複数の太陽電池（PV）を直列および並列に接続することで、高電圧の太陽電池モジュールが構成されます。これにインバータを接続すると系統連系発電が開始され、MPPT（最大電力点追跡装置）に接続するとバッテリーパックへの充電とエネルギー貯蔵が行われます。
600V 以上の高電圧 PV システムには、GFDI の要求があります。GFDI は「Ground Fault Detection Interrupter（接地故障検出および遮断装置）」の略です。注意すべき点として、これは一般的な漏電保護装置である GFCI（Ground Fault Circuit Interrupter）とは異なります。GFDI の目的は、人身安全を保護することではなく、機器の誤接地に起因する各種故障（例：電力損失、ゴースト電圧、浮遊電圧など）を防止することです。つまり、GFDI は機器を保護することを目的としています。
GFDI の核心思想は以下の通りです：
GFDI の核心目標は、直流側の異常な接地リスクを検出することです。UL1741、IEC62109 などの安全規格では、太陽光発電システムの電圧が 600V 以上の場合、GFDI を搭載することが要求されており、故障応答時間は 2 秒以内と規定されています。
以下は、高電圧バッテリーパック用の GFDI 回路の一例です。これは純粋に機械式ブレーカーによってシステムを遮断し、誤接地による故障から保護するものです。
その長所は明らかです：信頼性が高い。
一方、明らかな短所も存在します：1. コストが高い。専用の GFDI ブレーカーが必要であり、調達リスクも生じます。2. 応答時間が遅い（電流が抵抗を通過する際の発熱効果を利用してブレーカーをトリップさせるため、I²t の関係にある）。また、検出精度も比較的低いです。
上記製品の長所と短所を踏まえ、以下のような改良型 GFDI 回路を提案します。その革新点は、閉ループホール電流センサを導入し、漏れ電流をリアルタイムで監視し、プログラムによって A/D 変換と論理判断を継続的に実行することです。一旦漏れ電流が特定の閾値（IEC の要求は最低 5A ですが、この値はプログラム内で任意に設定可能です）を超えると、制御信号を出力して機器を迅速に遮断します。全体の応答時間は 100ms（0.1 秒）未満であり、IEC の最低要求である 2 秒を大幅に下回っています。
ここで、なぜ 100ms（0.1 秒）以内に応答できるのかを説明します。
閉ループホール電流センサには、太陽光発電・エネルギー貯蔵専用の芯森電子（Xinsen Electronics）の CM シリーズ（例：CM2A、CM3A）を選定しています。これらのセンサは 0～200A の量程を持ち、精度は 0.3% です。ゼロ点除去を適切に行い、後段のサンプリング・増幅回路に低温度ドリフト・高精度の抵抗を使用し、自動校正などの一連の措置を講じることで、精度は容易に 0.1% 以上、さらには 0.05% 以上にまで向上させることができます。
デバイスの応答時間は 1μs 未満です。これは、高精度な測定と迅速な反応が可能であることを意味します。
図中：di/dt=50A/μs
例えば、12MHz のクロック周波数を持ち、1T 命令サイクルの 8 ビット 8051 内核のマイクロコントローラ（MCU）を使用する場合、1 回の A/D 変換サイクルを完了するのに必要な時間は、最速で約 6μs、最遅で約 35μs です。プログラムによる判断は 100 命令で計算すると、約 100μs（0.1ms）が必要です。最終的に接触器のオン / オフを制御する出力を行う際、接触器の動作時間は最大で約 60ms です。合計すると、最大で約 61ms が必要となります。
完整的な応用回路は以下の通りです。各サブユニットは個別に精度が検証されており、この回路は長期間運用され、安定性と信頼性が実証されています。
主電源は 24V 入力で、EMC 保護部分を搭載しており、この設計により少なくとも 2000V の EFT（電気的快速過渡）とサージに耐えることができます。主 CPU は 8051 内核を採用し、標準的な 485 インターフェースを備えています。出力は 10A の接点容量を持つリレーを介して、最終的に大電流の直流接触器を駆動し、保護を実現します。
この回路の革新点は、最大値検出・保持回路を内蔵していることです。テストの結果、このユニット回路は幅僅か 10μs のパルス振幅を確実に検出し、少なくとも 10 秒間保持することができます。プログラムは定期的にこの点の A/D 値を読み取るだけでよく、最大値の瞬間を逃す心配がないため、マイクロコントローラの動作速度をそれほど気にする必要はありません。上記の回路は、マイクロコントローラのクロック周波数が 1MHz と低い場合でも、全体的な応答速度は 65ms より速くなり、このユニット回路はここでの大きな亮点となっています。
