， 而是有效地在單獨的IV曲線之間進行操作。對DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)上的電壓進行限幅的平行 路徑開關(guān)機構(gòu)的一個優(yōu)點為，對于DC-DC變換器系統(tǒng)而言，如針對每個模塊修改的操作電流 必須相同。對于本發(fā)明所公開的系統(tǒng)而言不存在這樣的局限性。
[0043] 本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)和技術(shù)可提供對過壓情況下的電壓進行限制的能力，而沒有 DC-DC功率優(yōu)化器的成本和效率損耗，在所述過壓情況下，系統(tǒng)次優(yōu)執(zhí)行并且最大程度地提 高能量收獲不那么重要。與其中輸出電壓總是通過DC-DC優(yōu)化器并且即使不需要時也經(jīng)受 損失電壓方面的至少一些效率損失的基于DC-DC優(yōu)化器的系統(tǒng)相比，可響應(yīng)于超出閾值但 不在正常操作條件之下的電壓而利用本發(fā)明所公開的過壓保護，使得在正常操作條件下電 壓不會不必要地?fù)p失。
[0044] 在一些實施例中，被布置成與太陽能電池并聯(lián)以提供通道并且限制輸出電壓以滿 足系統(tǒng)設(shè)計約束的開關(guān)也可用于安全閉合系統(tǒng)。通過使用開關(guān)顯著降低電池串的阻抗或使 電池串完全短路，太陽能系統(tǒng)的輸出電壓和功率可大幅減少。可例如在著火期間、檢測到電 弧故障時、系統(tǒng)維護期間或出于其他安全原因而使用安全閉合。在一個實施例中，控制器可 默認(rèn)為其中一個或多個電池串有效短路的位置。
[0045] 在各種實施例中，類似結(jié)構(gòu)和技術(shù)可用于解決太陽能模塊上的反向偏置、熱點加 熱。如上所述，當(dāng)太陽能電池例如由于陰影或缺陷而表現(xiàn)不佳時，太陽能電池可利用比周圍 電池低的電流進行操作，這可導(dǎo)致電池被置于反向偏置中。反向偏置可導(dǎo)致電池中的大量 功率損耗和加熱，從而損壞電池或周圍的太陽能模塊結(jié)構(gòu)。需注意，由于太陽能模塊內(nèi)的結(jié) 或焊接接頭失效可產(chǎn)生類似效果。針對上下文，一些系統(tǒng)利用旁路二極管來處理熱點加熱。 例如，如果電池串無法產(chǎn)生足夠電流以達到其他電池串的最大功率點電流I_ P，并且二極管 兩端的電壓降小于電池串中的太陽能電池的反向偏置電壓，則旁路二極管被正向偏置以使 電池串短路。然而，與此類二極管相關(guān)聯(lián)的電壓降（例如，大約0.3V-0.5V)通過熱耗散導(dǎo)致 功率損失。熱耗散可導(dǎo)致太陽能模塊效率下降并且導(dǎo)致過熱，這甚至可損壞二極管。如果二 極管無法短路，則PV模塊功率的一大部分可永久性地?fù)p失。如果二極管無法打開，則相關(guān)聯(lián) 的電池串仍易受到太陽能電池?zé)狳c的損害，這可潛在地?fù)p壞PV模塊。
[0046] 為了解決將旁路二極管用于熱點的局限性中的一些，可使用本發(fā)明所公開的電 路、平行導(dǎo)電路徑以及技術(shù)來抑制熱點。圖4示出了一個這樣的例子。
[0047] 在一個實施例中，為了抑制熱點加熱，可限制電池的電流來防止反向偏置條件，從 而抑制功率損失并且減少加熱?？蓴嚅_電路以限制分別通過電池串402a、電池串402b和電 池串402c的電流，如圖4中的斷開開關(guān)440a、斷開開關(guān)440b和斷開開關(guān)440c所示。雖然圖4展 示了減輕電池串級下的熱點條件，但可對其他長度的電池，諸如在整個PV模塊上，實施類似 保護機制。
[0048] 然而，使電路完全斷開可導(dǎo)致周圍太陽能電池和模塊中無法接受的功率損失。為 了電壓限幅目的提供平行路徑的旁路開關(guān)412a、旁路開關(guān)412b和旁路開關(guān)412c可用于為來 自表現(xiàn)良好的太陽能電池的電流提供路徑，以旁路已從電路中移除的太陽能電池以防止熱 點。如圖4所示，可通過使平行導(dǎo)電路徑短路并且斷開通過電池串的電路來緩解電池串的熱 點條件。此外，一旦(例如，從電流和/或電壓測量或其他傳感器)檢測到熱點，控制器就可將 斷開開關(guān)440a、斷開開關(guān)440b和/或斷開開關(guān)440c和/或旁路開關(guān)412a、旁路開關(guān)412b和/或 旁路開關(guān)412c配置為將包含熱點的電池串置于安全(例如，受限電流)位置，直至維護視察 或其他診斷測試修復(fù)問題或確定熱點條件不再存在。
[0049] 此外，需注意，當(dāng)電流超出閾值水平時存在對電流限幅的類似情況。例如，在一個 實施例中，具有可變阻抗的路徑可被布置成平行于主電流路徑?？赏ㄟ^模擬或數(shù)字控制信 號來控制阻抗。減小平行路徑的阻抗使來自主路徑的電流轉(zhuǎn)向，從而降低通過主路徑的電 流。增大平行路徑的阻抗導(dǎo)致電流偏向主路徑，從而增加通過主路徑的電流。
[0050] 與使用旁路二極管的系統(tǒng)中的約0.5V相比較，使用開關(guān)旁路電池串，例如用于處 理熱點，可將電壓降減小至50mV或更小。此外，通過使用本發(fā)明所公開的平行路徑配置，旁 路二極管可置換為開關(guān)，諸如跨接電池串的繼電器、FET、BJT或IGBT，或者旁路二極管可用 作本發(fā)明所公開電路的備份。可打開開關(guān)以使串短路并且旁路該串，如本文所述。
[0051] 在一個實施例中，常規(guī)的二極管(例如，硅，肖特基型)可布置成與旁路開關(guān)并聯(lián)以 充當(dāng)旁路開關(guān)的備份。該功能也可在一些具體實施中通過一些開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)的主體二極 管得以滿足，所述開關(guān)具有適當(dāng)特性。
[0052] 模擬或數(shù)字控制器可確定其中安全閉合開關(guān)，以及應(yīng)當(dāng)何時通過打開開關(guān)旁路電 池串的條件?？赏ㄟ^電壓和/或電流測量確定狀態(tài)。圖5示出了此類旁路控制機構(gòu)和電路的 例子，借此控制器530使用每個電池串上的電壓感測511a、電壓感測511b和電壓感測511c來 測量充當(dāng)開關(guān)的FET的整個主體二極管上的電壓降。如果主體二極管兩端的電壓在特定范 圍內(nèi)，則可存在旁路情況。控制器530然后可生成信號來打開旁路FET，諸如旁路FET 505a、 FET 505b或FET 505c，以使得FET傳導(dǎo)大部分電流以減少電壓降并且從而減少旁路期間耗 散的功率。在一個實施例中，可使用單獨二極管取代FET的主體二極管。
[0053]在一些實施例中，可為電壓限幅或熱點防止電路提供故障安全機構(gòu)，使得如果發(fā) 生控制信號的損失，則可將系統(tǒng)置于安全狀態(tài)下（例如，在控制電路功率損失的情況下，將 平行開關(guān)置于"打開"狀態(tài)）。在一些具體實施中，由于通過數(shù)字控制器(例如，微控制器)或 模擬控制器驅(qū)動開關(guān)打開(例如，啟動、短路、接合），因此如果驅(qū)動源失去電力，開關(guān)可保持 閉合(打開）。在驅(qū)動源失去電力的情況下，開關(guān)可被配置為打開以限制PV模塊的電壓并且 保護t吳塊。
[0054]圖6示出了這樣的例子，其中電壓限幅電路中的開關(guān)為N通道增強模式FET(旁路 FET)。在一個實施例中，通?？赏ㄟ^由微控制器或其他信號生成電路直接控制的另一個N FET來驅(qū)動FET。如果控制器630失去電力，則驅(qū)動N FET將保持打開。耦接在VDD與驅(qū)動N FET 的源之間的上拉電阻器可用于在此類故障情況下打開旁路FET。因此，旁路N FET可通過如 下方式在其驅(qū)動器失去電力的情況下短路:通過上拉電阻器保持主柵極處于高位，并且使 用次驅(qū)動N FET在正常操作期間驅(qū)動主柵極處于低位。另外存在其他變型形式。
[0055]圖7示出了另一個故障安全驅(qū)動器例子，其中旁路FET為P通道耗盡模式FET。在此 類例子中，通?？赏ㄟ^仿效P FET的操作的兩個N FET的網(wǎng)絡(luò)來驅(qū)動旁路FET。如果控制器 730失去電力，則第一N FET保持開啟并且第一上拉電阻器驅(qū)動第二N FET打開。第二N FET 可推動旁路P FET的柵極處于低位以打開P FET。因此，主P FET通過以下方式在其驅(qū)動器失 去電力的情況下短路:通過次N FET保持主柵極處于低位，該次N FET由于使次柵極電壓保 持高位的上拉電阻器而保持短路，并且使用第三N FET在正常操作期間驅(qū)動次柵極處于低 位(以及由此主柵極處于高位）。另外存在其他變型形式。
[0056] 在一些實施例中，如圖8的左手部分所示，當(dāng)P FET的公共端子必須為GND時，在不 生成負(fù)電壓的情況下P FET的柵極可能不被驅(qū)動。為了解決該問題，與P FET的源極相比較， 可使用N FET的系統(tǒng)來仿效P FET并且生成負(fù)電壓，如圖8的右手部分所示。
[0057]在一些實施例中，故障安全機構(gòu)可包括提供冗余控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)為模擬或數(shù)字 的，可用于防止過壓到達負(fù)載。添加的保護層可呈齊納二極管的形式，該齊納二極管控制被 配置成與電池串并聯(lián)的開關(guān);或第二數(shù)字控制器的形式，該控制器測量或接收電壓的指示 并且控制可使電池串短路的開關(guān)。圖9示出了備份模擬故障安全機構(gòu)的例子。如果主控制信 號902失效并且主控制FET保持開啟，則有線0R配置可允許模擬備份信號904控制備份FET。 可通過比較器、運算放大器或類似器件910將所測量電壓906與基準(zhǔn)電壓908進行比較來實 施該模擬控制。如果所測量電壓超出基準(zhǔn)電壓，則比較器可生成將備份FET打開的備份信號 904，從而使開關(guān)有效地接合。
[0058]雖然所述的故障安全結(jié)構(gòu)和技術(shù)假定開關(guān)在無電力情況下默認(rèn)為"打開"狀態(tài)，但 在其他實施例中，驅(qū)動電路可導(dǎo)致開關(guān)在不向控制電路提供電力的情況下默認(rèn)為"閉合"狀 態(tài)?；蛘?，在一些實施例中，可在不使用驅(qū)動電路和/或上拉/下拉電阻器的情況下使用自然 地默認(rèn)為"打開"狀態(tài)的開關(guān)，諸如耗盡模式FET。
[0059] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10,示出了根據(jù)一些實施例的流程圖，該流程圖示出了用于對電壓進 行限幅和/或以其他方式旁路PV模塊中的太陽能電池的方法。在各種實施例中，圖10的方法 可包括與圖示相比額外的(或更少的)框。
[0060] 在1002處，可測量PV模塊的多個太陽能電池兩端的電壓。在各種實施例中，可跨接 電池、單個太陽能電池串、多個太陽能電池串、PV模塊中的每個太陽能電池