Bộ biến đổi tăng/giảm áp linh hoạt trong điện tử công suất

vcca
06/10/2022 09:50
Bộ biến đổi tăng/giảm áp linh hoạt (versatile buck-boost (VBB) converter) đã được nghiên cứu rộng rãi nhờ vào rất nhiều ưu điểm của nó, như là biến đổi điện áp tăng hoặc giảm, cho hiệu năng cao, dòng điện liên tục ít gợn sóng, và khả năng kiểm soát bất kỳ biến chuyển đổi nào. Những tính năng thú vị này làm cho nó trở thành một ứng cử viên xuất sắc để trở thành một khối điện tử công suất PE-BB (power electronics building block).
aa

Bộ biến đổi tăng/giảm áp linh hoạt (versatile buck-boost (VBB) converter) đã được nghiên cứu rộng rãi nhờ vào rất nhiều ưu điểm của nó, như là biến đổi điện áp tăng hoặc giảm, cho hiệu năng cao, dòng điện liên tục ít gợn sóng, và khả năng kiểm soát bất kỳ biến chuyển đổi nào. Những tính năng thú vị này làm cho nó trở thành một ứng cử viên xuất sắc để trở thành một khối điện tử công suất PE-BB (power electronics building block).

• Tương lai phát triển của các van bán dẫn và các bộ biến đổi điện tử công suất
• Điện tử công suất tần số cao: Một số thách thức

Nghiên cứu PE-BB

Có thể nói các bài báo của Middlebrook và Ćuk (C&M) được coi như những tài liệu điện tử công suất truyền cảm hứng lớn nhất. Vài cấu hình quan trọng về PE-BB tăng/giảm áp được minh họa trong Hình 1. Về mặt cấu hình, có thể nói bộ Ćuk được phát triển từ bộ tăng/giảm áp truyền thống và nó cho phép biến đổi điện áp tăng lên hoặc giảm xuống. Đối với các cấu hình biến thể khác nhau của bộ Ćuk truyền thống cũng như những ưu nhược điểm của chúng, độc giả vui lòng tìm trong bài báo gốc [1].

Các đặc tính cơ bản của PE-BB có thể được liệt kê như sau:

• Đặc điểm của bộ biến đổi dc-dc tăng/giảm áp không đảo ngược: Thông thường PE- BB sẽ nhận được điện áp quy định từ một nguồn không được điều chỉnh. Khi điện áp quy định nằm trong dải điện áp của nguồn điện áp không được điều chỉnh, thì cần thiết phải có bộ tăng/giảm áp dc-dc.

• Băng thông điều khiển rộng: Điều này là vô cùng cần thiết khi thiết kế các bộ điều khiển, giúp giảm kích thước linh kiện và bảo vệ các nguồn nhạy cảm.

• Khả năng điều chỉnh của dòng điện đầu vào và đầu ra: Dòng điện đầu vào và đầu ra của PE-BB phải không ở dạng xung hoặc phải có dạng sóng liên tục để cho phép chúng được điều chỉnh và giảm quá trình lọc.

• Khả năng mở rộng công suất: Tính năng này rất quan trọng để đáp ứng tất cả các yêu cầu công suất của nhiều ứng dụng điện tử công suất đang phát triển và mới nổi gần đây.

• Hiệu suất cao: Trong nhiều ứng dụng, PE-BB là một hệ thống lớn chứa các nguồn điện áp, thiết bị lưu trữ phụ, và các loại tải khác nhau với các yêu cầu cụ thể. Do đó, việc đảm bảo một bộ biến đổi hiệu suất biến đổi năng lượng cao có thể góp phần đáng kể vào hiệu quả của hệ thống chứa nó.

  • Sự chuyển đổi liền mạch giữa chế độ vận hành tăng áp và giảm áp: Sự chuyển mạch được đặc trưng bởi một vùng chết (dead zone) tạo ra ảnh hưởng tiêu cực, như là sóng hài cục bộ trong nguồn điện áp. Do đó, PE-BB phải cho phép thực hiện được phương pháp chuyển mạch để tránh ảnh hưởng cả trong vùng chết và sóng hài cục bộ.
  • Điều khiển tái cấu hình: Phương pháp điều khiển số được đánh giá cao vì nó cho phép các bộ điều khiển số sử dụng cho tất cả các ứng dụng PE-BB khi chỉ cần tái cấu hình lại luật điều khiển thông qua phần mềm.
  • Chuyển mạch nhanh giữa các vòng điều khiển dòng: Chức năng này cho phép thay đổi điều khiển dòng đầu vào sang điều khiển dòng đầu ra và ngược lại một cách nhanh chóng và liền mạch. Sự chuyển đổi liền mạch giữa chế độ vận hành tăng áp và giảm áp: Sự chuyển mạch được đặc trưng bởi một vùng chết (dead zone) tạo ra ảnh hưởng tiêu cực, như là sóng hài cục bộ trong nguồn điện áp. Do đó, PE-BB phải cho phép thực hiện được phương pháp chuyển mạch để tránh ảnh hưởng cả trong vùng chết và sóng hài cục bộ.
  • Điều khiển tái cấu hình: Phương pháp điều khiển số được đánh giá cao vì nó cho phép các bộ điều khiển số sử dụng cho tất cả các ứng dụng PE-BB khi chỉ cần tái cấu hình lại luật điều khiển thông qua phần mềm.
  • Chuyển mạch nhanh giữa các vòng điều khiển dòng: Chức năng này cho phép thay đổi điều khiển dòng đầu vào sang điều khiển dòng đầu ra và ngược lại một cách nhanh chóng và liền mạch.


    Sự phát triển của bộ biến đổi VBB

    Nghiên cứu đầu tiên về bộ biến đổi VBB là cấu hình I được trình bày trong Hình 2. Nó được coi là cấu hình nguyên bản, thể hiện đặc tính tăng/giảm áp không đảo ngược, làm cho nó hữu ích cho nhiều ứng dụng xử lý năng lượng.

    bo bien doi tanggiam ap linh hoat trong dien tu cong suat
    Hình 1. Các cấu hình quan trọng của PE-BB tăng/giảm áp.

    Phát triển từ cấu hình I, có ba thay đổi quan trọng đã được đề xuất tương ứng với các cấu hình II, III, và IV. Cấu hình II sử dụng các khóa hai chiều giúp tăng hiệu suất. Cấu hình III có điện cảm ghép đối xứng sử dụng một máy biến áp có tỉ lệ 1:1 với một cặp điện cảm ghép chặt chẽ. Bộ điều khiển này cho ra hiện năng vượt trội trong ứng dụng quang điện độc lập. Cấu hình IV là một thiết kế với cuộn cảm được ghép với một điện dung cuộn dây sang cuộn ký sinh nhỏ để cải thiện hiệu suất của bộ biến đổi trong các ứng dụng điện áp cao. Có thể nhận thấy cấu hình I cho phép chuyển đổi công suất đơn hướng, trong khi cấu hình II, III, và IV cho phép chuyển đổi công suất cả hai hướng.

    Cho đến nay, bộ biến đổi VBB có tất cả các tính năng mong muốn chính của một PE-BB. Tuy nhiên, điều khiển tái cấu hình chưa được thảo luận. Các kỹ thuật điều khiển đầu tiên là điều khiển tương tự, sau đó được thay đổi bằng điều khiển lai số-tương tự, và gần đây là nhiều kỹ thuật điều khiển số khác.

    Do đó, bộ biến đổi VBB có tất cả các đặc tính cơ bản của PE-BB được trình bày ở trên. Tuy nhiên, có những thử thách đang chờ xử lý để cải thiện các bộ biến đổi VBB, như tích hợp cách ly điện vào cấu trúc và mô hình hóa quá trình làm việc ở chế độ gián đoạn DCM (discontinuous conduction mode) của nó trong thực hiện chế độ biến đổi công suất đơn hướng.

    bo bien doi tanggiam ap linh hoat trong dien tu cong suat
    Hình 2. Các cấu hình của bộ biến đổi VBB.

    Các thử thách trong tương lai và công việc đang tiến hành

    Các công việc trong tương lai sẽ cải thiện khả năng kết nối bằng cách tích hợp cách ly điện trong cấu trúc và do đó mở rộng các ứng dụng của nó mà hiện tại vẫn chưa được khám phá như ac-dc, dc-ac, và ac-ac. Một thách thức rất được quan tâm đó là thay vì sử dụng cầu chỉnh lưu và cấu trúc dc-dc, cấu trúc không cầu hoặc bán cầu được đề xuất cho trường hợp ac-dc.

    Cuối cùng, một công việc đang được tiến hành đó là mô hình hóa bộ biến đổi VBB dưới dạng PE-BB trong chế độ DCM.

    Việc này vô cùng quan trọng không chỉ dưới quan điểm của lý thuyết hàn lâm mà còn đối với lý thuyết thương mại. Kết quả của những phân tích này là những điều cơ bản trong thiết kế các bộ điều khiển đáng tin cậy và mạnh mẽ trong các ứng dụng quan trọng.

    Kết luận

    Bài báo này cung cấp những thảo luận về bộ biến đổi VBB dưới dạng PE-BB. Những đặc tính quan trọng nhất của PE-BB không cách ly đã được xác định. Những ưu điểm của bộ biến đổi VBB đã được minh họa qua mô tả tóm tắt sự phát triển của cấu hình, kỹ thuật điều khiển, và các ứng dụng. Các kết quả thực nghiệm của bộ biến đổi VBB trong bài báo gốc [1] đã xác nhận rằng nó có thể được sử dụng không chỉ như một bộ biến đổi dc-dc mà còn như một bộ chỉnh lưu ac-dc, nghịch lưu dc-ac, và trong các ứng dụng ac-ac.

    Mặc dù các kỹ thuật khác nhau có thể được áp dụng, các kết quả cho thấy bộ biến đổi VBB dễ dàng được điều khiển chỉ với các vòng lặp dựa trên bộ điều khiển PI (proportional- integrator). Các điều khiển này có đáp ứng động tốt và đủ đơn giản để dễ dàng chuẩn hóa cùng với trạng thái chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Các kết quả thực nghiệm trong bài báo gốc [1] đã xác nhận tính linh hoạt và hiện năng tuyệt vời của bộ biến đổi VBB dưới dạng PE-BB.

    Tham khảo bài báo gốc

    [1] C. Restrepo, C. González-Castaño, and R. Giral, “The Versatile Buck-Boost Converter as Power Electronics Building Block,” IEEE Ind. Electron. Mag., pp. 2–11, 2022.

    Theo Carlos Restrepo và các cộng sự [1]
    Biên dịch: Dương Tấn Quốc (Đại học Ulsan, Hàn Quốc)
    Cộng đồng điện tử Công suất Việt Nambo bien doi tanggiam ap linh hoat trong dien tu cong suat
    Email: duongtanquoc@gmail.com

vcca2026
Tin bài khác
Petrovietnam công bố và trao quyết định Phó Bí thư Đảng ủy và Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn

Petrovietnam công bố và trao quyết định Phó Bí thư Đảng ủy và Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn

Ngày 12/6, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tổ chức Lễ công bố quyết định đồng chí Lê Mạnh Cường giữ chức Phó Bí thư Đảng ủy Tập đoàn và đồng chí Vũ Đào Minh giữ chức Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/6: Nhà đầu tư nên cân bằng danh mục, chờ dòng tiền quay trở lại

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/6: Nhà đầu tư nên cân bằng danh mục, chờ dòng tiền quay trở lại

Thị trường chứng khoán đang trong giai đoạn tích lũy khi dòng tiền suy yếu, thanh khoản xuống thấp và chưa xuất hiện động lực đủ mạnh để hình thành xu hướng tăng mới. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì trạng thái cân bằng danh mục, hạn chế gia tăng tỷ trọng cổ phiếu và chờ tín hiệu cải thiện rõ ràng hơn từ thanh khoản.
Ngành công nghiệp toàn cầu: Tăng hiệu suất động cơ thêm 0,2% có thể tiết kiệm 12 tỷ USD

Ngành công nghiệp toàn cầu: Tăng hiệu suất động cơ thêm 0,2% có thể tiết kiệm 12 tỷ USD

Một cải tiến tưởng chừng rất nhỏ trong hiệu suất vận hành của các động cơ và máy phát điện công nghiệp lại có thể tạo ra tác động kinh tế và môi trường khổng lồ. Theo báo cáo mới từ ABB, việc nâng hiệu suất của các động cơ và máy phát điện đồng bộ công suất lớn thêm chỉ 0,2% có thể giúp các doanh nghiệp trên toàn cầu tiết kiệm từ 9,5 đến 12 tỷ USD chi phí điện năng, đồng thời cắt giảm tới 75 triệu tấn khí thải CO₂ trong vòng đời vận hành 25 năm.
Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026: Khẳng định vai trò của Việt Nam trong định hình tương lai khu vực

Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026: Khẳng định vai trò của Việt Nam trong định hình tương lai khu vực

Khép lại ngày 10/6 với sự tham dự của hơn 1.200 đại biểu đến từ nhiều quốc gia và tổ chức quốc tế, Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026 (ASEAN Future Forum - AFF 2026) tiếp tục khẳng định vị thế là một trong những không gian đối thoại chiến lược quan trọng của khu vực. Không chỉ tạo diễn đàn trao đổi cởi mở, thực chất về những vấn đề đang định hình tương lai Đông Nam Á, sự kiện còn cho thấy vai trò ngày càng nổi bật của Việt Nam trong việc đóng góp, dẫn dắt và định hình chương trình nghị sự chung của ASEAN.
Biệt thự Eurowindow Central Avenue - Tài sản “giá trị kép” hút giới đầu tư thông thái

Biệt thự Eurowindow Central Avenue - Tài sản “giá trị kép” hút giới đầu tư thông thái

Giữa bối cảnh các kênh đầu tư tài chính biến động rủi ro như chứng khoán, vàng, giới đầu tư tinh anh đang ráo riết dịch chuyển dòng vốn về tài sản thực như bất động sản. Tại trung tâm (TP. Vinh) thủ phủ tỉnh Nghệ An, biệt thự Eurowindow Central Avenue đang là lựa chọn đáng chú ý mang đến lời giải cho bài toán kép: vừa an cư vừa gia tăng giá trị đầu tư dài hạn.
Cách Tân Hoàng Minh kể chuyện chế tác bất động sản bằng ngôn ngữ nghệ thuật

Cách Tân Hoàng Minh kể chuyện chế tác bất động sản bằng ngôn ngữ nghệ thuật

Bằng việc đưa trọn vẹn trải nghiệm không gian sống từ đời thực lên sân khấu, Tân Hoàng Minh Collection Showcase - The Art of Crafted Living chính thức định danh Tập đoàn Tân Hoàng Minh là “Nhà chế tác bất động sản nghệ thuật” với triết lý “Crafted Living”.
VinFast đồng loạt khai trương 66 đại lý xe máy điện mới và showroom cao cấp

VinFast đồng loạt khai trương 66 đại lý xe máy điện mới và showroom cao cấp

Thông tin mới nhất từ VinFast cho biết, hãng vừa đồng loạt khai trương 66 đại lý xe máy điện mới ở 22 tỉnh, thành phố, nâng tổng số cơ sở kinh doanh xe máy điện chính hãng lên gần 750 điểm trên cả nước.
Viettel khởi động cuộc thi phát triển trí tuệ nhân tạo cùng NVIDIA

Viettel khởi động cuộc thi phát triển trí tuệ nhân tạo cùng NVIDIA

Trong tháng 6/2026, Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) chính thức khởi động Vietnam AI Open Hackathon 2026 cùng NVIDIA. Đây là cuộc thi phát triển ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) dành cho cộng đồng kỹ sư, nhà nghiên cứu và startup công nghệ tại Việt Nam.
Vinamilk lan tỏa các thực hành giảm phát thải tại Diễn đàn Quốc gia về Môi trường

Vinamilk lan tỏa các thực hành giảm phát thải tại Diễn đàn Quốc gia về Môi trường

Tại Diễn đàn Quốc gia về Môi trường và Khí hậu 2026, Vinamilk là doanh nghiệp sữa duy nhất được mời tham gia phiên tọa đàm về giảm phát thải khí nhà kính. Đằng sau sự hiện diện đó là hơn một thập kỷ đầu tư bài bản và nhất quán vào phát triển bền vững.
Thị trường chứng khoán ngày 11/6: Dòng tiền biến mất khỏi thị trường, VN Index đánh mất mốc 1.800 điểm sau hai phiên hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 11/6: Dòng tiền biến mất khỏi thị trường, VN Index đánh mất mốc 1.800 điểm sau hai phiên hồi phục

Thị trường quay trở lại trạng thái điều chỉnh sau hai phiên phục hồi ngắn ngủi. Điểm đáng chú ý không nằm ở mức giảm hơn 5 điểm của VN Index mà ở sự suy kiệt của dòng tiền khi thanh khoản trên HoSE chỉ còn hơn 10 nghìn tỷ đồng - mức thấp nhất trong nhiều tháng gần đây, phản ánh tâm lý thận trọng cao độ của nhà đầu tư.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc