DE112012007201T5 - Maximum Power Point Tracking Controller und zugeordnete Systeme und Methoden - Google Patents

Abstract

Ein Maximum Power Point Tracking-Controller umfasst einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle, einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, eine Steuerschaltvorrichtung und ein Steuerungsuntersystem. Die Steuerschaltvorrichtung ist geeignet, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen. Das Steuerungsuntersystem ist geeignet, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über den Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.

Description

• Hintergrund
• Photovoltaische Zellen erzeugen eine Spannung, die mit dem Strom, dem Zellbetriebszustand, der Zellenphysik, Zelldefekten und der Zellbeleuchtung variiert. Ein mathematisches Modell für eine photovoltaische Zelle, wie in 1 dargestellt, modelliert den Ausgangsstrom wie folgt:

  

  wobei

I_L

= photovoltaischer Strom

R_S

= Serienwiderstand

R_SH

= Nebenwiderstand

I₀

= Sperrsättigungsstrom

n

= Dioden-Idealitätsfaktor (1 für eine ideale Diode)

q

= Elementarladung

k

= Boltzmann-Konstante

T

= absolute Temperatur

I

= Ausgangsstrom an Zellenklemmen

V

= Spannung an Zellenklemmen


Für Silizium bei 25 °C, kT/q = 0,0259 Volt.
• Typische Zellenausgangsspannungen sind niedrig und hängen von der Bandlücke des Materials ab, das für die Herstellung der Zelle verwendet wurde. Zellausgangsspannungen sind u.U. nur ein halbes Volt für Siliziumzellen, weit unter der benötigten Spannung, um Batterien zu laden oder die meisten anderen Lasten zu betreiben. Aufgrund dieser geringen Spannungen werden Zellen typischerweise in Reihe geschaltet, um eine Baugruppe oder eine Anordnung mit einer Ausgangsspannung zu bilden, die deutlicher höher ist als diejenige, die von einer individuellen Zelle erzeugt wird.
• Photovoltaische Zellen in der Praxis haben oft einen oder mehrere mikroskopische Defekte. Diese Zelldefekte können Fehlanpassungen des Serienwiderstands R_S, des Nebenwiderstands R_SH und des photovoltaischen Stroms I_L von einer Zelle zur anderen in einer Baugruppe verursachen. Ferner kann die Zellenbeleuchtung von Zelle zu Zelle in einem System von photovoltaischen Zellen und sogar von Zelle zu Zelle in einer Baugruppe variieren, z.B. aus Gründen wie Schatten von Bäumen, Schattierung von Teilen einer Zelle oder einer Baugruppe durch Vogelkot, Staub oder Schmutz und durch andere Effekte. Diese Diskrepanzen in der Beleuchtung können von Tag zu Tag und mit der Tageszeit variieren. Ein Schatten kann sich während eines Tages über eine Baugruppe verschieben und Regen kann Staub oder Schmutz, der eine Zelle abdeckt, abwaschen.
• Nach Gl. 1 ist die Ausgangsspannung bei Ausgangsstrom Null am größten und die Ausgangsspannung V fällt nichtlinear mit zunehmendem Ausgangsstrom I. 2 zeigt die Wirkung der Erhöhung des Stroms, der von einer photovoltaischen Vorrichtung bei konstanter Beleuchtung entnommen wird. Wenn der Strom I bei konstanter Beleuchtung erhöht wird, fällt die Spannung V langsam ab, aber wenn der Strom I zu einem Ausgangsstrom erhöht wird, der sich dem Photostrom I_L annähert, fällt die Ausgangsspannung V scharf ab. In ähnlicher Weise erhöht sich die Zellenleistung, das Produkt aus Strom und Spannung, wenn der Strom I ansteigt, bis der Effekt der abfallenden Spannung V größer ist als der Effekt der Erhöhung des Stroms, in welchem Fall eine weitere Erhöhungen des Stroms I, der aus der Zelle entnommen wird, dazu führt, dass die Leistung P rapide abnimmt. Für eine gegebene Beleuchtung hat jede Zelle, jede Baugruppe und jede Anordnung von Zellen und Baugruppen daher einen maximalen Leistungspunkt (Maximum Power Point, MPP), der die Kombination von Spannung und Strom repräsentiert, bei der die Ausgangsleistung der Vorrichtung maximiert wird. Der MPP einer Zelle, einer Baugruppe oder einer Anordnung ändert sich mit der Temperatur und Beleuchtung und damit ändert sich der photovoltaische Strom I_L. Der MPP einer Zelle, einer Baugruppe oder einer Anordnung kann auch von Faktoren wie Schattenwurf und/oder Alterung der Zelle, der Baugruppe oder der Anordnung abhängen.
• Es werden Maximum Power Point Tracking (MPPT) Controller für den Betrieb einer photovoltaischen Zelle bei ihrem maximalen Leistungspunkt oder nahe ihres maximalen Leistungspunktes vorgeschlagen. Diese Controller bestimmen typischerweise eine MPP-Spannung und einen MPP-Strom für eine photovoltaische Vorrichtung, die an ihren Eingang angeschlossen ist, und stellen ihre effektive Impedanz ein, um die photovoltaische Vorrichtung an ihrem MPP zu halten. Herkömmliche MPPT-Controller haben jedoch oft einen oder mehrere Nachteile. Zum Beispiel können einige vorgeschlagene MPPT-Controller unter bestimmten Bedingungen relativ langsam sein, wodurch der MPP-Betrieb verzögert wird.
• Zusammenfassung
• In einer Ausführungsform umfasst ein Maximum Power Point Tracking-Controller einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle, einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, eine Steuerschaltvorrichtung und ein Steuerungsuntersystem. Die Steuerschaltvorrichtung ist geeignet, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen. Das Steuerungsuntersystem ist geeignet, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über den Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Stromversorgungssystem eine elektrische Stromquelle und einen Maximum Power Point Tracking-Controller. Der Maximum Power Point Tracking-Controller umfasst einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle, einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, eine Steuerschaltvorrichtung und ein Steuerungsuntersystem. Die Steuerschaltvorrichtung ist geeignet, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von der elektrischen Stromquelle zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen. Das Steuerungsuntersystem ist geeignet, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über dem Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Maximum Power Point Tracking-Controllers, umfassend einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle und einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last die folgenden Schritte: (a) wiederholtes Schalten einer Steuerschaltvorrichtung des Maximum Power Point Tracking-Controllers zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand, um Leistung von dem Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss zu übertragen, und (b) Steuern des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung zumindest teilweise auf Basis eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um einen Betrag einer Spannung an dem Eingangsanschluss so zu regeln, dass ein Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, maximiert wird.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Leistung zwischen einer elektrischen Stromquelle und einer Last unter Verwendung eines Maximum Power Point Tracking-Controllers den Schritt der Steuerung des Schaltens einer Steuerschaltvorrichtung zumindest teilweise auf Basis eines Signals, das den durch eine Energiespeicherinduktivität des Maximum Power Point Tracking-Controllers fließenden Strom repräsentiert, um eine Spannung an der elektrischen Stromquelle zu regeln, so dass: (a) die Spannung an der Stromquelle größer oder gleich einer Spannung an der Last ist und (b) ein Signal, das die an die Last übertragene Leistung repräsentiert, maximiert wird.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Multiplizierer einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, einen ersten Feldeffekttransistor, einen zweiten Feldeffekttransistor, einen dritten Feldeffekttransistor und eine Steuerschaltung. Der erste Feldeffekttransistor ist mit dem ersten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet, der zweite Feldeffekttransistor ist mit dem zweiten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet und der dritte Feldeffekttransistor ist mit dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet. Die Steuerschaltung ist geeignet, den ersten, zweiten und dritten Feldeffekttransistor jeweils so zu steuern, dass ein Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, proportional zu einem Produkt von (a) einem Betrag des in den ersten Eingangsanschluss fließenden Stroms und (b) einem Betrag des in den zweiten Eingangsanschluss fließenden Stroms ist.
• In einer Ausführungsform umfasst ein elektronischer Filter ein Integrator-Untersystem und eine Transkonduktanz-Schaltung. Das Integrator-Untersystem ist geeignet, in einer bipolaren Domäne betrieben zu werden, um eine Wechselstromkomponente eines Eingangssignals zu filtern. Die Transkonduktanz-Schaltung ist geeignet, in einer unipolaren Domäne betrieben zu werden, um ein Ausgangsstromsignal zu erzeugen, das proportional zu einem Mittelwert des Eingangsstromsignals ist.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Filtern eines Eingangssignals das Filtern einer Wechselstromkomponente des Eingangssignals in einer bipolaren Domäne und das Erzeugen einer Gleichstromkomponente des Eingangssignals in einer unipolaren Domäne.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Signal-Skalierungssystem ein Transkonduktanz-Untersystem und eine Steuerlogik. Das Transkonduktanz-Untersystem ist geeignet, ein Eingangsspannungssignal in ein Ausgangsstromsignal umzuwandeln, und das Transkonduktanz-Untersystem umfasst einen programmierbaren Widerstand, der geeignet ist, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems einzustellen. Die Steuerlogik ist geeignet, einen Widerstand des programmierbaren Widerstands einzustellen, um die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystem so einzustellen, dass ein Betrag des Ausgangsstromsignals mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist.
• In einer Ausführungsform kann ein Signalpegelwandler zum Umwandeln komplementärer Eingangsspannungssignale in einer ersten Stromversorgungsdomäne zu komplementären Ausgangsspannungssignalen in einer zweiten Stromversorgungsdomäne eine Transkonduktanzstufe und eine Lastschaltung umfassen. Die Transkonduktanzstufe in der ersten Stromversorgungsdomäne ist geeignet, komplementäre Stromsignale als Reaktion auf die komplementären Eingangsspannungssignale zu erzeugen. Die Lastschaltung befindet sich in der zweiten Stromversorgungsdomäne und ist geeignet, die komplementären Ausgangsspannungssignale als Reaktion auf die komplementären Stromsignale zu erzeugen. Die Lastschaltung umfasst eine erste und zweite Inverter-Schaltung, die geeignet sind, die komplementäre Ausgangsspannungssignale als Reaktion auf die komplementären Stromsignale zu erzeugen.
• In einer Ausführungsform umfasst ein System zum Bestimmen eines Signals, das Leistung in einem Maximum Power Point Tracking-(MPPT-)Controller repräsentiert, ein Spannungsfilteruntersystem, ein Stromfilteruntersystem, ein Spannungsskalierungsuntersystem, ein Stromskalierungsuntersystem und einen Multiplizierer. Das Spannungsfilteruntersystem ist geeignet, ein Signal, das die mittlere Spannung an einem Ausgangsanschluss des MPPT-Controllers repräsentiert, durch das Filtern eines Signals, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu erzeugen. Das Stromfilteruntersystem ist geeignet, ein Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, durch das Filtern eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu erzeugen. Das Spannungsskalierungsuntersystem ist geeignet, ein skaliertes Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch die Skalierung des Signals zu erzeugen, das repräsentiert, ob die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss innerhalb eines ersten vorbestimmten Wertebereichs liegt. Das Stromskalierungsuntersystem ist geeignet, ein skaliertes Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, indem das Signal skaliert wird, das repräsentiert, ob der mittlere Strom, der aus dem Ausgangsanschluss fließt, innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wertebereichs liegt. Der Multiplizierer ist geeignet, das Signal, das Leistung repräsentiert, aus einem Produkt des skalierten Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und des skalierten Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu bestimmen.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Bestimmung eines Signals, das Leistung in einem Maximum Power Point Tracking-Controller (MPPT-Controller) repräsentiert, die Schritte (a) Filtern eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss des MPPT-Controllers fließenden Strom repräsentiert, um ein Signal zu erhalten, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; (b) Filtern eines Signals, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu erhalten, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; (c) Skalieren des Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um ein skaliertes Signal zu erhalten, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; (d) Skalieren des Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein skaliertes Signal zu erhalten, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert und (e) Multiplizieren des skalierten Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, mit dem skalierten Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um das Signal zu erhalten, das die Leistung repräsentiert.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt ein Modell einer photovoltaischen Zelle.
• 2 zeigt eine Kurve der Spannung und Leistung als Funktion des Stroms für eine photovoltaische Zelle.
• 3 veranschaulicht ein Stromversorgungssystem mit einem MPPT-Controller gemäß einer Ausführungsform.
• 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuerungsuntersystems des MPPT-Controllers in 3.
• 5 veranschaulicht eine mögliche Betriebsweise des Steuerungsuntersystems des MPPT-Controllers in 3.
• 6 veranschaulicht ein Beispiel für den Betrieb eines Stromskalierungsuntersystems mit einer minimalen Ausgangswertbedingung gemäß einer Ausführungsform.
• 7 veranschaulicht einen elektronischen Filter gemäß einer Ausführungsform.
• 8 veranschaulicht ein Signalskalierungsuntersystem gemäß einer Ausführungsform.
• 9 veranschaulicht einen Multiplizierer gemäß einer Ausführungsform.
• 10 veranschaulicht eine mögliche Implementierung der Logik- und Treiberschaltung in einer Ausführungsform des MPPT-Controllers in 3, wobei die Steuerungs- und Freilaufschaltvorrichtungen durch N-Kanal-Feldeffekttransistoren implementiert werden.
• 11 zeigt ein Diagramm der Schaltknotenspannung als Funktion der Zeit für den MPPT-Controller in 3.
• 12 veranschaulicht einen Signalpegelwandler gemäß einer Ausführungsform.
• 13 veranschaulicht ein Stromversorgungssystem gemäß einer Ausführungsform, das mehrere Instanzen des MPPT-Controllers in 3 umfasst.
• Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
• Die Anmelder haben neue MPPT-Controller entwickelt, die einen oder mehrere Vorteile erzielen können. Beispielsweise können bestimmte Ausführungsformen der Controller mit einer Vielzahl von Lasten betrieben werden und können auch relativ schnell gegen einen MPP konvergieren.
• 3 zeigt ein Stromversorgungssystem 300 einschließlich eines MPPT-Controllers 302, der zwischen einer elektrischen Stromquelle 304 und einer Last 306 elektrisch gekoppelt ist. Wie nachstehend erörtert, ist MPPT-Controller 302 geeignet, die elektrische Stromquelle 304 bei ihrem MPP oder nahe ihres MPPs zu betreiben, während er Leistung von der elektrischen Stromquelle 304 an die Last 306 überträgt.
• MPPT-Controller 302 umfasst einen Eingangsanschluss 308 mit Eingangsklemmen 310, 312 und einen Ausgangsanschluss 314 mit Ausgangsklemmen 316, 318. Eine positive Klemme 320 der elektrischen Stromquelle 304 ist elektrisch mit der Eingangsklemme 310 gekoppelt und eine negative Klemme 322 der elektrischen Stromquelle 304 ist elektrisch mit der Eingangsklemme 312 gekoppelt, so dass die elektrische Stromquelle 304 mit dem Eingangsanschluss 308 elektrisch in Reihe geschaltet ist. Klemmen 310, 320 bilden einen Teil eines positiven Stromversorgungsknotens oder einer positiven Stromversorgungsschiene (Vddh) und Klemmen 312, 322 bilden einen Teil eines Referenz-Stromversorgungsknotens oder einer Referenz-Stromversorgungsschiene (Vss). Elektrische Stromquelle 304 ist beispielsweise eine photovoltaische Vorrichtung, wie beispielsweise eine photovoltaische Baugruppe, die eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Photovoltaikzellen, eine Einfach-Photovoltaikzelle oder eine Mehrfach-Photovoltaikzelle umfasst. Jedoch ist das System 300 nicht auf photovoltaische Anwendungen beschränkt. Zum Beispiel kann in einigen alternativen Ausführungsformen die elektrische Stromquelle 304 eine oder mehrere Brennstoffzellen oder eine oder mehrere Batterien sein.
• System 300 umfasst wahlweise einen oder mehrere Eingangskondensatoren 324, die über den Eingangsanschluss 308 elektrisch gekoppelt sind. Kondensatoren 324 tragen dazu bei, den Welligkeitsanteil des Eingangsstroms Iin des Controllers 302 bereit zu stellen und tragen hierdurch dazu bei, den Betrag des Welligkeitsstroms, der durch die elektrische Stromquelle 304 fließt, zu minimieren. Eine geringer Betrag des Welligkeitsstroms durch die elektrische Stromquelle 304 trägt wiederum zu einem effizienteren Betrieb der elektrischen Stromquelle bei. In bestimmten Ausführungsformen, in denen MPPT-Controller 302 bei einer relativ hohen Frequenz schaltet, beispielsweise bei 500 kHz oder größer, sind Kondensatoren 324 Mehrschicht-Keramikkondensatoren, wodurch eine kleinere Kondensatorgröße und lange Lebensdauer der Kondensatoren gefördert wird.
• MPPT-Controller 302 umfasst einen Schaltkreis 326, der elektrisch über den Eingangsanschluss 308 gekoppelt ist. Schaltkreis 326 umfasst eine Steuerschaltvorrichtung 328, die zwischen Eingangsklemme 310 und einem Schaltknoten Vx elektrisch gekoppelt ist, und eine Freilaufschaltvorrichtung 330, die zwischen Schaltknoten Vx und Eingangsklemme 312 elektrisch gekoppelt ist. Ausgangsklemme 316 ist elektrisch mit Schaltknoten Vx gekoppelt. und Ausgangsklemme 318 ist elektrisch mit Eingangsklemme 312 gekoppelt. In dieser Schrift umfasst eine Schaltvorrichtung, ist jedoch nicht beschränkt auf, einen Bipolartransistor, einen Feldeffekttransistor (z.B. einen N-Kanal oder P-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), wie beispielsweise einen lateral diffundierten Metall-Oxid-Halbleiter-Transistor (LDMOS), einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor, einen Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor), einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, einen Thyristor oder einen gesteuerten Siliziumgleichrichter.
• Last 306 ist mit Ausgangsanschluss 314 elektrisch in Reihe geschaltet, um einen Teil einer Ausgangsschaltung 332 zu bilden, die Last 306 elektrisch mit Schaltkreis 326 koppelt. Last 306 umfasst beispielsweise einen Wechselrichter oder eine Batterieladevorrichtung. Ein oder mehrere Ausgangskondensatoren 334 sind elektrisch parallel zur Last 306 geschaltet, um die Welligkeit des Ausgangsstroms Iout zu absorbieren. Kondensatoren 334 können jedoch in Ausführungsformen, in denen Last 306 eine signifikante Kapazität aufweist, wie beispielsweise in Ausführungsformen, in denen Last 306 ein Wechselrichter mit signifikanter Eingangskapazität ist, wahlweise entfallen. In bestimmten Ausführungsformen, in denen MPPT-Controller 302 bei einer relativ hohen Frequenz schaltet, beispielsweise bei 500 kHz oder größer, sind Kondensatoren 334 Mehrschicht-Keramikkondensatoren, wodurch eine kleinere Kondensatorgröße und lange Lebensdauer der Kondensatoren gefördert wird. Ausgangsschaltung 332 umfasst Energiespeicher-Induktivität 336. In einigen Ausführungsformen umfasst Energiespeicher-Induktivität 336 eine oder mehrere diskrete Induktivitäten, wie symbolisch in 3 gezeigt ist. Jedoch können in einigen anderen Ausführungsformen die diskreten Energiespeicher-Induktivitäten entfallen und "parasitäre" Kopplungsinduktivitäten in Verbindung mit einer Schleifen bildenden Ausgangsschaltung 332 als Energiespeicher-Induktivität 336 dienen.
• MPPT-Controller 302 umfasst ferner ein Steuerungsuntersystem 338. Schaltkreis 326, Energiespeicher-Induktivität 336 und Kondensatoren 334 bilden gemeinsam einen Abwärtswandler, der von Steuerungsuntersystem 338 gesteuert wird. Steuerungsuntersystem 338 ist geeignet, das Schalten des Schaltkreises 326 so zu steuern, dass der Abwärtswandler Leistung vom Eingangsanschluss 308 zum Ausgangsanschluss 314 überträgt, wodurch Leistung von der elektrischen Stromquelle 304 zur Last 306 übertragen wird. Insbesondere verursacht Steuerungsuntersystem 338, dass Steuerschaltvorrichtung 328 wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umschaltet, typischerweise bei einer Frequenz von zumindest 100 Kilohertz, um Leistung von Eingangsanschluss 308 zu Ausgangsanschluss 314 zu übertragen. Schaltvorrichtung 328 wird als die "Steuerschaltvorrichtung" bezeichnet, da das Verhältnis zwischen Eingangsspannung Vin und Ausgangsspannung Vout an der Last 306 eine Funktion des Tastverhältnisses der Schaltvorrichtung 328 ist.
• Steuerungsuntersystem 338 steuert ebenso das Schalten der Freilaufschaltvorrichtung 330, so dass diese eine Freilauffunktion ausführt oder, in anderen Worten, so dass Freilaufschaltvorrichtung 330 einen Pfad für Ausgangsstrom Iout zwischen den Ausgangsklemmen 316, 318 vorsieht, wenn Steuerschaltvorrichtung 328 sich in ihrem nicht leitenden Zustand befindet. In einigen alternativen Ausführungsformen wird Freilaufschaltvorrichtung 330 durch eine alternative Freilaufvorrichtung ersetzt, wie beispielsweise eine Diode, deren Anode elektrisch mit dem Referenzknoten Vss und deren Kathode elektrisch mit dem Schaltknoten Vx gekoppelt ist.
• MPPT-Controller 302 umfasst ferner ein Strom-Rekonstruktor-Untersystem 340, geeignet zur Bereitstellung eines Signals Io, das den von Ausgangsanschluss 314 fließenden Ausgangsstrom Iout repräsentiert. In einigen Ausführungsformen verwendet Strom-Rekonstruktor-Untersystem 340 zur Erzeugung des Signals Io Systeme und Verfahren, die in einer oder mehreren der US Patentnummern 6,160,441 und 6,445,244 an Stratakos et al. offenbart wurden und welche hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Jedoch kann Strom-Rekonstruktor-Untersystem 340 auch auf andere Weise implementiert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
• Steuerungsuntersystem 338 steuert ferner das Schalten von Steuerschaltvorrichtung 328, basierend teilweise auf Signal Io, um die Eingangsspannung Vin am Eingangsanschluss 308 so zu regeln, dass ein Signal, das Leistung von Ausgangsanschluss 314 repräsentiert, maximiert wird. In anderen Worten, Steuerungsuntersystem 338 passt den Betrag von Vin so an, dass MPPT-Controller 302 eine effektive Eingangsimpedanz hat, wie beim Blick von der elektrischen Stromquelle 304 in den Eingangsanschluss 308 gesehen werden kann, wobei die Eingangsimpedanz die Leistung aus Ausgangsanschluss 314 zumindest im wesentlichen maximiert. Maximierung der Leistung von Ausgangsanschluss 314 maximiert die Leistung zur Last 306 und im Wesentlichen maximiert auch die Leistung, die der elektrischen Stromquelle 304 entnommen wird, da die Leistung von Ausgangsanschluss 314 unter Vernachlässigung der Verluste im MPPT-Controller 302 gleich der Größe der elektrischen Leistung in den Eingangsanschluss 308 ist. Dementsprechend kann das die Leistung von Ausgangsanschluss 314 repräsentierende Signal entweder Leistung in den Eingangsanschluss 308 oder Leistung aus dem Ausgangsanschluss 314 repräsentieren, da beide Werte gleich sind, wenn Verluste im Controller 302 vernachlässigt werden. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl Leistung in den Eingangsanschluss 308 und Leistung aus dem Ausgangsanschluss 314 im Wesentlichen gleich sind, sich der Eingangsstrom Iin und der Ausgangsstrom Iout unterscheiden, es sei denn die Steuerschaltvorrichtung 328 wird bei einem Tastverhältnis von hundert Prozent betrieben.
• In einigen Ausführungsformen repräsentiert das die Leistung aus Ausgangsanschluss 314 repräsentierende Signal die Ist-Leistung aus dem Ausgangsanschluss oder die Ist-Leistung in den Eingangsanschluss 308. In einigen anderen Ausführungsformen repräsentiert das die Leistung aus Ausgangsanschluss 314 repräsentierende Signal jedoch die relative Leistung aus dem Ausgangsanschluss oder die relative Leistung in den Eingangsanschluss 308. In diesen Ausführungsformen wird die Ist-Leistung des Ausgangsanschlusses oder Eingangsanschlusses effektiv maximiert, indem die relative Leistung des Ausgangsanschlusses oder Eingangsanschlusses maximiert wird.
• In bestimmten Ausführungsformen, sind einige oder alle der MPPT-Controller 302 in einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis ausgeführt, um eine geringe Größe, geringe parasitäre Impedanz zwischen den Komponenten und eine schnelle Signallaufzeit zu erzielen. In diesen Ausführungsformen befindet sich der integrierte Schaltkreis wahlweise in einem gemeinsamen Gehäuse mit der elektrischen Stromquelle 304, um eine kleine Systemgröße und minimale Impedanz zwischen Stromquelle 304 und Controller 302 zu erzielen. Jedoch ist der MPPT-Controller 302 nicht auf eine Implementierung in einem integrierten Schaltkreis beschränkt und kann stattdessen teilweise oder vollständig aus diskreten Komponenten gebildet sein.
• Obwohl Schaltkreis 326, Energiespeicher-Induktivität 336 und Kondensatoren 334 einen Abwärtswandler bilden, kann ebenso betrachtet werden, dass diese Komponenten einen Aufwärtswandler mit negativem "Ausgangsstrom" bilden. Insbesondere da die Eingangsspannung Vin gesteuert wird und größer oder gleich der Ausgangsspannung Vout ist, könnten Schaltkreis 326, Energiespeicher-Induktivität 336 und Kondensatoren 334 zusammen als ein Aufwärtswandler betrachtet werden, wobei Last 306 elektrisch mit dem Eingang des Aufwärtswandlers gekoppelt ist und die elektrische Stromquelle 304 elektrisch mit dem Ausgang des Aufwärtswandlers gekoppelt ist. Der Ausgangsstrom des Aufwärtswandlers ist jedoch negativ, da Eingangsstrom Iin von der elektrischen Stromquelle 304 in den MPPT-Controller 302 fließt. Somit können Schaltkreis 326, Energiespeicher-Induktivität 336 und Kondensatoren 334 zusammen je nach Standpunkt entweder als Abwärtswandler mit einer geregelten Eingangsspannung Vin oder als Aufwärtswandler mit einem negativen "Ausgangsstrom" Iin betrachtet werden.
• 4 zeigt ein Blockdiagramm des Steuerungsuntersystems 338. Steuerungsuntersystem 338 umfasst ein Stromfilteruntersystem 402, das geeignet ist, den Welligkeitsanteil aus dem Signal Io zu filtern und ein Signal Io_mittel zu erzeugen, das den mittleren aus dem aus dem Ausgangsanschluss 314 fließenden Strom repräsentiert. Ein Stromskalierungsuntersystem 404 skaliert Io_mittel zur Erzeugung eines Signals skalierter_Io_mittel, welches das auf einen ersten Wertebereich skalierte Signal Io_mittel ist. Ein Spannungsfilteruntersystem 406 filtert die Ausgangsanschluss-Spannung Vp, die eine Wellenform mit annähernd einer Rechteckform ist, um ein Signal Vp_mittel zu erzeugen, das den Mittelwert der Spannung Vp am Ausgangsanschluss 314 repräsentiert. In einigen alternativen Ausführungsformen wird jedoch Spannung Vp über die Last 306 anstelle über den Ausgangsanschluss 314 abgetastet, wodurch Spannungsfilteruntersystem 406 entfallen kann. Ein Spannungsskalierungsuntersystem 408 skaliert Vp_mittel zur Erzeugung eines Signals skalierter_Vp_mittel, welches das auf einen zweiten Wertebereich skalierte Signal Vp_mittel ist. Der zweite Wertebereich des Skalierungssystems 408 und der erste Wertebereich des Skalierungssystems 404 sind typischerweise identisch, um das Multiplizieren von skalierter_Io_mittel und skalierter_Vp_mittel zu erleichtern. Einige mögliche Beispiele von Filteruntersystemen und Skalierungsuntersystemen werden unten mit Bezug auf die 7 und 8 erörtert.
• Steuerungsuntersystem 338 umfasst ferner einen Multiplizierer 410, der geeignet ist, skalierter_Io_mittel und skalierter_Vp_mittel zu multiplizieren, um ein Signal Po zu erzeugen, das sowohl Leistung aus Ausgangsanschluss 314 als auch Leistung zu Eingangsanschluss 308 repräsentiert und zumindest im Wesentlichen zu diesen proportional ist. Ein Beispiel für eine mögliche Implementierung des Multiplizierers 410 wird unten mit Bezug auf 9 erörtert. MPPT-Controller-Schaltung 412 erzeugt ein Signal Vref-Befehl und ein Referenzspannungsgenerator 414 erzeugt eine Referenzspannung Vref in Reaktion auf das Signal Vref-Befehl. MPPT-Steuerschaltung 412 und Referenzspannungsgenerator 414 wirken zusammen, um einen Betrag von Vref einzustellen, um Signal Po zu maximieren, wodurch die Leistung aus dem Ausgangsanschluss 314 und die Leistung in den Eingangsanschluss 308 effektiv maximiert wird. Ein Beispiel dieser MPPT-Funktionalität wird unten mit Bezug auf 5 erörtert.
• Ein Fehlerverstärker 416 erzeugt eine Fehlerspannung Verr, die von einem PWM-Komparator 418 mit einem Rampensignal Vramp verglichen wird, um ein PWM-Steuersignal PWM zu erzeugen. Logik- und Treiberschaltung 420 erzeugt Signale 422, 424, die das Schalten der Schaltvorrichtungen 328, 330 vom Signal PWM steuern.
• Fehlerspannung Verr, die von Fehlerverstärker 416 erzeugt wird, ist gegeben durch: Verr = –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io Gl. 2 wobei Kv und Ki Skalierungsfaktoren sind. Diese Skalierungsfaktoren werden so gewählt, dass der Betrag von Kv·Vin unter erwarteten Betriebsbedingungen größer als der Betrag von Ki·Io ist, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist Skalierungsfaktor Kv typischerweise groß, weil die Systembandbreite in etwa proportional zu Kv·I/Cin ist, wobei Cin der Gesamtkapazitätswert der Eingangskondensatoren 324 und I der Durchschnittswert des Ausgangsstroms Iout ist. In einigen Ausführungsformen wird der Skalierungsfaktor Kv umgekehrt proportional zu dem erwarteten Betrag von Vin gewählt und Ki wird umgekehrt proportional zu dem erwarteten Mittelwert des Ausgangsstroms Iout gewählt. Skalierfaktoren Kv und Ki können Konstanten sein oder einer oder beide dieser Faktoren können dynamisch eingestellt werden, wie beispielsweise aufgrund von Änderungen der Betriebsbedingung.
• In einigen alternativen Ausführungsformen hat Fehlerverstärker 416 eine etwas andere Übertragungsfunktion, gegeben durch: Verr = –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Iout_mittel Gl. 3 wobei Iout_mittel ein Mittelwert des Stroms Iout ist. In bestimmten dieser Ausführungsformen ist Iout_mittel das Signal Io_mittel vom Stromfilteruntersystem 402. In anderen dieser Ausführungsformen wird jedoch Iout_mittel aus einer anderen Filterschaltung abgeleitet, wie beispielsweise Schaltungen, die ähnlich dem Stromfilteruntersystem 402 sind.
• Die Tatsache, dass Verr eine Funktion von Vin ist, erlaubt ein schnelle Systemreaktion und hilft daher, den MPP-Betrieb schnell zu etablieren. Darüber hinaus unterstützt die Tatsache, dass Verr eine Funktion des Signals Io ist, die Dämpfung des Systems und hilft daher, Überschwingen bei Arbeitspunktsprüngen im Zusammenhang mit MPPT zu minimieren oder sogar zu beseitigen. Außerdem kann die Tatsache, dass MPPT auf Ausgangs-/Eingangsleistung und nicht nur auf Spannung oder Strom basiert ist, es ermöglichen, dass MPPT-Controller 302 mit einer Vielzahl verschiedener Lasten, einschließlich Stromquellenlasten und Spannungsquellenlasten, betrieben werden kann.
• Steuerungsuntersystem 338 kann in Abhängigkeit von der Ausführung der verschiedenen Untersystemblöcke so ausgelegt sein, dass Signale, die darin verarbeitet werden, Spannungssignale, Stromsignale oder eine Kombination von Spannungs- und Stromsignalen sind. Zum Beispiel könnte Signal Io, welches aus Ausgangsanschluss 314 fließenden Strom repräsentiert, abhängig von der Ausführung des Strom-Rekonstruktor-Untersystems 340 entweder ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein. Als weiteres Beispiel könnte Signal Po, welches aus Ausgangsanschluss 314 fließenden Strom repräsentiert, abhängig von der Einrichtung des Multiplizierers 410 entweder ein Strom- oder ein Spannungssignal sein. Ferner könnte Steuerungsuntersystem 338 derart ausgelegt sein, dass die darin verarbeiteten Signale analoge Signale und/oder digitale Signale sind.
• 5 zeigt ein Verfahren 500 für die Maximierung der aus dem Ausgangsanschluss 314 entnommenen Leistung unter Verwendung von Steuerungsuntersystem 338. Das Verfahren 500 kann als eine "Methode der Lastschritte" betrachtet werden, wobei Vref periodisch gestört wird und der Effekt der Störung beobachtet wird, um zu bestimmen, in welche Richtung der Betrag Vref angepasst werden sollte, um Signal Po zu erhöhen.
• In Schritt 502 werden Skalierungsuntersysteme 404, 408 so eingestellt, dass Signale skalierter_Io_mittel und skalierter_Vp_mittel sich innerhalb des ersten bzw. zweiten Wertebereichs befinden. Solche Signalskalierung maximiert den Dynamikbereich des Multiplizierers 410 bei der Erzeugung von Signal Po. In Schritt 504 tastet MPPT-Controller-Schaltung 412 Multipliziererausgangssignal Po ab und speichert dieses zur Verwendung als Referenzwert vor der Störung von Vref. In Schritt 506 ändert MPPT-Controller-Schaltung 412 den Betrag von Vref um eine erste Schrittgröße durch Ändern des Signals Vref-Befehl, um Vref zu stören. Diese Vref-Störung ist entweder positiv oder negativ, je nachdem, ob die letzte Vref-Störung zu einer Erhöhung oder Verringerung von Po führte. Genauer gesagt, wenn die letzte Vref-Störung zu einer Erhöhung von Po geführt hat, wird Vref um einen Schritt in derselben Richtung verändert. Wenn jedoch die letzte Vref-Störung zu einer Abnahme von Po geführt hat, wird Vref um einen Schritt in entgegengesetzter Richtung verändert. In Schritt 508 tastet Steuerschaltung 412 erneut Po ab und bestimmt, ob die Vref-Störung von Schritt 506 Po erhöht oder verringert hat. Das Verfahren 500 wird von Zeit zu Zeit wiederholt, um dadurch zu erzielen, dass Steuerungsuntersystem 338 die elektrische Stromquelle 304 an ihrem MPP oder in der Nähe ihres MPPs betreibt.
• Es sollte jedoch beachtet werden, dass Steuerungsuntersystem 338 durch andere Verfahren als Verfahren 500 betrieben werden könnte. Zum Beispiel könnte MPPT-Steuerschaltung 412 alternativ geeignet sein, MPP-Betriebsbedingungen durch periodisches Einstellen des Signals Vref Befehl zu bestimmen, um Vref über einen Wertebereich zu ändern, wobei Signal Po an jedem dieser Werte bestimmt wird, und zu bestimmen, für welchen Wert von Vref der größten Wert des Signals Po erzielt wird.
• Einige Ausführungsformen des MPPT-Controllers 302 können so betrieben werden, dass sie einen Betrieb mit einem Tastverhältnis von hundert Prozent der Steuerschaltvorrichtung 328 unterstützen. In diesen Ausführungsformen wird die Methode der Lastschritte von 5 so modifiziert, dass der Betrag von Vref stets um Schritt 506 verringert wird, wenn die Steuerschalteinrichtung 328 sich bei einem Tastverhältnis von hundert Prozent befindet. Diese Modifikation der Methode 500 ist erforderlich, da ein Anstieg von Vref bei hundert Prozent Tastverhältnis keine Änderung der Betriebsbedingungen von MPPT-Controller 302 verursachen würde, da sich das Tastverhältnis mit zunehmendem Vref erhöht und das Tastverhältnis nicht über hundert Prozent steigen kann.
• In einigen Situationen kann der Betrag des Signals Io für die Skalierung im ersten Wertebereich zu klein sein, selbst bei einer maximalen Verstärkungseinstellung des Stromskalierungsuntersystems 404. Ein kleiner Wert von skalierter_Io_mittel kann es wiederum schwierig oder unmöglich machen, Signal Po aus dem Produkt von skalierter_Io_mittel und skalierter_Vp_mittel zu bestimmen. Dementsprechend wird Stromskalierungsuntersystem 404 wahlweise so ausgelegt, dass der Betrag von skalierter_Io_mittel nicht unter einen minimalen Schwellenwert fällt, gleich wie klein der Betrag Io_mittel ist. In diesen Ausführungsformen wird sich Signal skalierter_Io_mittel als Reaktion auf eine Störung von Vref bei kleinen Werten des Ausgangsstroms Iout nicht ändern und die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss 314, und nicht die Ausgangsleistung, wird daher unter diesen Bedingungen maximiert. Diese Technik der Handhabung des MPP-Betriebs bei kleinen Iout Werten erfordert vorteilhafterweise nicht, dass MPPT Controller-Schaltung 412 Modi ändert, um niedrige Niveaus von Iout zu unterstützen oder eine Diskontinuität in der Iout-Übertragungsfunktion einzuführen.
• 6 zeigt ein Beispiel für den Betrieb einer Ausführungsform, in der dem Signal skalierter_Io_mittel nicht erlaubt ist, unter einen Schwellenwert zu fallen. In dieser Ausführungsform ist das Stromskalierungssystem 404 ausgelegt, Signal skalierter_Io_mittel innerhalb eines ersten Wertebereichs zu behalten, der durch obere und untere Schwellenwerte 602, 604 abgegrenzt wird, gleich wie klein der Betrag des Signals Io_mittel ist. Innerhalb des Eingangsbereichs 606 ist der Betrag des Signals Io_mittel so klein, dass Stromskalierungsuntersystem 404 das Signal skalierter_Io_mittel entsprechend dem unteren Schwellenwert 604 auf seinen minimalen Schwellenwert einstellt. Eine gestrichelte Linie 608 stellt dar, welchen Betrag skalierter_Io_mittel hätte, wenn Stromskalierungsuntersystem 404 den Mindestwert von skalierter_Io_mittel nicht auf den unteren Schwellenwert 604 einschränken würde.
• In einigen anderen Ausführungsformen ist Stromskalierungsuntersystem 404 geeignet, bei kleinem Betrag von Io_mittel einen positiven Offset-Wert zu skalierter_Io_mittel hinzuzufügen, so dass skalierter_Io_mittel nicht unter einen minimalen Schwellenwert fällt. Man betrachte zum Beispiel wieder Eingangsbereich 606 von 6. In alternativen bestimmten Ausführungsformen ist Stromskalierungsuntersystem 404 geeignet, einen positiven Offset-Wert zu skalierter_Io_mittel zu addieren, wenn Io_mittel im Eingangswertebereich 606 liegt, so dass skalierter_Io_mittel nicht unter den unteren Schwellenwert 604 fällt. In diesen Ausführungsformen behält skalierter_Io_mittel die gleiche Form wie Io_mittel. Somit würde der Abschnitt von gestrichelter Linie 608 eine diagonale Gerade bleiben, aber Abschnitt 608 würde in den Wertebereich verschoben werden, der von oberem und unterem Schwellenwert 602, 604 eingegrenzt wird.
• Steuerungsuntersystem 338 umfasst ferner wahlweise zusätzliche Vref-Steuerschaltung 426, um eine oder mehrere zusätzliche Funktionen des Controllers 302 auszuführen. Obwohl zusätzliche Vref-Steuerschaltung 426 symbolisch als diskreter Block gezeigt ist, wird diese wahlweise in einen oder mehrere der anderen Blöcke des Steuerungsuntersystems 338, wie beispielsweise in MPPT-Steuerschaltung 412, integriert.
• Zusätzliche Vref-Steuerschaltung 426 ist wahlweise geeignet zu verhindern, dass Vin unter einen Mindestwert fällt und/oder über einen Höchstwert steigt. Es kann wünschenswert sein, den Höchstwert von Vin zu begrenzen, um den ordnungsgemäßen Betrieb des MPPT-Controllers 302 zu unterstützen. Andererseits kann es wünschenswert sein, den Höchstwert von Vin zu begrenzen, um Schäden an elektrischer Stromquelle 304 und/oder MPPT-Controller 302 aufgrund eines hohen Spannungszustands zu verhindern und/oder Sicherheit zu gewährleisten. Dementsprechend ist in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref-Steuerschaltung 426 geeignet, MPPT-Steuerschaltung 412 zu übersteuern und zu verhindern, dass Vref weiter fällt, oder sogar Vref zu erhöhen, wenn Vin unter einen Schwellenwert fällt oder wenn ein Fallen von Vref verursachen würde, dass Vin unter den Schwellenwert fällt. Ähnlich ist in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref-Steuerschaltung 426 geeignet, MPPT-Controller-Schaltung 412 zu übersteuern und eine weitere Erhöhung von Vref zu verhindern, wenn Vin über einen Schwellenwert steigt oder wenn ein steigendes Vin verursachen würde, dass Vref über den Schwellenwert steigt.
• Weiterhin ist in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref-Controller-Schaltung 426 geeignet, MPPT-Steuerschaltung 412 zu übersteuern und Vref zu verringern, wenn ein Betrag des Signals Io unter einen Schwellenwert fällt, wodurch ein möglicherweise unzuverlässiger Betrieb im Zusammenhang mit sehr kleinem Betrag von Ausgangsstrom Iout verhindert wird. In einer bestimmten Ausführungsform wird der Schwellenwert knapp oberhalb eines Betrags des minimalen Ausgangsstroms Iout eingestellt, der von Strom-Rekonstruktor-Untersystem 340 auflösbar ist. Man betrachte beispielsweise eine Ausführungsform, in der Stromskalierungsuntersystem 404 so ausgelegt ist, dass der Betrag von skalierter_Io_mittel nicht unter einen minimalen Schwellenwert fällt. In dieser Ausführungsform wird, wie oben erörtert, die mittlere Spannung am Ausgangsanschluss 314, und nicht die Ausgangsleistung, maximiert, wenn das Signal Io unter den Schwellenwert fällt. Eine solche Maximierung der mittleren Spannung am Ausgangsanschluss 314 maximiert jedoch unter Umständen nicht die Leistung von elektrischer Stromquelle 304; stattdessen wird elektrische Stromquelle 304 möglicherweise an einem Punkt hoher Spannung und niedrigen Stroms unterhalb ihres MPPs betrieben. Fallendes Vref wird jedoch das Tastverhältnis von Steuerschaltvorrichtung 328 erhöhen, wodurch der Betrag von Ausgangsstrom Iout erhöht wird und damit Stromquelle 304 näher an ihrem Punkt maximaler Leistung betrieben wird. Fallendes Vref kann auch potenziell den Betrag von Ausgangsstrom Iout erhöhen, so dass normales MPPT wieder aufgenommen werden kann. Entsprechend integrieren einige Ausführungsformen sowohl (1) Schaltungen zum Verhindern des Fallens des Betrags des skalierter_Io_mittel unter einen Schwellenwert als auch (2) Schaltungen zum Verringern von Vref, wenn der Betrag des Signals Io unter einen Schwellenwert fällt.
• In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuerungsuntersystem 338 geeignet, Steuerschaltvorrichtung 328 bei einem festen Tastverhältnis zu betreiben, wenn Signal Io unter einen Schwellenwert fällt, der einen potenziellen negativen Ausgangsstrom anzeigt. Das Betreiben von Schaltvorrichtung 328 bei einem festen Tastverhältnis erleichtert das Betreiben bei Rückstrom, wenn Iout einen negativen Wert anstatt einen positiven Wert hat. Rückstrombedingungen können in Anwendungen auftreten, in denen eine oder mehrere zusätzliche elektrische Stromquellen elektrisch mit Ausgangsanschluss 314 gekoppelt sind, wie beispielsweise in Anwendungen, die Ketten von parallel geschalteten photovoltaischen Vorrichtungen umfassen. Es wird erwartet, dass Steuerungsuntersystem 338 Steuerschaltvorrichtung 328 bei einem großen festen Tastverhältnis betreibt, wie beispielsweise bei einem Tastverhältnis von fünfundneunzig oder hundert Prozent, wenn Signal Io einen potenziellen negativen Ausgangsstrom anzeigt. Der Schwellenwert, der einen potenziellen negativen Ausgangsstrom anzeigt, wird typischerweise niedriger als die anderen Schwellenwerte für niedrigen Ausgangsstrom eingestellt, wie beispielsweise der Schwellenwert, bei dem Vref verringert wird, wenn Io unter einen Schwellenwert fällt, wie oben erörtert.
• In einigen Situationen kann es wünschenswert sein, die Größe der Vref-Störungen bei hohem Tastverhältnis von Steuerschaltvorrichtung 328 zu reduzieren, um ein robusteres MPPT zu fördern, da große Vref-Schrittgrößen bei hohem Tastverhältnis zu unerwünschtem Betrieb führen können. Wie aus Gl. 2 und 4 ersichtlich ist, ist die Änderung des Tastverhältnisses als Reaktion auf einen bestimmtes Vref-Schritt nicht unbedingt konstant, da das Tastverhältnis in Abhängigkeit von Io und anderen Faktoren variieren kann. Die Änderung des Tastverhältnisses ist typischerweise größer bei kleinen Io-Werten als bei großen Io-Werten und niedrige Io-Werte entsprechen typischerweise einem Betrieb bei großen Tastverhältnissen. So wird ein gegebener Vref-Schritt bei Betrieb bei hohem Tastverhältnis oft einen relativ großen Schritt des Tastverhältnisses verursachen. Ein großer Tastverhältnis-Schritt kann wiederum das MPPT und/oder den Betrieb der Last 306 negativ beeinflussen.
• Dementsprechend wirkt in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref-Steuerschaltung 426 mit MPPT-Controller-Schaltung 412 derart zusammen, dass MPPT-Controller-Schaltung 412 Vref bei einem hohen Tastverhältnis um eine kleinere Schrittgröße ändert als bei einem niedrigeren Tastverhältnis. Insbesondere bewirken die Schaltungen 412, 426, dass Vref beim MPPT um eine erste Schrittgröße verändert wird, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis von Steuerschaltvorrichtung 328 zu steuern, unter einem ersten Schwellenwert liegt, und die Schaltungen 412, 426 bewirken, dass Vref beim MPPT um eine zweite Schrittgröße geändert wird, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis von Steuerschaltvorrichtung 328 zu steuern, über einem zweiten Schwellenwert liegt. Die zweite Schrittgröße ist kleiner als die erste Schrittgröße und der erste Schwellenwert ist kleiner oder gleich dem zweiten Schwellenwert. Es ist vorgesehen, dass in vielen Ausführungsformen der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist, um eine Hysterese zwischen Betriebsarten bei großer und kleiner Vref-Schrittgröße zu erzielen. Der Befehl zum Steuern des Tastverhältnisses von Steuerschaltvorrichtung 328 wird zum Beispiel aus Signal 422 abgeleitet, das von Logik- und Treiberschaltung 420 erzeugt wird.
• Es kann auch wünschenswert sein, die Größe der Vref-Störungen zu reduzieren, wenn der Betrieb am MPP oder nahe des MPPs liegt, da Vref-Störungen in einem solchen Fall dazu führen können, dass die elektrische Stromquelle 304 vorübergehend nicht an ihrem MPP betrieben wird. Somit kann in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref Steuerschaltung 426 mit MPPT-Controller-Schaltung 412 derart zusammenwirken, dass MPPT Controller-Schaltung 412 Vref um eine kleinere Schrittgröße ändert, wenn eine elektrische Stromquelle 304 sich in der Nähe ihres MPPs befindet, als wenn die elektrische Stromquelle 304 weit von ihrem MPP entfernt ist. Insbesondere bewirken Schaltungen 412, 426, dass Vref beim MPPT um eine erste Schrittgröße geändert wird, wenn ein Unterschied in Po zwischen aufeinanderfolgenden Vref-Störungen unter einem ersten Schwellenwert liegt, und Schaltungen 412, 426 bewirken, dass Vref beim MPPT um eine zweite Schrittgröße geändert wird, wenn ein Unterschied in Po zwischen aufeinanderfolgenden Vref-Störungen über einem zweiten Schwellenwert liegt. Die zweite Schrittgröße ist größer als die erste Schrittgröße und der erste Schwellenwert ist kleiner oder gleich dem zweiten Schwellenwert. Es ist vorgesehen, dass in vielen Ausführungsformen der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist, um eine Hysterese zwischen Betriebsarten bei großer und kleiner Vref-Schrittgröße zu erzielen.
• In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, den MPP-Betrieb schnell zu erreichen. Daher ist in bestimmten Ausführungsformen Steuerungsuntersystem 338 ausgelegt, Vref schnell zu ändern, wenn MPPT-Controller 302 an Extrempunkten betrieben wird, die wahrscheinlich keinen MPP-Betrieb darstellen, wie beispielsweise beim Anlauf, wodurch eine schnelle Konvergenz gegen den MPP-Betrieb erzielt wird. In diesen Ausführungsformen wirken MPPT Controller-Schaltung 412 und zusätzliche Vref Steuerschaltung 426 derart zusammen, dass MPPT Controller-Schaltung 412 Vref schneller ändert, wenn Steuerschaltvorrichtung 328 sich in einem Zustand extremer Tastverhältnisse befindet, als wenn Steuerschaltvorrichtung 328 sich in einem Zustand normaler Tastverhältnisse befindet. Insbesondere ändert Schaltung 412 Vref mit einer ersten Geschwindigkeit, wenn ein Befehl, das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung 328 zu steuern, innerhalb eines ersten Wertebereichs liegt, und eine Schaltung 412 ändert Vref mit einer zweiten Geschwindigkeit, wenn ein Befehl, das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung 328 zu steuern, innerhalb eines zweiten Wertebereichs liegt. Die zweite Geschwindigkeit ist größer als die erste Geschwindigkeit und der zweite Wertebereich stellt einen äußerst großen oder kleinen Tastverhältnis-Befehl dar, während der erste Wertebereich einen normalen Tastverhältnis-Befehl darstellt. In einer Ausführungsform stellt der erste Wertebereich beispielsweise einen Befehl dar, dass das Tastverhältnis von Steuerschaltvorrichtung 328 zwischen null und hundert Prozent liegt, während der zweite Wertebereich einen Befehl darstellt, dass das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung 328 kleiner als Null oder größer als 100 Prozent sein soll.
• In Ausführungsformen, in denen elektrische Stromquelle 304 eine photovoltaische Vorrichtung ist, kann es möglich sein, den MPP der Vorrichtung aus ihrer Leerlaufspannung ungefähr abzuschätzen, bevor der MPPT-Controller 302 mit dem Schalten beginnt. Insbesondere liegt der MPP einer photovoltaischen Vorrichtung typischerweise in einem Bereich von achtzig Prozent bis fünfundneunzig Prozent der Leerlaufspannung. Die anfängliche Einstellung von Vref auf diesen Bereich der Leerlaufspannung der photovoltaischen Vorrichtung kann den MPP-Betrieb beschleunigen.
• Daher ist in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref Steuerschaltung 426 geeignet, bei der Inbetriebnahme des MPPT-Controllers 302 einen anfänglichen Wert von Vref zumindest teilweise auf Basis einer anfänglichen mittleren Spannung am Eingangsanschluss 308 einzustellen. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen zusätzliche Vref Steuerschaltung 426 geeignet, bei Inbetriebnahme einen anfänglichen Wert von Vref einzustellen, so dass Steuerschaltvorrichtung 328 zunächst mit einem Tastverhältnis betrieben wird, das die mittlere Spannung an dem Eingangsanschluss 308 annähernd bei einem Bruchteil ihres anfänglichen Wertes behält, beispielsweise von 80 bis 95 Prozent des anfänglichen Wertes. MPPT Controller-Schaltung passt dann den Betrag von Vref an, um MPP-Betrieb zu erzielen, wie oben mit Bezug auf 5 erörtert wurde.
• In bestimmten Ausführungsformen umfassen Steuerschaltvorrichtung 328 und/oder Freilaufschaltvorrichtung 330 eine oder mehrere Schaltvorrichtungen, die dynamisch angepasste Feldeffekttransistoren (FETs) sind. Solche dynamisch angepassten FETs umfassen jeweils eine Anzahl von individuell steuerbaren Elementen in Form von einzelnen FETs, die elektrisch parallel geschaltet sind, wobei die Anzahl dieser einzelnen FETs, die aktiv sind, variiert werden kann, um die Größe des FETs dynamisch anzupassen. Die FET-Eigenschaften können durch Veränderung seiner Größe, das heißt, durch die Anzahl seiner einzelnen FETs, die aktiv sind, variiert werden. Beispielsweise kann der gesamte FET-Kanalwiderstand durch Erhöhung der FET-Größe, d.h. durch Erhöhung der Anzahl der einzelnen FETs, die aktiv sind, verringert werden. Jedoch sind die Gate-Kapazität und der assoziierte Schaltverlust umso größer, je mehr der einzelnen FETs aktiv sind (vorausgesetzt, dass jeder einzelne FET von einem gemeinsamen Treiber getrieben wird). Für jedes Tastverhältnis gibt es typischerweise eine optimale FET-Größe, die die Summe von Verlusten, die durch Widerstand und Gate-Kapazität bedingt sind, minimiert.
• In einigen Ausführungsformen, die einen oder mehrere dynamisch angepasste FETs und Strom-Rekonstruktor-Untersystem 340 umfassen, verringert Steuerungsuntersystem 338 die FET-Größe, d.h. es verringert die Anzahl von aktiven einzelnen FETs, wenn der Betrag des Signals Io_mittel unter einen Schwellenwert fällt, um die Verstärkung des Strom-Rekonstruktor-Untersystems 340 zu ändern. In diesen Ausführungsformen hängt die Verstärkung des Strom-Rekonstruktor-Untersystems 340 zumindest teilweise von der Anzahl der einzelnen FETs ab, die aktiv sind, und die Verstärkung nimmt zu, wenn die Anzahl von aktiven einzelnen FETs abnimmt. Somit erhöht das Abnehmen der FET-Größe die Verstärkung des Rekonstruktors und der Betrag des Signals Io_mittel, wodurch Schwierigkeiten, die mit geringem Betrag der Signale Io_mittel/Io_mittel_skaliert assoziiert sind, wie beispielsweise die oben in Bezug auf 6 genannten Schwierigkeiten, potenziell reduziert oder gar beseitigt werden können. Dementsprechend kann die Verringerung der FET-Größe dem Steuerungsuntersystem 338 ermöglichen, MPPT bei niedrigeren Beträgen des Ausgangsstroms Io durchzuführen, als dies ohne Verringerung der FET-Größe möglich wäre.
• 7 veranschaulicht einen elektronischen Filter 700. Jedes der Strom- und Spannungsfilter-Untersysteme 402, 406 umfasst beispielsweise eine Instanz des Filters 700. Filteruntersysteme 402 und/oder 406 können jedoch alternativ mit anderen Filtertypen implementiert werden. Zum Beispiel ist in einigen anderen Ausführungsformen Spannungsfilteruntersystem 406 mit einem RC-Filter implementiert, um Einfachheit und niedrige Kosten zu erzielen. Weiterhin ist elektronischer Filter 700 nicht auf die Verwendung in Steuerungsuntersystem 338 beschränkt.
• Filter 700 kann betrieben werden, um ein Ausgangsstromsignal 702 zu erzeugen, das einen Mittelwert eines Eingangsstromsignals 704 repräsentiert. Ausgangsstromsignal 702 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb ein unipolares Signal, selbst in Situationen, in denen Eingangsstromsignal 704 ein bipolares Signal ist, wie beispielsweise wenn das Eingangsstromsignal 704 eine kleine Gleichstromkomponente (DC) und eine große Wechselstromkomponente (AC) hat. Im Zusammenhang mit dieser Schrift bleibt ein unipolares Signal entweder positiv oder negativ. In anderen Worten, ein unipolares Signal wechselt nicht zwischen positiven und negativen Werten. Ein bipolares Signal wechselt dagegen zwischen positiven und negativen Werten. Wie im Stand der Technik bekannt, ist es oft sehr viel einfacher, ein unipolares Signal zu verarbeiten als ein bipolares Signal. Beispielsweise kann ein Zwei-Transistor-Stromspiegel zum Skalieren eines unipolaren Signals verwendet werden, während wesentlich kompliziertere Schaltungen erforderlich ist, um ein bipolares Signal zu skalieren. Dementsprechend kann die Tatsache, dass das Ausgangsstromsignal 702 im bestimmungsgemäßen Betrieb unipolar ist, bei bestimmten Anwendungen insbesondere vorteilhaft sein.
• Filter 700 umfasst ein Integrator-Untersystem 706 und eine Transkonduktanz-Schaltung, umfassend einen ersten und zweiten Transkonduktanz-Verstärker 708, 710. Integrator-Untersystem 706 umfasst einen Integrator 712 mit invertierenden und nicht invertierenden Eingangsklemmen, eine Widerstandsvorrichtung 714, die elektrisch mit den Eingangsklemmen des Integrators gekoppelt ist, und eine Konstantspannungsquelle 716, die zwischen dem nicht invertierenden Eingang des Integrators und einem Referenzknoten 718 elektrisch gekoppelt ist. Der invertierende Eingang des Integrators ist elektrisch mit einem Knoten 724 gekoppelt. Eine AC-Komponente 720 des Eingangsstromsignals 704 fließt durch Widerstandsvorrichtung 714 in den Knoten 724, wodurch ein Wechselstromsignal zwischen den Eingangsklemmen des Integrators 712 erzeugt wird. Integrator 712 integriert dieses AC-Signal und erzeugt ein Integratorsignal AVG, das den Mittelwert des Eingangsstromsignals 704 repräsentiert.
• Zweiter Transkonduktanz-Verstärker 710 erzeugt als Reaktion auf Integratorsignal AVG ein Stromsignal 722, das in den Knoten 724 fließt, so dass das Integrator-Untersystem 706 und der zweite Transkonduktanz-Verstärker 710 gemeinsam einen geschlossenen Tiefpassfilter bilden. Stromsignal 722 repräsentiert die Gleichstromkomponente des Eingangsstromsignals 704, so dass Gleichstromsignal 722 und Wechselstromsignal 720 zusammen Eingangsstromsignal 704 bilden, das aus Knoten 724 fließt. Erster Transkonduktanz-Verstärker 708 wird auch von Integratorsignal AVG so gesteuert, dass er Ausgangsstromsignal 702 erzeugt, das Gleichstrom-Signal 722 spiegelt und daher proportional zu dem Mittelwert des Eingangsstromsignals 704 ist.
• Dementsprechend wird Integrator-Untersystem 706 in einer bipolaren Domäne betrieben, um die bipolare oder Wechselstromkomponente des Eingangsstromsignals 704 zu filtern, während der erste und zweite Transkonduktanz-Verstärker 708, 710 in einer unipolaren Domäne betrieben werden, um die unipolare oder Gleichstromkomponente des Eingangsstromsignals 704 zu verarbeiten. Diese getrennte Verarbeitung der bipolaren und unipolaren Komponenten des Eingangsstromsignals 704 vereinfacht das Filtern der bipolaren Wechselstromkomponente des Eingangsstromsignals 704, während die Genauigkeit der unipolaren Gleichstromkomponente beibehalten wird.
• 8 veranschaulicht ein Signalskalierungsuntersystem 800. Jedes der Strom- und Spannungsskalierungsuntersysteme 404, 408 umfasst beispielsweise eine Instanz von Skalierungsuntersystem 800. Skalierungsuntersysteme 404 und/oder 408 könnten jedoch alternativ andere Skalierungsschaltungen umfassen. Weiterhin ist Signalskalierungsuntersystem 800 nicht auf die Verwendung in Steuerungsuntersystem 338 beschränkt.
• Untersystem 800 umfasst einen Verstärker 802, einen Steuertransistor 804, einen programmierbaren Widerstand 806 und Spiegeltransistoren 808, 810. Im Kontext dieser Schrift entsprechen mit G, D und S bezeichnete Feldeffekttransistorklemmen den Gate-, Drain- bzw. Source-klemmen. Ein Ausgang 812 des Verstärkers 802 treibt den Steuertransistor 804, der zwischen Spiegeltransistor 808 und programmierbarem Widerstand 806 elektrisch gekoppelt ist. Spiegeltransistor 808 ist elektrisch zwischen einem High-Side-Stromversorgungsknoten oder einer High-Side-Schiene 814 und Steuertransistor 804 gekoppelt und programmierbarer Widerstand 806 ist elektrisch zwischen Steuertransistor 804 und einem Referenzknoten oder einer Referenzschiene 816 gekoppelt. Ein invertierender Eingang des Verstärkers 802 ist elektrisch an einen Knoten 818, der Steuertransistor 804 und programmierbaren Widerstand 806 verbindet, gekoppelt, und ein nicht invertierender Eingang des Verstärkers 802 empfängt ein Eingangsspannungssignal 820.
• Verstärker 802 steuert den Betrieb des Steuertransistors 804 derart, dass ein Stromsignal 822, das durch Transistor 804 und programmierbaren Widerstand 806 fließt, dazu führt, dass eine Spannung am programmierbaren Widerstand 806 gleich dem Eingangsspannungssignal 820 ist. Somit regelt Verstärker 802 die Spannung an dem variablen Widerstand 806 als Reaktion auf das Eingangsspannungssignal 820. Transistor 810 spiegelt Stromsignal 822, um ein Ausgangsstromsignal 824 zu erzeugen, das proportional zu Stromsignal 822 ist. Ein Widerstandswert des programmierbaren Widerstands 806 wird von der Steuerlogik 826 eingestellt. Somit bilden Verstärker 802, Steuertransistor 804, programmierbarer Widerstand 806 und Spiegeltransistoren 808, 810 ein Transkonduktanz-Untersystem, das geeignet ist, Eingangsspannungssignal 820 in Ausgangsstromsignal 824 umzuwandeln, wobei die Steuerlogik 826 den Widerstand des programmierbaren Widerstands 806 einstellt, um die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems zu steuern.
• Mit Zunahme des Verstärkungsbereichs nimmt die Zahl der Verstärkungsstufen, die erforderlich sind, um mit jeder Stufe eine gewünschte Verstärkungsänderung zu erzielen, ebenfalls zu. Somit werden in bestimmten Ausführungsformen programmierbarer Widerstand 806 und Steuerlogik 826 derart gewählt, dass sich die Verstärkung an jeder Verstärkungsstufe um einen Faktor gleich der Quadratwurzel von zwei ändert, um einen Kompromiss zwischen einem großen Regelbereich und der Anzahl der Verstärkungsstufen zu erzielen.
• Untersystem 800 umfasst ferner einen zusätzlichen Spiegeltransistor 826, der Stromsignal 822 spiegelt. Ein Komparator 828 vergleicht das gespiegelte Stromsignal mit einem Referenzstromsignal 830, und Komparator 828 gibt ein GainOK-Signal aus, wenn das gespiegelte Stromsignal mindestens so groß wie das Referenzstromsignal ist. Bei Anlegen eines ENABLE-Aktivierungssignals stellt Steuerlogik 826 den programmierbaren Widerstand 806 auf seinen größten Widerstandswert ein, wodurch die Verstärkung auf einen minimalen Wert eingestellt wird. Die Steuerlogik 826 reduziert dann schrittweise den Widerstand des programmierbaren Widerstands 806 als Reaktion auf ein CLK-Taktsignal, wodurch die Verstärkung schrittweise zunimmt, bis ein GainOK-Signal vom Komparator 828 angelegt wird. Somit skaliert Signalskalierungsuntersystem 800 Ausgangsstromsignal 824 auf einen Betrag, der mindestens so groß wie Referenzsignal 830 ist, wenn das ENABLE-Signal angelegt wird. In Ausführungsformen des Steuerungsuntersystems 338, die Instanzen von Untersystem 800 als Skalierungsuntersysteme einsetzen, wird das ENABLE-Signal beispielsweise bei der Ausführung von Schritt 502 von Verfahren 500 angelegt (5).
• In bestimmten Ausführungsformen von Steuerungsuntersystem 338, die Instanzen von Untersystem 800 als Skalierungsuntersysteme einsetzen, könnte eine Vref-Störung einen großen Anstieg in skalierter_Io_mittel und/oder skalierter_Vp_mittel verursachen, bevor Skalierungsuntersysteme 404, 408 ihre Ausgänge neu skalieren. Solch ein starker Anstieg der Signalgröße kann Multiplizierer 410 sättigen und dadurch einen ungenauen MPPT-Betrieb verursachen. Dementsprechend umfasst Untersystem 800 wahlweise ferner Spiegeltransistor 832, Komparator 834 und Referenzstromquelle 836, um einen großen Anstieg des Betrags des Ausgangsstromsignals 824, der einen unsachgemäßen MPPT-Betrieb verursachen kann, zu erkennen.
• Insbesondere spiegelt Spiegeltransistor 832 Stromsignal 822, und Komparator 834 vergleicht das gespiegelte Stromsignal mit einem Referenzstromsignal 836, das größer als Referenzstromsignal 830 ist. In einigen Ausführungsformen ist Referenzstromsignal 836 das Vierfache des Referenzstromsignals 830 und repräsentiert einen Schwellenwert, bei dem der Betrag von Ausgangsstromsignal 824 als übermäßig groß betrachtet wird. Komparator 834 gibt ein GainHi-Signal aus, wenn der Betrag des Spiegelstroms mindestens so groß wie der Betrag des Referenzstromsignals 836 ist.
• In bestimmten Ausführungsformen von Steuerungsuntersystem 338, die Instanzen von Untersystem 800 als Skalierungsuntersysteme verwenden, reagiert MPPT Controller-Schaltung 412 auf eine GainHi-Meldung unter der Annahme, dass die Störung den Betrag von Po erhöht, ohne Po-Beträge vor und nach der Störungen zu vergleichen. Wie oben erörtert, kann eine Po-Berechnung nach einem großen Signalanstieg gemäß einer GainHi-Meldung ungenau sein und Vergleichen von Po-Werten nach einer GainHi-Meldung kann zu fehlerhaftem MPPT-Betrieb führen.
• Bestimmte Ausführungsformen des Signalskalierungsuntersystems 800 können einen oder mehrere Vorteile erzielen, die mit konventionellen Skalierungsuntersystemen nicht unbedingt realisiert würden. Beispielsweise ist die Verstärkung des Untersystems 800 umgekehrt proportional zum Widerstand des programmierbaren Widerstands 806, wodurch Untersystem 800 durch einfaches Ändern des Widerstands des programmierbaren Widerstands 806 einen weiten Verstärkungsbereich erzielen kann.
• Als weiteres Beispiel unterstützt die Konfiguration von Untersystem 800 ein schnelles Einschwingen der Verstärkung nach einer Verstärkungsstufenänderung mit einer Einschwingzeit, die bei Änderung der Verstärkung relativ konstant bleibt. Insbesondere wirkt Steuertransistor 804 unter Vernachlässigung von Effekten zweiter Ordnung als ein Pufferverstärker mit Verstärkungsfaktor von nahezu Eins, unabhängig von dem Widerstand des programmierbaren Widerstands 806. Daher ist die Kreisverstärkung des Verstärkers 802 bei Änderung des Widerstands 806 nahezu konstant, wodurch die Bandbreite und die Einschwingzeit des Verstärkers 802 ebenfalls relativ unabhängig vom Widerstandswert des Widerstands 806 bleibt. Dementsprechend kann Verstärker 802 typischerweise so gewählt werden, dass eine ausreichend schnelle Einschwingzeit erzielt wird, ohne dass Änderungen der Verstärkung berücksichtigt werden müssen.
• 9 veranschaulicht einen Multiplizierer 900. Multiplizierer 410 des Steuerungsuntersystems 338 wird beispielsweise unter Verwendung des Multiplizierers 900 realisiert. Jedoch könnte Multiplizierer 410 alternativ in einer anderen Weise realisiert werden. Weiterhin ist Multiplizierer 900 nicht auf die Verwendung in Steuerungsuntersystem 338 beschränkt.
• Multiplizierer 900 umfasst einen ersten Eingangsanschluss 902, einen zweiten Eingangsanschluss 906 und einen Ausgangsanschluss 910. Ein erstes Eingangsstromsignal 904 fließt in einen ersten Eingangsanschluss 902, ein zweites Eingangsstromsignal 908 fließt in den zweiten Eingangsanschluss 906 und ein Ausgangsstromsignal 912 fließt in den Ausgangsanschluss 910. Ein erster Feldeffekttransistor 914 ist mit dem ersten Eingangsanschluss 902 elektrisch in Reihe geschaltet, ein zweiter Feldeffekttransistor 916 ist mit dem zweiten Eingangsanschluss 906 elektrisch in Reihe geschaltet und ein dritter Feldeffekttransistor 918 ist mit dem Ausgangsanschluss 910 elektrisch in Reihe geschaltet. Wie unten erörtert, umfasst Multiplizierer 900 ferner eine Steuerschaltung, die geeignet ist, jeden der ersten, zweiten und dritten Transistoren so zu steuern, dass die Transistoren in ihrem linearen Bereich oder Triodenbereich betrieben werden und der Betrag des Ausgangsstromsignals 912 proportional ist zu dem Produkt (a) des Betrags des ersten Eingangsstromsignals 904 und (b) des Betrags des zweiten Eingangsstromsignals 908.
• Die Steuerschaltung umfasst einen vierten, fünften und sechsten Feldeffekttransistor 920, 922, 924 sowie Verstärker 926, 928. Die Gates des ersten und dritten Transistors 914, 918 sind elektrisch miteinander an einem gemeinsamen Knoten 932 gekoppelt, während die Gates des zweiten, vierten und fünften Transistors 916, 920, 922 elektrisch miteinander an einem anderen gemeinsamen Knoten 940 gekoppelt sind. Der vierte und fünfte Transistor 920, 922 haben jeweils x angepasste Einheitszellen-Transistoren, wobei x eine ganze Zahl größer als Null ist. Dementsprechend werden die Transistoren 920, 922 denselben Kanalwiderstand aufweisen, wenn diese bei derselben Gate-Source-Spannung betrieben werden, da beide Transistoren die gleiche Anzahl von angepassten Einheitszellentransistoren haben. Der erste, zweite und dritte Transistor 914, 916, 918 dagegen haben m*x angepasste Einheitszellen-Transistoren, wobei m eine ganze Zahl größer als eins ist. Dementsprechend hat jeder der Transistoren 914, 916 und 918 einen Kanalwiderstand gleich R/m, wobei R der Kanalwiderstand des Transistors 920 oder 922 ist, unter der Annahme, dass jeder der Transistoren 914, 916, 918, 920, und 922 an einer gemeinsamen Gate-Source-Spannung betrieben wird.
• Verstärker 926 ist geeignet, das Gate des ersten Transistors 914 so zu steuern, dass dessen Kanalwiderstand R914 durch die Spannung am Referenzknoten 938 und das erste Eingangsstromsignal 904 bestimmt wird. Insbesondere zwingt Verstärker 926 die Spannung am ersten Transistor 914, welche gleich der Spannung am Knoten 934 ist, gleich der Spannung am vierten Transistors 920 zu sein, so dass: R914 = V938/I904 Gl. 4 wobei V938 die Spannung am Knoten 938 und I904 der Betrag des ersten Eingangsstromsignals 904 ist. Jeder Transistor 914, 918 hat denselben Kanalwiderstand, da beide Transistoren m·x angepasste Einheitszellen-Transistoren haben und von einer gemeinsamen Gate-Source-Spannung vom Verstärker 926 getrieben werden.
• Verstärker 928 steuert das Gate des sechsten Transistors 924 so, dass die Spannung am zweiten Transistor 916 dieselbe wie die Spannung am dritten Transistor 918 ist, welche gleich der Spannung am Knoten 930 ist. Dementsprechend ist der Betrag des Ausgangsstromsignals 912 gegeben durch: I912 = V942/R914 = V942/(V938/I904) = I904·(V942/V938) Gl. 5 wobei I912 der Betrag des Ausgangsstromsignals 912 und V942 die Spannung am Knoten 942 ist. Die Spannung am Referenzknoten 938 ist durch folgende Gleichung gegeben: V938 = (Iref/m)·R920 Gl. 6 wobei R920 der Kanalwiderstand des vierten Transistors 920 ist. Der vierte und fünfte Transistor 920, 922 bilden einen Stromspiegel, der derart ausgelegt ist, dass ein Drain-Source-Strom, der durch den fünften Transistor 922 fließt, einen Betrag gleich Iref hat und ein Drain-Source-Strom, der durch den vierten Transistor 920 fließt, einen Betrag gleich Iref/m hat. Wie nachstehend erörtert, gewährleistet diese Konfiguration, dass die Transistoren 914, 916, 918, 920 in ihrem Triodenbereich betrieben werden, wie es für den ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich ist.
• Die Gates des zweiten und vierten Transistors 916, 920 sind beide mit dem Knoten 940 gekoppelt, so dass der Kanalwiderstand R916 des zweiten Transistors 916 gegeben ist durch: R916 = R920/m Gl. 7
• Dementsprechend kann gezeigt werden, dass die Spannung am Knoten 942 gegeben ist durch: V942 = I908·R916 = I908·(R920/m) Gl. 8 wobei I908 der Betrag des zweiten Eingangsstromsignals 908 ist. Das Verhältnis der Spannung am Knoten 942 zu dem Verhältnis der Spannung am Knoten 938 ist daher gegeben durch: V942/V938 = I908·(R920/m)/[(Iref/m)·R920] = I908/Iref Gl. 9 Durch Einsetzen von Gl. 9 in Gl. 5 ergibt sich wie folgt: I912 = (I904·I908)/Iref Gl. 10
• Gl. 10 zeigt, dass der Betrag des Ausgangsstromsignals 912 proportional zu dem Produkt aus (a) dem Betrag des ersten Eingangsstromsignals 904 und (b) dem Betrag des zweiten Eingangsstromsignals 908 ist. Gl. 10 zeigt auch, dass das Ausgangsstromsignal 912 umgekehrt proportional zum Referenzstromsignal Iref ist.
• Multiplizierer 900 kann einen oder mehrere Vorteile erzielen, die nicht notwendigerweise durch herkömmliche Multiplizierer realisiert werden würden.
• Beispielsweise sind sowohl Eingangssignale 904, 908 und Ausgangssignal 912 jeweils Stromsignale und keine Spannungssignale, was in bestimmten Anwendungen die Anbindung von Multiplizierer 900 an externe Schaltungen erleichtern kann. Als ein anderes Beispiel werden einige Ausführungsformen mit einer unipolaren Spannungsversorgung und massebezogenen Signalen betrieben werden und daher keine geteilte Stromversorgung erfordern oder erfordern, dass die Signale sich auf ein Mittelschienen-Potenzial beziehen. Darüber hinaus erfordern bestimmte Ausführungsformen von Multiplizierer 900 keine Widerstände, wie in 9 gezeigt. Das Bilden einer Schaltung ohne Widerstände kann bei der Realisierung integrierter Schaltkreise besonders vorteilhaft sein, da Widerstände einen bedeutenden Raum auf dem integrierten Schaltungschip einnehmen können.
• Weiterhin fördert die Auslegung des Multiplizierers 900 einen zuverlässigen Betrieb unter suboptimalen Bedingungen, wie beispielsweise Temperatur- und/oder Herstellungsprozess-Eckpunkten, indem sichergestellt wird, dass die Transistoren 914, 916, 918, 920 in ihrem linearen Bereich oder Triodenbereich betrieben werden, wie es für einen ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich ist. Insbesondere wird durch die Auslegung des Multiplizierers 900 in einer Weise, dass ein Drain-Source-Strom des vierten Transistors 920 m mal kleiner als ein Drain-Source-Strom des fünften Transistors 922, gewährleistet, dass der vierte Transistor 920 in seinem Trioden-Bereich betrieben wird und dass die Spannung am Referenzknoten 938 relativ gering ist. Die niedrige Spannung am Referenzknoten 938 bewirkt auch, dass der erste und dritte Transistor 914, 198 jeweils in ihrem Triodenbereich betrieben werden, da Verstärker 926 die Spannung am ersten Transistor 914 zwingt, gleich der Spannung am Referenzknoten 938 zu sein. Der zweite Transistor 916 wird wiederum in seinem Triodenbereich betrieben, solange sein Drain-Source-Strom kleiner als m·Iref ist, da dieser Transistor durch den fünften Transistor 922 gesteuert wird. Je größer der Wert des Parameters m ist, umso weiter arbeiten die Transistoren 914, 916, 918, 920 daher in ihrem Triodenbereich. Solange m größer als zwei ist und der Betrag von sowohl dem ersten und zweiten Eingangsstromsignal 904, 908 kleiner als Iref ist, werden Transistoren 914, 916, 918, 920 jeweils in ihrem Triodenbereich betrieben werden, selbst an Temperatur- und/oder Herstellungsprozess-Eckpunkten.
• Wie oben erörtert, gibt die Logik und Treiberschaltung 420 (4) zwei Signale 422, 424 aus, die Schaltvorrichtungen 328, 330 steuern. Jedes der Signale 422, 424 befindet sich typischerweise in einer anderen Stromversorgungsdomäne, da die Steuerungs- und Freilaufschaltvorrichtungen sich auf Differenzknoten beziehen.
• Zum Beispiel zeigt 10 eine mögliche Auslegung der Logik und Treiberschaltung 420 in einer Ausführungsform, in der Steuerschaltvorrichtung 328 als ein N-Kanal-Feldeffekttransistor 1028 implementiert ist und Freilaufschaltvorrichtung 330 als ein N-Kanal-Feldeffekttransistor 1030 implementiert ist. Es sollte jedoch verstanden werden, dass der MPPT-Controller 302 nicht auf die in 10 gezeigte Umsetzung beschränkt ist.
• Ein Regler 1002 erzeugt eine "Grundbetriebs"-Stromschiene (Vcc) aus dem positiven Stromversorgungsknoten Vddh. Vcc wird auf den Referenz-Stromversorgungsknoten Vss bezogen und Vcc oder eine andere davon abgeleitete Schiene wird verwendet, um einen Großteil der Schaltung in Steuerungsuntersystem 338, wie zum Beispiel PWM-Komparator 418, mit Strom zu versorgen.
• Signal PWM befindet sich in der Vcc/Vss Stromversorgungsdomäne, da der PWM-Komparator 418 von der Vcc-Stromschiene, die auf Vss bezogen wird, mit Strom versorgt wird. Steuerlogik 1004 der Schaltung 420 wandelt Signal PWM in ein Steuerschaltsignal 1006 zum Steuern des Transistors 1028 und in ein Freilaufsignal 1008 zum Steuern des Transistors 1030 um. Sowohl Signal 1006 also auch 1008 befinden sich in der Vcc/Vss-Stromversorgungsdomäne. Treiberschaltung 1010 erzeugt ein Gate-Steuerspannungssignal Vgs1 als Reaktion auf Freilaufsignal 1008. Gate-Steuerspannungssignal Vgs1 treibt Transistor 1030 oder, in anderen Worten, steuert die Gate-Source-Spannung des Transistors 1030, um das Schalten des Transistors 1030 zu steuern. Die Source von Transistor 1030 ist elektrisch mit Referenzknoten Vss gekoppelt. Dementsprechend befindet sich das Gate-Steuerspannungssignal Vgs1 ebenso in der Vcc/Vss Gate-Stromversorgungsdomäne.
• Steuertransistor 1028 wird auf Schaltknoten Vx anstelle des Referenzknotens Vss bezogen. Eine Booststrap-Komponente der Treiber- und Bootstrap-Schaltung 1012 erzeugt eine "Bootstrap"-Spannungsschiene (Vbst), die auf Schaltknoten Vx bezogen wird, so dass Schaltung 1012 das positive Gate des Transistors 1028 bezüglich der Source des Transistors treiben kann. Ein Energiespeicherelement, wie beispielsweise ein Kondensator 1014, wird verwendet, um Energie für die Bootstrap-Spannungsschiene zu speichern. Treiber und Bootstrap-Schaltung 1012 erzeugt ein Gate-Steuerspannungssignal Vgs2 in der Vbst/Vx Stromversorgungsdomäne, um Transistor 1028 zu treiben.
• Signale in der Vcc/Vss-Domäne können nicht direkt mit der Vbst/Vx-Domäne elektrisch gekoppelt werden, da die zwei Domänen unterschiedliche Referenzen haben. Insbesondere liegt die Referenz Vss in der Vcc/Vss-Domäne im Wesentlichen bei einer konstanten Spannung. Die Vbst/Vx-Domäne wird dagegen auf Schaltknoten Vx bezogen, welcher einen großen Spannungshub aufweist. Zum Beispiel zeigt 11 einen Graph der Spannung am Schaltknoten Vx über der Zeit. Signal PWM ist ebenfalls auf dem Graph durch gestrichelte Linien abgebildet. Wie man beobachten kann, ändert sich die Spannung am Schaltknoten Vx signifikant als Reaktion auf Änderungen in dem Signal PWM.
• Dementsprechend umfasst Logik- und Treiberschaltung 420 einen Pegelwandler 1016, um Steuerschaltsignal 1006 von der Vcc/Vss-Domäne zu einem ein Signal 1018 in der Vbst/Vx-Domäne umzuwandeln. Somit koppelt Pegelwandler 1016 Steuerlogik 1004, welche sich in der Vcc/Vss-Domäne befindet, mit Treiber und Bootstrap-Schaltung 1012, die sich in der Vbst/Vx-Domäne befindet. 12 zeigt einen Signalpegelwandler 1200, welcher eine mögliche Ausführung des Pegelwandlers 1016 ist. Es sollte jedoch erkannt werden, dass Pegelwandler 1016 auch auf andere Weise ausgeführt werden kann. Zusätzlich ist Pegelwandler 1200 nicht auf die Anwendung in Schaltung 420 beschränkt.
• Pegelwandler 1200 empfängt komplementäre Eingangssignale INP, INN, die sich in der Vcc/Vss-Stromversorgungsdomäne befinden. Ein Inverter 1202 invertiert das Signal INP und ein Inverter 1204 invertiert das Signal INN, bevor diese Signale mit einer Transkonduktanzstufe 1206 in der Vcc/Vss-Stromversorgungsdomäne gekoppelt werden. Transkonduktanzstufe 1206 ist geeignet, komplementäre Stromsignale 1208, 1210 als Reaktion auf die Eingangssignale INP, INN zu erzeugen.
• Der Ausgang des Inverters 1202 ist elektrisch mit den Gates der P-Kanal- und N-Kanal-Feldeffekttransistoren 1212, 1214 gekoppelt, welche ausgelegt sind, die Spannung an den Gate- und Source-Klemmen des N-Kanal-Feldeffekttransistors 1216 zu steuern. Der Ausgang des Inverters 1204 ist elektrisch mit den Gates der P-Kanal- und N-Kanal-Feldeffekttransistoren 1218, 1220 gekoppelt, welche ausgelegt sind, die Spannung an den Gate- und Source-Klemmen des N-Kanal-Feldeffekttransistors 1222 zu steuern. Wenn das Signal INP sich in seinem High-Zustand befindet, befindet sich Transistor 1212 in seinem leitenden Zustand und Transistor 1214 befindet sich in seinem nicht leitenden Zustand, so dass die Gate-Source-Spannung des Transistors 1216 im Wesentlichen Null ist und der Transistor 1216 sich in seinem nicht leitenden Zustand befindet. Auf der anderen Seite, wenn das Signal INP sich in seinem Low-Zustand befindet, befindet sich der Transistor 1212 in seinem nicht leitenden Zustand und der Transistor 1214 befindet sich in seinem leitenden Zustand, so dass die Gate-Source-Spannung des Transistors 1216 im Wesentlichen gleich Vcc-Vss ist und der Transistor 1216 sich in seinem leitenden Zustand befindet. Transistoren 1218, 1220, und 1222 werden in einer analogen Weise als Reaktion auf das Signal INN betrieben.
• Komplementäre Stromsignale 1208, 1210 sind elektrisch mit einem Lastkreis 1224 in der Vbst/Vx-Stromversorgungsdomäne gekoppelt, die geeignet ist, komplementäre Ausgangsspannungssignale OUTP, OUTN als Reaktion auf Stromsignale 1208, 1210 zu erzeugen. Lastkreis 1224 umfasst P-Kanal-Feldeffekttransistoren 1226, 1228. Transistor 1226 ist elektrisch zwischen Vbst und Transistor 1222 gekoppelt und ist geeignet, in seinem linearen Bereich betrieben zu werden, wodurch der Betrag des Stromsignals 1208 begrenzt wird. In ähnlicher Weise ist Transistor 1228 elektrisch zwischen Vbst und Transistor 1216 gekoppelt und ist geeignet, in seinem linearen Bereich betrieben zu werden, wodurch der Betrag des Stromsignals 1210 begrenzt wird.
• Lastkreis 1224 umfasst ferner eine erste und zweite Inverter-Schaltung 1230, 1232, die auf die Vbst/Vx-Stromversorgungsdomäne bezogen werden. Die erste Inverter-Schaltung 1230 ist geeignet, Ausgangssignal OUTP aus Stromsignal 1208 zu erzeugen, während die zweite Inverter-Schaltung 1232 geeignet ist, Signal OUTN aus Stromsignal 1210 zu erzeugen. Inverter 1230 umfasst einen P-Kanal-Feldeffekt-High-Side-Transistor 1234 und einen N-Kanal-Feldeffekt-Low-Side-Transistor 1236. Transistor 1234 ist elektrisch zwischen einer High-Side-Schiene S2 des Inverters und einem Ausgangsknoten 1238 gekoppelt und Transistor 1236 ist elektrisch zwischen dem Ausgangsknoten 1238 und Vx gekoppelt. Die Gates der Transistoren 1234, 1236 sind elektrisch mit Drains der Transistoren 1222, 1226 gekoppelt, welche mit einer High-Side-Schiene S1 der Inverter-Schaltung 1232 verbunden sind. In ähnlicher Weise umfasst Inverter-Schaltung 1232 einen P-Kanal-Feldeffekt-High-Side-Transistor 1240 und einen N-Kanal-Feldeffekt-Low-Side-Transistor 1242. Transistor 1240 ist elektrisch zwischen der High-Side-Schiene S1 des Inverters und einem Ausgangsknoten 1244 gekoppelt und Transistor 1242 ist elektrisch zwischen dem Ausgangsknoten 1244 und Vx gekoppelt. Die Gates der Transistoren 1240, 1242 sind elektrisch mit den Drains der Transistoren 1216, 1228 gekoppelt, welche mit der High-Side-Schiene S2 der Inverter-Schaltung 1230 verbunden sind.
• Die High-Side-Schiene S2 der Inverter-Schaltung 1230 ist durch einen P-Kanal-Feldeffekttransistor 1246 elektrisch mit Vbst gekoppelt und High-Side-Schiene S1 der Inverter-Schaltung 1232 ist durch einen P-Kanal-Feldeffekttransistor 1248 elektrisch mit Vbst gekoppelt. Die Transistoren 1246 und 1248 sind kreuzgekoppelt, dass heißt, das Gate des Transistors 1246 ist elektrisch mit dem Drain des Transistors 1248 gekoppelt und das Gate des Transistors 1248 ist elektrisch mit dem Drain des Transistors 1246 gekoppelt. Das Gate des Transistors 1246 ist elektrisch mit der High-Side-Schiene S1 der Inverter-Schaltung 1232 gekoppelt und das Gate des Transistors 1248 ist elektrisch mit der High-Side-Schiene S2 der Inverter-Schaltung 1230 gekoppelt. Kreuzgeschaltete Transistoren 1246, 1248 erzielen eine positive Rückkopplung, wodurch ein schnelles Schalten von High-Side-Schienen S1, S2 und ein entsprechend schneller Betrieb des Pegelwandlers 1200 gefördert wird.
• Inverter-Schaltungen 1230 sind 1232 sind asymmetrisch in dem Sinne, dass High-Side-Transistoren 1234, 1240 "stärker" als Low-Side-Transistoren 1236, 1242 sind. Genauer gesagt kann High-Transistor 1234 so betrieben werden, dass er Ausgangsknoten 1238 zu mindestens fünfzig Prozent des elektrischen Potenzials an der High-Side-Schiene S2 hochzieht, wenn Low-Side-Transistor 1236 sich in seinem leitenden Zustand befindet. In ähnlicher Weise kann High-Side-Transistor 1240 so betrieben werden, dass er Ausgangsknoten 1244 zu mindestens fünfzig Prozent des elektrischen Potenzials an der High-Side-Schiene S1 hochzieht, wenn Low-Side-Transistor 1242 sich in seinem leitenden Zustand befindet. Eine solche Asymmetrie der Inverter-Schaltungen 1230, 1232 ist erforderlich, um einen ordnungsgemäßen Betrieb in bestimmten Situationen zu erzielen.
• Man betrachte beispielsweise die Situation, wo INP aktiviert ist. Transistor 1222 wird sich in seinem leitenden Zustand befinden und Transistor 1216 wird in seinem nicht leitenden Zustand befinden, so dass High-Side-Schiene S1 nach unten in der Nähe von Vss gezogen wird und High-Side-Schiene S2 nach oben in die Nähe von Vbst gezogen wird. Damit wird High-Side-Transistor 1234 in seinem leitenden Zustand betrieben und Low-Side-Transistor 1236 wird in seinem nicht leitenden Zustand betrieben, so dass Ausgangssignal OUTP auf High-Pegel liegt. Auf der anderen Seite wird High-Side-Transistor 1240 in seinem nicht leitenden Zustand betrieben und Low-Side-Transistor 1242 wird in seinem leitenden Zustand betrieben, so dass Ausgangssignal OUTP auf Low-Pegel liegt. Wenn jedoch das elektrische Potential von Schaltknoten Vx unter das elektrische Potenzial des Referenzstromknotens Vss fällt, beispielsweise aufgrund von Freilaufwirkung der Freilaufschaltvorrichtung 330, wird es nicht möglich sein, Low-Side-Transistor 1236 auszuschalten, da seine Gate-Source-Spannung positiv sein wird. Somit ist Inverter-Schaltung 1230 asymmetrisch, so dass High-Side-Transistor 1234 Ausgangsknoten 1238 hochziehen kann, selbst wenn sich Low-Side-Transistor 1236 in seinem leitenden Zustand befindet, um Inverter-Schaltung 1230 zu ermöglichen, ihren Ausgangszustand von low auf high zu ändern, wenn sich Vx auf einem negativen elektrischen Potenzial in Bezug auf Vss befindet. Inverter-Schaltung 1232 ist aus ähnlichen Gründen asymmetrisch, d.h. um dem Inverter zu ermöglichen, seinen Ausgangszustand von low auf high zu ändern, wenn sich Vx auf einem negativen elektrischen Potenzial in Bezug auf Vss befindet.
• Lastkreis 1224 umfasst ferner Dioden 1250, 1252. Die Anode der Diode 1250 ist elektrisch mit Vx gekoppelt und die Kathode der Diode 1250 ist elektrisch mit High-Side-Schiene S1 gekoppelt. Die Anode der Diode 1252 ist elektrisch mit Vx gekoppelt und die Kathode der Diode 1252 ist elektrisch mit High-Side-Schiene S2 gekoppelt. Dioden 1250, 1252 begrenzen jeglichen Spannungshub über den Transistoren 1226, 1228 und tragen damit dazu bei, diese Transistoren vor Überspannungshüben zu schützen.
• Transistoren 1222, 1216 tragen auch dazu bei, unter bestimmten Umständen das Schalten des Pegelwandlers 1200 zu beschleunigen. Man betrachte zum Beispiel wieder das Szenario, wo Signal INP auf High-Pegel liegt und Signal INN auf Low-Pegel liegt. Wie oben erörtert, befinden sich die Transistoren 1222, 1234 und 1242 in ihren leitenden Zuständen und die Transistoren 1216, 1236 und 1240 befinden sich in ihren nicht leitenden Zuständen, so dass das Signal OUTP auf High-Pegel liegt und Signal OUTN auf Low-Pegel liegt. In einigen Fällen wird sich Vx auf einem negativen elektrischen Potenzial in Bezug auf Vss befinden, was dazu führt, dass sich Vbst auf einem negativen elektrischen Potenzial in Bezug auf Vcc befindet. Dementsprechend befindet sich der Drain des Transistors 1216 an einem niedrigeren elektrischen Potenzial als das Gate, was zu der bedingten Umschaltung des Transistors 1216 von seinem nicht leitenden Zustand zu seinem leitenden Zustand führt, wenn seine Gate-Drain-Spannung einen Schwellenwert Vth überschreitet, der typischerweise etwa 0,4 Volt beträgt. Dieses Leiten des Transistors 1216 führt dazu, dass Strom von Vcc über die Transistoren 1212, 1216 zu Schiene S2 fließt, wodurch Schiene S2 um die Differenz zwischen einer Diodenspannung und Vth über Vbst hochgezogen wird, was das Umschalten der Inverter-Schaltung 1230 beschleunigt. High-Side-Schiene S2 kann nicht höher als etwa eine Diodenspannung (ungefähr 0,7 Volt) über Vbst gezogen werden, da eine Drain-Source-Body-Diode (nicht gezeigt) des Transistors 1246 Schiene S2 auf Vbst klemmt. Das Leiten des Transistors 1222 beschleunigt das Schalten der Inverter-Schaltung 1232 auf ähnliche Weise, wenn Vx negativ ist. Pegelwandler 1200 kann einen oder mehrere Vorteile erzielen, die durch herkömmliche Pegelwandler unter Umständen nicht realisiert werden können. Beispielsweise sind bestimmte Ausführungsformen des Pegelwandlers 1200 schnell oder, in anderen Worten, sie führen eine minimale Laufzeitverzögerung bei der Umwandlung der komplementären Eingangssignale INP, INN in die komplementäre Ausgangssignale OUTP, OUTN ein. Beispielsweise ist in bestimmten Ausführungsformen die Laufzeitverzögerung weniger als 7 Nanosekunden, selbst in Situationen, in denen das elektrische Potenzial Vx unter dem Potenzial von Vss liegt. Diese relativ hohe Geschwindigkeit von Pegelwandler 1200 wird teilweise durch die Aufnahme von kreuzgekoppelten Transistoren 1246, 1248 erzielt sowie durch die Tatsache, dass die Transistoren 1216, 1222 eine schnelle Umschaltung fördern, wenn Vx negativ in Bezug auf Vss ist, wie oben erörtert. Ein schneller Betrieb ist wichtig, um beispielsweise ein gleichzeitiges Leiten der Steuerungs- und Freilaufschaltvorrichtungen 328, 300 aufgrund von Verzögerungen bei der Schaltung der Steuerschaltvorrichtung 328 zu verhindern, welches manchmal als "Shoot Through" bezeichnet wird.
• Als ein weiteres Beispiel können bestimmte Ausführungsformen des Pegelwandlers 1200 betrieben werden, wenn sowohl Vcc-Vss als auch Vbst-Vx nur ein Volt betragen, wodurch potenziell ein Betrieb bei niedrigen Eingangsspannungen ermöglicht wird. Die Tatsache, dass Pegelwandler 1200 Differenzsignale verwendet, wie beispielsweise komplementäre Stromsignale 1208, 1210, trägt außerdem dazu bei, dass Gleichtaktstörungen zwischen den Vcc/Vss- und Vbst/Vx-Domänen unterdrückt werden.
• Mehrere Instanzen von MPPT-Controller 302 können elektrisch miteinander gekoppelt werden. 13 veranschaulicht zum Beispiel ein elektrisches Stromversorgungssystem 1300, das N Instanzen von MPPT-Controller 302 in einer photovoltaischen Anwendung umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist. In dieser Schrift können bestimmte Instanzen einer Einheit mit Hilfe einer Zahl in Klammern gekennzeichnet werden (z.B. MPPT-Controller 302(1)), während Ziffern ohne Klammern sich auf eine beliebige solche Einheit beziehen (z.B. MPPT-Controller 302).
• Der Eingangsanschluss 308 jedes MPPT-Controllers 302 ist elektrisch mit einer entsprechenden photovoltaischen Vorrichtung 1304 einer gemeinsamen photovoltaischen Baugruppe 1305 gekoppelt. Photovoltaische Vorrichtungen 1304 sind beispielsweise einzelne photovoltaische Zellen oder Gruppen von elektrisch miteinander verbundenen photovoltaischen Zellen. Jedoch kann die Auslegung von photovoltaischen Vorrichtungen 1304 verändert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel sind in einigen alternativen Ausführungsformen, photovoltaische Vorrichtungen 1304 diskrete photovoltaische Vorrichtungen und sind nicht Teil einer gemeinsamen Baugruppe. Als ein anderes Beispiel haben in einigen anderen Ausführungsformen zwei oder mehrere photovoltaische Vorrichtungen 1304 unterschiedliche Auslegungen. Ein jeweiliger Eingangskondensator 1324 ist ebenso elektrisch über jeden Eingangsanschluss 308 gekoppelt.
• Ausgangsanschlüsse 314 des MPPT-Controllers 1302 sind mit einer Last 1306 elektrisch in Reihe geschaltet. Ein oder mehrere Ausgangskondensatoren 1334 sind elektrisch über die Last 1306 gekoppelt und werden von jedem der N MPPT-Controller 1302 geteilt. In einigen alternativen Ausführungsformen enthält Last 1306 jedoch eine signifikante Kapazität und Kondensatoren 1334 entfallen daher. Zusätzlich weist in einigen anderen alternativen Ausführungsformen jeder MPPT-Controller 302 einen entsprechenden Kondensator (nicht gezeigt) auf, der elektrisch über seinen Ausgangsanschluss 314 gekoppelt ist.
• MPPT-Controller 302 verwenden Kopplungsinduktivität 1336 einer Ausgangsschaltung 1332, die Schaltkreis 326 elektrisch mit Last 1306 koppelt, als Energiespeicher-Induktivität. Obwohl diese Kopplungsinduktivität symbolisch als ein einziges Element gezeigt ist, ist diese tatsächlich entlang einer Schleifen-bildenden Ausgangsschaltung 1332 verteilt. Einige alternative Ausführungsformen umfassen jedoch eine oder mehrere diskrete Induktivitäten (nicht dargestellt), die mit einer Ausgangsschaltung 1332 elektrisch in Reihe geschaltet sind. In Ausführungsformen, in denen jeder MPPT-Controller 302 einen entsprechenden Kondensator aufweist, der elektrisch über seinen Ausgangsanschluss 314 gekoppelt ist, muss jeder MPPT-Controller 302 zum Beispiel typischerweise eine entsprechende diskrete Induktivität aufweisen, die mit seinem Ausgangsanschluss 314 elektrisch in Reihe geschaltet ist.
• Jeder MPPT-Controller 302 wird im Wesentlichen in derselben Weise betrieben, wie in Bezug auf elektrische Stromversorgungssysteme mit einer einzelnen Instanz eines MPPT-Controllers 302 erörtert wurde. Zum Beispiel steuert jeder MPPT-Controller 302 eine Spannung Vin an seinem Eingangsanschluss 308, um den aus seiner zugehörigen photovoltaischen Vorrichtung 304 entnommenen Strom zu maximieren. In einigen Ausführungsformen werden MPPT-Controller 302 mit unterschiedlichen Phasen voneinander betrieben, um konstruktive Interferenz der Transienten, die aus dem Betrieb von Schaltkreis 326 resultieren, zu verhindern.
• MPPT-Controller 302 kann so modifiziert werden, dass die Position seiner Steuerungs- und Freilaufschaltvorrichtungen vertauscht sind. Zum Beispiel könnte MPPT-Controller 302 so modifiziert werden, dass die Schaltvorrichtung 330 eine Steuerschaltvorrichtung ist und die Schaltvorrichtung 328 eine Freilaufvorrichtung ist, wodurch die Steuerschaltvorrichtung ohne eine Bootstrap-Schaltung angesteuert werden kann. Als Folge dieser Modifikation wäre Ausgangsanschluss 314 elektrisch über die Schaltvorrichtung 328 anstatt über die Schaltvorrichtung 330 gekoppelt.
• Kombinationen von Ausstattungsmerkmalen
• Oben beschriebene sowie die nachstehend beanspruchte Ausstattungsmerkmale können auf verschiedene Weise kombiniert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die folgenden Beispiele veranschaulichen einige mögliche Kombinationen:
• (A1) Ein Maximum Power Point Tracking-Controller kann einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle, einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, eine Steuerschaltvorrichtung und ein Steuerungsuntersystem umfassen. Die Steuerschaltvorrichtung kann geeignet sein, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen. Das Steuerungsuntersystem kann geeignet sein, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über den Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
• (A2) Im mit (A1) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem ferner geeignet sein, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf dem Signal zu basieren, das Strom aus dem Ausgangsanschluss und eine Differenz zwischen der Spannung an dem Eingangsanschluss und einer Referenzspannung repräsentiert.
• (A3) Im mit (A2) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem ferner geeignet sein, einen Betrag der Referenzspannung zu variieren, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren.
• (A4) Im mit (A2) oder A3) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem weiterhin geeignet sein, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis eines Fehlersignals zu steuern, wobei das Fehlersignal durch –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io gegeben ist, wobei Kv ein erster Skalierungsfaktor, Ki ein zweiter Faktor, Vin die Spannung am Eingangsanschluss, Vref die Referenzspannung und Io das Signal ist, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
• (A5) Im mit (A2) bis (A4) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem einen Multiplizierer umfassen, der geeignet ist, das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, aus einem Produkt eines skalierten Signals, das eine mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und eines skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, zu bestimmen.
• (A6) Im mit (A5) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem ferner umfassen: (a) ein Spannungsskalierungsuntersystem, das geeignet ist, das skalierte Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch die Skalierung eines Signals zu erzeugen, das repräsentiert, ob die mittlere Spannung an dem Leistungsausgangsanschluss innerhalb eines ersten vorbestimmten Wertebereichs liegt und (b) ein Stromskalierungsuntersystem, das geeignet ist, das skalierte Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, indem ein Signal skaliert wird, das repräsentiert, ob der mittlere Strom, der aus dem Ausgangsanschluss fließt, innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wertebereichs liegt.
• (A7) Im mit (A6) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Stromskalierungsuntersystem ferner geeignet sein zu verhindern, dass ein Betrag des skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unterhalb eines minimalen Schwellenwertes fällt.
• (A8) Im mit (A7) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Stromskalierungsuntersystem ferner geeignet sein, dem skalierten Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, einen positive Offset-Wert hinzuzufügen, wenn das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, innerhalb eines Wertebereichs liegt.
• (A9) In einem beliebigen der mit (A6) bis (A8) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem ferner ein Stromfilter-Untersystem umfassen, das geeignet ist, das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, durch Filtern des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, zu erzeugen.
• (A10) In einem beliebigen der mit (A6) bis (A10) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner ein Spannungsfilteruntersystem umfassen, das geeignet ist, das die mittlere Spannung am Ausgangsport repräsentierende Signal durch das Filtern eines die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentierenden Signals zu erzeugen.
• (A11) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A10) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, eine Verringerung in dem Betrag der Bezugsspannung zu verhindern, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen zweiten Schwellenwert fällt.
• (A12) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A10) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, eine Verringerung in dem Betrag der Bezugsspannung zu verhindern, wenn dies dazu führen würde, dass die Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen dritten Schwellenwert fällt.
• (A13) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A12) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, eine Erhöhung in dem Betrag der Bezugsspannung zu verhindern, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss über zweiten Schwellenwert steigt.
• (A14) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A13) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein: (a) den Betrag der Referenzspannung um eine erste Schrittgröße zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, unter einem fünften Schwellenwert liegt und (b) den Betrag der Referenzspannung um eine zweite Schrittgröße zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, größer oder gleich einem sechsten Schwellenwert ist; wobei die zweite Schrittgröße kleiner ist als die erste Schrittgröße.
• (A15) Im mit (A14) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann der fünfte Schwellenwert gleich dem sechsten Schwellenwert sein.
• (A16) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A15) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein: (a) den Betrag der Referenzspannung um eine dritte Schrittgröße zu verändern, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren, wenn eine Differenz in dem Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zwischen aufeinanderfolgenden Änderungen in dem Betrag der Referenzspannung unter einem siebten Schwellenwert liegt und (b) den Betrag der Referenzspannung um eine vierte Schrittgröße zu verändern, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren, wenn eine Differenz in dem Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zwischen aufeinanderfolgenden Änderungen in dem Betrag der Referenzspannung größer oder gleich einem achten Schwellenwert ist; wobei die vierte Schrittgröße größer ist als die dritte Schrittgröße.
• (A17) Im mit (A16) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann der siebte Schwellenwert gleich dem achten Schwellenwert sein.
• (A18) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A17) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein: (a) den Betrag der Referenzspannung mit einer ersten Schrittgeschwindigkeit zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem ersten Wertebereich liegt und (b) den Betrag der Referenzspannung mit einer zweiten Schrittgeschwindigkeit zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn der Befehl, das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem zweiten Wertebereich liegt; wobei die zweite Geschwindigkeit größer ist als die erste Geschwindigkeit.
• (A19) Im mit (A18) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann der erste Wertebereich einen Befehl repräsentieren, dass das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zwischen null und hundert Prozent liegt, und der zweite Wertebereich kann einen Befehl repräsentieren, dass das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung kleiner als Null oder größer als hundert Prozent ist.
• (A20) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A19) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuerungsuntersystem ferner geeignet sein, den Betrag der Referenzspannung zu erhöhen als Reaktion auf das Fallen des Betrags der Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen neunten Schwellenwert.
• (A21) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A21) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises einen anfänglichen Betrag der Referenzspannung zumindest teilweise auf Basis eines Anfangswerts der Spannung an dem Eingangsanschluss einzustellen.
• (A22) Im mit (A21) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises den anfänglichen Betrag der Referenzspannung auf eine Bruchteil des Anfangswerts der Spannung an dem Eingangsanschluss einzustellen.
• (A23) In einem beliebigen der mit (A2) bis (A22) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, den Betrag der Referenzspannung als Reaktion auf das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, das anzeigt, dass ein Betrag des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einem zehnten Schwellenwert gefallen ist, zu reduzieren.
• (A24) Im mit (A23) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann das Steuersystem ferner geeignet sein, die Steuerschaltvorrichtung bei einem festen Tastverhältnis als Reaktion auf das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, dass ein Betrag des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einen elften Schwellenwert gefallen ist, zu betreiben, wobei der elfte Schwellenwert niedriger als der zehnte Schwellenwert ist.
• (A25) In einem beliebigen der mit (A1) bis (A24) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller kann die Steuerschaltvorrichtung elektrisch zwischen einer ersten Klemme des Eingangsanschlusses und einer ersten Klemme des Ausgangsanschlusses gekoppelt sein und kann der Maximum Power Point Tracking-Controller ferner eine Freilaufvorrichtung umfassen, die zwischen der ersten Klemme des Ausgangsanschlusses und einer zweiten Klemme des Ausgangsanschlusses elektrisch gekoppelt ist, wobei die Freilaufvorrichtung geeignet ist, einen Pfad für den Stromfluss zwischen den ersten und zweiten Klemmen des Ausgangsanschlusses zur Verfügung zu stellen, wenn die Steuerschaltvorrichtung sich in ihrem nicht leitenden Zustand befindet.
• (A26) In einem beliebigen der mit (A1) bis (A25) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller können die Steuerschaltvorrichtung und das Steuerungsuntersystem Teil einer gemeinsamen integrierten Schaltung sein.
• (A27) In einem beliebigen der mit (A1) bis (A26) bezeichneten Maximum Power Point Tracking-Controller: (a) kann die Steuerschaltvorrichtung einen dynamisch angepassten Feldeffekttransistor umfassen; (b) kann der Maximum Power Point Tracking-Controller ferner ein Strom-Rekonstruktor-Untersystem umfassen, das geeignet ist, das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu erzeugen, wobei das Strom-Rekonstruktor-Untersystem eine Verstärkung hat, die zumindest teilweise abhängig von einer Größe des dynamisch angepassten Feldeffekttransistors ist und (c) kann das Steuerungsuntersystem geeignet sein, eine Größe des dynamisch angepassten Feldeffekttransistors zu verringern, wenn ein Betrag des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, unter einen zwölften Schwellenwert fällt, und damit die Verstärkung des Strom-Rekonstruktor-Untersystem zu erhöhen.
• (B1) Ein Stromversorgungssystem kann eine elektrische Stromquelle und einen Maximum Power Point Tracking-Controller umfassen. Der Maximum Power Point Tracking-Controller kann einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle, einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, eine Steuerschaltvorrichtung und ein Steuerungsuntersystem umfassen. Die Steuerschaltvorrichtung kann geeignet sein, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen. Das Steuerungsuntersystem kann geeignet sein, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über den Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
• (B2) In dem mit (B1) bezeichneten Stromversorgungssystem kann die elektrische Stromquelle eine photovoltaische Vorrichtung umfassen.
• (B3) In dem mit (B2) bezeichneten Stromversorgungssystem kann die photovoltaische Vorrichtung eine Mehrzahl von miteinander verbundenen photovoltaischen Zellen umfassen.
• (B4) In einen der mit (B2) oder (B3) bezeichneten Stromversorgungssysteme kann die photovoltaische Vorrichtung eine Mehrfach-Photovoltaikzelle umfassen.
• (B5) In einem beliebigen der mit (B1) bis (B4) bezeichneten Stromversorgungssysteme kann das Steuerungsuntersystem geeignet sein, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf dem Signal zu basieren, das Strom aus dem Ausgangsanschluss und eine Differenz zwischen der Spannung an dem Eingangsanschluss und einer Referenzspannung repräsentiert.
• (B6) In dem mit (B5) bezeichneten Stromversorgungssystem kann das Steuerungsuntersystem ferner geeignet sein, einen Betrag der Referenzspannung zu variieren, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren.
• (B7) Im einem der mit (B5) oder (B6) bezeichneten Stromversorgungssysteme kann das Steuerungsuntersystem ferner geeignet sein, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis eines Fehlersignals zu steuern, wobei das Fehlersignal durch –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io gegeben ist, wobei Kv ein erster Skalierungsfaktor, Ki ein zweiter Skalierungsfaktor, Vin die Spannung am Eingangsanschluss, Vref die Referenzspannung und Io das Signal ist, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
• (B8) In einem beliebigen der mit (B1) bis (B7) bezeichneten Stromversorgungssysteme kann die Steuerschaltvorrichtung elektrisch zwischen einer ersten Klemme des Eingangsanschlusses und einer ersten Klemme des Ausgangsanschlusses gekoppelt sein, wobei der Maximum Power Point Tracking-Controller ferner eine Freilaufvorrichtung umfasst, die zwischen der ersten Klemme des Ausgangsanschlusses und einer zweiten Klemme des Ausgangsanschlusses elektrisch gekoppelt ist, wobei die Freilaufvorrichtung geeignet ist, einen Pfad für den Stromfluss zwischen den ersten und zweiten Klemmen des Ausgangsanschlusses zur Verfügung zu stellen, wenn die Steuerschaltvorrichtung sich in ihrem nicht leitenden Zustand befindet.
• (B9) In einem beliebigen der mit (B1) bis (B8) bezeichneten Stromversorgungssysteme kann das Steuerungsuntersystem einen Multiplizierer umfassen, der geeignet ist, das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, aus einem Produkt eines skalierten Signals, das eine mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und eines skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, zu bestimmen.
• (B10) In dem mit (B9) bezeichneten Stromversorgungssystem kann das Steuerungsuntersystem ferner geeignet sein zu verhindern, dass ein Betrag des skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unterhalb eines minimalen Schwellenwertes fällt.
• (B11) In einem beliebigen der mit (B1) bis (B10) bezeichneten Stromversorgungssysteme können die Steuerschaltvorrichtung und das Steuerungsuntersystem Teil einer gemeinsamen integrierten Schaltung sein.
• (B12) In dem mit (B11) bezeichneten Stromversorgungssystem können sich die gemeinsame integrierte Schaltung und die photovoltaische Vorrichtung zusammen in einem Gehäuse befinden.
• (B13) Ein beliebiges der mit (B1) bis (B12) bezeichneten Stromversorgungssysteme kann ferner ein oder mehrere zusätzliche Maximum Power Point Tracking-Controller umfassen, die elektrisch mit dem Ausgangsanschluss und der Last in Reihe geschaltet sind, wobei jeder zusätzliche Maximum Power Point Tracking-Controller geeignet ist, Strom von einer entsprechenden zusätzlichen elektrischen Stromquelle an die Last zu übertragen.
• (C1) Verfahren zum Betreiben eines Maximum Power Point Tracking-Controllers, umfassend einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle und einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, das folgenden Schritte umfassen kann: (a) wiederholtes Schalten einer Steuerschaltvorrichtung des Maximum Power Point Tracking-Controllers zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand, um Leistung von dem Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss zu übertragen und (b) Steuern des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung zumindest teilweise auf Basis eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um einen Betrag einer Spannung an dem Eingangsanschluss so zu regeln, dass ein Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, maximiert wird.
• (C2) Das mit (C1) bezeichnete Verfahren kann ferner das Steuern des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis des Signals umfassen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom und eine Differenz zwischen dem Betrag der Spannung an dem Eingangsanschluss und einer Referenzspannung repräsentiert.
• (C3) Das mit (C2) bezeichnete Verfahren kann ferner das Variieren eines Betrags der Referenzspannung umfassen, um das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentierende Signal zu maximieren.
• (C4) Eines der mit (C2) oder (C3) bezeichneten Verfahren kann ferner die Steuerung des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis eines Fehlersignals umfassen, wobei das Fehlersignal durch –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io gegeben ist, wobei Kv ein erster Skalierungsfaktor, Ki ein zweiter Skalierungsfaktor, Vin die Spannung am Eingangsanschluss, Vref die Referenzspannung und Io das Signal ist, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
• (C5) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C4) bezeichneten Verfahren kann ferner das Bestimmen des Signals umfassen, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch Multiplikation eines Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, mit einem Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unter Verwendung eines Multiplizierers.
• (C6) Das mit (C5) bezeichnete Verfahren kann ferner das Filtern des Signals umfassen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um das Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert.
• (C7) Eines der mit (C5) oder (C6) bezeichneten Verfahren kann ferner das Filtern eines Signals umfassen, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um das Signal zu erzeugen, das die mittlere an dem Ausgangsanschluss anliegende Spannung repräsentiert.
• (C8) Eines der mit (C5) bis (C7) bezeichneten Verfahren kann ferner das Verhindern umfassen, dass ein Betrag des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unter einen minimalen Schwellenwert fällt.
• (C9) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C8) bezeichneten Verfahren kann ferner umfassen: (a) Speichern eines ersten Abtastwertes des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung hundert Prozent beträgt; (b) Verringern des Betrags der Referenzspannung um einen ersten Betrag; (c) Speichern eines zweiten Abtastwertes des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, nach dem Schritt des Verringerns des Betrags der Referenzspannung um den ersten Betrag; (d) Vergleichen eines ersten Abtastwertes des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, mit dem zweiten Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert; (e) Erhöhen des Betrags der Referenzspannung, wenn der erste Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, größer ist als der zweite Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert und (f) Verringern des Betrags der Referenzspannung, wenn der zweite Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, größer ist als der erste Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
• (C10) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C9) bezeichneten Verfahren kann ferner das Verhindern einer Verringerung des Betrags der Referenzspannung umfassen, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen zweiten Schwellenwert fällt.
• (C11) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C10) bezeichneten Verfahren kann ferner das Verhindern einer Erhöhung des Betrags der Referenzspannung umfassen, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss über einen dritten Schwellenwert steigt.
• (C12) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C11) bezeichneten Verfahren kann ferner umfassen: (a) Ändern des Betrags der Referenzspannung um eine erste Schrittgröße, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, unter einem vierten Schwellenwert liegt und (b) Ändern des Betrags der Referenzspannung um eine zweite Schrittgröße, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, größer oder gleich einem fünften Schwellenwert ist; wobei die zweite Schrittgröße kleiner ist als die erste Schrittgröße.
• (C13) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C11) bezeichneten Verfahren kann ferner umfassen: (a) Ändern des Betrags der Referenzspannung mit einer ersten Schrittgeschwindigkeit, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem ersten Wertebereich liegt und (b) Ändern des Betrags der Referenzspannung mit einer zweiten Schrittgeschwindigkeit, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn der Befehl, das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem zweiten Wertebereich liegt; wobei die zweite Geschwindigkeit größer ist als die erste Geschwindigkeit.
• (C14) In dem mit (C13) bezeichneten Verfahren kann der erste Wertebereich repräsentieren, dass dem Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung befohlen wird, zwischen null und hundert Prozent zu liegen, und kann der zweite Wertebereich repräsentieren, dass dem Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung befohlen wird, kleiner als Null oder größer als hundert Prozent zu sein.
• (C15) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C14) bezeichneten Verfahren kann ferner eine Erhöhung des Betrags der Referenzspannung umfassen als Reaktion auf das Fallen des Betrags der Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen sechsten Schwellenwert.
• (C16) Ein beliebiges der mit (C2) bis (C15) bezeichneten Verfahren kann ferner das Einstellen eines anfänglichen Betrags der Referenzspannung umfassen zumindest teilweise auf Basis eines Anfangswerts der Spannung an dem Eingangsanschluss bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises.
• (C17) Das mit (C16) bezeichnete Verfahren kann ferner das Einstellen des anfänglichen Betrags der Referenzspannung auf einen Bruchteil der Spannung an dem Eingangsanschluss bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises umfassen.
• (C18) Eines der mit (C2) bis (C17) bezeichneten Verfahren kann ferner das Verringern des Betrags der Referenzspannung umfassen als Reaktion auf das Fallen eines Betrags des Stroms, der aus dem Ausgangsanschluss fließt, unter einen siebten Schwellenwert.
• (C19) Das mit (C18) bezeichnete Verfahren kann ferner das Betreiben der Steuerschaltvorrichtung mit einem festen Tastverhältnis umfassen als Reaktion auf das Fallen eines Betrags des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einen achten Schwellenwert, wobei der achte Schwellenwert niedriger als der siebte Schwellenwert ist.
• (C20) Ein beliebiges der mit (C1) bis (C19) bezeichneten Verfahren kann ferner umfassen: (a) Erzeugen des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, unter Verwendung eines Strom-Rekonstruktor-Untersystems und (b) Verringern einer Größe eines dynamisch angepassten Feldeffekttransistors der Steuerschaltvorrichtung, wenn ein Betrag des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, unter einen neunten Schwellenwert fällt, und damit eine Erhöhung der Verstärkung des Strom-Rekonstruktor-Untersystems.
• (D1) Ein elektronischer Filter kann umfassen: (a) ein Integrator-Untersystem, das geeignet ist, in einer bipolaren Domäne betrieben zu werden, um eine Wechselstromkomponente eines Eingangssignals zu filtern und (b) eine Transkonduktanz-Schaltung, die geeignet ist, in einer unipolaren Domäne betrieben zu werden, um ein Ausgangsstromsignal zu erzeugen, das proportional zu einem Mittelwert des Eingangsstromsignals ist.
• (D2) In dem mit (D1) bezeichneten elektronischen Filter: kann das Integrator-Untersystem geeignet sein, ein Integratorsignal zu erzeugen, das den Mittelwert des Eingangsstromsignals repräsentiert und (b) kann die Transkonduktanz-Schaltung einen ersten Transkonduktanz-Verstärker umfassen, der geeignet ist, das Ausgangsstromsignal aus dem Integratorsignal zu erzeugen.
• (D3) In dem mit (D2) bezeichneten elektronischen Filter kann die Transkonduktanz-Schaltung ferner einen zweiten Transkonduktanz-Verstärker umfassen, der geeignet ist, aus dem Integratorsignal eine Gleichstromkomponente des Eingangsstromsignals zu erzeugen.
• (D4) In einem beliebigen der mit (D1) bis (D3) bezeichneten elektronischen Filter kann das Integrator-Untersystem umfassen: (a) einen Integrator mit einer invertierenden Eingangsklemme und einer nicht-invertierenden Eingangsklemme und (b) eine Widerstandsvorrichtung, die über die Eingangsklemmen des Integrators elektrisch gekoppelt ist; wobei die nichtinvertierende Eingangsklemme des Integrators mit einem Referenzknoten des elektronischen Filters über eine Spannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, die invertierende Eingangsklemme des Integrators mit einem ersten Knoten elektrisch gekoppelt ist und der elektronische Filter so angeordnet ist, dass das Eingangsstromsignal aus dem ersten Knoten fließt.
• (E1) Ein Signal-Skalierungssystem kann umfassen (a) ein Transkonduktanz-Untersystem, das geeignet ist, ein Eingangsspannungssignal in ein Ausgangsstromsignal umzuwandeln, wobei das Transkonduktanz-Untersystem einen programmierbaren Widerstand umfasst, der geeignet ist, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems einzustellen und (b) eine Steuerlogik, die geeignet ist, einen Widerstand des programmierbaren Widerstands einzustellen, um die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems so einzustellen, dass ein Betrag des Ausgangsstromsignals mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist.
• (E2) In dem mit (E1) bezeichneten Signal-Skalierungssystem kann das Transkonduktanz-Untersystem ferner umfassen: (a) einen Transistor, der mit dem programmierbaren Widerstand elektrisch gekoppelt ist und (b) einen Verstärker, der geeignet ist, den Transistor zu steuern, um eine Spannung über den programmierbaren Widerstand als Reaktion auf das Eingangsspannungssignal zu steuern.
• (E3) In einem beliebigen der mit (E1) oder (E2) bezeichneten Signalskalierungssysteme kann die Steuerlogik ferner geeignet sein, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems als Reaktion auf ein erstes externes Signal auf einen Mindestwert einzustellen.
• (E4) In einem beliebigen der mit (E1) bis (E3) bezeichneten Signal-Skalierungssysteme kann die Steuerlogik ferner geeignet sein, die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems als Reaktion auf ein zweites externes Signal zu inkrementieren, bis der Betrag des Ausgangsstromsignals mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist.
• (E5) In einem beliebigen der mit (E1) bis (E4) bezeichneten Signal-Skalierungssysteme kann die Steuerlogik ferner geeignet sein zu erkennen, wenn der Betrag des Ausgangsstromsignals einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist.
• (E6) In dem mit (E5) bezeichneten Signal-Skalierungssystem kann die Steuerlogik ferner geeignet sein, ein Signal zu erzeugen, das anzeigt, dass der Betrag des Ausgangsstromsignals den zweiten Schwellenwert übersteigt.
• (E7) In einem beliebigen der mit (E1) bis (E6) bezeichneten Signalskalierungssysteme kann das Transkonduktanz-System ferner einen Stromspiegel umfassen, der geeignet ist, das Ausgangsstromsignal als Reaktion auf Stromfluss durch den programmierbaren Widerstand zu erzeugen.
• (F1) Ein Signalpegelwandler zum Verschieben komplementärer Eingangsspannungssignale einer ersten Stromversorgungsdomäne in komplementäre Ausgangsspannungssignale einer zweiten Stromversorgungsdomäne kann umfassen: (a) eine Transkonduktanzstufe in der ersten Stromversorgungsdomäne, die geeignet ist, komplementäre Stromsignale als Reaktion auf die komplementäre Eingangsspannungssignale zu erzeugen und (b) eine Lastschaltung in der zweiten Stromversorgungsdomäne, die geeignet ist, die komplementären Ausgangsspannungssignale als Reaktion auf die komplementären Stromsignale zu erzeugen, wobei die Lastschaltung eine erste und eine zweite Inverter-Schaltung umfasst, die geeignet sind, die komplementären Ausgangsspannungssignale als Reaktion auf die komplementären Stromsignale zu erzeugen.
• (F2) In dem mit (F1) bezeichneten Signalpegelwandler: kann eine High-Side-Schiene der ersten Inverter-Schaltung mit einer High-Side-Schiene der zweiten Stromversorgungsdomäne durch einen ersten Transistor elektrisch gekoppelt sein; kann eine High-Side-Schiene der zweiten Inverter-Schaltung mit einer High-Side-Schiene der zweiten Stromversorgungsdomäne durch einen zweiten Transistor elektrisch gekoppelt sein und können der erste und zweite Transistor kreuzgekoppelt sein.
• (F3) In dem mit (F2) bezeichneten Signalpegelwandler kann jede der Inverter-Schaltungen umfassen: (a) einen High-Side-Transistor, der zwischen der High-Side-Schiene der Inverter-Schaltung und einem Ausgangsknoten der Inverter-Schaltung elektrisch gekoppelt ist und (b) einen Low-Side-Transistor, der zwischen dem Ausgangsknoten der Inverter-Schaltung und einer Referenzschiene der zweiten Stromversorgungsdomäne elektrisch gekoppelt ist; wobei der High-Side-Transistor geeignet ist, den Ausgangsknoten der Inverter-Schaltung zu mindestens fünfzig Prozent des elektrisches Potentials der High-Side-Schiene des Inverters in Bezug auf die Referenzschiene der zweiten Stromversorgungsdomäne zu ziehen, wenn der Low-Side-Transistor sich im leitenden Zustand befindet.
• (F4) In einem der mit (F2) oder (F3) bezeichneten Signalpegelwandler kann die Transkonduktanzstufe geeignet sein, Strom in die High-Side-Schiene der ersten und zweiten Inverter-Schaltungen zu treiben, wenn ein elektrisches Potential einer Referenzschiene der zweiten Stromversorgungsdomäne unter einem elektrischen Potential einer Referenzschiene der ersten Stromversorgungsdomäne liegt.
• (G1) Ein System zum Bestimmen eines Signals, das Leistung in einem Maximum Power Point Tracking-Controller (MPPT-Controller) repräsentiert, kann umfassen: (a) ein Spannungsfilter-Untersystem, das geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das die mittlere Spannung an einem Ausgangsanschluss des MPPT-Controllers repräsentiert durch das Filtern eines Signals, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; (b) ein Stromfilter-Untersystem, das geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert durch das Filtern eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; (c) ein Spannungsskalierungsuntersystem, das geeignet ist, ein skaliertes Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch die Skalierung des Signals zu erzeugen, das repräsentiert, ob die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss innerhalb eines ersten vorbestimmten Wertebereichs liegt; (d) ein Stromskalierungsuntersystem, das geeignet ist, ein skaliertes Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, indem das Signal skaliert wird, das repräsentiert, ob der mittlere Strom, der aus dem Ausgangsanschluss fließt, innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wertebereichs liegt und (e) einen Multiplizierer, der geeignet ist, das Signal, das Leistung repräsentiert, aus einem Produkt des skalierten Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und dem skalierten Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu bestimmen.
• (G2) In dem mit (G1) bezeichneten System kann der Multiplizierer umfassen: (a) einen ersten Eingangsanschluss, der geeignet ist, das skalierte Signal zu empfangen, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; (b) einen zweiten Eingangsanschluss, der geeignet ist, das skalierte Signal zu empfangen, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; (c) einen Ausgangsanschluss, der geeignet ist, das Signal vorzusehen, das den Strom repräsentiert; (d) einen ersten Feldeffekttransistor, der mit dem ersten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; (e) einen zweiten Feldeffekttransistor, der mit dem zweiten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; (f) einen dritten Feldeffekttransistor, der mit dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist und (g) eine Steuerschaltung, die geeignet ist, den ersten, zweiten und dritten Feldeffekttransistor jeweils so zu steuern, dass ein Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, proportional zu einem Produkt von (1) einem Betrag des in den ersten Eingangsanschluss fließenden Stroms und (2) einem Betrag des in den zweiten Eingangsanschluss fließenden Stroms ist.
• (G3) In dem mit (G2) bezeichneten System kann ein Gate des ersten Feldeffekttransistors elektrisch mit einem Gate des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt sein.
• (G4) Das mit (G3) bezeichnete System kann ferner umfassen: (a) einen vierten und fünften Feldeffekttransistor, die einen Stromspiegel bilden, der derart ausgelegt ist, dass ein Betrag eines Drain-zu-Source-Stroms, der durch den fünften Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref ist, und ein Betrag eines Drainzu-Source-Stroms, der durch den vierten Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref/m ist und (b) einen ersten Verstärker, der geeignet ist, das Gate des ersten Feldeffekttransistors so zu steuern, dass eine Spannung an dem ersten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem vierten Feldeffekttransistor ist.
• (G5) In dem mit (G4) bezeichneten System kann ein Gate des zweiten Feldeffekttransistors mit einem Gate des vierten Feldeffekttransistors und einem Gate des fünften Feldeffekttransistors elektrisch gekoppelt sein.
• (G6) In einem der mit (G4) oder (G5) bezeichneten Systeme kann der zweite Feldeffekttransistor einen Kanalwiderstand von R/m haben und der vierte und fünfte Feldeffekttransistor jeweils einen Kanalwiderstand von R haben, wenn der zweite, vierte und fünfte Transistor durch eine gemeinsame Gatezu-Source-Spannung getrieben werden.
• (G7) Ein beliebiges der mit (G2) bis (G6) bezeichneten Systeme kann ferner einen zweiten Verstärker und einen sechsten Transistor umfassen, der ausgelegt ist, den Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, so zu steuern, dass eine Spannung an dem zweiten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem dritten Feldeffekttransistor ist.
• (G8) In einem beliebigen der mit (G1) bis (G7) bezeichneten Systeme kann das Stromskalierungsuntersystem umfassen: (a) ein Transkonduktanz-Untersystem, das geeignet ist, das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, in das skalierte Signal umzuwandeln, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, wobei das Transkonduktanz-Untersystem einen programmierbaren Widerstand umfasst, der geeignet ist, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystem einzustellen und (b) eine Steuerlogik, die geeignet ist, einen Widerstand des programmierbaren Widerstands einzustellen, um die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems so einzustellen, dass ein Betrag des skalierten Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist.
• (G9) In dem mit (G8) bezeichneten System kann das Transkonduktanz-Untersystem ferner umfassen: (a) einen Transistor, der mit dem programmierbaren Widerstand elektrisch gekoppelt ist und (b) einen Verstärker, der geeignet ist, den Transistor zu steuern, um eine Spannung an dem programmierbaren Widerstand als Reaktion auf das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu steuern.
• (G10) In einem beliebigen der mit (G8) oder (G9) bezeichneten Systeme kann die Steuerlogik ferner geeignet sein, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems als Reaktion auf ein erstes externes Signal auf einen Mindestwert einzustellen.
• (G11) In einem beliebigen der mit (G8) bis (G10) bezeichneten Systeme kann die Steuerlogik ferner geeignet sein, die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems als Reaktion auf ein zweites externes Signal zu inkrementieren, bis der Betrag des skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist.
• (G12) In einem beliebigen der mit (G8) bis (G11) bezeichneten Systeme kann das Transkonduktanz-Untersystem ferner einen Stromspiegel umfassen, der geeignet ist, das skalierte Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, als Reaktion auf den durch den programmierbaren Widerstand fließenden Strom zu erzeugen.
• (G13) In einem beliebigen der mit (G1) bis (G12) bezeichneten Systeme kann das Stromfilteruntersystem umfassen: (a) ein Integrator-Untersystem, das geeignet ist, in einer bipolaren Domäne betrieben zu werden, um eine Wechselstromkomponente des Signals zu filtern, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert und (b) eine Transkonduktanz-Schaltung, die geeignet ist, in einer unipolaren Domäne betrieben zu werden, um das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus einem mittleren Wert des Signals zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
• (G14) In dem mit (G13) bezeichneten System: kann das Integrator-Untersystem geeignet sein, ein Integratorsignal zu erzeugen, das den Mittelwert des Signals repräsentiert, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, und kann die Transkonduktanz-Schaltung einen ersten Transkonduktanz-Verstärker umfassen, der geeignet ist, das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus dem Integratorsignal zu erzeugen.
• (G15) In dem mit (G14) bezeichneten System kann die Transkonduktanz-Schaltung ferner einen zweiten Transkonduktanz-Verstärker umfassen, der geeignet ist, eine Gleichstromkomponente des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus dem Integratorsignal zu erzeugen.
• (G16) In einem beliebigen der mit (G13) bis (G15) bezeichneten Systeme kann das Integrator-Untersystem umfassen: (a) einen Integrator mit einer invertierenden Eingangsklemme und einer nicht-invertierenden Eingangsklemme; und (b) eine Widerstandsvorrichtung, die über die Eingangsklemmen des Integrators elektrisch gekoppelt ist; wobei die nicht-invertierende Eingangsklemme des Integrators mit einem Referenzknoten über eine Spannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, die invertierende Eingangsklemme des Integrators mit einem ersten Knoten elektrisch gekoppelt ist und das Stromfilter-Untersystem so eingerichtet ist, dass das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus dem ersten Knoten fließt.
• (H1) Ein Multiplizierer kann umfassen: (a) einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss; (b) einen Ausgangsanschluss; (c) einen ersten Feldeffekttransistor, der mit dem ersten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; (d) einen zweiten Feldeffekttransistor, der mit dem zweiten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; (e) einen dritten Feldeffekttransistor, der mit dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist und (f) eine Steuerschaltung, die geeignet ist, den ersten, zweiten und dritten Feldeffekttransistor jeweils so zu steuern, dass ein Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, proportional zu einem Produkt von (1) einem Betrag des in den ersten Eingangsanschluss fließenden Stroms und (2) einem Betrag des in den zweiten Eingangsanschluss fließenden Stroms ist.
• (H2) In dem mit (H1) bezeichneten Multiplizierer kann ein Gate des ersten Feldeffekttransistors elektrisch mit einem Gate des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt sein.
• (H3) Einer der mit (H1) oder (H2) bezeichneten Multiplizierer kann ferner umfassen: (a) einen vierten und fünften Feldeffekttransistor, die einen Stromspiegel bilden, der derart ausgelegt ist, dass ein Betrag eines Drain-zu-Source-Stroms, der durch den fünften Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref ist, und ein Betrag eines Drain-zu-Source-Stroms, der durch den vierten Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref/m ist und (b) einen ersten Verstärker, der geeignet ist, das Gate des ersten Feldeffekttransistors so zu steuern, dass eine Spannung an dem ersten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem vierten Feldeffekttransistor ist.
• (H4) In dem mit (H3) bezeichneten Multiplizierer kann ein Gate des zweiten Feldeffekttransistors mit einem Gate des vierten Feldeffekttransistors und einem Gate des fünften Feldeffekttransistors elektrisch gekoppelt sein.
• (H5) In einem der mit (H3) oder (H4) bezeichneten Multiplizierer kann der zweite Feldeffekttransistor einen Kanalwiderstand von R/m haben und der vierte und fünfte Feldeffekttransistor jeweils einen Kanalwiderstand von R haben, wenn der zweite, vierte und fünfte Transistor durch eine gemeinsame Gate-zu-Source-Spannung getrieben werden.
• (H6) Ein beliebiger der mit (H1) bis (H5) bezeichneten Multiplizierer kann ferner einen zweiten Verstärker und einen sechsten Transistor umfassen, der ausgelegt ist, den Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, so zu steuern, dass eine Spannung an dem zweiten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem dritten Feldeffekttransistor ist.
• Änderungen können in den obigen Verfahren und Systemen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. So könnten beispielsweise N-Kanal-Feldeffekttransistoren durch P-Kanal-Feldeffekttransistoren ersetzt werden oder umgekehrt, wobei entsprechende Änderungen an den zugeordnete Schaltungen vorgenommen werden. Als ein weiteres Beispiel könnten Feldeffekttransistoren durch Bipolartransistoren ersetzt werden, wobei entsprechende Änderungen an den zugeordneten Schaltungen vorgenommen werden. Es sollte daher beachtet werden, dass die in der obigen Beschreibung enthaltenen und in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Inhalte als illustrativ verstanden werden und nicht in einem einschränkenden Sinn interpretiert werden sollten. Die folgenden Ansprüche sollen alle generellen und spezifischen Merkmale der hier beschriebenen Erfindung sowie alle Aussagen bezüglich der offengelegten Verfahren und Systeme abdecken, die entsprechend der gewählten Sprache unter die Ansprüche fallen.

Claims (103)

1. Maximum Power Point Tracking-Controller, umfassend: einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Leistungsquelle; einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last; eine Steuerschaltvorrichtung, die geeignet ist, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen; und ein Steuerungsuntersystem, das geeignet ist, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über dem Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
2. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, das teilweise auf dem Signal basiert, das Strom aus dem Ausgangsanschluss und eine Differenz zwischen der Spannung an dem Eingangsanschluss und einer Referenzspannung repräsentiert.
3. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 2, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, einen Betrag der Referenzspannung zu variieren, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren.
4. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem weiterhin geeignet ist, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis eines Fehlersignals zu steuern, wobei das Fehlersignal durch –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io gegeben ist, wobei Kv ein erster Skalierungsfaktor, Ki ein zweiter Faktor, Vin die Spannung am Eingangsanschluss, Vref die Referenzspannung und Io das Signal ist, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
5. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltvorrichtung elektrisch zwischen einer ersten Klemme des Eingangsanschlusses und einer ersten Klemme des Ausgangsanschlusses gekoppelt ist, wobei der Maximum Power Point Tracking-Controller ferner eine Freilaufvorrichtung umfasst, die zwischen der ersten Klemme des Ausgangsanschlusses und einer zweiten Klemme des Ausgangsanschlusses elektrisch gekoppelt ist, wobei die Freilaufvorrichtung geeignet ist, einen Pfad für den Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Klemme des Ausgangsanschlusses zur Verfügung zu stellen, wenn die Steuerschaltvorrichtung sich in ihrem nicht leitenden Zustand befindet.
6. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 5, wobei das Steuerungsuntersystem einen Multiplizierer umfasst, der geeignet ist, das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, aus einem Produkt eines skalierten Signals, das eine mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und eines skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, zu bestimmen.
7. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 6, wobei das Steuerungsuntersystem ferner umfasst: ein Spannungsskalierungsuntersystem, das geeignet ist, das skalierte Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch die Skalierung eines Signals zu erzeugen, das repräsentiert, ob die mittlere Spannung an dem Leistungsausgangsanschluss innerhalb eines ersten vorbestimmten Wertebereichs liegt; und ein Stromskalierungsuntersystem, das geeignet ist, das skalierte Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, indem ein Signal skaliert wird, das repräsentiert, ob der mittlere Strom, der aus dem Ausgangsanschluss fließt, innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wertebereichs liegt.
8. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 7, wobei das Stromskalierungsuntersystem ferner geeignet ist zu verhindern, dass ein Betrag des skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unterhalb eines minimalen Schwellenwertes fällt.
9. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 8, wobei das Stromskalierungsuntersystem ferner geeignet ist, dem skalierten Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, einen positive Offset-Wert hinzuzufügen, wenn das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, innerhalb eines ersten Wertebereichs liegt.
10. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 7, wobei das Steuerungsuntersystem ferner ein Stromfilter-Untersystem umfasst, das geeignet ist, das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, durch Filtern des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, zu erzeugen.
11. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 10, wobei das Steuerungsuntersystem ferner ein Spannungsfilter-Untersystem umfasst, das geeignet ist, das Signal, das die an dem Ausgangsanschluss anliegende mittlere Spannung repräsentiert, durch Filtern eines Signals, das die an dem Ausgangsanschluss anliegende Spannung repräsentiert, zu erzeugen.
12. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, eine Verringerung des Betrags der Referenzspannung zu verhindern, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen Schwellenwert fällt.
13. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, eine Verringerung des Betrags der Referenzspannung zu verhindern, wenn diese Verringerung dazu führen würde, dass die Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen Schwellenwert fällt.
14. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, eine Erhöhung des Betrags der Referenzspannung zu verhindern, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss über einen Schwellenwert steigt.
15. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist: den Betrag der Referenzspannung um eine erste Schrittgröße zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, unter einem ersten Schwellenwert liegt; und den Betrag der Referenzspannung um eine zweite Schrittgröße zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist; wobei die zweite Schrittgröße kleiner ist als die erste Schrittgröße.
16. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 15, wobei der erste Schwellenwert gleich dem zweiten Schwellenwert ist.
17. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist: den Betrag der Referenzspannung um eine erste Schrittgröße zu verändern, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren, wenn eine Differenz in dem Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zwischen aufeinanderfolgenden Änderungen in dem Betrag der Referenzspannung unter einem erster Schwellenwert liegt; und den Betrag der Referenzspannung um eine zweite Schrittgröße zu verändern, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren, wenn eine Differenz in dem Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zwischen aufeinanderfolgenden Änderungen in dem Betrag der Referenzspannung größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist; wobei die zweite Schrittgröße größer ist als die erste Schrittgröße.
18. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 17, wobei der erste Schwellenwert gleich dem zweiten Schwellenwert ist.
19. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist: den Betrag der Referenzspannung mit einer ersten Schrittgeschwindigkeit zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem ersten Wertebereich liegt; und den Betrag der Referenzspannung mit einer zweiten Schrittgeschwindigkeit zu verändern, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn der Befehl, das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem zweiten Wertebereich liegt; wobei die zweite Schrittgeschwindigkeit größer ist als die erste Schrittgeschwindigkeit.
20. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 19, wobei der erste Wertebereich einen Befehl repräsentiert, dass das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zwischen null und hundert Prozent liegt, und der zweite Wertebereich einen Befehl repräsentiert, dass das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung kleiner als Null oder größer als hundert Prozent ist.
21. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, den Betrag der Referenzspannung als Reaktion auf das Fallen des Betrags der Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen Schwellenwert zu erhöhen.
22. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises einen anfänglichen Betrag der Referenzspannung zumindest teilweise auf Basis eines Anfangswerts der Spannung an dem Eingangsanschluss einzustellen.
23. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 22, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises den anfänglichen Betrag der Referenzspannung auf einen Bruchteil des Anfangswerts der Spannung an dem Eingangsanschluss einzustellen.
24. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, den Betrag der Referenzspannung als Reaktion auf das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, das anzeigt, dass ein Betrag des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einen ersten Schwellenwert gefallen ist, zu reduzieren.
25. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 24, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, die Steuerschaltvorrichtung bei einem festen Tastverhältnis als Reaktion auf das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, dass ein Betrag des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einen zweiten Schwellenwert gefallen ist, zu betreiben, wobei der zweite Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist.
26. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltvorrichtung und das Steuerungsuntersystem Teil eines gemeinsamen integrierten Schaltkreises sind.
27. Maximum Power Point Tracking-Controller nach Anspruch 1, wobei: die Steuerschaltvorrichtung einen dynamisch angepassten Feldeffekttransistor umfasst; der Maximum Power Point Tracking-Controller ferner ein Strom-Rekonstruktor-Untersystem umfasst, das geeignet ist, das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu erzeugen, wobei das Strom-Rekonstruktor-Untersystem eine Verstärkung hat, die zumindest teilweise abhängig von einer Größe des dynamisch angepassten Feldeffekttransistors ist; und das Steuerungsuntersystem geeignet ist, eine Größe des dynamisch angepassten Feldeffekttransistors zu verringern, wenn ein Betrag des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, unter einen Schwellenwert fällt, und damit die Verstärkung des Strom-Rekonstruktor-Untersystems zu erhöhen.
28. Stromversorgungssystem, umfassend: eine elektrische Stromquelle; und einen Maximum Power Point Tracking-Controller, umfassend: einen Eingangsanschluss, der elektrisch mit der elektrischen Stromquelle gekoppelt ist, einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, eine Steuerschaltvorrichtung, die geeignet ist, wiederholt zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand umzuschalten, um Leistung von der elektrischen Stromquelle zu dem Ausgangsanschluss zu übertragen, und ein Steuerungsuntersystem, das geeignet ist, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, um eine Spannung über dem Eingangsanschluss zu regeln, wobei die Regelung zumindest teilweise auf einem Signal basiert, das einen Stromfluss aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
29. Stromversorgungssystem nach Anspruch 28, wobei die Stromquelle eine photovoltaische Vorrichtung umfasst.
30. Stromversorgungssystem nach Anspruch 29, wobei die photovoltaische Vorrichtung eine Vielzahl von miteinander verbundenen Photovoltaikzellen umfasst.
31. Stromversorgungssystem nach Anspruch 29, wobei die photovoltaische Vorrichtung eine Mehrfach-Photovoltaikzelle umfasst.
32. Stromversorgungssystem nach Anspruch 29, wobei das Steuerungsuntersystem geeignet ist, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, das teilweise auf dem Signal basiert, das Strom aus dem Ausgangsanschluss und eine Differenz zwischen der Spannung an dem Eingangsanschluss und einer Referenzspannung repräsentiert.
33. Stromversorgungssystem nach Anspruch 32, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist, einen Betrag der Referenzspannung zu variieren, um das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, zu maximieren.
34. Stromversorgungssystem nach Anspruch 33, wobei das Steuerungsuntersystem weiterhin geeignet ist, das Schalten der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis eines Fehlersignals zu steuern, wobei das Fehlersignal durch –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io gegeben ist, wobei Kv ein erster Skalierungsfaktor, Ki ein zweiter Skalierungsfaktor, Vin die Spannung am Eingangsanschluss, Vref die Referenzspannung und Io das Signal ist, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
35. Stromversorgungssystem nach Anspruch 34, wobei die Steuerschaltvorrichtung elektrisch zwischen einer ersten Klemme des Eingangsanschlusses und einer ersten Klemme des Ausgangsanschlusses gekoppelt ist, wobei der Maximum Power Point Tracking-Controller ferner eine Freilaufvorrichtung umfasst, die zwischen der ersten Klemme des Ausgangsanschlusses und einer zweiten Klemme des Ausgangsanschlusses elektrisch gekoppelt ist, wobei die Freilaufvorrichtung geeignet ist, einen Pfad für den Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Klemme des Ausgangsanschlusses zur Verfügung zu stellen, wenn die Steuerschaltvorrichtung sich in ihrem nicht leitenden Zustand befindet.
36. Stromversorgungssystem nach Anspruch 35, wobei das Steuerungsuntersystem einen Multiplizierer umfasst, der geeignet ist, das Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, aus einem Produkt eines skalierten Signals, das eine mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und eines skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, zu bestimmen.
37. Stromversorgungssystem nach Anspruch 36, wobei das Steuerungsuntersystem ferner geeignet ist zu verhindern, dass ein Betrag des skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unterhalb eines minimalen Schwellenwertes fällt.
38. Stromversorgungssystem nach Anspruch 29, wobei die Steuerschaltvorrichtung und das Steuerungsuntersystem Teil eines gemeinsamen integrierten Schaltkreises sind.
39. Stromversorgungssystem nach Anspruch 38, wobei der gemeinsame integrierte Schaltkreis und die photovoltaische Vorrichtung sich zusammen in einem Gehäuse befinden.
40. Stromversorgungssystem nach Anspruch 28, wobei das Stromversorgungssystem ferner ein oder mehrere zusätzliche Maximum Power Point Tracking-Controller umfasst, die elektrisch mit dem Ausgangsanschluss und der Last in Reihe geschaltet sind, wobei jeder zusätzliche Maximum Power Point Tracking-Controller geeignet ist, Strom von einer entsprechenden zusätzlichen elektrischen Stromquelle an die Last zu übertragen.
41. Verfahren zum Betreiben eines Maximum Power Point Tracking-Controllers, umfassend einen Eingangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer elektrischen Stromquelle und einen Ausgangsanschluss zur elektrischen Kopplung mit einer Last, das folgenden Schritte umfasst: wiederholtes Schalten einer Steuerschaltvorrichtung des Maximum Power Point Tracking-Controllers zwischen seinem leitenden und nicht leitenden Zustand, um Leistung von dem Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss zu übertragen; und Steuern des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung zumindest teilweise auf Basis eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um einen Betrag einer Spannung an dem Eingangsanschluss so zu regeln, dass ein Signal, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, maximiert wird.
42. Verfahren nach Anspruch 41, ferner umfassend das Steuern des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom und eine Differenz zwischen dem Betrag der Spannung an dem Eingangsanschluss und einer Referenzspannung repräsentiert.
43. Verfahren nach Anspruch 42, weiter umfassend das Variieren eines Betrags der Referenzspannung, um das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentierende Signal zu maximieren.
44. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend die Steuerung des Schaltens der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis eines Fehlersignals, wobei das Fehlersignal durch –Kv·(Vin – Vref) + Ki·Io gegeben ist, wobei Kv ein erster Skalierungsfaktor, Ki ein zweiter Skalierungsfaktor, Vin die Spannung am Eingangsanschluss, Vref die Referenzspannung und Io das Signal ist, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
45. Verfahren nach Anspruch 44, ferner umfassend das Bestimmen des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch Multiplikation eines Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, mit einem Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unter Verwendung eines Multiplizierers.
46. Verfahren nach Anspruch 45, ferner umfassend das Filtern des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um das Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert.
47. Verfahren nach Anspruch 46, ferner umfassend das Filtern eines Signals, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um das Signal zu erzeugen, das die mittlere an dem Ausgangsanschluss anliegende Spannung repräsentiert.
48. Verfahren nach Anspruch 47, ferner umfassend das Verhindern, dass ein Betrag des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, unterhalb eines minimalen Schwellwerts fällt.
49. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend: Speichern eines ersten Abtastwertes des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung hundert Prozent beträgt; Verringern des Betrags der Referenzspannung um einen ersten Betrag; Speichern eines zweiten Abtastwertes des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, nach dem Schritt des Verringerns des Betrags der Referenzspannung um den ersten Betrag; Vergleichen des ersten Abtastwertes des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, mit dem zweiten Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert; Erhöhen des Betrags der Referenzspannung, wenn der erste Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, größer ist als der zweite Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert; und Verringern des Betrags der Referenzspannung, wenn der zweite Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, größer ist als der erste Abtastwert des Signals, das die Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert.
50. Verfahren nach Anspruch 43, weiterhin umfassend das Verhindern einer Verringerung des Betrags der Referenzspannung, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss unter einen Schwellenwert fällt.
51. Verfahren nach Anspruch 43, weiterhin umfassend das Verhindern einer Zunahme des Betrags der Referenzspannung, wenn die Spannung an dem Eingangsanschluss über einen Schwellenwert steigt.
52. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend: Ändern des Betrags der Referenzspannung um eine erste Schrittgröße, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, unter einem ersten Schwellenwert liegt; und Ändern des Betrags der Referenzspannung um eine zweite Schrittgröße, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist; wobei die zweite Schrittgröße kleiner ist als die erste Schrittgröße.
53. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend: Ändern des Betrags der Referenzspannung mit einer ersten Schrittgeschwindigkeit, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn ein Befehl, ein Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem ersten Wertebereich liegt; und Ändern des Betrags der Referenzspannung mit einer zweiten Schrittgeschwindigkeit, um das Signal zu maximieren, das Leistung aus dem Ausgangsanschluss repräsentiert, wenn der Befehl, das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zu steuern, in einem zweiten Wertebereich liegt; wobei die zweite Schrittgeschwindigkeit größer ist als die erste Schrittgeschwindigkeit.
54. Verfahren nach Anspruch 53, wobei der erste Wertebereich repräsentiert, dass das Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung zwischen null und hundert Prozent liegt, und der zweite Wertebereich repräsentiert, dass vom Tastverhältnis der Steuerschaltvorrichtung gefordert wird, dass es kleiner als Null oder größer als hundert Prozent ist.
55. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend die Erhöhung des Betrags der Referenzspannung als Reaktion auf das Fallen des Betrags der Spannung, die an dem Eingangsanschluss anliegt, unter einen Schwellenwert.
56. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend das Einstellen eines anfänglichen Betrags der Referenzspannung zumindest teilweise auf Basis eines Anfangswerts der Spannung an dem Eingangsanschluss bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises.
57. Verfahren nach Anspruch 56, ferner umfassend das Einstellen des anfänglichen Betrags der Referenzspannung auf einen Bruchteil der Spannung an dem Eingangsanschluss bei der Inbetriebnahme des Schaltkreises.
58. Verfahren nach Anspruch 43, ferner umfassend das Vermindern des Betrags der Referenzspannung als Reaktion auf das Fallen eines Betrags des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einen ersten Schwellenwert.
59. Verfahren nach Anspruch 58, ferner umfassend das Betreiben der Steuerschaltvorrichtung mit einem festen Tastverhältnis als Reaktion auf das Fallen eines Betrags des aus dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms unter einen zweiten Schwellenwert, wobei der zweite Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist.
60. Verfahren nach Anspruch 41, ferner umfassend: Erzeugen des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, unter Verwendung eines Strom-Rekonstruktor-Untersystems; und Verringern eines Betrags eines dynamisch angepassten Feldeffekttransistors der Steuerschaltvorrichtung, wenn ein Betrag des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, unter einen Schwellenwert fällt, und damit eine Erhöhung der Verstärkung des Strom-Rekonstruktor-Untersystems.
61. Verfahren zum Übertragen elektrischer Leistung zwischen einer elektrischen Stromquelle und einer Last unter Verwendung eines Maximum Power Point Tracking-Controllers, umfassend den Schritt der Steuerung des Schaltens einer Steuerschaltvorrichtung zumindest teilweise auf Basis eines Signals, das den durch eine Energiespeicherinduktivität des Maximum Power Point Tracking-Controllers fließenden Strom repräsentiert, um eine Spannung an der elektrischen Stromquelle zu regeln, so dass: (a) die Spannung an der Stromquelle größer oder gleich einer Spannung an der Last ist und (b) ein Signal, das die an die Last übertragene Leistung repräsentiert, maximiert wird.
62. Verfahren nach Anspruch 61, ferner umfassend das Steuern der Steuerschaltvorrichtung teilweise auf Basis des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom und eine Differenz zwischen dem Betrag der Spannung an der elektrischen Stromquelle und einer Referenzspannung repräsentiert.
63. Verfahren nach Anspruch 62, ferner umfassend das Variieren eines Betrags der Referenzspannung, um das die an die Last übertragene Leistung repräsentierende Signal zu maximieren.
64. Multiplizierer, umfassend: einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss; einen ersten Feldeffekttransistor, der mit dem ersten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; einen zweiten Feldeffekttransistor, der mit dem zweiten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; einen dritten Feldeffekttransistor, der mit dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; und eine Steuerschaltung, die geeignet ist, den ersten, zweiten und dritten Feldeffekttransistor jeweils so zu steuern, dass ein Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, proportional zu einem Produkt von (a) einem Betrag des in den ersten Eingangsanschluss fließenden Stroms und ( b) einem Betrag des in den zweiten Eingangsanschluss fließenden Stroms ist.
65. Multiplizierer nach Anspruch 64, wobei ein Gate des ersten Feldeffekttransistors elektrisch mit einem Gate des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
66. Multiplizierer nach Anspruch 65, ferner umfassend: einen vierten und fünften Feldeffekttransistor, die einen Stromspiegel bilden, der derart ausgestaltet ist, dass ein Betrag eines Drainzu-Source-Stroms, der durch den fünften Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref ist, und ein Betrag eines Drain-zu-Source-Stroms, der durch den vierten Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref/m ist; und einen ersten Verstärker, der geeignet ist, das Gate des ersten Feldeffekttransistors so zu steuern, dass eine Spannung an dem ersten Feldeffekttransistors gleich einer Spannung an dem vierten Feldeffekttransistor ist.
67. Multiplizierer nach Anspruch 66, wobei ein Gate des zweiten Feldeffekttransistors mit einem Gate des vierten Feldeffekttransistors und einem Gate des fünften Feldeffekttransistors elektrisch gekoppelt ist.
68. Multiplizierer nach Anspruch 67, wobei der zweite Feldeffekttransistor einen Kanalwiderstand von R/m hat und der vierte und fünfte Feldeffekttransistor jeweils einen Kanalwiderstand von R hat, wenn der zweite, vierte und fünfte Transistor durch eine gemeinsame Gate-zu-Source-Spannung getrieben werden.
69. Multiplizierer nach Anspruch 68, ferner umfassend einen zweiten Verstärker und einen sechsten Transistor, der ausgestaltet ist, den Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, so zu steuern, dass eine Spannung an dem zweiten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem dritten Feldeffekttransistor ist.
70. Elektronischer Filter, umfassend: ein Integrator-Untersystem, das geeignet ist, in einer bipolaren Domäne zu arbeiten, um eine Wechselstromkomponente eines Eingangssignals zu filtern; und eine Transkonduktanz-Schaltung, die geeignet ist, in einer unipolaren Domäne zu arbeiten, um ein Ausgangsstromsignal zu erzeugen, das proportional zu einem Mittelwert des Eingangsstromsignals ist.
71. Elektronischer Filter nach Anspruch 70, wobei: das Integrator-Untersystem geeignet ist, ein Integratorsignal zu erzeugen, das den Mittelwert des Eingangsstromsignals repräsentiert; und die Transkonduktanz-Schaltung einen ersten Transkonduktanz-Verstärker umfasst, der geeignet ist, das Ausgangsstromsignal aus dem Integratorsignal zu erzeugen.
72. Elektronischer Filter nach Anspruch 70, wobei das Integrator-Untersystem umfasst: einen Integrator mit einem invertierenden Eingangsanschluss und einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss; und eine Widerstandsvorrichtung, die über die Eingangsanschlüsse des Integrators elektrisch gekoppelt ist; wobei der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Integrators mit einem Referenzknoten des elektronischen Filters über eine Spannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, der invertierende Eingangsanschluss des Integrators mit einem ersten Knoten elektrisch gekoppelt ist und der elektronische Filter so angeordnet ist, dass das Eingangsstromsignal aus dem ersten Knoten fließt.
73. Elektronischer Filter nach Anspruch 72, wobei die Transkonduktanz-Schaltung ferner einen zweiten Transkonduktanz-Verstärker umfasst, der geeignet ist, aus dem Integratorsignal eine Gleichstromkomponente des Eingangsstromsignals zu erzeugen.
74. Verfahren zum Filtern eines Eingangssignals, umfassend: Filtern einer Wechselstromkomponente des Eingangssignals in einer bipolaren Domäne; und Erzeugen einer Gleichstromkomponente des Eingangssignals in einer unipolaren Domäne.
75. Verfahren nach Anspruch 74, ferner umfassend das Spiegeln der Gleichstromkomponente des Eingangssignals in der unipolaren Domäne, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches einen Durchschnittswert des Eingangssignals repräsentiert.
76. Signal-Skalierungssystem, umfassend: ein Transkonduktanz-Untersystem, das geeignet ist, ein Eingangsspannungssignal in ein Ausgangsstromsignal umzuwandeln, wobei das Transkonduktanz-Untersystem einen programmierbaren Widerstand umfasst, der geeignet ist, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems einzustellen; und eine Steuerlogik, die geeignet ist, einen Widerstand des programmierbaren Widerstands einzustellen, um die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems so einzustellen, dass ein Betrag des Ausgangsstromsignals mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist.
77. Signal-Skalierungssystem nach Anspruch 76, wobei das Transkonduktanz-Untersystem ferner umfasst: einen Transistor, der mit dem programmierbaren Widerstand elektrisch gekoppelt ist; und einen Verstärker, der geeignet ist, den Transistor zu steuern, um eine Spannung über dem programmierbaren Widerstand als Reaktion auf das Eingangsspannungssignal zu steuern.
78. Signal-Skalierungssystem nach Anspruch 77, wobei die Steuerlogik ferner geeignet ist, als Reaktion auf ein erstes externes Signal eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems auf einen Minimalwert einzustellen.
79. Signal-Skalierungssystem nach Anspruch 78, wobei die Steuerlogik ferner geeignet ist, die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems als Reaktion auf ein zweites externes Signal zu inkrementieren, bis der Betrag des Ausgangsstromsignals mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist.
80. Signal-Skalierungssystem nach Anspruch 79, wobei die Steuerlogik ferner geeignet ist zu erkennen, wenn der Betrag des Ausgangsstromsignals einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist.
81. Signal-Skalierungssystem nach Anspruch 80, wobei die Steuerlogik ferner geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das anzeigt, dass der Betrag des Ausgangsstromsignals den zweiten Schwellenwert übersteigt.
82. Signal-Skalierungssystem nach Anspruch 81, wobei das Transkonduktanz-System ferner einen Stromspiegel umfasst, der geeignet ist, das Ausgangsstromsignal als Reaktion auf den durch den programmierbaren Widerstand fließenden Strom zu erzeugen.
83. Signalpegelwandler zum Verschieben komplementärer Eingangsspannungssignale einer ersten Stromversorgungsdomäne in komplementäre Ausgangsspannungssignale einer zweiten Stromversorgungsdomäne, umfassend: eine Transkonduktanzstufe in der ersten Stromversorgungsdomäne, die geeignet ist, komplementäre Stromsignale als Reaktion auf die komplementären Eingangsspannungssignale zu erzeugen; und eine Lastschaltung in der zweiten Stromversorgungsdomäne, die geeignet ist, die komplementären Ausgangsspannungssignale als Reaktion auf die komplementären Stromsignale zu erzeugen, wobei die Lastschaltung eine erste und eine zweite Inverter-Schaltung umfasst, die geeignet sind, die komplementären Ausgangsspannungssignale als Reaktion auf die komplementären Stromsignale zu erzeugen.
84. Signalpegelwandler gemäß Anspruch 83, wobei: eine High-Side-Schiene der ersten Inverter-Schaltung mit einer High-Side-Schiene der zweiten Stromversorgungsdomäne durch einen ersten Transistor elektrisch gekoppelt ist; eine High-Side-Schiene der zweiten Inverter-Schaltung mit einer High-Side-Schiene der zweiten Stromversorgungsdomäne durch einen zweiten Transistor elektrisch gekoppelt ist; und die ersten und zweiten Transistoren kreuzgekoppelt sind.
85. Signalpegelwandler nach Anspruch 84, wobei jede der Inverter-Schaltungen umfasst: einen High-Side-Transistor, der zwischen der High-Side-Schiene der Inverter-Schaltung und einem Ausgangsknoten der Inverter-Schaltung elektrisch gekoppelt ist; und einen Low-Side-Transistor, der zwischen dem Ausgangsknoten der Inverter-Schaltung und einer Referenzschiene der zweiten Stromversorgungsdomäne elektrisch gekoppelt ist; wobei der High-Side-Transistor fähig ist, den Ausgangsknoten der Inverter-Schaltung herauf auf mindestens fünfzig Prozent eines elektrisches Potentials der High-Side-Schiene des Inverters in Bezug auf die Referenzschiene der zweiten Stromversorgungsdomäne zu ziehen, wenn der Low-Side-Transistor sich im leitenden Zustand befindet.
86. Signalpegelwandler nach Anspruch 85, wobei die Transkonduktanzstufe fähig ist, Strom in die High-Side-Schiene der ersten und zweiten Inverter-Schaltungen zu treiben, wenn ein elektrisches Potential einer Referenzschiene der zweiten Stromversorgungsdomäne unter einem elektrischen Potential einer Referenzschiene der ersten Stromversorgungsdomäne liegt.
87. System zum Bestimmen eines Signals, das Leistung in einem Maximum Power Point Tracking-Controller (MPPT-Controller) repräsentiert, umfassend: ein Spannungsfilter-Untersystem, das geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das die mittlere Spannung an einem Ausgangsanschluss des MPPT-Controllers repräsentiert durch das Filtern eines Signals, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; ein Stromfilter-Untersystem, das geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert durch das Filtern eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; ein Spannungsskalierungsuntersystem, das geeignet ist, ein skaliertes Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, durch die Skalierung des Signals zu erzeugen, das repräsentiert, ob die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss innerhalb eines ersten vorbestimmten Wertebereichs liegt; ein Stromskalierungsuntersystem, das geeignet ist, ein skaliertes Signal zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden mittleren Strom repräsentiert, indem das Signal skaliert wird, das repräsentiert, ob der mittlere Strom, der aus dem Ausgangsanschluss fließt, innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wertebereichs liegt; und einen Multiplizierer, der geeignet ist, das Signal, das Leistung repräsentiert, aus einem Produkt des skalierten Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, und dem skalierten Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu bestimmen.
88. System nach Anspruch 87, wobei der Multiplizierer umfasst: einen ersten Eingangsanschluss, der geeignet ist, das skalierte Signal zu empfangen, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; einen zweiten Eingangsanschluss, der geeignet ist, das skalierte Signal zu empfangen, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; einen Ausgangsanschluss, der geeignet ist, das Signal vorzusehen, das den Strom repräsentiert; einen ersten Feldeffekttransistor, der mit dem ersten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; einen zweiten Feldeffekttransistor, der mit dem zweiten Eingangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; einen dritten Feldeffekttransistor, der mit dem Ausgangsanschluss elektrisch in Reihe geschaltet ist; und eine Steuerschaltung, die geeignet ist, den ersten, zweiten und dritten Feldeffekttransistor jeweils so zu steuern, dass ein Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, proportional zu einem Produkt von (a) einem Betrag des in den ersten Eingangsanschluss fließenden Stroms und (b) einem Betrag des in den zweiten Eingangsanschluss fließenden Stroms ist.
89. System nach Anspruch 88, wobei ein Gate des ersten Feldeffekttransistors elektrisch mit einem Gate des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
90. System nach Anspruch 89, ferner umfassend: einen vierten und fünften Feldeffekttransistor, die einen Stromspiegel bilden, der derart ausgestaltet ist, dass ein Betrag eines Drainzu-Source-Stroms, der durch den fünften Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref ist, und ein Betrag eines Drain-zu-Source-Stroms, der durch den vierten Feldeffekttransistor fließt, gleich Iref/m ist; und einen ersten Verstärker, der geeignet ist, das Gate des ersten Feldeffekttransistors so zu steuern, dass eine Spannung an dem ersten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem vierten Feldeffekttransistor ist.
91. System nach Anspruch 90, wobei ein Gate des zweiten Feldeffekttransistors mit einem Gate des vierten Feldeffekttransistors und einem Gate des fünften Feldeffekttransistors elektrisch gekoppelt ist.
92. System nach Anspruch 91, wobei der zweite Feldeffekttransistor einen Kanalwiderstand von R/m hat und der vierte und fünfte Feldeffekttransistor jeweils einen Kanalwiderstand von R hat, wenn der zweite, vierte und fünfte Transistor durch eine gemeinsame Gate-zu-Source-Spannung getrieben werden.
93. System nach Anspruch 92, ferner umfassend einen zweiten Verstärker und einen sechsten Transistor, der ausgelegt ist, den Betrag des Stroms, der in den Ausgangsanschluss fließt, so zu steuern, dass eine Spannung an dem zweiten Feldeffekttransistor gleich einer Spannung an dem dritten Feldeffekttransistor ist.
94. System nach Anspruch 88, wobei das Stromskalierungsuntersystem umfasst: ein Transkonduktanz-Untersystem, das geeignet ist, das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, in das skalierte Signal umzuwandeln, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, wobei das Transkonduktanz-Untersystem einen programmierbaren Widerstand umfasst, der geeignet ist, eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems einzustellen; und eine Steuerlogik, die geeignet ist, einen Widerstand des programmierbaren Widerstands einzustellen, um die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems so einzustellen, dass ein Betrag des skalierten Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, mindestens so groß wie ein erster Schwellenwert ist.
95. System nach Anspruch 94, wobei das Transkonduktanz-Untersystem ferner umfasst: einen Transistor, der mit dem programmierbaren Widerstand elektrisch gekoppelt ist; und einen Verstärker, der geeignet ist, den Transistor zu steuern, um eine Spannung an dem programmierbaren Widerstand als Reaktion auf das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, zu steuern.
96. System nach Anspruch 95, wobei die Steuerlogik ferner geeignet ist, als Reaktion auf ein erstes externes Signal eine Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems auf einen Minimalwert einzustellen.
97. System nach Anspruch 96, wobei die Steuerlogik ferner geeignet ist, die Verstärkung des Transkonduktanz-Untersystems als Reaktion auf ein zweites externes Signal zu inkrementieren, bis der Betrag des skalierten Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, mindestens so groß wie der erste Schwellenwert ist.
98. System nach Anspruch 97, wobei das Transkonduktanz-System ferner einen Stromspiegel umfasst, der geeignet ist, das skalierte Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, als Reaktion auf den Strom, der durch den programmierbaren Widerstand fließt, zu erzeugen.
99. System nach Anspruch 94, wobei das Stromfilter-Untersystem umfasst: ein Integrator-Untersystem, das geeignet ist, in einer bipolaren Domäne zu arbeiten, um eine Wechselstromkomponente des Signals zu filtern, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; und eine Transkonduktanz-Schaltung, die geeignet ist, in einer unipolaren Domäne zu arbeiten, um das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus einem mittleren Wert des Signals zu erzeugen, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert.
100. System nach Anspruch 99, wobei: das Integrator-Untersystem geeignet ist, ein Integratorsignal zu erzeugen, das den Mittelwert des Signals repräsentiert, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; und die Transkonduktanz-Schaltung einen ersten Transkonduktanz-Verstärker umfasst, der geeignet ist, das Signal, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus dem Integratorsignal zu erzeugen.
101. System nach Anspruch 100, wobei das Integrator-Untersystem umfasst: einen Integrator mit einem invertierenden Eingangsanschluss und einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss; und eine Widerstandsvorrichtung, die über die Eingangsanschlüsse des Integrators elektrisch gekoppelt ist; wobei der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Integrators mit einem Referenzknoten über eine Spannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, der invertierende Eingangsanschluss des Integrators mit einem ersten Knoten elektrisch gekoppelt ist und das Stromfilter-Untersystem so eingerichtet ist, dass das Signal, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus dem ersten Knoten fließt.
102. System nach Anspruch 101, wobei die Transkonduktanz-Schaltung ferner einen zweiten Transkonduktanz-Verstärker umfasst, der geeignet ist, eine Gleichstromkomponente des Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, aus dem Integratorsignal zu erzeugen.
103. Verfahren zur Bestimmung eines Signals, das Leistung in einem Maximum Power Point Tracking-Controller (MPPT-Controller) repräsentiert, folgende Schritte umfassend: Filtern eines Signals, das den aus dem Ausgangsanschluss des MPPT-Controllers fließenden Strom repräsentiert, um ein Signal zu erhalten, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; Filtern eines Signals, das die Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein Signal zu erhalten, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; Skalieren des Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, um ein skaliertes Signal zu erhalten, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert; Skalieren des Signals, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um ein skaliertes Signal zu erhalten, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert; und Multiplizieren des skalierten Signals, das den mittleren aus dem Ausgangsanschluss fließenden Strom repräsentiert, mit dem skalierten Signal, das die mittlere Spannung an dem Ausgangsanschluss repräsentiert, um das Signal zu erhalten, das die Leistung repräsentiert.

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