Кіріспе
Тұрақты токтан тұрақты токқа айналдырғыш, шығыс кернеуі кіріс кернеуінен жоғары
Күштік айналдырғыш немесе кернеуді көтеруші айналдырғыш – кірістен (көзінен) шығысқа (жүкке) кернеуді арттырып, ток күшін азайтатын тұрақты токтан тұрақты токқа айналдырғыш. Бұл кем дегенде екі жартылай өткізгіш – диод және транзистор, сондай-ақ кем дегенде бір энергия сақтаушы элементі бар коммутациялық режимдегі қуат көзінің (SMPS) класы: конденсатор, индуктор немесе олардың үйлесімі. Кернеудің тербелісін азайту үшін конденсаторлардан (кейде индукторлармен бірге) жасалған сүзгілер мұндай айналдырғыштың шығысына (жүк жағындағы сүзгі) және кірісіне (көз жағындағы сүзгі) қосылады.
Шолу
Қозғалтқыш түрлендіргішке қуат кез келген қолайлы тұрақты ток көзінен, мысалы, батареялардан, күн панельдерінен, түзеткіштерден және тұрақты ток генераторларынан түсуі мүмкін. Бір тұрақты ток кернеуін екінші тұрақты ток кернеуіне өзгерту процесі тұрақты токтан тұрақты токқа түрлендіру деп аталады. Көтеру түрлендіргіші – шығыс кернеуі кіріс кернеуінен жоғары тұрақты токтан тұрақты токқа түрлендіргіш. Көтеру түрлендіргіші кейде қадамдық түрлендіргіш деп те аталады, себебі ол кіріс кернеуін "көтереді". Қуат сақталуы тиіс болғандықтан, шығыс тогы кіріс тогынан төмен болады.
Тарих
Жоғары тиімділік үшін коммутациялық режимдегі қуат көзінің (SMPS) коммутаторы жылдам қосылып, өшірілуі керек және шығындары аз болуы тиіс. 1950 жылдары коммерциялық жартылай өткізгіш коммутатордың пайда болуы SMPS, мысалы, күшейткіш түрлендіргіштерді жасауға мүмкіндік берген маңызды қадам болды. Негізгі DC-DC түрлендіргіштері жартылай өткізгіш коммутаторлар қолжетімді болғаннан кейін 1960 жылдардың басында әзірленді. Ғарыш және әуе шаруашылығы саласының кішкентай, жеңіл және тиімді қуат түрлендіргіштеріне деген қажеттілігі түрлендіргіштердің жылдам дамуына ықпал етті. SMPS сияқты коммутациялық жүйелерді жобалау қиын, себебі олардың модельдері коммутатордың ашық немесе жабық болуына байланысты. 1977 жылы Калтехтегі Р.Д. Миддлбрук қазір қолданылатын DC-DC түрлендіргіштерінің модельдерін жариялады. Миддлбрук әрбір коммутатор күйі үшін тізбек конфигурацияларын күй кеңістігін орташалау деп аталатын әдіс арқылы орташалады. Бұл әдіс екі жүйені бір жүйеге айналдырды. Жаңа модель SMPS-тің дамуына көмектескен пайдалы есептеу теңдеулеріне әкелді.
Батареямен жұмыс істейтін жүйелер
Батареямен жұмыс істейтін жүйелер көбінесе жоғары кернеуге қол жеткізу үшін жасушаларды тізбектей қосады. Дегенмен, көптеген жоғары кернеуті қолданыстарда орын жетіспеуіне байланысты жеткілікті мөлшерде жасушаларды тізбектей қою мүмкін болмайды. Кернеуді көтергіш түрлендіргіштер кернеуді арттырып, жасушалардың санын азайта алады. Кернеуді көтергіш түрлендіргіштерді пайдаланатын екі батареямен жұмыс істейтін қолданыс – гибридті электр көліктері (HEV) және жарықтандыру жүйелері. NHW20 үлгісіндегі Toyota Prius HEV 500 В моторды пайдаланады. Кернеуді көтергіш түрлендіргіш болмағанда, Prius моторын қуаттандыру үшін шамамен 417 жасуша қажет болар еді. Бірақ Prius іс жүзінде тек 168 жасушаны қолданады және батарея кернеуін 202 В-тан 500 В-қа дейін көтереді. Кернеуді көтергіш түрлендіргіштер кішкентай масштабтағы қолданыстарда, мысалы, портативті жарықтандыру жүйелерінде де құрылғыларды қуаттайды. Ақ LED-тің жарық шығаруы үшін әдетте 3,3 В қажет, ал кернеуді көтергіш түрлендіргіш бір 1,5 В сілтілі батареядан кернеуді көтеріп, шамды қуаттауға мүмкіндік береді.
Жоульді ұры
"Жульді ұры" деп аталатын схемадағы кернеуді көтеру механизмі ретінде, блоктаушы генератор принциптеріне негізделген реттелмейтін күшейткіш түрлендіргіш пайдаланылады. Бұл схема топологиясы төмен қуатты батареяларда қолданылады және күшейткіш түрлендіргіштің батареядағы қалған энергияны "ұрлау" мүмкіндігіне бағытталған. Батареяның кернеуі төмен болғандықтан, бұл энергия әдеттегі жүктеме үшін қолдануға жарамсыз болып, ысырап болар еді. Кернеу төмендеген кезде көптеген қолданыстар жүктеме арқылы жеткілікті ток өтуіне мүмкіндік бермейтін болғандықтан, бұл энергия пайдаланылмаған болар еді. Батареялардың заряды таусылғанда кернеудің төмендеуі орын алады, бұл кең таралған сілтілі батареялардың қасиеті. Қуат теңдеуі P=IV, ал R көбінесе тұрақты болғандықтан, кернеу төмендегенде жүктемеге қол жетімді қуат күрт төмендейді.
Фотоэлектрлі элементтер
Кернеуді көтеруші типтегі күшейту конвертерлері деп аталатын күшейту конвертерлерінің ерекше түрі күн фотоэлектрлік (PV) жүйелерінде қолданылады. Бұл қуат түрлендіргіштер қуат сапасын жақсарту және толық PV жүйесінің тиімділігін арттыру үшін дәстүрлі күшейту конвертерінің пассивті компоненттерін (диод, индуктор және конденсатор) қосады.