Кіріспе
Қуат электроникасындағы негізгі құрылым – коммутациялық жасуша болып табылады. Ол екі электрондық қосқыштан тұрады (қазіргі таңда механикалық емес, жоғары қуатты жартылай өткізгіш құрылғы). Бұрын ол дәстүрлі түрде "хоппер" деп аталатын, бірақ қуатты түрлендірудің басты түрі болып электр қуатын ауыстыру пайда болғаннан бері, бұл жаңа термин кеңінен қолданыла бастады. Коммутациялық жасушаның мақсаты – тұрақты ток қуатын тіктөртбұрышты толқынға айналдырып "үзу". Бұл, LC тізбегінде индуктор мен конденсаторды пайдаланып, кернеуді өзгертуге мүмкіндік береді. Теориялық тұрғыдан алғанда, бұл процесс шығынсыз, бірақ практикада 80-90% және одан да жоғары тиімділікке қол жеткізіледі. Нәтижесіндегі ток көбінесе таза тұрақты ток алу үшін сүзгіден өтеді. Коммутациялық жасушадағы қосқыштың қосылып-өшірілу уақытын (жұмыс циклын) басқару арқылы шығыс кернеуін реттеуге болады. Осы негізгі принцип – портативті құрылғылардағы кішкентай DC-DC түрлендіргіштерінен бастап, жоғары кернеулі тұрақты ток қуатын беруге арналған ірі коммутациялық станцияларға дейін, қазіргі заманғы қуат көздерінің көпшілігінің негізі болып табылады.
The commutation cell is the basic structure in power electronics. It is composed of two electronic switches (today, a high power semiconductor, not a mechanical switch). It was traditionally referred to as a chopper, but since switching power supplies became a major form of power conversion, this new term has become more popular. The purpose of the commutation cell is to "chop" DC power into square wave alternating current. This is done so that an inductor and a capacitor can be used in an LC circuit to change the voltage. This is, in theory, a lossless process; in practice, efficiencies above 80 90% are routinely achieved. The output is usually run through a filter to produce clean DC power. By controlling the on and off times (the duty cycle) of the switch in the commutation cell, the output voltage can be regulated. This basic principle is the core of most modern power supplies, from tiny DC DC converters in portable devices to massive switching stations for high voltage DC power transmission.
Коммутациялық ұяшықтың құрылымы
Жоғарыда айтылғандай, кернеу және ток көздерінің арасына коммутациялық элемент орнатылуы керек. Элементтің күйіне қарай, екі көз де қосылуы немесе оқшаулануы мүмкін. Оқшауланған кезде ток көзі қысқа тұйықталуы керек, себебі ашық тізбекте ток тудыру мүмкін емес. Коммутациялық элементтің негізгі схемасы 3-суретте (жоғарыда) көрсетілген. Ол қарама-қарсы күйдегі екі қосқышты қолданады: 3-суретте көрсетілген конфигурацияда екі көз де оқшауланған, ал ток көзі қысқа тұйықталған. Жоғарғы қосқыш қосылғанда (ал төменгі қосқыш өшірілгенде) екі көз де қосылады. Қосқыштардың арасында толық синхронды болу мүмкін емес. Коммутация кезінде бір сәтте олар қосылып (осылайша кернеу көзін қысқаша жауып) немесе өшіріліп (осылайша ток көзін ашық күйде қалдырып) жатуы мүмкін. Сондықтан бір қосқышты диодпен ауыстыру қажет. Диод – табиғи коммутациялық құрылғы, яғни оның күйін тізбектің өзі анықтайды. Ол қажетті сәтте қосылып немесе өшіріледі. Коммутациялық элементте диодты пайдаланудың салдары – оны бір бағытты ету (3-суретті қараңыз). Екі бағытты элемент құруға болады, бірақ ол екі бір бағытты элементті параллель қосумен тең.
Конвертердегі коммутациялық жасуша
Коммутациялық элемент кез келген қуатты электронды түрлендіргіште кездеседі. Кейбір мысалдар 4-суретте келтірілген. Көрініп тұрғанындай, "тоқ көзі" (іс жүзінде индуктивтілік қамтитын тізбек) әрқашан ортақ нүкте мен коммутациялық элементтің сыртқы қосылымдарының біріне қосылады, ал кернеу көзі (немесе конденсатор, немесе кернеу көзі мен конденсатордың тізбекті қосылымы) әрқашан екі сыртқы қосылымға жалғанады.