可能是有利的，因为输出电容器4824可降低对容易发生故障的反相器输入电容的需要。具体来说，反相器通常具有高电压、容易发生故障的电解输入电容器，电解输入电容器可至少部分由切换电路输出电容器4824替代，在一些实施方式中，切换电路输出电容器4824是相对低电压、高可靠性的陶瓷电容器。
在一些实施方式中，宽松地控制切换电路4810、4812的切换频率，使得切换频率在切换电路4810、4812的许多实例间有效地随机化，从而帮助减小波纹。另外，可选地宽松地控制控制器4814开始时间来在切换电路4810、4812的许多实例间有效地随机化MPPT操作变化，从而帮助减小MPPT产生的瞬变的大小。
比起例如上文参照图57讨论的降压拓扑的降压或升压拓扑，升降压拓扑有利地具有增强的动态范围。对于低于最高性能电池的MPP电流的给定串电流，高性能电池电压升压而低性能电池电压降压。这样的特征可帮助缓解电力源4806、4808的不同电力产生造成的问题。例如，如果电力源4806(1)的输出电力降低，那么串电流Istring1可能减小且切换电路4810(1)可增大它的电压增益来补偿输出电力降低，使得Vstring1保持稳定。因此，串电压可保持稳定而不管电力源4806、4808输出电力的变化，使得一个串的电力的变化不影响其它并联串的操作。另外，串电压可维持在期望的级别的事实防止串将由于具有的电压对于由串供电的负载而言过低而需要被从系统4800断开的可能性。
虽然图48的降压-升压型MPPT转换器相对于降压型MPPT转换器有利地具有增强的动态范围，但是它们的切换装置需要至少转换器输入电压加上转换器输出电压的相对高的额定电压。另外，降压-升压型转换器具有不连续的输入与输出电流波形，从而需要大的输入和输出电容来对纹波电流滤波。这样的潜在缺点可通过用例如图58中示出的具有降压和升压拓扑的MPPT转换器替代降压-升压型MPPT转换器来减轻。具体来说，图58示出包括输入端口5801的降压和升压型MPPT转换器5800，输入端口5801包括用于电耦接到相应的电力源的输入端子5802、5804。转换器5800还包括输出端口5805，输出端口5805包括用于例如通过串中其它MPPT转换器电耦接到负载的输出端子5806、5808。控制器5810控制切换装置5812、5814、5816、5818来至少大体上最大化从电耦接到输入端子5802、5804的电力源提取的电力的量。MPPT转换器5800也包括储能电感器5820，且通常还包括输入电容5822和输出电容5824。
MPPT转换器5800可以降压模式或升压模式操作，使得输出电压Vout可大于、等于或小于输入电压Vin。具体地说，当Vout需要小于Vin时，控制器5810通过控制切换装置5812、5814以降压模式操作转换器5800来调控Vout，而切换装置5816持续关闭且切换装置5818持续打开。在一些实施方式中，控制器5810可操作来在降压模式下控制切换以至少大体上最大化电压，例如，输出电压Vout或平均切换节点电压Vx值。相反地，当Vout需要大于Vin时，控制器5810通过控制切换装置5816、5818以升压模式操作转换器5800来调控Vout，而切换装置5812持续关闭且切换装置5814持续打开。在一些实施方式中，控制器5810可操作来在升压模式下控制切换以至少大体上最大化电流，例如，流过开关5816的平均电流。
在一些实施方式中，宽松地控制转换器5800的切换频率，使得切换频率在转换器5800的许多实例间有效地随机化，从而帮助减小波纹。另外，可选地宽松地控制控制器5810开始时间来在转换器5800的许多实例间有效地随机化MPPT操作变化，从而帮助减小MPPT产生的瞬变的大小。
与如上文参照图48所述的降压-升压型转换器相比，切换装置5812、5814、5816、5818仅需要具有大于Vin和Vout的最大值的额定电压，且Vout不是Vin的极性反转。另外，在图58的降压和升压转换器中，与降压-升压型转换器相比，输入电流在升压模式下是连续的，而输出电流在降压模式下是连续的。然而，通过图58的降压和升压转换器的电流通路总是流过两个串联开关。
例如参照图48讨论的降压-升压型MPPT转换器和例如参照图58讨论的降压和升压型MPPT转换器中的每一个均具有需要相应的储能电感器的缺点。因此，这样的MPPT转换器不能把串互连电感用作其储能电感器。另外，降压-升压型MPPT转换器和降压和升压型MPPT转换器具有5812、5814、5816和5818的装置电压应力限制决定的输出电压范围。因此，降压-升压型转换器和降压和升压型转换器在它们的输出端口上通常需要过电压保护(OVP)，来防止过高的输出电压大小造成的转换器损坏。另外，如果串中太多的光伏装置被遮挡，那么可不把串电压调控到所需值。在这样的条件下，上文参照降压型MPPT转换器讨论的类似弊端适用。通过使用与MPPT转换器串串联电耦接的串优化器，可缓解这些缺点。
例如，图49示出电力系统4900，电力系统4900包括许多串4902，每个串4902包括一个或多个电力源4904(例如，光伏装置)和电耦接到每个电力源4904的相应的本地MPPTDC-DC转换器4906。例如作为图4的切换电路404的实施方式的DC-DC转换器4906至少大体上最大化从其相应的电力源4904提取的电力的量。串4902中每个DC-DC转换器4906的输出与串优化器4908串联电耦接，串优化器4908将其串与共用DC母线4910接口连接。DC母线4910电耦接到负载4912，负载4912例如是反相器。在某些替代实施方式中，每个串优化器4908被相应的反相器替代，且每个反相器的输出电耦接到共用AC电力母线。
虽然系统4900被示出为包括两个串4902，但是系统4900可包括另外的串。每个串4902也不一定需要具有相同数目的电力源4904，且每个电力源4904不一定需要相同。例如，一个电力源4904可以是单个光伏电池，而另一个电力源4904可以是串联和/或并联电耦接的光伏电池组，例如，光伏板的光伏子模块。
每个串优化器4908把跨所有它串联的DC-DC转换器4906的输出电压(V_total)转换成共用DC母线4910的电压(V_bus)。因此，每个串优化器4908使得它的串4902的MPPTDC-DC转换器4906能够在其最佳输出电压下操作，同时仍然被耦接到共用DC母线4910。因此，使用串优化器4908可提供以下优势中的一个或多个。首先，因为串优化器4908将DC-DC转换器4906与DC母线4910接口连接，所以DC-DC转换器4906不需要调控串电压，且因此可以是相对简单的转换器，例如，降压型转换器。第二，可为负载4912优化DC母线4910电压和/或可把DC母线4910电压调控到高级别来帮助减小DC母线4910中的电流大小。第三，在负载4912是反相器的状况下，可调控DC母线4910电压的事实可允许降低反相器成本和/或提高反相器效率。另外，反相器无需包括MPPT功能，因为DC-DC转换器4906执行MPPT。如果包括反相器MPPT功能，那么可能降低复杂性并提高效率，因为不再需要全局MPPT。第四，使用串优化器4908允许每个串4902独立地把其最大电力传递到DC母线4910而不受其它串的限制。相反，在没有串优化器4908的系统中，一个串的操作可能受并联串的操作特征的限制。第五，使用串优化器4908可使DC-DC转换器4906的某些实施方式能够从其相应的电力源4904获取基本上恒定的电流，从而促进给DC负载供电时电力源4904最有效地操作的状况下的高性能。
在一些实施方式中，负载4912调控母线电压V_bus，且串优化器4908控制另一系统参数。例如，串优化器4908的一些实施方式调控串电流I_string，来将其相应的DC-DC转换器与DC母线4910接口连接。维持I_string的恒定值可使得能够使用DC-DC转换器4906，DC-DC转换器4906通过例如上文参照图4所述最大化转换器输出电压或平均切换节点电压值来执行MPPT。例如，I_string被设置成大于任何一个光伏电池的最大期望短路电流的恒定值，或设置成随辐照度而变化的值，例如参考光伏电池的短路电流。另举一例，串优化器4908的某些其它实施方式调控例如I_string或V_total的参数来实现串级别的MPPT。这样的MPPT可相对简单，因为MPPTDC-DC转换器4906通常具有表现良好的电力转移曲线，其中仅具有单个本地最大电力点，从而无需全局MPPT。
每个串优化器4908通常是使用串的电感4914的切换DC-DC转换器，例如升压型转换器。虽然电感4914被符号表示为单个电感器，但是电感4914可包括许多离散电感器和/或电耦合DC-DC转换器4906和串优化器4908的导体(例如，接线和/或母线)的互连电感。在某些实施方式中，电感4914被给定串中的串优化器4908和DC-DC转换器4906分享。在这样的实施方式中，DC-DC转换器4906有利地不需要具有它们自己的储能电感。在一些实施方式中，宽松地控制每个串优化器4908的切换频率，使得有效地随机化其切换频率。如上文所述，切换频率的随机化帮助减小纹波电流大小。在负载4912是反相器的实施方式中，可能尤其需要减小纹波电流大小，因为这样的纹波电流减小可使反相器输入电容能够被减小。另外，在某些实施方式中，同步两个或更多个串优化器4908，使得其异相地切换来帮助减少DC母线4910上的波纹。
串优化器4908的一些实施方式包括额外的功能，例如为了维护和/或安全原因而响应于外部信号而把其相应的串4902从DC母线4910断开的能力。某些实施方式也可包括过流保护、反向电流阻断和/或监控其相应的串4902的例如串温度、串电压和/或串电流的特征的能力。
图50示出串优化器5000，串优化器5000是串优化器4908的实施方式。串优化器5000具有升压型拓扑且包括切换装置5002、二极管5004和控制器5006。在一些实施方式中，二极管5004被另一切换装置替换或补充。串优化器5000还包括用于连接到DC-DC转换器4906的串的输入端子5008。串优化器5000利用电感4914作为其储能电感，如上文所述，电感4914可以是一个或多个离散电感器和/或互连电感。串优化器5000还包括用于连接到DC母线4910的输出端子5010。一些实施方式也包括输入电容5011。
控制器5006控制切换装置5002来调控DC母线4910的电压V_bus。具体来说，控制器5006包括用于感测DC母线4910的电压的电压感测部分5012和用于感测串优化器5000处理的电流的可选电流感测部分5014。在一些实施方式中，电流感测部分5014通过感测切换装置5002导电时跨切换装置5002的电压来感测电流。反馈、控制和保护部分5016响应于来自电压感测部分5012和电流感测部分5014的信号而控制PWM产生器5018。PWM产生器5018又驱动切换装置5002来调控DC母线4910上的电压。在一些替代性实施方式中，控制器5006被修改成操作切换装置5002来调控输出电压V_bus之外的参数，例如输入电流I_string或输入电压V_total。
在一些实施方式中，串优化器5000以连续导通模式操作来减小输入纹波电流的大小。在这样的实施方式中，可能不需要输入电容5011。某些实施方式适于根据串电流大小改变操作模式。例如，在一个实施方式中，串优化器5000在大的串电流大小值下以连续导通模式操作，而在小的串电流大小值下以不连续导通模式操作，来促进基于大范围的串电流大小的高效率。磁滞可用以防止连续导通模式和不连续导通模式之间的振荡。在串电流大小值大时，连续导通模式操作通常比不连续导通模式操作更有效率，而在串电流大小值小时情况则通常相反。例如，把SiC二极管、GaN二极管或快恢复二极管用作二极管5004有助于高效率连续导通模式操作。类似地，用作为具有自适应或另一控制良好的死区时间方案的同步整流器操作的切换装置来补充二极管5004可最小化甚至避免二极管5004反向恢复损耗，从而有助于高效率连续导通模式操作。
图51示出串优化器5100，串优化器5100是串优化器4908的另一实施方式。串优化器5100类似于串优化器5000(图50)，但是串优化器5100包括异相地操作的两个电力级来帮助减小DC母线4910上的波纹。具体来说，串优化器5100包括第一电力级和第二电力级，第一电力级包括切换装置5102、电感器5104和二极管5106，第二电力级包括切换装置5108、电感器5110和二极管5112。控制器5114控制切换装置5102、5108，使得它们异相地操作来调控DC母线4910上的电压。例如，在某些实施方式中，切换装置5102、5108的切换过渡相对于彼此被移位180度来减小DC母线4910上的波纹并减小输入电流波纹，从而可能减小或消除对输入电容5119和/或输出电容(未示出)的需要。串优化器5100通过输入端子5116电耦接到其相应的串的DC-DC转换器4906，且串优化器5100通过输出端子5118电耦接到DC母线4910。串优化器5110可选地包括输入电容5119。与图50的控制器5006类似，控制器5114包括电压感测部分5120、可选电流感测部分5122、反馈、控制和保护部分5124和PWM产生器5126。虽然单个控制器5114控制图51实施方式中的两个电力级，但是在某些替代实施方式中，每个电力级由不同的控制器来控制。另外，控制器5114可被修改成调控不同的参数，例如输入电压或输入电流，而不是DC母线4910上的电压V_bus。
在一些实施方式中，电感器绕组5104和5110被如在Schultz等人的美国专利号6,362,986(该专利以引用方式并入本文)中教导的共用磁芯磁耦合，以便减小纹波电流。在替代实施方式中，串优化器5100被修改，使得每个电力级连接到不同的串4902(即，电感器5104连接到第一串，而电感器5110连接到第二串)，且串优化器5100充当两个不同串4902的串优化器。
串优化器5100的一些替代实施方式是包括三个或更多个电力级的多相转换器，其中电力级中的一些或全部异相地操作，且电感器中的一些或全部可选地被磁耦合。例如，一个特定替代实施方式包括4个电力级，其中每个电力级充当相应串的串优化器。另举一例，另一特定替代实施方式包括4个电力级，其中第一和第二电力级充当第一串的串优化器，而第三和第四电力级充当第二串的串优化器。
图59示出光伏系统中串优化器的另一可能的应用。具体地说，图59示出光伏系统5900，光伏系统5900包括N个串5904的组装5902，每个串5904具有M个光伏装置5906，其中N和M都是大于1的整数。在某些实施方式中，光伏装置5906是一个或多个光伏板的部分。例如，组装5902安置在跟踪太阳移动的单个跟踪装置上，使得光伏装置5906指向太阳。在一些实施方式中，光伏装置5906是具有聚光光学器件的一个或多个单一或多结光伏电池。虽然每个串5904被示出为具有相同数目和类型的光伏装置5906，但是在串5904间光伏装置5906的数目可不同，且每个光伏装置5906不一定需要具有相同的配置。
给定串5904的每个光伏装置5906电耦接到相应的本地MPPTDC-DC转换器5908。在一些实施方式中，DC-DC转换器5908是切换电路404(图4)。给定串5904的DC-DC转换器5908的输出与串优化器5910串联电耦接，其中串优化器5910类似于图49的串优化器4908。在一些实施方式中，串优化器5910是单相升压拓扑串优化器，例如串优化器5000(图50)。在一些其它实施方式中，串优化器5910是具有或没有储能电感器的磁耦合的多相升压拓扑串优化器，例如串优化器5100(图51)。串优化器5910通常安置在放置于组装5902处或组装5902附近的共用外壳5912中，且串优化器5910中的一些或全部甚至可能是共用集成电路芯片(未示出)的一部分。在组装5902安置在跟踪装置上的实施方式中，外壳5912通常放置在跟踪装置附近但不是在跟踪装置上，例如在柱子或地基上，来最小化跟踪装置上的重量。串优化器5910可选地由共用控制器(未示出)控制，且在某些实施方式中，串优化器5910彼此异相地操作来减小DC母线5916上的波纹。在一些实施方式中，给定串5904的每个本地MPPTDC-DC转换器5908和每个串优化器5910分享共用储能电感5914，储能电感5914在一些实施方式中部分或完全由串互连电感组成。串优化器5910可选地包括MPPT能力。
串优化器5910的输出集体给共用高电压DC母线5916馈送。高电压DC母线5916给反相器5918馈送，反相器5918提供电力到负载，例如AC电力网5920。反相器5918不一定需要具有MPPT能力，因为DC-DC转换器5908和可选的串优化器5910具有MPPT能力。在一些实施方式中，DC母线5916被维持在基本上固定的电压级，从而简化反相器的结构。在一些替代性实施方式中，串优化器5910与反相器5918在单个外壳中甚至在单个集成电路芯片中组合。系统5900可被修改来包括许多组装5902，每个组装5902包括许多串5904，其中每个串包括相应的串优化器5910。在这样的实施方式中，给定组装5902的串优化器5910将通常放置在组装附近，例如在与组装相关的外壳5912中。
图60示出光伏系统6000，光伏系统6000类似于系统5900，但包括组装6002，组装6002具有至少一些没有本地MPPTDC-DC转换器的串，例如用于所有串都不需要本地MPPT的应用中。组装6002包括具有本地MPPTDC-DC转换器的串5904和没有本地MPPTDC-DC转换器的串6004。每个串6004中的光伏装置6006电耦接到通常具有MPPT能力的串优化器6008。一些实施方式包括供被串优化器6008用作储能电感的电感6010，且电感6010可选地部分或全部由串互连电感组成。在一些替代性实施方式中，给定串6004的光伏装置6006直接连接到DC母线5916，而不使用串优化器6008。虽然为了简单起见把系统6000示出为只具有单个串6004，但是其它实施方式包括额外的串6004。另外，可改变串5904的数目，且系统6000的一些替代实施方式不包括任何串5904。
本文公开的切换电路和/或串优化器的一些实施方式可操作以与其它系统组件通信。例如，串优化器4908的一些实施方式可操作以把例如启动、关闭和/或进入旁路模式的命令的信息传递到一些或所有DC-DC转换器4906。关闭DC-DC转换器4906或使其进入旁路模式来在例如火灾的紧急情况下促进安全或去能一个或多个串4902来促进维护或串安装，这些可能是所需的。类似地，使DC-DC转换器名义上关闭或处于旁路模式使得所有系统电压维持在某个安全级别以下直到另有命令为止，这也可能是所需的。
另举一例，本文公开的切换电路的某些实施方式可操作以与其它切换电路和/或与串优化器通信来交换信息，例如状态信息、故障信息和/或操作模式命令。例如，本地DC-DC转换器4906(图49)的一些实施方式可操作以把状态和/或故障信息传递到另一DC-DC转换器4906和/或串优化器4908。这样的故障和状态信息的例子包括但不限于转换器输入电压、转换器输出电压、转换器输入电流、转换器输出电流、转换器输入电力、转换器输出电力、转换器组件温度、电力源4904温度和/或转换器故障信息。在一些实施方式中，从DC-DC转换器4906接收故障信号的串优化器4908通过采取行动来响应于该信号，如把它的串从DC母线4910断开和/或指示串4902的DC-DC转换器4906关闭或进入旁路模式。
切换电路和其它装置之间的通信信号可选地包括识别发送装置和/或期望接收装置的信息。例如，切换电路产生的故障信号可包括识别该切换电路的代码。另举一例，来自串优化器的关闭若干切换电路的命令可包括识别期望接收切换电路的代码。
在装置之间发送信息的一个可能的方法是调制流过串的电流。例如，切换电路404(图4)的一些实施方式可操作以调制流过输出端口408的电流来在电流上产生通信信号，从而把信息发送到另一组件，例如另一切换电路或串优化器。另举一例，串优化器5000(图50)的一些实施方式可操作以控制切换装置5002在串电流I_string上产生通信信号，从而把信息发送到本地DC-DC转换器4906。本文公开的切换电路和串优化器的某些实施方式又可操作以解调或解码流过它们的电流上的通信信号，从而接收来自外部装置的信息。例如，DC-DC转换器4906的一些实施方式可操作以解码或解调串电流I_string上的通信信号，从而接收来自串优化器4908或另一装置的命令。
在例如串优化器和切换电路的装置之间通信的其它方法是可能的。例如，在系统4900的一些替代性实施方式中，DC-DC转换器4906和可选的串优化器4908以菊花链方式通信地耦合。在其它替代性实施方式中，DC-DC转换器4906和可选的串优化器4908通过与一些或所有DC-DC转换器电绝缘的单个母线通信。例如，通过使用电容、光学或磁隔离装置来实现电绝缘。其它可能的通信方法包括但不限于光学和无线通信方法。
在本文公开的切换电路的某些实施方式中，如果电流以与正常电流相反的方向流经切换电路的输出端口，那么将存在对切换电路和/或耦接到切换电路的电力源(例如，光伏装置)造成损坏的危险。为了防止这样的危险，切换装置可配置成使得电流仅可单向流过其输出端口，使得切换装置模拟二极管。例如，在切换电路504、604(分别是图5和6)的某些实施方式中，控制器536、638被配置来分别控制切换装置534、634，使得输出电流仅单向流过输出端口508、620。另外或或者，可插入二极管以与切换电路的输出端口串联来防止反向电流。当许多切换电路互连使得它们的输出端口串联电耦接来形成串时，单个二极管可用于串联串中的任何位置来防止反向电流。例如，图22示出类似于图4的电力系统400的电力系统2200的实施方式。系统2200包括N个电力源2202，电力源2202例如是光伏装置或包括多个光伏装置的光伏板，其中N是大于1的整数。相应的切换电路2204是图4的切换电路404的实施方式，切换电路2204电耦接到每个电力源。切换电路2204的输出端口串联电耦接到负载2206来形成闭合电路(在下文称为输出电路2208)，输出电路2208通常包括电感2210。虽然电感2210被符号表示为单个电感器，但是电感2210可包括输出电路2208的许多离散电感器和/或互连电感。输出电路2208也包括单个二极管2212来防止反向电流流过切换电路2204的输出端口。
系统控制装置可用作二极管的替代来防止反向电流。例如，图23示出电力系统2300，电力系统2300与电力系统2200(图22)相同，但是使用系统控制装置2302替代了二极管2212。与输出电路2208串联电耦接的系统控制装置2302可操作以模拟二极管，或换句话说把电流方向限制成箭头2304所示的方向。然而，系统控制装置2302通常包括一个或多个另外的功能，例如(1)充当开关并根据需求打开输出电路2208的能力、(2)提供短路保护的能力和/或(3)报告电力系统2300的一个或多个方面的状态的能力。例如，在电力源2202是光伏模块的光伏装置的情况下，系统控制装置2302的实施方式可被配置来报告例如光伏模块的温度、模块输出电压(例如，跨切换电路2204的串联输出端口的电压2306)和/或通过模块的电流2308的大小的信息。另外，以类似于上文参照串优化器讨论的方式，系统控制装置2302的一些实施方式可操作以与切换电路2204通信，(例如)来命令切换电路2204启动、关闭或进入其旁路模式和/或接收来自切换电路2204的状态或故障信息。
系统控制装置2302可包括例如晶体管的可切换装置2310、被配置成测量电流2308的电流测量子系统2312和控制子系统2314。控制子系统2314至少部分基于来自电流测量子系统2312的信息来控制可切换装置2310的操作。例如，控制子系统2314使用来自电流测量子系统2312的电流信息来使可切换装置2310模拟二极管，从而阻止反向电流。
图24示出光伏模块应用中的系统控制装置2400，系统控制装置2400是系统控制装置2302的一个实施方式。系统控制装置2400与N个MPPT装置2401(例如，切换电路404)的串串联电耦接，其中N是大于1的整数。每个MPPT装置2401电耦接到相应的光伏装置2402。MPPT装置2401和光伏装置2402形成具有正输出2404和负输出2406的光伏模块。在替代实施方式中，MPPT装置2401从光伏模块中省略，且光伏装置2402直接与系统控制装置2400串联电耦接。
系统控制装置2400包括用于限制通过串的电流2410的晶体管2408和用于测量电流2410的电流测量子系统2412。例如，如图24所示，电流测量子系统2412是电流感测电阻器。然而，在替代实施方式中，电流测量子系统2412通过测量电流而不使用耗能装置(例如通过使用Stratakos等人的美国专利号6,160,441和6,445,244中公开的系统和方法，这两个专利都以引用的方式并入本文)来实现更高效率。例如，在一些实施方式中，电流测量子系统2412通过感测跨晶体管2408的电压来测量电流2410。
系统控制装置2400还包括控制子系统2414，控制子系统2414至少部分基于来自电流测量子系统2412的信息来控制晶体管2408的操作。例如，控制子系统2414基于来自电流测量子系统2412的信息控制晶体管2408来模拟二极管，从而阻止反向电流。另举一例，在某些实施方式中，系统控制装置2400充当断路器，其中如果电流大小例如由于短路而超过预定值，那么控制器2414就使晶体管2408防止电流2410流动。在一些实施方式中，系统控制装置2400还可操作以充当开关，其中响应于打开开关的信号，控制器2414使晶体管2408防止电流2410流动。这样的功能通过使串能够在维护过程中和/或紧急状况期间有效地被关闭来有利地促进安全。相反，现有技术光伏板通常不能被关闭，因此将在例如火灾或连接到板的系统中短路的紧急状态期间不合需要地继续提供电力。
系统控制装置2400的某些实施方式可操作以监控并报告模块电压，其中模块电压是正输出2404和负输出2406之间的电压。例如，一个实施方式包括电阻器2416、2418的分压器来把模块电压降低到适合输入到控制器2414的级别。例如，控制器2414通过数字报告输出2420或通过借助于专用串行母线(未示出)的串行通信来向外部系统报告模块电压。数字报告输出2420通过例如无线通信、电力线通信或调制晶体管2408而在电流2410上产生小通信信号的方法来与外部系统通信。例如，控制器2414也被配置成通过数字报告输出2420或通过借助于专用串行母线(未示出)的串行通信来向外部系统报告模块电流大小。
系统控制装置2400的一些实施方式可操作以通过数字报告2420来向外部系统报告模块温度。这样的实施方式包括把温度信息提供给控制器2414的温度感测器2422，例如提供与绝对温度成比例(PTAT)的信号的感测器。例如，这样的PTAT装置与控制器2414一起被集成到共同的集成电路芯片上。或者，温度感测器2422在控制器2414外部或甚至在系统控制装置2400外部。
系统控制装置2400通常包括为其电路供电的电源。在图24的实施方式中，系统控制装置2400包括从板输出2404、2406供电的线性调节器。具体地说，线性调节器包括降压电阻器2424和用来调控通过电阻器2424的电流并且从而调控节点2428和模块输出2406之间的电压的分流调节器2426。
在一些实施方式中，晶体管2408与控制器2414一起被集成到共同的集成电路芯片中。然而，预计在许多实施方式中，晶体管2408将是离散装置来在选择晶体管2408以实现所要额定电压以及消除由晶体管2408产生的负面影响控制器2414的与热量相关的潜在问题时提供灵活性。
上文讨论的切换电路的一些实施方式由许多离散部分组成。然而，在切换电路的某些实施方式中，许多切换电路组件集成到单个集成电路封装中或集成到单个集成电路上。例如，这样的集成减小了切换电路尺寸、降低了切换电路成本和/或通过减小组件之间的连接的寄生阻抗提高了切换电路性能。应注意，本文公开的切换电路的一些实施方式不包括显式储能电感器和/或输出电容器的事实有助于这样的集成。
例如，图25示出一个集成电路芯片2500，集成电路芯片2500包括至少一些组件来形成使用控制器800(图8)的切换电路500(图5)的实施方式。具体地说，第一切换装置532和第二切换装置534以及驱动电路812被集成到集成电路芯片2500中。控制信号产生器808也可选地被集成到集成电路2500中，使得整个切换电路被实现在单个集成电路芯片中。上文讨论的其它切换电路也可以类似方式来集成。
在包括控制信号产生器808的某些实施方式中，控制信号产生器808监控集成电路芯片2500内部的Vy。因此，在这样的实施方式中，集成电路芯片2500不必要包括反馈接口端子，且集成电路芯片2500可只具有如3个接口端子，从而有助于降低成本并减小封装尺寸。
集成电路芯片2500的一些实施方式是倒装芯片集成电路。如现有技术中已知，在倒装芯片集成电路中，芯片焊盘是通过锡球直接连接到相邻的内插器上的对应焊盘。比起将键合线用于连接器的配置，这样的配置通常导致芯片和相邻的内插器之间的更低阻抗连接。在Burstein等人的美国专利号6,278,264和6,462,522中可找到倒装芯片集成电路的例子，这两个美国专利都以引用方式并入本文。图26示出倒装芯片集成电路2600，倒装芯片集成电路2600是图25的倒装芯片集成电路2500的实施方式。例如，倒装芯片集成电路2600包括第一切换装置532和第二切换装置534(未示出)和驱动电路812(未示出)。倒装芯片集成电路2600通过锡球2604电耦接到例如印刷电路板(PCB)的内插器2602，为了说明清楚只标示了一些锡球2604。虽然锡球2604也把集成电路芯片2600物理耦接到内插器2602，但是填充材料(未示出)也可放置在芯片2600和内插器2602之间来提供更强的机械耦接。应了解，集成电路2500可用倒装芯片集成电路以外的形式来实施，例如用包括丝焊连接的集成电路的形式来实施。
上文公开的许多切换电路也可集成到单个集成电路芯片中。例如，可将切换电路404(图4)或切换电路1804(图18)中的两个或三个集成到单个集成电路芯片中。例如，包括3个切换电路的芯片可用来为3光伏装置模块提供单个芯片MPPT。另举一例，包括2个切换电路的芯片可用来为两结点光伏电池提供单个芯片结点级MPPT。
相比许多离散切换电路，具有多个切换电路的这种芯片可提供一些优势。具有许多切换电路的芯片将通常占用比相同数目的分离的切换电路小的空间，从而比起具有多个离散切换电路的系统，减小了系统尺寸、降低了系统成本和/或腾出了空间来给其它组件。包括具有许多切换电路的芯片的系统通常也将比具有对应数目的离散切换电路的系统组装起来更简单、快速和/或便宜。把许多切换电路集成到集成电路芯片中通常也使得切换电路组件比起多个离散切换电路更集中地被放置。把组件更集中地放置在一起通常有利地减小了组件互连的阻抗，从而提高系统效率和/或性能。
图27示出多个切换电路被集成到单个集成电路芯片中的一个例子。具体地说，图27示出包括3个切换电路2702的一个集成电路芯片2700(例如，倒装芯片集成电路)，每个切换电路2702是切换电路504(图5)的实施方式，且3个切换电路2702在图27中用虚线绘出。虽然集成电路芯片2700被示出为包括3个切换电路2702，但是芯片2700可包括大于1的任何数目的切换电路2702。另外，应了解，可以类似方式将例如图6的切换电路604的一个或多个其它切换电路集成到单个集成芯片中。
每个切换电路2702包括用于连接到相应的电力源(例如，光伏装置)的相应的第一输入端子2704和第二输入端子2706。第一切换装置2708(类似于第一切换装置532)电耦接在第一输入端子2704和中间切换节点2710之间，且第二切换装置2712(类似于第二切换装置534)电耦接在中间切换节点2710和第二输入端子2706之间。在图27的实施方式中，第一切换装置2708是N沟道MOSFET，且每个第二切换装置2712是P沟道MOSFET。在替代实施方式中，第一切换装置2708和第二切换装置2712中的一些或所有切换装置是n沟道LDMOS装置或其它类型的晶体管。每个切换电路2702还包括驱动电路2714(类似于驱动电路812)来驱动第一切换装置2708和第二切换装置2712。连续切换电路2702通过一个切换电路2702的正输入节点2716和下一个切换电路2702的中间切换节点2710之间的连接电耦接。例如，该连接完全由芯片金属或由芯片的相对导电的再分配层进行来减少外部互连。例如，在一些实施方式中，一个或多个连接至少部分以半导体基板上形成的凸块下金属化(UBM)堆叠来实施。Jergovic等人的美国专利号7,989,953中公开了UBM堆叠和相关方法的一些例子，该专利以引用方式并入本文。另举一例，连接是通过锡球和例如基板或引线框架的下伏内插器的高传导率导体进行的，以减小总电阻。第一输出端子2718和第二输出端子2720分别电耦接在底部切换电路2702的中间切换节点2710和顶部切换电路2702的正输入节点2716之间。
控制信号产生器2722(类似于控制信号产生器808)也可选地被集成到集成电路芯片2700中。虽然控制信号产生器2722被示出为底部切换电路2702(3)的部分，但是控制信号产生器2722可以是不同切换电路2702的部分、跨多个切换电路2702分布或与每个切换电路2702分离。控制信号产生器2722改变每个第一切换装置2708的工作周期来最大化每个切换电路2702的平均切换节点电压Vy27值。
图28示出集成到单个集成电路芯片中的多个切换电路的另一例子。具体地说，图28示出集成电路芯片2800，集成电路芯片2800包括两个切换电路2802，每个切换电路2802都是图19的切换电路1904的实施方式。在图28中，切换电路2802用虚线绘出。在替代实施方式中，集成电路芯片2800包括三个或更多个切换电路2802。
每个切换电路2802包括第一输入端子2804和第二输入端子2806。第一端子2804用于电耦接到相应的电力源的负端子，而第二输入端子2806用于通过电感器电耦接到相应的电力源的正端子。集成电路芯片2800还包括用于电耦接到负载的第一输出端子2808和第二输出端子2810。每个切换电路2802还包括电耦接在第一输入端子2804和第二输入端子2806之间的第一切换装置2812(类似于图19的第一切换装置1932)和电耦接在第二输入端子2806和第二输出端子2810之间的第二切换装置2814(类似于图19的第二切换装置1934)。在图28的实施方式中，第一切换装置2812是N沟道MOSFET，且第二切换装置2814是p沟道MOSFET。在替代实施方式中，第一切换装置2812和第二切换装置2814中的一些或所有切换装置是n沟道LDMOS晶体管或其它类型的晶体管。每个切换电路2802的驱动电路2816控制切换电路的第一切换装置2812和第二切换装置2814。
控制信号产生器2818也可选地被集成到集成电路芯片2800中。虽然控制信号产生器2818被示出为底部切换电路2802(2)的部分，但是控制信号产生器2818可以是不同切换电路2802的部分、跨多个切换电路2802分布或与每个切换电路2802分离。控制信号产生器2818改变每个第一切换装置2812的工作周期来最大化每个切换电路2802的输出电流Io28的DC分量。
图29示出集成到共同的集成电路中的许多切换电路的另一个例子。具体地说，图29示出集成电路芯片2900，集成电路芯片2900包括用虚线绘出的两个切换电路2902。集成电路芯片2900可修改成包括另外的切换电路2902。集成电路芯片2900还包括开关2904、2906来串联或并联电耦接切换电路2902。例如，当开关2904处于其A位置(图29示出)且开关2906打开时，切换电路2902的输出被串联电耦接。相反地，当开关2904处于其B位置且开关2906关闭时，切换电路2902的输出被并联电耦接。例如，切换电路2902的互连可按需要在串联和并联之间改变来优化切换电路的组合输出电压。集成电路芯片2900可在串联互连和并联互连之间改变的事实也可允许芯片2900的某些实施方式以并联和串联应用可互换地被使用。
每个切换电路2902包括用于连接到相应的电力源(例如，光伏装置)的相应的第一输入端子2908和第二输入端子2910。第一切换装置2912(类似于第一切换装置532)电耦接在第一输入端子2908和中间切换节点2914之间，且第二切换装置2916(类似于第二切换装置534)电耦接在中间切换节点2914和第二输入端子2910之间。在图29的实施方式中，第一切换装置2912是n沟道MOSFET，且每个第二切换装置2916是p沟道MOSFET。在替代实施方式中，第一切换装置2912和第二切换装置2916中的每一个是n沟道LDMOS晶体管或其它类型的晶体管。每个切换电路2902还包括驱动电路2918来驱动第一切换装置2912和第二切换装置2916。第一输出端子2920和第二输出端子2922分别电耦接在底部切换电路2902的中间切换节点2914和顶部切换电路2902的正输入节点2924之间。
控制信号产生器2926(类似于控制信号产生器808)也可选地被集成到集成电路芯片2900中。虽然控制信号产生器2926被示出为与切换电路2902分离，但是控制信号产生器2926可以是一个或多个切换电路2902的部分。控制信号产生器2926改变每个第一切换装置2912的工作周期来最大化其相应的切换电路2902的输出电力。
如上文所述，在本文公开的切换电路中，改变切换装置的工作周期来最大化切换电路输出电力。因此，虽然在一些应用中可能已知工作周期的预期范围，但是给定切换电路通常不能针对工作周期的特定值而被优化，因为在电路操作期间工作周期将改变。因此，本文公开的切换电路的某些实施方式包括一个或多个切换装置，这些切换装置是动态调整大小的场效晶体管(FET)。这样的动态调整大小的FET都包括呈并联电耦接的成分FET形式的许多个别可控制的元件，其中可改变活动的这样的成分FET的数目来动态调整FET的大小。FET的特性可通过改变其大小(即，活动的其成分FET的数目)来改变。例如，可通过增大FET大小(即，增大活动的成分FET的数目)来减小整体FET沟道电阻。然而，活动的成分FET越多，栅极电容和相关切换损耗就越大(假设每个成分FET由共同的驱动器驱动)。对于每个工作周期，通常存在最小化电阻相关和栅极-电容相关损耗的和的最佳FET大小。
在包括动态调整大小的FET的实施方式中，例如，根据FET工作周期来调整FET大小。例如，当工作周期大时，增大FET大小来减小沟道电阻，因为当工作周期大时沟道电阻通常是重要的损耗源。相反地，当工作周期小时，这样的实施方式可减小FET大小来减小FET栅极电容和相关切换损耗，因为在低工作周期下切换损耗通常比沟道损耗更显著。预计在一些实施方式中，也将至少部分基于其它切换电路操作特征来调整FET大小，其它切换电路操作特征例如为动态调整大小的FET所处理的电流大小或切换电路输出电力。
图30示出一个动态调整大小的FET3000，动态调整大小的FET3000是可用于本文公开的切换电路中的动态调整大小的FET的一个例子。例如，动态调整大小的FET3000可分别用作切换电路404和1804(图4和18)的第一切换装置418或1814。动态调整大小的FET3000包括并联耦接在端子3004、3006之间的N个个别可控制元件或成分FET3002，其中N是大于1的整数。在图30实施方式中，成分FET3002是n沟道MOSFET，这是由于这样的MOSFET的相对低的沟道电阻。然而，成分FET3002可采用其它形式，例如p沟道MOSFET。
每个成分FET3002的栅极由相应的驱动器3008驱动。每个驱动器3008接收PWM信号3010作为输入，并接收来自动态FET调整大小解码器3014的激活信号3012。动态FET调整大小解码器3014基于来自PWM信号3010的动态调整大小的FET3000的工作周期来确定要激活的FET的数目。在一个实施方式中，FET调整大小解码器3014激活的成分FET3002的数目与工作周期成线性比例。在另一个实施方式中，动态FET调整大小解码器3014根据分段线性传递函数来激活成分FET3002，例如，当工作周期在第一数值范围中时激活第一数目的成分FET3002，当工作周期在第二数值范围中时激活第二数目的成分FET3002，等等。
如之前所讨论的，本文公开的切换电路的一个应用是为光伏装置提供MPPT。这样的切换电路的某些实施方式可与一个或多个光伏装置安置在共同的封装中。在本文档的上下文中，“安置在共同的封装中”意指一个或多个切换电路和一个或多个光伏装置是例如光伏模块或光伏板的共同的组装的部分。这样的光伏装置及其MPPT电路的共封装可提供益处，例如(1)减少光伏系统部件数，从而产生简化的系统安装和较低系统安装成本；(2)减小系统尺寸；和/或(3)由于MPPT电路与其相应的光伏装置极为接近而提高系统性能。
例如，图31示出包括安装在共同的基板3106上的光伏电池3102和集成电路芯片3104的一个光伏系统3100。例如，基板3106是印刷电路板、陶瓷基板或聚酰亚胺基板。电耦接到光伏电池3102的集成电路芯片3104包括例如本文公开的切换电路的一个或多个切换电路来为光伏电池3102提供MPPT。例如，集成电路芯片3104是集成电路芯片2500(图25)的实施方式，且如图31所示，可以是倒装芯片集成电路。然而，集成电路芯片3104可具有其它封装配置。例如，在某些替代性实施方式中，集成电路芯片3104丝焊到系统3100的一个或多个组件，例如丝焊到光伏电池3102。在某些实施方式中，集成电路芯片3104包括多个切换电路，来为基板3106上光伏电池3102的多个实例提供MPPT，或在光伏电池3102是多结点装置的状况下为光伏电池3102的多个结点提供MPPT。例如，在这样的实施方式中，集成电路芯片3104是集成电路芯片2700、2800或2900(图27-29)中的一个。
系统3100可选地包括与光伏电池3102的输出端子并联电耦接的输入电容器3112。一些实施方式也可包括输出电感器和一个或多个输出电容器。如果有电容器，那么这样的电容器通常放置在基板3106上。预计，光伏系统3100的许多实施方式将把系统3100外部的互连电感或离散电感器用作储能电感。然而，如果需要，那么可将离散储能电感器放置在基板3106上。一些实施方式还包括光学器件3108来把入射光3110集中到光伏电池3102上。在某些实施方式中，系统3100中的一些或所有都用钝化材料(例如，环氧树脂或其它灌封材料)来封装，以使系统免受例如湿度的环境因素的影响。
图32示出包括共同的组装中的光伏装置和切换电路的光伏系统的另一个例子。光伏系统3200包括光伏装置3202和安装在光伏电池3202的背面3206上的集成电路芯片3204，背面3206与接收入射光3210的前面3208相反。电耦接到光伏装置3202的集成电路芯片3204包括例如本文公开的切换电路的一个或多个切换电路来为光伏装置3202提供MPPT。如图32所示，集成电路芯片3204可以是倒装芯片集成电路。然而，集成电路芯片3204可具有其它封装配置。例如，在一些替代性实施方式中，集成电路芯片3204丝焊到光伏装置3202和/或可选输入电容器3212。例如，光伏装置3202是单个晶体硅光伏电池或晶体硅光伏电池组。在一些实施方式中，集成电路芯片3204包括多个切换电路来为光伏装置3202的每个光伏电池提供个别的MPPT。类似于图31的组装3100，输入电容器3212、输出电容器(未示出)和/或储能电感器(未示出)可选地安装在背面3206上。
图33示出包括共同的组装中的光伏装置和切换电路的另一个光伏系统。具体地说，系统3300包括安装在共同的引线框架3306上的光伏装置3302、集成电路芯片3304和可选输入电容器3308。电耦接到光伏装置3302的集成电路芯片3304包括例如本文公开的切换电路的一个或多个切换电路来为光伏装置3302提供MPPT。如图33所示，集成电路芯片3304可以是倒装芯片集成电路。然而，集成电路芯片3304可具有其它封装配置。例如，图61示出光伏系统6100，光伏系统6100类似于图33的系统3300，但是光伏系统6100包括通过丝焊6106电耦接到引线框架6104的集成电路6102。集成电路6102包括例如本文公开的切换电路的一个或多个切换电路来为光伏装置3302提供MPPT。在一些实施方式中，至少一些丝焊6106直接把集成电路6102电耦接到光伏装置3302。在某些替代性实施方式中，集成电路6102通过磁带自动连接过程来电耦接到引线6104。在一些其它实施方式中，引线框架6104由例如陶瓷或聚酰亚胺基板的基板替代。
图62示出光伏系统6200，光伏系统6200包括基板6202、安装在基板6202上的光伏装置6204和电耦接到基板6202的子卡6206。在一些实施方式中，如图62所示，子卡6206例如通过焊接接缝和/或通孔引脚来机械附着到基板6202。或者，子卡6206邻近基板6202放置且通过接线或其它导体电耦接到基板6202和/或光伏装置6204。子卡6206包括集成电路芯片6208来为光伏装置6204提供MPPT，集成电路芯片6208包括例如本文公开的切换电路的一个或多个切换电路。虽然集成电路芯片6208被示出为具有倒装芯片封装，但是芯片6208也可具有其它封装类型。子卡6206可选地包括与光伏装置6204的输出端子并联电耦接的输入电容器6210。在子卡6206与基板6202分开的实施方式中，可选的输入电容器6210通常与集成电路芯片6208位于子卡6206的相同的一侧上。
图34示出包括N个光伏板3402的电力系统3400，其中N是大于或等于1的整数。光伏板3402的输出与负载3404(例如，反相器)串联电耦接来形成闭合电路(在下文称为输出电路3406)。为了说明清楚，图34中只示出一个光伏板3402(1)的细节。
每个光伏板3402包括M个光伏装置3408，其中M是大于1的整数且可在光伏板3402的实例间不同。在一些实施方式中，每个光伏装置3408是板3402的光伏子模块，其中每个子模块包括多个串联和/或并联电耦接的光伏电池。例如，每个子模块包括板3402中一行或多行或一列或多列串联耦接的光伏电池。在一些其它实施方式中，光伏装置3408采用不同形式，例如单个或多结光伏电池。相应的切换电路3410电耦接到每个光伏装置3408来提供MPPT。例如，切换电路3410是切换电路404(图4)的实施方式，且其输出端口串联电耦接在一起。然而，系统3400不限于与切换电路404的实施方式连用，且系统3400可修改为使用其它类型的切换电路，例如，有或没有MPPT能力的常规降压转换器。
切换电路3410主要把输出电路3406中的电感3412用作其储能电感。虽然电感3412被符号表示为单个电感器，但是电感3412可包括许多离散电感器和/或来自连接组件以形成输出电路3406的接线或其它导体的互连电感。然而，一个或多个板3402可可选地包括板中的额外电感3416以例如在电感3412不够优化时提高切换电路3410的性能。另外，如图34所示，例如，电感3416是板中的单个离散电感器。或者，另外的电感3416可以是板中例如与连续切换电路3410之间的连接串联的许多离散电感器。图52示出电力系统5200，电力系统5200是电力系统3400的实施方式，其中切换电路3410把互连电感5202用作至少其初级储能电感。
切换电路3410也把输出电路电容3414用作其主要输出电容。然而，在一些实施方式中，一个或多个板3402还包括输出电容3418，(例如)来减小纹波电压。
可修改系统3400，使得光伏装置3408中的一些或所有被例如燃料电池或蓄电池的其它电力源所替代。在这样的实施方式中，电力源和切换电路3410不一定必需是板的部分。另外，在一些替代性实施方式中，切换电路3410和光伏装置3408没有集成到板中。
图35示出图27的集成电路芯片2700在光伏应用中的一个应用。具体地说，芯片2700的输入端口3502的第一输入端子2704和第二输入端子2706中的每一个电耦接到多结光伏电池3508的相应的第一光伏端子3504和第二光伏端子3506。在多结光伏电池3508中，每个结点3510的端子3504、3506被带出电池，使得每个结点3510在电池中电绝缘。因此，集成电路芯片2700为每个结点3510提供个别MPPT。
在某些替代性实施方式中，多结光伏电池3508被裂谱光伏装置替代，该裂谱光伏装置包括两个或更多个离散光伏装置和把适当波长的光导向至少一些光伏装置的光学器件。每个光伏装置又包括一个或多个堆叠的光伏结点，每个光伏结点针对特定波长的光而被优化。例如，图70示出光伏系统7000，光伏系统7000包括电耦接到集成电路芯片2700的裂谱光伏装置7002。裂谱光伏装置7002包括电耦接到集成电路芯片2700的相应的输入端口的第一离散光伏装置7004、第二离散光伏装置7006和第三离散光伏装置7008。第一光伏装置7004包括两个堆叠的光伏结点7010、7012，且第二光伏装置7006和第三光伏装置7008各包括单个相应的光伏结点7014、7016。光伏结点7010、7012、7014、7016中的每一个针对不同波长的光而被优化。裂谱光伏装置7002中的光学器件(未示出)帮助把适当波长的光导向不同的光伏结点。
图55示出电力系统5500，电力系统5500被配置来帮助最大化从多结光伏电池提取的电力。系统5500包括N个多结光伏电池5502，其中N是大于1的整数。每个光伏电池5502包括串联电耦接的第一结点5504、第二结点5506和第三结点5508，以及用于电接入这些结点的3个端子5510、5512、5514。端子5510、5514提供到所有3个结点的串联堆叠的电接入，而端子5512提供到第一结点5504和第二结点5506之间的节点的电接入。
第一结点5504在一些实施方式中是锗基结点，第一结点5504能够产生比第二结点5506和第三结点5508大的电流。因此，如果所有3个结点被简单地串联而没有另外的电路，那么通过第一结点5504的电流将被第二结点5506和第三结点5508的电流能力限制，且将不会充分利用底部结点(即，底部结点不会以其MPP操作)。然而，系统5500的电路部分或完全地缓解了这样的问题。
具体来说，每个第一结点5504电耦接到相应的第一子电路或多余能量提取器5516，多余能量提取器5516从第一结点提取结点5504、5506、5508被简单地串联操作而没有另外的电路时不会获得的额外的能量。具体地说，每个多余能量提取器5516通过提高跨第一结点5504的电压V1并与跨所有3个结点的电压Vcell并联施加提高的电压来以MPP操作其相应的第一结点。相应的第二子电路或本地MPPT转换器5518跨每个光伏电池5502的端子5510、5514电耦接。每个多余能量提取器5516至少大体上最大化从其相应的第一结点5504提取的电力，且每个本地MPPT转换器5518至少大体上最大化从其相应的光伏电池5502的剩余结点5506、5508提取的电力。
每组对应的光伏电池5502、多余能量提取器5516和本地MPPT转换器5518可被认为是单位电池5520。在一些实施方式中，单位电池5520的每个组件例如以与图31-33之一中所示的方式类似的方式安装在共同的基板上。另外，在一些实施方式中，多余能量提取器5516和对应的本地MPPT转换器5518被集成在共同的集成电路芯片上。
如图55所示，本地MPPT转换器5518可以是切换电路404(图4)的实施方式，其中其输出端口与负载5522串联来形成闭合电路(在下文被称为输出电路5524)。在一些实施方式中，如图55所示，本地MPPT转换器5518把输出电路5524的互连电感5526用作其初级储能电感。另外或或者，本地MPPT转换器5518可把一个或多个离散电感器(未示出)用作储能电感。在某些替代性实施方式中，本地MPPT转换器是切换电路1804(图18)的实施方式，其中其输出端口并联。
图56示出单位电池5600，单位电池5600是图55的单位电池5520的实施方式。单位电池5600包括类似于光伏电池5502(图55)的3结点光伏电池5602、多余能量提取器5604(有时称为能量交换器)和本地MPPT转换器5606。多余能量提取器5604作为升压型转换器操作，其中输入端口跨第一结点5608电耦接且输出端口跨所有3个结点5608、5610、5612的串联串电耦接。多余能量提取器5604把跨第一结点5608的电压V1提高成与跨第一结点5608、第二结点5610和第三结点5612的串联串的电压Vcell相同。具体来说，多余能量提取器5604包括控制器5614、第一切换装置5616、电感5618、第二切换装置5620、输入电容器5622和输出电容器5624。电感5618通常是一个或多个低电阻离散电感器，但是在一些实施方式中，电感5618至少部分是包括第一结点5608和多余能量提取器5604的闭合电路的互连电感。在一些实施方式中，充当续流装置的第二切换装置5620被二极管替代或补充。
控制器5614控制第一切换装置5616的工作周期来至少大体上最大化从第一结点5608提取的电力。在一些实施方式中，第一切换装置5616由晶体管实施，且电流5626是通过使用与参照图54所讨论的电路类似的电路测量跨晶体管的电压降来感测的。
本地MPPT转换器5606类似于切换电路504(图5)。具体来说，本地MPPT转换器5606包括控制器5628、第一切换装置5630和可选地被二极管替代的第二切换装置5632。本地MPPT转换器5606包括跨光伏电池5602的端子5634、5636并联电耦接的输入端口，且本地MPPT转换器5606通过包括输出端子5638、5640的输出端口电耦接到负载或其它单位电池。以与上文参照图5讨论的方式类似的方式，控制器5628控制第一切换装置5630的工作周期，从而通过至少大体上最大化跨输出端子5638、5640的切换节点电压Vy56的平均值来至少大体上最大化从光伏电池5602提取的电力。在单位电池5500的一些实施方式中，控制器5614和5628中的每一个都被控制多余能量提取器5604和本地MPPT转换器5606的共用控制器替代。在一些实施方式中，切换装置5616相对于切换装置5630异相地切换来减小波纹。
上文参照图55-56讨论的多余能量提取器和本地MPPT转换器体系结构可适于与具有不同数目的结点的光伏电池连用。例如，在4结点光伏电池的情况下，可使用两个多余能量提取器来最大化从相应的底部两个结点提取的电力，且可使用本地MPPT转换器来最大化从剩余的顶部两个结点提取的电力。另外，在两个或更多个多余能量提取器与连续结点的串连用的情况下，可能配置能量提取器电压增益，使得串中第一能量提取器或最后的能量提取器具有1的增益，且因此当仍最大化从其相应的结点提取的电力时可被消除。
图55和56的电力系统的变型是可能的。例如，图63示出单位电池6300，单位电池6300类似于单位电池5600(图56)，但是其中从底部光伏结点提取的额外能量被传递到单位电池输出，而不是传递到MPPT转换器输入。单位电池6300包括类似于光伏电池5502(图55)的3结点光伏电池6302，该3结点光伏电池6302包括第一串联耦接的光伏结点6304、第二串联耦接的光伏结点6306和第三串联耦接的光伏结点6308。单位电池6300还包括具有输入端口6312和输出端口6314的降压型MPPT转换器6310。在一些实施方式中，降压型MPPT转换器6310是包括离散储能电感器的切换电路504(图5)或切换电路604(图6)的实施方式。输入端口6312跨所有3个光伏结点6304、6306、6308的串联组合电耦接，且输出端口6314跨单位电池6300输出端子6316、6318电耦接。例如，输出端子6316、6318与单位电池6300的其它实例且与负载串联电耦接。
单位电池6300还包括升压型MPPT转换器6320，升压型MPPT转换器6320包括输入端口6322和输出端口6324。输入端口6322跨第一光伏结点6304电耦接，且输出端口6324与降压型MPPT转换器6310输出端口6314并联电耦接。MPPT转换器6310和6320中的每一个可操作以至少大体上最大化从跨其相应的输入端口电耦接的光伏结点提取的电力的量，从而为以下各项提供有效的MPPT：(1)顶部两个光伏结点6306、6308的串联组合；和(2)底部光伏结点6304。在一些实施方式中，降压型MPPT转换器6310和升压型MPPT转换器6320中的每一个相对于彼此异相地切换来最小化波纹。转换器6310、6320可选地分享例如共用控制器的一个或多个共同的组件，且可集成到单个集成电路芯片中。
升压型MPPT转换器6320通常以比升压型转换器5604(图56)小的电压转换比来操作，因此假设所有其它条件都相同，那么预期升压型MPPT转换器6320具有比升压型转换器5604更高的效率和更低的组件电压应力。然而，单位电池6300的体系结构需要降压型MPPT转换器6310包括本地储能电感器(未示出)。
图64示出为多结光伏电池6402提供MPPT的另一单位电池6400，多结光伏电池6402包括串联耦接的第一光伏结点6404、第二光伏结点6406和第三光伏结点6408。单位电池6400包括降压-升压型MPPT转换器6410，降压-升压型MPPT转换器6410包括输入端口6412和输出端口6414。输入端口6412跨第一光伏结点6404电耦接，且输出端口6414跨第二光伏结点6406和第三光伏结点6408的串联组合电耦接。
单位电池6400还包括降压型MPPT转换器6416，降压型MPPT转换器6416包括输入端口6418和输出端口6420。输入端口6418跨第二光伏结点6406和第三光伏结点6408电耦接，且输出端口6420跨单位电池输出端子6422、6424电耦接。在一些实施方式中，输出端子6422、6424与单位电池6400的其它实例且与负载串联电耦接。例如，降压型MPPT转换器6416是切换电路504(图5)或切换电路604(图6)的实施方式。虽然降压型MPPT转换器6416被符号表示为离散装置，但是转换器6416的某些实施方式使用包括输出端口6420的输出电路的互连电感作为其初级储能电感。
升降压型MPPT转换器6410和降压型MPPT转换器6416各自可操作以至少大体上最大化从跨其相应的输入端口电耦接的光伏结点提取的电力的量，从而为以下各项提供有效的MPPT：(1)顶部两个光伏结点6406、6408的串联组合；和(2)底部光伏结点6404。转换器6410、6416可选地相对于彼此异相地切换来减小波纹，且转换器6410、6416可选地分享一个或多个共同的组件，例如共用控制器。在一些实施方式中，转换器6410、6416是共同的集成电路芯片的部分。
单位电池6400相比于单位电池5600和6300(图56和63)的潜在优势是降压型MPPT转换器6416的输入电压通常比图56和63的类似转换器的输入电压低。这样相对低的输入电压促进有效的转换器6416操作，且可使得能够使用具有相对低的额定电压的组件。在另一方面，由于转换器6416的相对低的输入电压，进入降压型MPPT转换器6416的输入电流将通常比图56和63的类似转换器的输入电流高。
图65示出单位电池6500，单位电池6500包括用于为多结光伏电池6506提供MPPT的两个降压型MPPT转换器6502、6504。光伏电池6506包括串联电耦接的3个光伏结点6508、6510、6512。降压型MPPT转换器6502的输入端口6514跨第一光伏结点6508电耦接，且降压型MPPT转换器6504的输入端口6516跨第二光伏结点6510和第三光伏结点6512电耦接。降压型MPPT转换器6502、6504的输出端口6518、6520与单位电池6500输出端子6522、6524串联电耦接。例如，输出端子6522、6524与单位电池6500的另外的实例且与负载串联电耦接。
MPPT转换器6502和6504各自可操作以至少大体上最大化从跨其相应的输入端口电耦接的光伏结点提取的电力的量，从而为以下各项提供有效的MPPT：(1)顶部两个光伏结点6510、6512的串联组合；和(2)底部光伏结点6508。虽然降压型MPPT转换器6502、6504中的每一个被符号表示为离散转换器，但是在一些实施方式中，转换器6502、6504各自使用包括输出端口6518、6520的闭合电路的互连电感作为其储能电感。例如，转换器6502、6504各自是把互连电感用作储能电感的切换电路504(图5)或切换电路604(图6)的实施方式。转换器6502、6504可选地相对于彼此异相地切换来减小波纹，且转换器6502、6504可分享一个或多个共同的组件，例如共用控制器。在一些实施方式中，转换器6502、6504是共同的集成电路芯片的部分。
在典型实施方式中，通过第一光伏结点6508的电流大小通常比通过顶部两个光伏结点6510、6512的电流大小大得多。然而，因为输出端口6518、6520串联电耦接，所以降压型MPPT转换器6502、6504中的每一个必定具有相同的输出电流大小，该输出电流大小由于结点6508的相对大的电流大小产生而通常是通过第一结点6508的电流的函数。因此，通过转换器6504的输出端口6520的电流通常比最佳值高，从而使转换器6504以低于50％的工作周期操作，且降低转换器的效率。
单位电池6500的替代实施方式只包括单个降压型MPPT转换器。例如，图66示出单位电池6600，单位电池6600类似于单位电池6500(图65)，但是省略了降压型MPPT转换器6502。剩余的降压型MPPT转换器6504与流过第一光伏结点6508的电流匹配。如上文所述，虽然降压型MPPT转换器6504被符号表示为离散装置，但是在一些实施方式中转换器6504把互连电感用作其初级储能电感。单位电池6600具有比单位电池6500成本低且更简单的优势。然而，单位电池6600可能不如单位电池6500执行得好，因为第一光伏结点6508可能限制通过单位电池的电流大小。
图67示出单位电池6700，单位电池6700类似于单位电池6500(图65)，但是其中底部降压型MPPT转换器被升压型MPPT转换器替代。具体来说，单位电池6700包括多结光伏电池6702，多结光伏电池6702包括串联电耦接的第一光伏结点6704、第二光伏结点6706和第三光伏结点6708。单位电池6700包括具有跨第一光伏结点6704电耦接的输入端口6712的升压型MPPT转换器6710和具有跨第二光伏结点6706和第三光伏结点6708电耦接的输入端口6716的降压型MPPT转换器6714。升压型转换器6710的输出端口6718和降压型转换器6714的输出端口6720与单位电池输出端子6722、6724串联电耦接。单位电池6700的拓扑需要降压型MPPT转换器6714包括离散储能电感器(未示出)。例如，降压型MPPT转换器6714是包括离散储能电感器的切换电路604(图6)的实施方式。在一些实施方式中，输出端子6722、6724与单位电池6700的另外的实例且与负载串联电耦接。MPPT转换器6714和6710各自可操作以至少大体上最大化从跨其相应的输入端口电耦接的光伏结点提取的电力的量，从而为以下各项提供有效的MPPT：(1)顶部两个光伏结点6706、6708的串联组合；和(2)底部光伏结点6704。转换器6710、6714可选地彼此异相地切换来减小波纹，且转换器6710、6714可选地分享一个或多个组件，例如共用控制器。在一些实施方式中，转换器6710、6714是共同的集成电路芯片的部分。
图68示出包括两个堆叠的MPPTDC-DC转换器的单位电池6800。单位电池6800包括多结光伏电池6802，多结光伏电池6802包括第一电耦接光伏结点6804、第二电耦接光伏结点6806和第三电耦接光伏结点6808。降压-升压型MPPT转换器6810具有跨第一光伏结点6804电耦接的输入端口6812。降压-升压型MPPT转换器的输出端口6814电耦接在节点6816和降压型MPPT转换器6820的输入端口6818之间，其中第一结点6804和第二结点6806在节点6816电耦接。输入端口6818的另一端电耦接到光伏结点6804、6806、6808的串联堆叠的顶部节点6822。因此，输入端口6818跨第二光伏结点6806和第三光伏结点6808的串联组合和升降压的第一光伏结点6804电耦接。降压型MPPT转换器6820包括跨单位电池输出端子6826、6828电耦接的输出端口6824，其中输出端子6828也电耦接到顶部节点6822。在一些实施方式中，输出端子6826、6828与单位电池6800的另外的实例且与负载串联电耦接。虽然降压型MPPT转换器6820被符号表示为离散转换器，但是在一些实施方式中，该转换器把包括输出端口6824的闭合电路的互连电感用作其初级储能电感。在一些实施方式中，降压型MPPT转换器6820是把互连电感用作其储能电感的切换电路504(图5)的实施方式。
降压-升压型MPPT转换器6810至少大体上最大化从第一光伏结点6804提取的电力，且降压型MPPT转换器6820至少大体上最大化从顶部两个光伏结点6806、6808和升降压的第一光伏结点6804提取的电力。因此，转换器6810、6820共同有效地为以下各项提供MPPT：(1)顶部两个光伏结点6806、6808的串联组合；和(2)底部光伏结点6804。单位电池6800相比于单位电池5600、6300、6400和6500(图56和图63-65)的一个潜在优势是跨输出端子6826、6828的电压通常比其它单位电池的输出电压大，从而潜在地减小整体系统电流。转换器6810、6820可选地相对于彼此异相地切换，且转换器6810、6820可选地分享一个或多个组件，例如共用控制器。在一些实施方式中，转换器6810、6820是共同的集成电路芯片的部分。
图69示出单位电池6900，单位电池6900包括两个降压-升压型转换器6902、6904，其输出端口6906、6908与单位电池输出端子6910、6912串联电耦接。降压-升压型MPPT转换器6902的输入端口6914跨第一光伏结点6916电耦接，且降压-升压型MPPT转换器6904的输入端口6918跨第二光伏结点6920和第三光伏结点6922电耦接。第一光伏结点6916、第二光伏结点6920和第三光伏结点6922串联电耦接且是共同的多结光伏电池6924的部分。
降压-升压型MPPT转换器6902可操作以至少大体上最大化从第一光伏结点6916提取的电力，且降压-升压型MPPT转换器6904可操作以至少大体上最大化从第二光伏结点6920和第三光伏结点6922的串联组合提取的电力。在某些实施方式中，降压-升压型MPPT转换器6902、6904可操作以执行MPPT，同时合作地维持跨单位电池输出端子6910、6912的恒定电压。因此，可控制跨串联耦接的单位电池6900串的电压而无需使用另外的电路，这可在并联电耦接许多这样的串联串时特别有利。
虽然不是必需的，但是预计在许多实施方式中，升降压型转换器6902、6904中的每一个将相对于彼此异相地切换来最小化波纹和/或将分享至少一些共同的组件。另外，在一些实施方式中，转换器6902、6904是共同的集成电路芯片的部分。
上文参照图63-69讨论的系统可适于与具有不同数目的结点的光伏电池连用。例如，可修改单位电池6900(图69)来并入4结点光伏电池，其中输入端口6914、6916各自跨串联耦接的光伏结点的相应一对电耦接。
上文参照图55、56和63-69讨论的系统可适于与裂谱光伏装置连用，该裂谱光伏装置包括两个或更多个离散光伏装置和把适当波长的光导向离散光伏装置的光学器件。例如，在电力系统5500(图55)的替代性实施方式中，多结光伏电池5502被第一和第二离散光伏装置和把适当波长的光导向第一和第二离散光伏装置的光学器件所替代。在这个替代性实施方式中，第一离散光伏装置包括类似于多结光伏电池5502的第二结点5506和第三结点5508的两个结点，且第二离散光伏装置包括类似于电池5502的第一结点5504的单个结点。
如之前所讨论的，本文讨论的切换电路的一些实施方式被配置来由所电耦接到其的相应的电力源(例如，光伏装置)供电。例如，图36示出包括N个电力源3602的电力系统3600，其中N是大于1的整数。例如，电力源3602是光伏装置，例如，光伏阵列、个别光伏电池或多结光伏电池的个别结点。每个电力源3602电耦接到相应的切换电路3604，切换电路3604被配置来至少大体上最大化从电力源3602提取的电力的量。在正常操作条件期间，每个切换电路3604由其相应的电力源3602供电。为了使说明清楚，只示出切换电路3604(1)的细节。
切换电路3604类似于切换电路504(图5)。具体来说，每个切换电路3604包括输入端口3606、输出端口3608、第一切换装置3610、第二切换装置3612和控制器3614。每个输入端口3606电耦接到相应的电力源3602，且每个输出端口3608与负载3616串联电耦接来形成闭合电路(在下文被称为输出电路3618)。在每个切换电路3604中，控制器3614控制第一切换装置3610的工作周期来至少大体上最大化输出电压Vo36的平均值，且当第一切换装置3610关闭时第二切换装置3612为输出电流Io36提供通路。
在每个切换电路中，二极管3620与第二切换装置3612并联电耦接。二极管3620的阳极电耦接到中间切换节点3622，且二极管3620的阴极电耦接到正输入节点3624。例如，当在电力源3602提供极少电力或不提供电力的状况下第一切换装置3610或第二切换装置3612都没有开启时，二极管3620输出电路电流Io36提供旁路通路。在某些实施方式中，二极管3620被集成到第二切换装置3612中。例如，在第二切换装置3612是MOSFET的实施方式中，二极管3620可以是MOSFET的体二极管。
每个切换电路3604还包括储存来自输出电路3618的能量的储能装置3626，例如电荷泵电路。在每个切换电路3604中，当电力源3602提供的电力不足以操作控制器3614时，储能装置3626至少部分为控制器3614供电。在图36的实施方式中，储能装置3626通过跨输出端口3608的输出端子3630、3632电耦接的输入3628从输出电路3618接收电力。因此，在这样的实施方式中，跨二极管3620的电压降被储能装置3626有效地向上变换到高到足以至少部分为控制器3614供电并操作第二切换装置3612的电压。然而，在替代实施方式中，输入3628以其它方式电耦接到输出电路3618，例如，跨负载3616。
在某些实施方式中，控制器3614被配置来在电力源3602提供的电力不足以操作控制器3614时在导电状态下操作第二切换装置3612。因此，在这样的条件下，输出电流Io36流经第二切换装置3612而不是流经二极管3620，从而促进高效率，因为跨第二切换装置3612的正向电压降通常比跨二极管3620的正向电压降小得多。当电力源3602提供极少电力或不提供电力时，储能装置3626提供必要的能量来使控制器3614能够操作第二切换装置3612。例如，控制器3614被配置来在跨二极管3620的电压超过预定阈值达预定时间量时(指示电力源3602的旁路)在导电状态下操作第二切换装置3612。
在一些实施方式中，储能装置3626用输出电路3618的能量来周期性地为电容器、电感器或蓄电池充电，并用电容器、电感器或蓄电池中储存的能量来给控制器3614供电。例如，在图36的实施方式中，电容器3634是用可从输出端子3630、3632获得的能量来周期性地充电，且在这样的充电期间，二极管3620而不是第二切换装置3612处于导电状态下。因此，二极管3620和第二切换装置3612替代地导通电流来在电力源3602提供极少电力或不再提供电力时为输出电流Io36提供旁路通路。
例如，图37示出切换电路3604(1)的输出电压Vo36(1)对时间的图3700。在时间T_FAULT之前，电力源3602(1)正常操作，且切换电路3604(1)产生具有峰值V_NOMINAL的方波输出。在T_FAULT，电力源3602(1)停止提供电力(例如，由于故障或如果它是光伏装置的话由于遮挡)。控制器3614(1)不再被供电，且二极管3620(1)传导由系统3600中的其它电力源3602产生的负载电流Io36，从而产生等于-V_DIODE的输出电压。在T_CHARGE(1)期间，给储能装置3626(1)充电，即，当二极管3620(1)导通时，储能装置3626(1)存储通过输出端子3630(1)、3632(1)来自输出电路3618的能量。在T_CHARGE(1)结束时，储能装置3626(1)使控制器3614(1)能够在T_DISCHARGE期间在导电状态下操作第二切换装置3612(1)，使得输出电压Vo36(1)由于第二切换装置的低正向电压降而接近于零。在T_DISCHARGE过期时，在二极管3620(1)再次导通时在T_CHARGE(2)期间再次给储能装置3626(1)充电。充电/放电循环T_CYCLE重复，直到电力源3602(1)重新开始提供电力或输出电流Io36降到零。T_DISCHARGE通常比T_CHARGE大得多，因此第二切换装置3612(1)通常导通循环T_CYCLE的大部分，从而促进有效旁路。具体来说，当电力源3602(1)不提供电力时使用储能装置3626(1)来使能第二切换装置3612(1)的操作降低当旁路输出电流Io36时损耗约T_CHARGE/T_CYCLE。
应了解，切换电路3604提供MPPT功能和电力源3602的活动旁路。因此，并入切换电路3604的电力系统有利地不需要另外的旁路装置来实现有效旁路，从而潜在地降低整体系统成本、尺寸和/或复杂性。也应了解，切换电路3604实现活动旁路而不需要另外的切换装置。具体来说，第二切换装置3612用来提供低电压降旁路通路并在正常MPPT操作期间转移电力。
特征组合
上述特征和上文请求的特征可在不脱离其范围的情况下以各种方式组合。以下例子示出一些可能的组合：
(A1)一种用于从电力源提取电力的切换电路可包括(1)用于电耦接到电力源的输入端口、(2)用于电耦接到负载的输出端口、(3)被配置来在其导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置、(4)至少部分由于第一切换装置在其导电状态和非导电状态之间切换而在至少两个不同电压级之间过渡的中间切换节点和(5)用于控制第一切换装置来最大化中间切换节点处的电压的平均值的控制器。
(A2)在如(A1)所述的切换电路中，控制器可适于对中间切换节点处的电压的平均值反复取样并至少部分基于对中间切换节点处的电压的平均值的至少两个连续取样来控制第一切换装置的切换。
(A3)在如(A1)或(A2)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于响应于中间切换节点处的电压的平均值的两个连续取样之间的差来控制第一切换装置的切换。
(A4)在如(A1)到(A3)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于响应于中间切换节点处的电压的平均值的两个连续取样之间的差的符号来控制第一切换装置的切换。
(A5)在如(A1)到(A4)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于响应于中间切换节点处的电压的平均值的两个连续取样之间的差的大小来控制第一切换装置的切换。
(A6)在如(A1)到(A3)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可被配置来响应于中间切换节点处的电压的平均值的两个连续取样之间的差的符号和大小来控制第一切换装置的切换。
(A7)在如(A1)到(A6)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可包括被配置来产生中间切换节点处的电压的平均值的至少两个连续取样的取样电路。
(A8)如(A7)所述的切换电路中，取样电路可包括第一和第二取样电路，且第一取样电路可被配置来与第二取样电路在不同的时间对中间切换节点处的电压的平均值取样。
(A9)在如(A1)到(A8)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可包括第一和第二低通滤波器，第一低通滤波器可被配置来为第一取样电路产生中间切换节点处的电压的平均值，而第二低通滤波器可被配置来为第二取样电路产生中间切换节点处的电压的平均值。
(A10)在如(A9)所述的切换电路中，第一和第二低通滤波器中的每一个都可具有比第一切换装置的切换期间大的相应的时间常数。
(A11)在如(A9)或(A10)所述切换电路中任一切换电路中，第一和第二低通滤波器可分享至少一个组件。
(A12)在如(A1)到(A11)所述切换电路中任一切换电路中，可宽松地控制切换电路控制器的开始时间。
(A13)在如(A1)到(A12)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可被配置来以足够快使得在中间切换节点处的电压的平均值的连续取样之间从输出端口输出的电流百分比改变小于第一切换装置的工作周期的百分比改变的取样速率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(A14)在如(A1)到(A13)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可被配置来以足够快使得ΔI/IR小于ΔD/DR的取样速率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样，其中：
ΔI是从输出端口输出的电流在中间切换节点处的电压的平均值的第一和第二连续取样之间的改变，第二取样发生在第一取样之后；
IR＝Imax-Imin；
Imax是从输出端口输出的最大预期电流值；
Imin是从输出端口输出的最小预期电流值；
ΔD是第一切换装置在中间切换节点处的电压的平均值的第一和第二连续取样之间工作周期的改变；且
DR是第一切换装置的最大预期工作周期和最小预期工作周期之间的差。
(A15)在如(A1)到(A14)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于以比第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率小的频率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(A16)在如(A1)到(A15)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于以比第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率的十分之一小的频率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(A17)在如(A1)到(A16)所述切换电路中任一切换电路中，输入端口可包括第一和第二输入端子，输出端口可包括第一和第二输出端子，第一切换装置可电耦接在第一输入端子和中间切换节点之间，切换电路还可包括选自由电耦接在第二输入端子和中间切换节点之间的第二切换装置和二极管组成的组的装置，且该装置可被配置来在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供第一和第二输出端子之间的通路。
(A18)在如(A17)所述的切换电路中，第一输出端子可电耦接到中间切换节点，且第二输出端子可电耦接到第二输入端子。
(A19)在如(A1)到(A16)所述切换电路中任一切换电路中，输入端口可包括第一和第二输入端子，输出端口可包括第一和第二输出端子，第一切换装置可电耦接在第一输入端子和中间切换节点之间，切换电路还可包括各自电耦接在第二输入端子和中间切换节点之间的第二切换装置和二极管，且第二切换装置和二极管可被配置来在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供第一和第二输出端子之间的通路。
(A20)在如(A1)到(A16)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于在切换电路的第一操作模式下控制第一切换装置来最大化中间切换节点处的电压的平均值，控制器可进一步适于在切换电路的第二操作模式下在非导电状态下连续操作第一切换装置，输出端口可包括第一和第二输出端子，且切换电路还可包括电耦接在第一和第二输出端子之间且适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供第一和第二输出端子之间的通路的装置。
(A21)在如(A20)所述的切换电路中，控制器可进一步被配置来在为控制器供电的电力源的电压大小小于或等于阈值电压的情况下在第二操作模式下操作切换电路。
(A22)在如(A20)和(A21)所述切换电路中任一切换电路中，电耦接在第一和第二输出端子之间的装置可包括二极管。
(A23)在如(A20)到(A23)所述切换电路中任一切换电路中，电耦接在第一和第二输出端子之间的装置可包括耗尽型晶体管。
(A24)在如(A1)到(A16)所述切换电路中任一切换电路中，输出端口可包括第一和第二输出端子，切换电路还可包括电耦接在第一和第二输出端子之间的第二切换装置，控制器可适于在切换电路的第一操作模式下控制第一切换装置来最大化中间切换节点处的电压的平均值，且控制器可适于在切换电路的第二操作模式下在导电状态下连续操作第二切换装置。
(A25)在如(A24)所述的切换电路中，控制器可进一步适于在为控制器供电的电力源的电压大小大于第一阈值且小于或等于第二阈值的情况下在第二操作模式下操作切换电路。
(A26)在如(A24)和(A25)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可进一步适于当发生选自由以下项组成的组的事件时以第二操作模式操作切换电路：(1)从输入端口转移到输出端口的电力低于阈值；(2)通过输入端口的电流大小低于阈值；(3)在第一和第二输出端子之间流动的电流超过阈值；和(4)切换电路的温度超过阈值。
(A27)在如(A1)到(A26)所述切换电路中任一切换电路中，切换电路还可包括偏置电源端口，且控制器可被配置来在跨输入端口的电压大小低于阈值时至少部分由电耦接到偏置电源端口的电力源供电。
(A28)在如(A1)到(A27)所述切换电路中任一切换电路中，第一切换装置可包括晶体管，晶体管包括多个可个别控制的晶体管元件，可个别控制的晶体管元件中至少一些可操作以在其导电和非导电状态之间个别地切换，且控制器可被配置来至少部分基于第一切换装置的工作周期控制多个可个别控制的晶体管元件的激活数目。
(A29)在如(A1)到(A28)所述切换电路中任一切换电路中，切换电路还可包括被配置来在其导电和非导电状态之间切换并与第一切换装置合作来把电力从输入端口转移到输出端口的额外切换装置，该额外切换装置可包括晶体管，该晶体管包括多个可个别控制的晶体管元件，其中可个别控制的晶体管元件中至少一些可操作以在其导电和非导电状态之间个别地切换，且控制器可被配置来至少部分基于第二切换装置的工作周期控制多个可个别控制的晶体管元件的激活数目。
(A30)在如(A1)到(A29)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可被配置来控制切换电路的操作，使得电流仅单向流过输出端口。
(A31)在如(A1)到(A30)所述切换电路中任一切换电路中，可宽松地控制第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率。
(A32)如(A1)到(A31)所述切换电路中任一切换电路的至少两个组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(A33)如(A1)到(A32)所述切换电路中任意两个或更多个切换电路的输出端口可串联电耦接和/或并联电耦接。
(A34)一种光伏装置可电耦接到如(A1)到(A32)所述切换电路中任一切换电路的输入端口。
(B1)一种用于从电力源提取电力的切换电路可包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口；(2)用于电耦接到负载的输出端口，其中输出端口包括第一和第二输出端子；(3)被配置来在其导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置；(4)储能装置；和(5)被配置来控制第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电力源提取的电力的量的控制器。切换电路可被配置成使得当电耦接到输入端口的电力源提供的电力不足以操作控制器且可在输出端口获得电力时，(1)用可通过第一和第二输出端子获得的能量对储能装置反复充电；和(2)控制器至少部分由储能装置中储存的能量供电。
(B2)如(B1)所述的切换电路还可包括第二切换装置，第二切换装置被配置来在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供第一和第二输出端子之间的通路，且控制器可适于使第二切换装置在控制器被储能装置供电时在其导电状态下操作。
(B3)如(B2)所述的切换电路还可包括与第二切换装置并联电耦接的二极管。
(B4)如(B3)所述的切换电路中，第二切换装置和二极管可以是晶体管的部分。
(B5)如(B3)和(B4)所述切换电路中任一切换电路中，切换电路可被配置成使得当电耦接到输入端口的电力源提供的电力不足以操作控制器且可在输出端口获得电力时，第二切换装置和二极管交替在第一和第二输出端子之间导通电流。
(B6)如(B5)所述的切换电路中，第二切换装置可在比二极管更大部分的时间导通电流。
(B7)如(B1)到(B6)所述切换电路中任一切换电路中，输入端口可包括第一和第二输入端子，切换电路还可包括中间切换节点，第一切换装置可电耦接在第一输入端子和中间切换节点之间，切换电路还可包括电耦接在第二输入端子和中间切换节点之间的第二切换装置，且控制器可进一步适于控制第一切换装置的切换来最大化跨第二切换装置的电压的平均值。
(B8)如(B1)到(B7)所述切换电路中任一切换电路的至少两个组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(B9)如(B1)到(B8)所述切换电路中任意两个或更多个切换电路的输出端口可串联电耦接和/或并联电耦接。
(B10)一种光伏装置可电耦接到如(B1)到(B8)所述切换电路中任一切换电路的输入端口。
(C1)一种用于从至少两个电力源提取电力的切换电路可包括：(1)第一和第二输入端口和输出端口；(2)包括第一切换装置的第一子电路，第一切换装置适于在其导电和非导电状态之间切换来把电力从第一输入端口转移到第二输入端口；(3)包括第二切换装置的第二子电路，第二切换装置被配置来在其导电和非导电状态之间切换来把电力从第二输入端口转移到输出端口；和(4)控制器，控制器适于控制至少第一和第二切换装置的切换来至少大体上最大化从跨第一输入端口电耦接的电力源和跨第二输入端口电耦接的电力源到电耦接到输出端口的负载的电力转移。
(C2)如(C1)所述的切换电路中，第一子电路可包括具有升压拓扑的切换电路。
(C3)如(C1)所述的切换电路中，第一子电路可包括具有升降压拓扑的切换电路。
(C4)如(C1)到(C3)所述切换电路中任一切换电路中，第二切换装置和第三切换装置可跨第二输入端口串联电耦接，第三切换装置也可跨输出端口电耦接，且当第二切换装置处于其非导电状态时，第三切换装置可为电流提供通过输出端口的通路。
(C5)如(C1)到(C4)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于使第一和第二切换装置相对于彼此异相地切换。
(C6)如(C1)到(C5)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可被配置来至少大体上最大化第二子电路的切换节点处的电压的平均值。
(C7)如(C1)到(C6)所述切换电路中任一切换电路的至少两个组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(C8)如(C1)到(C7)所述切换电路中任意两个或更多个切换电路的输出端口可串联电耦接和/或并联电耦接。
(C9)一种相应的光伏装置可电耦接到如(C1)到(C7)所述切换电路中任一切换电路的第一和第二输入端口。
(D1)一种用于从电力源提取电力的切换电路可包括：(1)用于电耦接到电力源的输入端口和用于电耦接到负载的输出端口；(2)跨输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置；(3)跨输出端口串联电耦接的第三和第四切换装置；(4)串联电耦接在第一和第二切换节点之间的储能电感器，第一和第二切换装置在第一切换节点处电耦接，第三和第四切换装置在第二切换节点处电耦接；和(5)用于控制第一、第二、第三和第四切换装置的操作的控制器。控制器可适于控制切换装置，使得：(1)在切换电路的第一操作模式下，第一和第二切换装置和储能电感器作为降压转换器共同操作来至少大体上最大化从电力源到负载的电力转移；和(2)在切换电路的第二操作模式下，第三和第四切换装置和储能电感器作为升压转换器共同操作来至少大体上最大化从电力源到负载的电力转移。
(D2)如(D1)所述的切换电路中，控制器可适于：(1)在切换电路的第一操作模式下，在导电状态下连续操作第三切换装置且在非导电状态下连续操作第四切换装置；和(2)在切换电路的第二操作模式下，在导电状态下连续操作第一切换装置且在非导电状态下连续操作第二切换装置。
(D3)如(D1)或(D2)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于在切换电路的第一操作模式下使第一和第二切换装置以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换，控制器可适于在切换电路的第二操作模式下使第三和第四切换装置以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换，且切换电路还可包括跨输入端口电耦接的多层陶瓷电容器。
(D4)如(D1)到(D3)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于在切换电路的第一和第二操作模式中的至少一个操作模式下至少大体上最大化跨输出端口的电压的平均值。
(D5)如(D1)到(D4)所述切换电路中任一切换电路中，控制器可适于在跨输入端口的电压下降到阈值以下时减小切换电路从电力源提取的电流的大小。
(D6)如(D1)到(D5)所述切换电路中任一切换电路的至少两个组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(D7)如(D1)到(D6)所述切换电路中任意两个或更多个切换电路的输出端口可串联电耦接和/或并联电耦接。
(D8)一种光伏装置可电耦接到如(D1)到(D6)所述切换电路中任一切换电路的输入端口。
(E1)一种用于操作耦接到电力源的切换电路来至少大体上最大化从电力源提取的电力的量的方法可包括以下步骤：(1)反复确定切换电路的中间切换节点处的电压的平均值；(2)把中间切换节点处的最近的电压平均值与中间切换节点处的前一个电压平均值作比较；(3)如果最近的电压平均值比前一个电压平均值大，那么沿第一方向调整切换电路的切换装置的工作周期；和(4)如果最近的电压平均值比前一个电压平均值小，那么沿与第一方向相反的第二方向调整切换装置的工作周期。
(E2)如(E1)所述的方法还可包括：如果电力源的输出电压下降到第一阈值以下就调整切换装置的切换来减小切换电路的输出电力。
(E3)如(E1)或(E2)所述方法中任一方法还可包括：如果电力源的输出电压低于第二阈值就停止切换装置的切换。
(E4)如(E1)到(E3)所述方法中任一方法还可包括：如果电力源的输出电压低于第三阈值就在导电状态下连续操作切换电路的至少一个切换装置。
(E5)如(E1)到(E4)所述方法中任一方法还可包括：如果电力源的输出电压下降到第四阈值以下就减小切换电路从电力源提取的电流的大小。
(E6)如(E1)到(E5)所述方法中任一方法还可包括：以比切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率小的频率来反复确定中间切换节点处的电压的平均值。
(E7)如(E1)到(E6)所述方法中任一方法还可包括：以比切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率的十分之一小的频率来反复确定中间切换节点处的电压的平均值。
(F1)一种用于操作切换电路来将电力源与负载接口连接的方法可包括以下步骤：(1)在切换电路的第一操作模式下，控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电力源转移到负载的电力的量；和(2)在切换电路的第二操作模式下，为流过负载的电流提供分流通路来流过切换电路。
(F2)如(F1)所述的方法还可包括：如果电力源的输出电压下降到第一阈值以下就从第一操作模式过渡到第二操作模式。
(F3)如(F1)或(F2)所述方法中任一方法还可包括：如果在电力源和切换电路之间流动的电流大小下降到第二阈值以下就从第一操作模式过渡到第二操作模式。
(F4)如(F1)到(F3)所述方法中任一方法还可包括：如果从电力源转移到负载的电力大小下降到第三阈值以下就从第一操作模式过渡到第二操作模式。
(F5)如(F1)到(F4)所述方法中任一方法中，切换电路可包括用于电耦接到负载的第一和第二输出端子，且方法还可包括：在第二操作模式下使第一和第二输出端子分流。
(F6)如(F5)所述的方法中，分流步骤可包括在导电状态下操作跨第一和第二输出端子电耦接的第二切换装置。
(F7)如(F6)所述的方法还可包括：在第二操作模式下在导电状态下连续操作第二切换装置。
(F8)如(F1)到(F7)所述方法中任一方法还可包括：在第二操作模式下，从包括负载的电路提取电力来至少部分给切换电路供电。
(G1)一种用于操作耦接到电力源的切换电路来至少大体上最大化从电力源提取的电力的量的方法可包括：(1)反复确定切换电路的操作特征；(2)把操作特征的最近的值与操作特征的前一个值作比较；(3)如果操作特征的最近的值比操作特征的前一个值大，那么沿第一方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整；和(4)如果操作特征的最近的值比操作特征的前一个值小，那么沿与第一方向相反的第二方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整。
(G2)如(G2)所述的方法中，切换电路的操作特征可以是切换电路的中间切换节点处的电压的平均值。
(G3)如(G1)或(G2)所述方法中任一方法中，沿第一方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤可包括把切换电路的操作参数调整第一预定量，且沿第二方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤可包括把切换电路的操作参数调整第二预定量。
(G4)如(G1)到(G3)所述方法中任一方法中，沿第一方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤可包括把切换电路的操作参数调整第一量，第一量是操作特征的最近的值和操作特征的前一个值之间的差的函数，且沿第二方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤可包括把切换电路的操作参数调整第二量，第二量是操作特征的最近的值和操作特征的前一个值之间的差的函数。
(G5)如(G1)到(G4)所述方法中任一方法中，沿第一方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤还可包括把切换电路的操作参数调整第一量，第一量至少部分从切换电路的操作特征的一个或多个历史值来确定，且沿第二方向对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤可包括把切换电路的操作参数调整第二量，第二量至少部分从切换电路的操作特征的一个或多个历史值来确定。
(G6)如(G1)到(G5)所述方法中任一方法还可包括：只在切换电路的操作特征的最近的值和切换电路的操作特征的前一个值之间的差的大小超过阈值时，执行对切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤。
(G7)如(G1)到(G6)所述方法中任一方法还可包括：最初把切换电路的操作参数设置成之前至少大体上对应于电力源的最大电力点的值。
(G8)如(G1)到(G7)所述方法中任一方法还可包括：如果电力源的输出电压下降到阈值以下就减小切换电路从电力源提取的电流大小。
(H1)一种用于操作包括输入端口、输出端口、储能装置、第一切换装置和跨输出端口电耦接的第二切换装置的切换电路的方法，该方法可包括：(1)在切换电路的第一操作模式下，控制第一切换装置在其导电和非导电状态之间的切换来把电力从输入端口转移到输出端口；和(2)在切换电路的第二操作模式下，(i)用从包括输出端口的电路提取的能量来对储能装置充电，和(ii)使用储能装置中储存的能量来使第二切换装置在其导电状态下操作。
(H2)如(H1)所述的方法还可包括在切换电路的第二操作模式下交替进行充电和使用的步骤。
(H3)如(H1)或(H2)所述方法中任一方法还可包括在切换电路的第一操作模式下，控制第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电耦接到输入端口的电力源提取的电力的量。
(I1)一种电力系统可包括：(1)N个电力源，其中N是大于1的整数；和(2)N个切换电路。每个切换电路可包括电耦接到N个电力源中的相应一个电力源的输入端口、输出端口和适于在其导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置。N个切换电路的输出端口可串联电耦接且电耦接到负载来建立输出电路。N个切换电路中的每一个可使用输出电路的互连电感作为切换电路的初级储能电感。
(I2)如(I1)所述的电力系统中，N个电力源中的每一个可以是光伏装置。
(I3)如(I2)所述的电力系统中，光伏装置中至少一个可以是多个电耦接的光伏电池。
(I4)如(I2)或(I3)所述电力系统中任一电力系统中，光伏装置中至少一个可以是多结光伏电池的结点。
(I5)如(I1)到(I4)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个还可包括适于控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电耦接到切换电路的输入端口的相应的光伏装置提取的电力的量的控制器。
(I6)如(I1)到(I5)所述电力系统中任一电力系统中，对于N个切换电路中的每一个：(1)输入端口可包括第一和第二输入端子；(2)第一切换装置可电耦接在第一输入端子和中间切换节点之间；和(3)切换电路还可包括选自由电耦接在第二输入端子和中间切换节点之间的二极管和第二切换装置组成的组的装置，且该装置可适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供通过输出电路的通路。
(I7)如(I5)或(I6)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可适于至少大体上最大化切换电路的中间切换节点处的电压的平均值。
(I8)如(I5)到(I7)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可适于对切换电路的中间切换节点处的电压的平均值反复取样并至少部分基于中间切换节点处的电压的平均值的至少两个连续取样来控制切换电路的第一切换装置的切换。
(I9)如(I5)到(I8)所述电力系统中任一电力系统中，可宽松地控制N个切换电路中的每一个的控制器的开始时间。
(I10)如(I5)到(I9)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中至少一个的控制器的开始时间可与其它N-1个切换电路的控制器的开始时间不同。
(I11)如(I5)到(I10)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中至少一个的控制器可适于以与其它N-1个切换电路的控制器不同的速率来对切换电路的切换节点处的电压的平均值取样。
(I12)如(I5)到(I11)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可适于以比第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率小的频率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(I13)如(I5)到(I12)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可适于以比第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率的十分之一小的频率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(I14)如(I5)到(I13)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可适于以足够低使得输出端口上的瞬态电压偏移在中间切换节点处的电压平均值的连续取样之间解决的频率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(I15)如(I5)到(I14)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可被配置来以足够快使得ΔI/IR小于ΔD/DR的取样速率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样，其中：
ΔI是从输出端口输出的电流在中间切换节点处的电压平均值的第一和第二连续取样之间的改变，第二取样发生在第一取样之后；
IR＝Imax-Imin；
Imax是从输出端口输出的最大预期电流值；
Imin是从输出端口输出的最小预期电流值；
ΔD是第一切换装置的工作周期在中间切换节点处的电压平均值的第一和第二连续取样之间的改变；且
DR是第一切换装置的最大预期工作周期和最小预期工作周期之间的差。
(I16)如(I5)到(I15)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个的控制器可被配置来以足够快使得在中间切换节点处的电压的平均值的连续取样之间从输出端口输出的电流的百分比改变小于第一切换装置的工作周期的百分比改变的取样速率来对中间切换节点处的电压的平均值反复取样。
(I17)如(I2)到(I16)所述电力系统中任一电力系统中，电力源中至少一个可包括多个串联电耦接的光伏电池。
(I18)如(I2)到(I17)所述电力系统中任一电力系统中，电力源中至少一个可以是光伏板的光伏子模块，且每个光伏子模块可包括多个串联电耦接的光伏电池。
(I19)如(I1)到(I18)所述电力系统中任一电力系统中，可宽松地控制N个切换电路中的每一个的第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率。
(I20)如(I1)到(I19)所述电力系统中任一电力系统中，每个第一切换装置的切换频率可与每个其它第一切换装置的切换频率不同。
(I21)如(I1)到(I20)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个可被配置来使得每个第一切换装置与每个其它第一切换装置异相地切换。
(I22)如(I1)到(I21)所述电力系统中任一电力系统还可包括与输出电路串联电耦接的二极管。
(I23)如(I1)到(I22)所述电力系统中任一电力系统中，每个输出端口可包括第一和第二输出端子，且每个切换电路可操作以允许电流在第一和第二输出端子之间仅单向流动。
(I24)如(I1)到(I23)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个可被配置来使得其第一切换装置以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换。
(I25)如(I1)到(I24)所述电力系统中任一电力系统还可包括跨N个切换电路中的每一个的输入端口电耦接的至少一个多层陶瓷电容器，且其中流过N个切换电路中的每一个的输入端口的纹波电流可基本上被跨每个切换电路的输入端口电耦接的至少一个多层陶瓷电容器过滤掉。
(I26)如(I1)到(I25)所述电力系统中的N个切换电路中的任一个的至少两个组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(I27)如(I1)到(I25)所述电力系统中的N个切换电路中的任何两个切换电路的至少一些组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(J1)一种电力系统可包括N个电力源和N个切换电路，其中N是大于1的整数。每个切换电路可包括：(1)电耦接到N个电力源中的相应一个电力源的输入端口；(2)输出端口；和(3)适于在其导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置。N个切换电路中的每一个可使用从至少其输入端口和其N个电力源中的相应一个电力源的串联所形成的相应的输入电路的互连电感作为切换电路的初级储能电感。
(J2)如(J1)所述的电力系统中，N个电力源中的每一个可以是光伏装置。
(J3)如(J1)或(J2)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个还可包括适于控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电耦接到切换电路的输入端口的光伏装置提取的电力的量的控制器。
(J4)如(J1)到(J3)所述电力系统中任一电力系统中，N个电力源中的至少一个可以是多结光伏电池的结点。
(J5)如(J1)到(J4)所述电力系统中任一电力系统中，N个电力源中的至少一个可以是多个电耦接的光伏电池。
(J6)如(J1)到(J5)所述电力系统中任一电力系统中，N个电力源中的至少一个可以是多个并联电耦接的光伏电池。
(J7)如(J1)到(J6)所述电力系统中任一电力系统中，N个电力源中的至少一个可以是光伏板的光伏子模块，且每个光伏子模块可包括多个串联电耦接的光伏电池。
(J8)如(J1)到(J7)所述电力系统中任一电力系统中，对于N个切换电路中的每一个：(1)第一切换装置可跨输入端口电耦接；且(2)切换电路还可包括选自由电耦接在输入和输出端口之间的二极管和第二切换装置组成的组的装置，且该装置可适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供在输入和输出端口之间的通路。
(J9)如(J1)到(J8)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个可适于控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化流过切换电路的输出端口的电流的平均值。
(J10)如(J2)到(J9)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个可操作以对流过切换电路的输出端口的电流的平均值反复取样并至少部分基于流过输出端口的电流的平均值的至少两个连续取样来控制切换电路的第一切换装置的切换。
(J11)如(J1)到(J10)所述电力系统中任一电力系统中，可宽松地控制N个切换电路中的每一个的控制器的开始时间。
(J12)如(J1)到(J11)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中至少一个的控制器的开始时间可与其它N-1个切换电路的控制器的开始时间不同。
(J13)如(J1)到(J12)所述电力系统中任一电力系统中，对于N个切换电路中的每一个，控制器可适于以比第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率小的频率来对流过输出端口的电流的平均值反复取样。
(J14)如(J1)到(J13)所述电力系统中任一电力系统中，控制器可适于以比第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率的十分之一小的频率来对流过输出端口的电流的平均值反复取样。
(J15)如(J1)到(J14)所述电力系统中任一电力系统中，控制器可适于以足够低使得输出端口上的瞬态电流偏移在流过输出端口的电流的平均值的连续取样之间解决的频率来对流过输出端口的电流的平均值反复取样。
(J16)如(J1)到(J15)所述电力系统中任一电力系统中，可宽松地控制N个切换电路中的每一个的第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率。
(J17)如(J1)到(J16)所述电力系统中任一电力系统中，每个第一切换装置的切换频率可与每个其它第一切换装置的切换频率不同。
(J18)如(I1)到(J17)所述电力系统中的N个切换电路中任一个的至少两个组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(J19)如(J1)到(J17)所述电力系统中的N个切换电路中任何两个切换电路的至少一些组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(K1)一种电力系统可包括N个光伏装置和N个切换电路，其中N是大于1的整数。每个切换电路可包括电耦接到N个光伏装置中的相应一个光伏装置的输入端口、输出端口和适于在其导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口的第一切换装置。N个切换电路的输出端口可串联电耦接且电耦接到负载来建立输出电路。系统还可包括系统控制装置，系统控制装置包括(1)与输出电路串联电耦接的晶体管、(2)被配置来产生表示流过输出电路的电流大小的电流感测信号的电流感测子系统，以及(3)与晶体管和电流感测子系统通信的控制子系统，控制子系统被配置来至少部分基于电流感测信号控制晶体管，从而控制通过输出电路的电流。
(K2)如(K1)所述的电力系统中，控制子系统可操作以控制晶体管，使得允许电流仅单向流过输出电路。
(K3)如(K1)或(K2)所述电力系统中任一电力系统中，控制子系统还被配置来至少部分基于电流感测信号来控制晶体管，从而如果流过输出电路的电流大小超过阈值就中断流过输出电路的电流。
(K4)如(K1)到(K3)所述电力系统中任一电力系统中，控制子系统还被配置来监控并向外部系统传输电力系统的特征。
(K5)如(K4)所述的电力系统中，电力系统的特征可包括跨串联电耦接的N个切换电路的至少输出端口的电压。
(K6)如(K4)或(K5)所述电力系统中任一电力系统中，电力系统的特征可包括流过输出电路的电流大小。
(K7)如(K4)到(K6)所述电力系统中任一电力系统中，电力系统的特征可包括电力系统的一个或多个组件的温度。
(K8)如(K4)到(K7)所述电力系统中任一电力系统中，控制子系统可操作以调制晶体管来产生包括电力系统的特征的通信信号。
(K9)如(K1)到(K8)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个还可包括适于控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电耦接到切换电路的输入端口的N个光伏装置中的相应一个光伏装置提取的电力的量的控制器。
(K10)如(K1)到(K9)所述电力系统中任一电力系统中，N个电力源中至少一个是多结光伏电池的结点。
(L1)一种电力系统可包括(1)串联电耦接的第一和第二电力源，第一电力源能够产生具有第一值的最大电流，第二电力源能够产生具有小于第一值的第二值的最大电流；和(2)可操作以执行最大电力点跟踪的第一和第二切换电路。第一和第二电力源和第一和第二切换电路可电耦接，使得第一和第二切换电路可一起操作以至少大体上最大化从第一和第二电力源提取的电力的量。
(L2)如(L1)所述的电力系统中，第一和第二电力源中每一个可包括至少一个光伏装置。
(L3)如(L1)或(L2)所述电力系统中任一电力系统中，第一电力源可包括第一光伏结点，且第二电力源可包括串联电耦接的第二和第三光伏结点。
(L4)如(L3)所述的电力系统中，第一、第二和第三光伏结点可以是共同的多结光伏电池的部分。
(L5)如(L1)到(L4)所述电力系统中任一电力系统中，第一和第二切换电路中每一个可包括(1)切换装置和(2)适于控制切换装置的切换来执行最大电力点跟踪的控制器。第一切换电路的切换装置可相对于第二切换电路的切换装置异相地切换。
(L6)如(L5)所述的电力系统中，可宽松地控制第一和第二切换电路中每一个的控制器的开始时间。
(L7)如(L5)或(L6)所述电力系统中任一电力系统中，可宽松地控制第一和第二切换电路中每一个的切换装置的切换频率。
(L8)如(L1)到(L7)所述电力系统中任一电力系统中，第一切换电路可包括具有升压型拓扑的电路和跨第一电力源电耦接的输入端口。
(L9)如(L8)所述的电力系统中，第一切换电路还可包括跨第一和第二电力源的串联组合电耦接的输出端口，且第二切换电路可包括跨第一和第二电力源的串联组合电耦接的输入端口。
(L10)如(L9)所述的电力系统中，第二切换电路还可包括(1)跨第二切换电路的输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置和(2)输出端口。第二切换装置也可跨输出端口电耦接且适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供通过第二切换电路的输出端口的通路。第二切换电路可使用包括其输出端口的电路的互连电感作为第二切换电路的初级储能电感。
(L11)如(L8)所述的电力系统中，第二切换电路可包括具有降压型拓扑的电路、输入端口和输出端口，且第二切换电路的输入端口可跨第一和第二电力源的串联组合电耦接。第一切换电路还可包括与第二切换电路的输出端口并联电耦接的输出端口。
(L12)如(L8)所述的电力系统中，第二切换电路可包括具有降压型拓扑的电路、输入端口和输出端口，且第二切换电路的输入端口跨第二电力源电耦接。第一切换电路还可包括与第二切换电路的输出端口串联电耦接的输出端口。
(L13)如(L1)到(L7)所述电力系统中任一电力系统中，第一切换电路可包括具有升降压拓扑的电路，该拓扑包括跨第一电力源电耦接的输入端口。
(L14)如(L13)所述的电力系统中，第一切换电路还可包括跨第二电力源电耦接的输出端口，且第二切换电路可包括跨第二电力源电耦接的输入端口。
(L15)如(L14)所述的电力系统中，第二切换电路还可包括(1)跨第二切换电路的输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置，以及输出端口。第二切换装置也可跨第二切换电路的输出端口电耦接，且适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供通过输出端口的通路。第二切换电路可使用包括其输出端口的电路的互连电感作为第二切换电路的初级储能电感。
(L16)如(L13)所述的电力系统中，第一切换电路还可包括输出端口，且第二切换电路可包括与第二电力源和第一切换电路的输出端口串联电耦接的输出端口和输入端口。
(L17)如(L16)所述的电力系统中，第二切换电路还可包括(1)跨第二切换电路的输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置，以及输出端口。第二切换装置也可跨第二切换电路的输出端口电耦接，且适于在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供通过输出端口的通路。第二切换电路可使用包括其输出端口的电路的互连电感作为第二切换电路的初级储能电感。
(L18)如(L13)所述的电力系统中，第一切换电路可包括输出端口，且第二切换电路可包括具有升降压型拓扑的电路、与第一切换电路的输出端口串联电耦接的输出端口，以及跨第二电力源电耦接的输入端口。
(L19)如(L1)到(L7)所述电力系统中任一电力系统中，第一和第二切换电路中的每一个可包括(1)输入端口、(2)输出端口和(3)跨输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置。第二切换装置也可跨输出端口电耦接且在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供通过输出端口的通路。第一切换电路的输入端口可跨第一电力源电耦接，第二切换电路的输入端口可跨第二电力源电耦接，且第一切换电路的输出端口可与第二切换电路的输出端口串联电耦接。
(L20)如(L19)所述的电力系统中，第一和第二切换电路中的每一个可使用包括第一和第二切换电路的输出端口的电路的电感作为初级储能电感。
(L21)如(L1)到(L20)所述电力系统中任一电力系统中，第一和第二切换电路的至少一些组件可以是共同的集成电路芯片的部分。
(M1)一种电力系统可包括N个光伏串，其中N是大于1的整数。每个光伏串可包括多个光伏装置和多个DC-DC转换器，多个DC-DC转换器具有与串优化器串联电耦接的输出端口。每个DC-DC转换器可适于至少大体上最大化从多个光伏装置中的相应一个光伏装置提取的电力，且每个串优化器可适于将其相应的串与共同的母线接口连接。
(M2)如(M1)所述的电力系统中，每个串优化器可包括适于将其相应的串与共同的母线接口连接的升压转换器。
(M3)如(M2)所述的电力系统中，每个升压转换器可适于以连续导通操作模式操作。
(M4)如(M2)所述的电力系统中，每个升压转换器可适于以不连续导通操作模式操作。
(M5)如(M2)所述的电力系统中，每个串优化器的升压转换器可适于(1)在串优化器的第一操作模式下，以连续导通操作模式操作；和(2)在串优化器的第二操作模式下，以不连续导通操作模式操作。
(M6)如(M2)到(M5)所述电力系统中任一电力系统中，每个升压转换器可使用其相应光伏串的电路的互连电感作为升压转换器的初级储能电感。
(M7)如(M2)到(M6)所述电力系统中任一电力系统中，升压转换器中至少一个可以是多相升压转换器。
(M8)如(M2)到(M6)所述电力系统中任一电力系统中，升压转换器中至少一个可以是多相升压转换器，其中磁耦合升压转换器的两个或更多个相的储能电感器。
(M9)如(M2)到(M8)所述电力系统中任一电力系统中，可磁耦合升压转换器中至少两个的储能电感器。
(M10)如(M2)到(M9)所述电力系统中任一电力系统中，每个串优化器可包括适于在其导电和非导电状态之间切换来将其相应的串与共同的母线接口连接的第一切换装置，且每个第一切换装置可相对于每个其它第一切换装置异相地切换。
(M11)如(M1)到(M10)所述电力系统中任一电力系统还可包括电耦接到共同的母线的反相器。
(M12)如(M11)所述的电力系统中，反相器可没有最大电力点跟踪能力。
(M13)如(M11)所述的电力系统中，反相器可没有全局最大电力点跟踪能力。
(M14)如(M1)到(M13)所述电力系统中任一电力系统中，N个光伏串放置在可操作以跟踪太阳移动的跟踪装置上。
(M15)如(M14)所述的电力系统中，串优化器中的每一个可安置在与跟踪装置分开的共同的外壳中。
(M16)如(M1)到(M15)所述电力系统中任一电力系统中，多个光伏装置中的每一个可以是单个光伏电池。
(M17)如(M1)到(M16)所述电力系统中任一电力系统中，N个光伏串可分布在至少两个跟踪装置上，每个跟踪装置可操作以跟踪太阳移动。
(M18)如(M1)到(M16)所述电力系统中任一电力系统中，多个光伏装置中的每一个可以是共同的光伏板的部分。
(M19)如(M1)到(M18)所述电力系统中任一电力系统还可包括电耦接到共同的母线的额外的光伏串，该额外的光伏串可包括多个与额外的串优化器串联电耦接的光伏装置，该额外的串优化器可适于将额外的光伏串与共同的母线接口连接。
(M20)如(M1)到(M19)所述电力系统中任一电力系统中，每个串优化器可操作以调控共同的母线上的电压。
(M21)如(M1)到(M20)所述电力系统中任一电力系统中，串优化器中的至少一个可适于调控通过其相应的串的电流。
(M22)如(M21)所述的电力系统中，串优化器中的至少一个可适于把通过其相应的串的电流调控成比串的最强光伏装置的光生电流大的电流。
(M23)如(M21)所述的电力系统中，串优化器中的至少一个可适于把通过其相应的串的电流调控成至少部分根据太阳辐照度调整的电流。
(M24)如(M21)所述的电力系统中，串优化器中的至少一个可适于把通过其相应的串的电流调控成根据串的参考光伏装置的光生电流调整的电流。
(M25)如(M21)所述的电力系统中，串优化器中的至少一个可适于把通过其相应的串的电流调控成至少大体上最大化从其相应的串转移到共同的母线的电力的量的电流。
(M26)如(M1)到(M25)所述电力系统中任一电力系统中，串优化器中的至少一个可适于调控跨串的DC-DC转换器的串联耦接的输出端口的电压。
(M27)如(M1)到(M26)所述电力系统中任一电力系统中，串优化器中的至少一个可操作以至少大体上最大化从其相应的串转移到共同的母线的电力的量。
(M28)如(M1)到(M27)所述电力系统中任一电力系统中，多个DC-DC转换器中的每一个可包括电耦接到多个光伏装置中的相应一个光伏装置的输入端口；和跨输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置。第二切换装置也可跨DC-DC转换器的输出端口电耦接且可在第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供通过输出端口的通路。
(M29)如(M1)到(M28)所述电力系统中任一电力系统中，多个DC-DC转换器中的每一个可使用包括多个DC-DC转换器的输出端口的电路的互连电感作为DC-DC转换器的初级储能电感。
(M30)如(M1)到(M29)所述电力系统中任一电力系统中，串优化器和DC-DC转换器中的至少一个可操作以交换信息。
(M31)如(M30)所述的电力系统中，信息可包括从串优化器到切换电路的命令。
(M32)如(M31)所述的电力系统中，命令可选自由以下项组成的组：启动切换电路的命令、关闭切换电路的命令和使切换电路进入旁路模式的命令。
(M33)如(M30)到(M32)所述电力系统中任一电力系统中，信息可包括选自由切换电路状态信息和切换电路故障信息组成的组的信息。
(N1)一种电力系统可包括N个切换电路，其中N是大于1的整数。每个切换电路可包括输入端口、包括第一和第二输出端子的输出端口和适于在其导电和非导电状态之间切换的第一切换装置。N个切换电路的输出端口可与负载串联电耦接来建立输出电路。每个切换电路可适于在切换电路的第一操作模式下使其第一切换装置在导电和非导电状态之间切换来把电力从输入端口转移到输出端口；且每个切换电路可适于在切换电路的第二操作模式下使其第一和第二输出端子分流。
(N2)如(N1)所述的电力系统中，N个切换电路中的每一个还可包括适于在切换电路的第一操作模式下控制切换电路的第一切换装置的切换来至少大体上最大化从电耦接到切换电路的输入端口的电力源提取的电力的量的控制器。
(N3)如(N1)和(N2)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个还可包括电耦接在切换电路的第一和第二输出端子之间并适于在切换电路的第二操作模式期间以其导电状态操作的第二切换装置。
(N4)如(N1)到(N3)所述电力系统中任一电力系统中，N个切换电路中的每一个可适于当发生选自由以下项组成的组的事件时以第二操作模式操作：(1)跨切换电路的输入端口的电压低于阈值；(2)跨切换电路的输入端口的电压高于阈值；(3)从切换电路的输入端口转移到输出端口的电力低于阈值；(4)通过切换电路的输入端口的电流大小低于阈值；(5)在切换电路的第一和第二输出端子之间流动的电流大小超过阈值；和(6)切换电路的温度超过阈值。
(O1)一种集成电路芯片可包括(1)第一输入端口和第一输出端口；(2)跨第一输入端口串联电耦接的第一和第二晶体管，第二晶体管也跨第一输出端口电耦接且适于在第一晶体管处于其非导电状态时为流过第一输出端口的电流提供通路；(3)用于驱动第一和第二晶体管的栅极来使晶体管在其导电和非导电状态之间切换的第一驱动电路；和(4)用于控制第一驱动电路使得第一和第二晶体管在其导电和非导电状态之间切换来至少大体上最大化从电耦接到第一输入端口的电力源提取的电力的量的第一控制器电路。
(O2)如(O1)所述的集成电路芯片可以是倒装芯片集成电路芯片。
(O3)如(O1)或(O2)所述的集成电路芯片还可包括第一、第二和第三端子，其中第一和第二端子向第一输入端口提供电接口，且第二和第三端子向第一输出端口提供电接口。
(O4)如(O1)到(O3)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一控制器电路可操作以(1)在第一控制器电路的第一操作模式期间，控制第一驱动电路，使得第一和第二晶体管合作来把电力从第一输入端口转移到第一输出端口；和(2)在第一控制器电路的第二操作模式期间，控制第一驱动电路，使得第二晶体管使第一输出端口分流。
(O5)如(O4)所述的集成电路芯片中，第一控制器电路可适于当发生选自由以下项组成的组的事件时以第二操作模式操作第一控制器电路：(1)跨第一输入端口的电压低于阈值；(2)跨第一输入端口的电压高于阈值；(3)从第一输入端口转移到第一输出端口的电力低于阈值；(4)流过第一输入端口的电流大小低于阈值；(5)流过第一输出端口的电流大小超过阈值；和(6)集成电路芯片的一个或多个组件的温度超过阈值。
(O6)如(O1)到(O5)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一控制器电路可操作以在集成电路芯片的一个或多个组件的温度超过第一阈值时关闭至少第一晶体管的切换。
(O7)如(O1)到(O6)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一控制器电路可操作以在流过第一输入端口的电流大小超过第二阈值时关闭至少第一晶体管的切换。
(O8)如(O1)到(O7)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一控制器电路可操作以在跨第一输入端口的电压低于阈值时关闭至少第一晶体管的切换。
(O9)如(O1)到(O8)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一控制器电路可操作以至少大体上最大化第一和第二晶体管电耦接所在的中间切换节点处的电压的平均值。
(O10)如(O1)到(O9)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一控制器电路可操作以对中间切换节点处的电压的平均值反复取样并至少部分基于中间切换节点处的电压的平均值的至少两个连续取样来控制第一晶体管的切换，中间切换节点是第一和第二晶体管电耦接所在的节点。
(O11)如(O1)到(O10)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，可宽松地控制第一控制器电路的开始时间。
(O12)如(O1)到(O11)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，可宽松地控制第一晶体管在其导电和非导电状态之间切换的频率。
(O13)如(O1)到(O12)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片还可包括：(1)第二输入端口和第二输出端口；(2)跨第二输入端口串联电耦接的第三和第四晶体管，第四晶体管也跨第二输出端口电耦接且适于在第三晶体管处于其非导电状态时为流过第二输出端口的电流提供通路；(3)用于驱动第三和第四晶体管的栅极来使晶体管在其导电和非导电状态之间切换的第二驱动电路；和(4)用于控制第二驱动电路使得第三和第四晶体管在其导电和非导电状态之间切换来至少大体上最大化从电耦接到第二输入端口的电力源提取的电力的量的第二控制器电路。
(O14)如(O13)所述的集成电路芯片中，第一和第二控制器电路可以是共同的控制器的部分。
(O15)如(O13)或(O14)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第一和第二输出端口可在集成电路芯片中串联电耦接。
(O16)如(O13)到(O15)所述集成电路芯片中任一集成电路芯片中，第二控制器电路可操作以(1)在第二控制器电路的第一操作模式期间，控制第二驱动电路，使得第三和第四晶体管合作来把电力从第二输入端口转移到第二输出端口；和(2)在第二控制器电路的第二操作模式期间，控制第二驱动电路，使得第四晶体管分流第二输出端口。
(O17)如(O1)到(O16)所述集成电路芯片中任意两个或更多个集成电路芯片的输出端口可串联电耦接和/或并联电耦接。
(O18)一种光伏装置可电耦接到如(O1)到(O16)所述集成电路芯片中任一个集成电路芯片的输入端口。
(P1)一种光伏系统可包括N个第一光伏装置和N个集成电路芯片，其中N是大于1的整数。每个集成芯片可包括：(1)第一输入端口和第一输出端口；(2)跨第一输入端口串联电耦接的第一和第二晶体管，第二晶体管也跨第一输出端口电耦接且适于在第一晶体管处于其非导电状态时为流过第一输出端口的电流提供通路；(3)用于驱动第一和第二晶体管的栅极来使晶体管在其导电和非导电状态之间切换的第一驱动电路；和(4)用于控制第一驱动电路使得第一和第二晶体管在其导电和非导电状态之间切换来至少大体上最大化从N个第一光伏装置中的相应一个光伏装置提取的电力的量的第一控制器电路。
(P2)如(P1)所述的光伏系统中，N个集成电路芯片的第一输出端口可串联电耦接且电耦接到负载来建立输出电路。
(P3)如(P2)所述的光伏系统中，每对电耦接的第一和第二晶体管可形成把输出电路的互连电感用作切换电路的初级储能电感的切换电路的部分。
(P4)如(P1)到(P3)所述光伏系统中任一光伏系统中，N可以大于3，N个集成电路芯片中至少两个集成电路芯片的第一输出端口可串联电耦接，且N个集成电路芯片中至少两个集成电路芯片的第一输出端口可并联电耦接。
(P5)如(P1)到(P4)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个第一光伏装置中的至少两个可以是共同的光伏板的部分。
(P6)如(P1)到(P5)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个集成电路芯片中的至少两个可以是共同的光伏板的部分。
(P7)如(P1)到(P6)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个第一光伏装置中的每一个可以是光伏板的光伏子模块的部分，且每个光伏子模块可包括多个电耦接的光伏电池。
(P8)如(P7)所述的光伏系统中，每个光伏子模块的光伏电池可串联电耦接。
(P9)如(P7)所述的光伏系统中，光伏板可包括R行和C列的光伏电池，R和C都是大于1的整数，且每个光伏子模块可包括R个串联耦接的光伏电池。
(P10)如(P7)所述的光伏系统中，光伏板可包括R行和C列光伏电池，R和C都是大于1的整数，且每个光伏子模块可包括X个串联耦接的光伏电池，X等于2和R的乘积。
(P11)如(P7)所述的光伏系统中，光伏板可包括R行和C列光伏电池，R和C都是大于1的整数，且每个光伏子模块可包括C个串联耦接的光伏电池。
(P12)如(P7)所述的光伏系统中，光伏板可包括R行和C列光伏电池，R和C都是大于1的整数，且每个光伏子模块可包括X个串联耦接的光伏电池，X等于2和C的乘积。
(P13)如(P1)到(P6)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个第一光伏装置中的至少一个可以是单个光伏电池。
(P14)如(P1)到(P6)或(P13)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个第一光伏装置中的至少一个可包括并联电耦接的至少两个光伏电池。
(P15)如(P1)到(P14)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括用于把光集中到N个第一光伏装置中的至少一个上的光学器件。
(P16)如(P1)到(P15)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括由N个第一光伏装置中的至少两个分享的聚光光学器件。
(P17)如(P1)到(P16)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括封装N个第一光伏装置中的至少一个和N个集成电路芯片中的至少一个的材料。
(P18)如(P1)到(P4)或(P13)到(P17)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个第一光伏装置中的至少一个可以是多结光伏电池的光伏结点。
(P19)如(P1)到(P6)或(P13)到(P18)所述光伏系统中任一光伏系统中，N可以是大于2的整数，且N个第一光伏装置可分散在至少两个光伏板之间。
(P20)如(P1)到(P19)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个集成电路芯片中的至少一个还可包括：(1)第二输入端口和第二输出端口；(2)跨第二输入端口串联电耦接的第三和第四晶体管，第四晶体管也跨第二输出端口电耦接且适于在第三晶体管处于其非导电状态时为流过第二输出端口的电流提供通路；(3)用于驱动第三和第四晶体管的栅极来使晶体管在其导电和非导电状态之间切换的第二驱动电路；和(4)用于控制第二驱动电路使得第三和第四晶体管在其导电和非导电状态之间切换来至少大体上最大化从电耦接到第二输入端口的相应的第二光伏装置提取的电力的量的第二控制器电路。
(P21)如(P1)到(P20)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个集成电路芯片中的每一个可放置在N个第一光伏装置中的相应一个光伏装置上。
(P22)如(P21)所述的光伏系统中，N个集成电路芯片中的每一个可以是电耦接到其N个第一光伏装置中的相应一个光伏装置的倒装芯片集成电路芯片。
(P23)如(P21)所述的光伏系统中，N个集成电路芯片中的每一个可通过多个丝焊电耦接到其N个第一光伏装置中的相应一个光伏装置。
(P24)如(P21)到(P23)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括放置在N个第一光伏装置中的每一个上且跨第一光伏装置电耦接的相应的电容器。
(P25)如(P1)到(P20)所述光伏系统中任一光伏系统中，N个集成电路芯片和N个第一光伏装置中的每一个可放置在一个或多个支承结构上。
(P26)如(P25)所述的光伏系统中，一个或多个支承结构中的每一个可选自由印刷电路板基板、陶瓷基板、聚酰亚胺基板和金属引线框架组成的组。
(P27)如(P25)或(P26)所述的光伏系统中，N个集成电路芯片中的每一个可以是通过多个锡球电耦接到一个或多个支承结构的倒装芯片集成电路芯片。
(P28)如(P25)或(P26)所述的光伏系统中，N个集成电路芯片中的每一个可通过多个丝焊电耦接到一个或多个支承结构。
(P29)如(P25)到(P28)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括放置在一个或多个支承结构上且跨N个第一光伏装置中的至少一个电耦接的电容器。
(P30)如(P1)到(P29)所述光伏系统中任一光伏系统中，对于N个集成电路芯片中的每一个，第一控制器电路可被配置成使得第一和第二晶体管以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换。
(P31)如(P30)所述的光伏系统中，对于N个集成电路芯片中的每一个，流过第一输入端口的纹波电流可基本上被一个或多个多层陶瓷电容器过滤掉。
(R1)一种光伏系统可包括多结光伏电池和集成电路芯片，多结光伏电池包括至少第一和第二光伏结点。集成电路芯片可包括：(1)第一和第二晶体管；(2)用于驱动第一和第二晶体管的栅极来使晶体管在其导电和非导电状态之间切换的驱动电路；和(3)用于控制驱动电路使得第一和第二晶体管在其导电和非导电状态之间切换来至少大体上最大化从第一和第二光伏结点提取的电力的控制器电路。
(R2)如(R1)所述的光伏系统中，第一晶体管可以是包括电耦接到第一光伏结点的输入端口的第一降压型转换器的部分，且第二晶体管可以是包括电耦接到第二光伏结点的输入端口的第二降压型转换器的部分。
(R3)如(R1)所述的光伏系统中，第一和第二光伏结点可串联电耦接，且第一晶体管可以是升压型转换器的部分，该升压型转换器包括跨第一光伏结点电耦接的输入端口和跨至少第一和第二光伏结点电耦接的输出端口，且第二晶体管可以是降压型转换器的部分，该降压型转换器包括跨至少第一和第二光伏结点两者电耦接的输入端口。
(R4)如(R1)到(R3)所述光伏系统中任一光伏系统中，集成电路芯片可放置在多结光伏电池上。
(R5)如(R4)所述的光伏系统中，集成电路芯片可以是通过多个锡球电耦接到多结光伏电池的倒装芯片集成电路芯片。
(R6)如(R4)所述的光伏系统中，集成电路芯片可通过多个丝焊电耦接到多结光伏电池。
(R7)如(R4)到(R6)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括放置在多结光伏电池上且跨至少一个光伏结点电耦接的电容器。
(R8)如(R1)到(R3)所述光伏系统中任一光伏系统中，集成电路芯片和多结光伏电池可放置在支承结构上。
(R9)如(R8)所述的光伏系统中，支承结构可选自由印刷电路板基板、陶瓷基板、聚酰亚胺基板和金属引线框架组成的组。
(R10)如(R8)或(R9)所述光伏系统中任一光伏系统中，集成电路芯片可以是通过多个锡球电耦接到支承结构的倒装芯片集成电路芯片。
(R11)如(R8)或(R9)所述光伏系统中任一光伏系统中，集成电路芯片可通过多个丝焊电耦接到支承结构。
(R12)如(R8)到(R11)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括放置在支承结构上且跨至少一个光伏结点电耦接的第一电容器。
(R13)如(R8)到(R12)所述光伏系统中任一光伏系统中，集成电路芯片可包括用于把电力转移到负载的至少一个输出端口；且系统还可包括第二电容器和电耦接在输出端口和第二电容器之间的电感器，第二电容器和电感器放置在支承结构上。
(R14)如(R1)到(R13)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括用于把光集中到多结光伏电池上的光学器件。
(R15)如(R1)到(R14)所述光伏系统中任一光伏系统还可包括封装至少集成电路芯片和多结光伏电池的材料。
(R16)如(R1)到(R15)所述光伏系统中任一光伏系统中，控制器可被配置来控制驱动电路，使得第一和第二晶体管以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换。
(R17)如(R16)所述的光伏系统中，集成电路芯片可包括将集成电路芯片与多结光伏电池接口连接的输入端口，且流过输入端口的纹波电流可基本上被一个或多个多层陶瓷电容器过滤掉。
可在不脱离其范围的情况下对上述方法和系统进行改变。因此，应了解，以上描述中包含和附图中示出的事物应理解为具有说明性而不是限制性含义。权利要求书旨在涵盖本文描述的普通和具体特征以及就语言来说可能被认为落入其间的本发明方法和系统的范围的陈述。

Claims (79)

1.一种用于从电力源提取电力的切换电路，其包括：
用于电耦接到所述电力源的输入端口；
用于电耦接到负载的输出端口，所述输出端口包括第一和第二输出端子；
被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从所述输入端口转移到所述输出端口的第一切换装置；
储能装置；和
被配置来控制所述第一切换装置的切换来最大化从所述电力源提取的电力的量的控制器，
其中所述切换电路被配置成使得当电耦接到所述输入端口的电力源提供的电力不足以操作所述控制器且可在所述输出端口处获得电力时：
用可通过所述第一和第二输出端子获得的能量给所述储能装置反复充电，且
所述控制器至少部分由所述储能装置中储存的能量来供电。
2.如权利要求1所述的切换电路，其还包括第二切换装置，所述第二切换装置被配置来在所述第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供在所述第一和第二输出端子之间的通路，且其中所述控制器适于使所述第二切换装置在所述控制器由所述储能装置供电时在其导电状态下操作。
3.如权利要求2所述的切换电路，其还包括与所述第二切换装置并联电耦接的二极管。
4.如权利要求3所述的切换电路，其中所述第二切换装置和所述二极管是晶体管的部分。
5.如权利要求3或4所述的切换电路，其中所述切换电路被配置成使得当电耦接到所述输入端口的所述电力源提供的电力不足以操作所述控制器且可在所述输出端口处获得电力时，所述第二切换装置和所述二极管替代地在所述第一和第二输出端子之间导通电流。
6.如权利要求5所述的切换电路，其中所述第二切换装置在比所述二极管更大部分的时间导通电流。
7.如权利要求1所述的切换电路，其中：
所述输入端口包括第一和第二输入端子；
所述切换电路还包括中间切换节点；
所述第一切换装置电耦接在所述第一输入端子和所述中间切换节点之间；
所述切换电路还包括电耦接在所述第二输入端子和所述中间切换节点之间的第二切换装置；且
所述控制器还适于控制所述第一切换装置的切换来最大化跨所述第二切换装置的电压的平均值。
8.一种用于操作包括输入端口、输出端口、储能装置、第一切换装置和跨所述输出端口电耦接的第二切换装置的切换电路的方法，其包括：
在所述切换电路的第一操作模式下，控制所述第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换来把电力从所述输入端口转移到所述输出端口；和
在所述切换电路的第二操作模式下：
用从包括所述输出端口的电路提取的能量来给所述储能装置充电，和
使用所述储能装置中储存的能量来使所述第二切换装置在其导电状态下操作。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括：在所述切换电路的所述第二操作模式下交替进行所述充电和使用的步骤。
10.如权利要求8或9所述的方法，其还包括：在所述切换电路的所述第一操作模式下，控制所述第一切换装置的切换来最大化从电耦接到所述输入端口的电力源提取的电力的量。
11.一种用于从电力源提取电力的切换电路，其包括：
用于电耦接到所述电力源的输入端口；
用于电耦接到负载的输出端口；
被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从所述输入端口转移到所述输出端口的第一切换装置；
至少部分由于所述第一切换装置在其导电状态和非导电状态之间切换而在至少两个不同电压级之间过渡的中间切换节点；和
用于控制所述第一切换装置来最大化所述中间切换节点处的电压的平均值的控制器。
12.如权利要求11所述的切换电路，其中所述控制器适于对所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值反复取样并至少部分基于所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的至少两个连续取样来控制所述第一切换装置的切换。
13.如权利要求12所述的切换电路，其中所述控制器适于响应于所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的两个连续取样之间的差来控制所述第一切换装置的切换。
14.如权利要求13所述的切换电路，其中所述控制器适于响应于所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的两个连续取样之间的所述差的符号来控制所述第一切换装置的切换。
15.如权利要求13所述的切换电路，其中所述控制器适于响应于所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的两个连续取样之间的所述差的大小来控制所述第一切换装置的切换。
16.如权利要求13所述的切换电路，其中所述控制器被配置来响应于所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的两个连续取样之间的所述差的符号和大小来控制所述第一切换装置的切换。
17.如权利要求12或13所述的切换电路，其中所述控制器包括被配置来产生所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的所述至少两个连续取样的取样电路。
18.如权利要求17所述的切换电路，其中所述取样电路包括第一和第二取样电路，所述第一取样电路被配置来在与所述第二取样电路不同的时间对所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值取样。
19.如权利要求18所述的切换电路，其中所述控制器还包括第一和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器被配置来为所述第一取样电路产生所述中间切换节点处的所述电压的平均值，所述第二低通滤波器被配置来为所述第二取样电路产生所述中间切换节点处的所述电压的平均值，所述第一和第二低通滤波器中的每一个都具有比所述第一切换装置的切换期间大的各自的时间常数。
20.如权利要求19所述的切换电路，其中所述第一和第二低通滤波器分享至少一个组件。
21.如权利要求17所述的切换电路，其中允许所述切换电路控制器的开始时间与标称值改变至少百分之十。
22.如权利要求12或13所述的切换电路，其中所述控制器被配置为对所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值反复取样，使得在所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的连续取样之间从所述输出端口输出的电流的百分比改变小于所述第一切换装置的工作周期的百分比改变。
23.如权利要求12或13所述的切换电路，其中所述控制器被配置为对所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值反复取样，以使得ΔI/IR小于ΔD/DR，其中：
ΔI是从所述输出端口输出的电流在所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的第一和第二连续取样之间的改变，所述第二取样发生在所述第一取样之后；
IR＝Imax-Imin；
Imax是从所述输出端口输出的最大预期电流值；
Imin是从所述输出端口输出的最小预期电流值；
ΔD是所述第一切换装置的工作周期在所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值的所述第一和第二连续取样之间的改变；且
DR是所述第一切换装置的最大预期工作周期和最小预期工作周期之间的差。
24.如权利要求12或13所述的切换电路，其中所述控制器适于以比所述第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率小的频率来对所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值反复取样。
25.如权利要求24所述的切换电路，其中所述控制器适于以比所述第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的所述频率的十分之一小的频率来对所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值反复取样。
26.如权利要求11或12所述的切换电路，其中：
所述输入端口包括第一和第二输入端子；
所述输出端口包括第一和第二输出端子；
所述第一切换装置电耦接在所述第一输入端子和所述中间切换节点之间；且
所述切换电路还包括选自由电耦接在所述第二输入端子和所述中间切换节点之间的第二切换装置和二极管组成的组的装置，所述装置被配置来在所述第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供所述第一和第二输出端子之间的通路。
27.如权利要求26所述的切换电路，其中所述第一输出端子电耦接到所述中间切换节点，且所述第二输出端子电耦接到所述第二输入端子。
28.如权利要求11或12所述的切换电路，其中：
所述输入端口包括第一和第二输入端子；
所述输出端口包括第一和第二输出端子；
所述第一切换装置电耦接在所述第一输入端子和所述中间切换节点之间；且
所述切换电路还包括各自电耦接在所述第二输入端子和所述中间切换节点之间的第二切换装置和二极管，所述第二切换装置和所述二极管被配置来在所述第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供在所述第一和第二输出端子之间的通路。
29.如权利要求11或12所述的切换电路，其中：
所述切换电路还包括偏置电源端口；
所述输入端口包括第一和第二输入端子；且
所述控制器被配置来在跨所述第二和第一输入端子的电压的大小低于阈值时至少部分由电耦接到所述偏置电源端口的电力源供电。
30.如权利要求11或12所述的切换电路，所述第一切换装置包括晶体管，所述晶体管包括多个可个别控制的晶体管元件，其中所述可个别控制的晶体管元件中的至少一些可操作以在其导电和非导电状态之间个别地切换，所述控制器被配置来至少部分基于所述第一切换装置的工作周期而控制所述多个可个别控制的晶体管元件的激活数目。
31.如权利要求11或12所述的切换电路，其中：
所述切换电路还包括被配置来在其导电和非导电状态之间切换并与所述第一切换装置合作来把电力从所述输入端口转移到所述输出端口的第二切换装置；且
所述第二切换装置包括晶体管，所述晶体管包括多个可个别控制的晶体管元件，其中所述可个别控制的晶体管元件中的至少一些可操作以在其导电和非导电状态之间个别地切换，所述控制器被配置来至少部分基于所述第二切换装置的工作周期而控制所述多个可个别控制的晶体管元件的激活数目。
32.如权利要求11所述的切换电路，其中：
所述控制器适于在所述切换电路的第一操作模式下控制所述第一切换装置来最大化所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值；
所述控制器还适于在所述切换电路的第二操作模式下连续在非导电状态下操作所述第一切换装置；
所述输出端口包括第一和第二输出端子；
所述切换电路还包括电耦接在所述第一和第二输出端子之间且适于在所述第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供在所述第一和第二输出端子之间的通路的装置。
33.如权利要求32所述的切换电路，其中所述控制器还被配置来在给所述控制器供电的电力源的电压大小小于或等于阈值电压时在所述第二操作模式下操作所述切换电路。
34.如权利要求33所述的切换电路，其中电耦接在所述第一和第二输出端子之间的所述装置包括二极管。
35.如权利要求33所述的切换电路，其中电耦接在所述第一和第二输出端子之间的所述装置包括耗尽型晶体管。
36.如权利要求11所述的切换电路，其中：
所述输出端口包括第一和第二输出端子；
所述切换电路还包括电耦接在所述第一和第二输出端子之间的第二切换装置；
所述控制器适于在所述切换电路的第一操作模式下控制所述第一切换装置来最大化所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值；且
所述控制器适于在所述切换电路的第二操作模式下连续在导电状态下操作所述第二切换装置。
37.如权利要求36所述的切换电路，其中所述控制器还适于在给所述控制器供电的电力源的电压大小大于第一阈值且小于或等于第二阈值时在所述第二操作模式下操作所述切换电路。
38.如权利要求36所述的切换电路，其中所述控制器还适于当发生选自由以下项组成的组的事件时以所述第二操作模式操作所述切换电路：(1)从所述输入端口转移到所述输出端口的电力低于阈值；(2)通过所述输入端口的电流大小低于阈值；(3)在所述第一和第二输出端子之间流动的电流超过阈值；和(4)所述切换电路的温度超过阈值。
39.如权利要求11或12所述的切换电路，所述输出端口包括第一和第二输出端子，所述控制器被配置来控制所述切换电路的操作，使得电流仅单向在所述第一和第二输出端子之间流动。
40.如权利要求11或12所述的切换电路，其中宽松地控制所述第一切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率。
41.一种用于从电力源提取电力的切换电路，其包括：
第一和第二输入端子；
用于电耦接到负载的第一和第二输出端子；
电耦接在所述第一输入端子和中间切换节点之间的第一切换装置，所述第一切换装置被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换；
电耦接在所述第二输入端子和所述中间切换节点之间并适于在所述第一切换装置处于其非导电状态时为电流提供在所述第一和第二输出端子之间的通路的第二切换装置；和
被配置来响应于跨所述第二切换装置的电压的平均值的改变而控制所述第一切换装置的切换使得最大化从电耦接到所述第一和第二输入端子的电力源提取的电力的量的控制器。
42.一种用于从电力源提取电力的切换电路，其包括：
用于电耦接到所述电力源的输入端口；
用于电耦接到负载的输出端口；
被配置来在其导电状态和非导电状态之间切换来把电力从所述输入端口转移到所述输出端口的第一切换装置；和
用于控制所述第一切换装置来最大化跨所述输出端口的电压的平均值的控制器。
43.如权利要求42所述的切换电路，其中：
所述输入端口包括第一和第二输入端子；
所述第一切换装置电耦接在所述第一输入端子和中间切换节点之间；且
所述切换电路还包括：
选自由电耦接在所述第二输入端子和所述中间切换节点之间的二极管和第二切换装置组成的组的装置，
电耦接在所述中间切换节点和所述输出端口之间的电感器，和
跨所述输出端口电耦接的电容器。
44.一种用于从至少两个电力源提取电力的切换电路，其包括：
第一和第二输入端口和输出端口；
包括第一切换装置的第一子电路，所述第一切换装置适于在其导电和非导电状态之间切换来把电力从所述第一输入端口转移到所述第二输入端口；
包括第二切换装置的第二子电路，所述第二切换装置被配置来在其导电和非导电状态之间切换来把电力从所述第二输入端口转移到所述输出端口；和
控制器，所述控制器适于控制至少所述第一和第二切换装置的切换来最大化从跨所述第一输入端口电耦接的电力源和跨所述第二输入端口电耦接的电力源到电耦接到所述输出端口的负载的电力转移。
45.如权利要求44所述的切换电路，其中所述第一子电路包括具有升压拓扑的切换电路。
46.如权利要求45所述的切换电路，其中：
所述第二切换装置和第三切换装置跨所述第二输入端口串联电耦接；
所述第三切换装置也跨所述输出端口电耦接；且
当所述第二切换装置处于其非导电状态时，所述第三切换装置为电流提供通过所述输出端口的通路。
47.如权利要求44所述的切换电路，其中所述第一子电路包括具有升降压拓扑的切换电路。
48.如权利要求47所述的切换电路，其中：
所述第二切换装置和第三切换装置跨所述第二输入端口串联电耦接；
所述第三切换装置也跨所述输出端口电耦接；且
当所述第二切换装置处于其非导电状态时，所述第三切换装置为电流提供通过所述输出端口的通路。
49.如权利要求44所述的切换电路，其中所述控制器适于把所述第一和第二切换装置相对于彼此异相地切换。
50.如权利要求44所述的切换电路，其中所述控制器被配置来最大化所述第二子电路的切换节点处的电压的平均值。
51.一种用于从至少两个电力源提取电力的系统，其包括：
包括输入端口和输出端口的升降压转换器，所述升降压转换器可操作以最大化从电耦接到其输入端口的电力源提取的电力的量；和
包括输入端口的切换电路，所述切换电路可操作以最大化从电耦接到其输入端口的电力源提取的电力的量；
其中所述升降压转换器的所述输出端口与所述切换电路的所述输入端口串联电耦接。
52.一种用于从电力源提取电力的切换电路，其包括：
用于电耦接到所述电力源的输入端口和用于电耦接到负载的输出端口；
跨所述输入端口串联电耦接的第一和第二切换装置；
跨所述输出端口串联电耦接的第三和第四切换装置；
串联电耦接在第一和第二切换节点之间的储能电感器，所述第一切换节点是所述第一和第二切换装置电耦接所在的节点，所述第二切换节点是所述第三和第四切换装置电耦接所在的节点；和
控制器，其用于控制所述第一、第二、第三和第四切换装置的操作使得：
在所述切换电路的第一操作模式下，所述第一和第二切换装置和所述储能电感器共同作为降压转换器操作来最大化从所述电力源到所述负载的电力转移，且
在所述切换电路的第二操作模式下，所述第三和第四切换装置和所述储能电感器共同作为升压转换器操作来最大化从所述电力源到所述负载的电力转移。
53.如权利要求52所述的切换电路，所述控制器适于：
在所述切换电路的所述第一操作模式下，在导电状态下连续操作所述第三切换装置且在非导电状态下连续操作所述第四切换装置；且
在所述切换电路的所述第二操作模式下，在导电状态下连续操作所述第一切换装置且在非导电状态下连续操作所述第二切换装置。
54.如权利要求52或53所述的切换电路，其中：
所述控制器适于在所述切换电路的所述第一操作模式下使所述第一和第二切换装置以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换；
所述控制器适于在所述切换电路的所述第二操作模式下使所述第三和第四切换装置以至少200千赫的频率在其导电和非导电状态之间切换；且
所述切换电路还包括跨所述输入端口电耦接的多层陶瓷电容器。
55.如权利要求52或53所述的切换电路，其中所述控制器适于在所述切换电路的所述第一和第二操作模式中的至少一个操作模式下最大化跨所述输出端口的电压的平均值。
56.如权利要求52或53所述的切换电路，其中所述控制器适于在跨所述输入端口的电压下降到阈值以下时减小所述切换电路从所述电力源提取的电流大小。
57.一种用于操作耦接到电力源的切换电路使得最大化从所述电力源提取的电力的量的方法，其包括：
反复确定所述切换电路的中间切换节点处的电压的平均值；
把所述中间切换节点处的最近的电压平均值与所述中间切换节点处的前一个电压平均值作比较；
如果所述最近的电压平均值比所述前一个电压平均值大，那么沿第一方向调整所述切换电路的切换装置的工作周期；和
如果所述最近的电压平均值比所述前一个电压平均值小，那么沿与所述第一方向相反的第二方向调整所述切换装置的所述工作周期。
58.如权利要求57所述的方法，其还包括：如果所述电力源的输出电压下降到阈值以下就调整所述切换装置的切换来减小所述切换电路的输出电力。
59.如权利要求57所述的方法，其还包括：如果所述电力源的输出电压低于阈值就停止所述切换装置的切换。
60.如权利要求57所述的方法，其还包括：如果所述电力源的输出电压低于阈值就在导电状态下连续操作所述切换电路的至少一个切换装置。
61.如权利要求57所述的方法，其还包括：如果所述电力源的输出电压下降到阈值以下就减小所述切换电路从所述电力源提取的电流大小。
62.如权利要求57所述的方法，其还包括：以比所述切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率小的频率来反复确定所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值。
63.如权利要求57所述的方法，其还包括：以比所述切换装置在其导电和非导电状态之间切换的频率的十分之一小的频率来反复确定所述中间切换节点处的所述电压的所述平均值。
64.一种用于操作切换电路来将电力源与负载接口连接的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述切换电路的第一操作模式下，控制所述切换电路的第一切换装置的切换来最大化从所述电力源转移到所述负载的电力的量；和
在所述切换电路的第二操作模式下，为流过所述负载的电流提供分流通路来流过所述切换电路。
65.如权利要求64所述的方法，其还包括：如果所述电力源的输出电压下降到阈值以下就从所述第一操作模式过渡到所述第二操作模式。
66.如权利要求64所述的方法，其还包括：如果在所述电力源和所述切换电路之间流动的电流大小下降到阈值以下就从所述第一操作模式过渡到所述第二操作模式。
67.如权利要求64所述的方法，其还包括：如果从所述电力源转移到所述负载的电力大小下降到阈值以下就从所述第一操作模式过渡到所述第二操作模式。
68.如权利要求64所述的方法，所述切换电路包括用于电耦接到所述负载的第一和第二输出端子，所述方法还包括在所述第二操作模式下使所述第一和第二输出端子分流。
69.如权利要求68所述的方法，所述分流步骤包括：在导电状态下操作跨所述第一和第二输出端子电耦接的第二切换装置。
70.如权利要求69所述的方法，其还包括：在所述第二操作模式下在导电状态下连续操作所述第二切换装置。
71.如权利要求64或69所述的方法，其还包括：在所述第二操作模式下，从包括所述负载的电路提取电力来至少部分地给所述切换电路供电。
72.一种用于操作耦接到电力源的切换电路使得最大化从所述电力源提取的电力的量的方法，其包括：
反复确定所述切换电路的操作特征；
把所述操作特征的最近的值与所述操作特征的前一个值作比较；
如果所述操作特征的所述最近的值比所述操作特征的所述前一个值大，那么沿第一方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整；和
如果所述操作特征的所述最近的值比所述操作特征的所述前一个值小，那么沿与所述第一方向相反的第二方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整。
73.如权利要求72所述的方法，所述切换电路的所述操作特征是所述切换电路的中间切换节点处的电压的平均值。
74.如权利要求72所述的方法，其中：
所述沿所述第一方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤包括把所述切换电路的操作参数调整第一预定量；且
所述沿所述第二方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤包括把所述切换电路的操作参数调整第二预定量。
75.如权利要求72所述的方法，其中：
所述沿所述第一方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤包括把所述切换电路的操作参数调整第一量，所述第一量是所述操作特征的所述最近的值和所述操作特征的所述前一个值之间的差的函数；且
所述沿所述第二方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤包括把所述切换电路的操作参数调整第二量，所述第二量是所述操作特征的所述最近的值和所述操作特征的所述前一个值之间的差的函数。
76.如权利要求72所述的方法，其中：
所述沿所述第一方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤包括把所述切换电路的操作参数调整第一量，所述第一量至少部分从所述切换电路的所述操作特征的一个或多个历史值确定；且
所述沿所述第二方向对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的步骤包括把所述切换电路的操作参数调整第二量，所述第二量至少部分从所述切换电路的所述操作特征的一个或多个历史值确定。
77.如权利要求72所述的方法，其还包括：只在所述切换电路的所述操作特征的所述最近的值和所述切换电路的所述操作特征的所述前一个值之间的差的大小超过阈值时，执行对所述切换电路进行最大电力点跟踪调整的任一步骤。
78.如权利要求72所述的方法，其还包括：最初把所述切换电路的操作参数设置成之前对应于所述电力源的最大电力点的值。
79.如权利要求72所述的方法，其还包括：如果所述电力源的输出电压下降到阈值以下就减小所述切换电路从所述电力源提取的电流大小。
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