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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
PV GAS định hướng nhiệm vụ trọng tâm, chuẩn bị kế hoạch năm 2027

PV GAS định hướng nhiệm vụ trọng tâm, chuẩn bị kế hoạch năm 2027

Tổng công ty Khí Việt Nam (PV GAS) đang tập trung rà soát kết quả sản xuất kinh doanh năm 2026, đồng thời xác định các nhiệm vụ trọng tâm cho năm 2027.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 09/11/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 09/11/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 09/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Robot dẫn chương trình tin tức hình người sinh học đầu tiên trên thế giới

Robot dẫn chương trình tin tức hình người sinh học đầu tiên trên thế giới

Tân Hoa Xã ngày 5/11 công bố hai robot hình người dẫn chương trình tin tức tại Diễn đàn Trí tuệ nhân tạo và Hiện đại hóa kiểu Trung Quốc, thuộc khuôn khổ Hội nghị Thượng đỉnh Truyền thông Thế giới lần thứ 7 diễn ra ở Bắc Kinh.
Cảnh báo đỏ từ những vụ tin tặc tấn công hệ thống làm lạnh quy mô lớn

Cảnh báo đỏ từ những vụ tin tặc tấn công hệ thống làm lạnh quy mô lớn

Các cuộc tấn công mạng liên tiếp nhằm vào hệ thống làm lạnh tại siêu thị, kho lạnh và cả cơ sở bảo quản máu ở nhiều nước châu Âu đang gióng lên hồi chuông cảnh báo về an ninh của các hệ thống điều khiển công nghiệp. Không chỉ khiến thực phẩm hư hỏng, gián đoạn chuỗi cung ứng, việc tin tặc can thiệp vào thiết bị kiểm soát nhiệt độ còn có thể đe dọa an toàn của các chế phẩm máu, thuốc và vật tư y tế.
Lưu lượng kế khí siêu âm: Thách thức đo lường trong môi trường khí pha trộn hydro

Lưu lượng kế khí siêu âm: Thách thức đo lường trong môi trường khí pha trộn hydro

Lưu lượng kế khí siêu âm đa đường (USM) từ lâu được sử dụng rộng rãi trong đo lường và chuyển giao quyền sở hữu khí tự nhiên nhờ không có bộ phận chuyển động, tổn thất áp suất thấp, dải đo rộng và nguyên lý đo thời gian truyền. Tuy nhiên, xu hướng sản xuất hydro, pha trộn hydro vào khí tự nhiên và sử dụng các loại nhiên liệu sạch đang đặt ra những thách thức mới đối với công nghệ này.
Chuẩn hóa hạ tầng sạc xe điện: Yêu cầu đồng bộ từ quy chuẩn đến thực tiễn

Chuẩn hóa hạ tầng sạc xe điện: Yêu cầu đồng bộ từ quy chuẩn đến thực tiễn

Phát triển hạ tầng sạc xe điện trên các tuyến cao tốc đang đặt ra yêu cầu đồng bộ về quy mô đầu tư, nguồn điện, an toàn kỹ thuật và khả năng tương thích. Hoàn thiện quy chuẩn và tháo gỡ những vướng mắc trong triển khai là điều kiện quan trọng để hình thành mạng lưới sạc đáp ứng nhu cầu chuyển đổi xanh của giao thông đường bộ.
Khơi dậy, phát triển tư duy sáng tạo cho giới trẻ qua cuộc thi điều khiển UAV Drone

Khơi dậy, phát triển tư duy sáng tạo cho giới trẻ qua cuộc thi điều khiển UAV Drone

Trong hai ngày 6 và 7/11/2026, tại Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, Sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh phối hợp với Thành Đoàn TP. Hồ Chí Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh) và Công ty TNHH MTV HDFPV tổ chức vòng chung kết và trao giải Cuộc thi Sáng tạo và Điều khiển UAV Drone dành cho thanh thiếu niên TP. Hồ Chí Minh năm 2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 08/11/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 08/11/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 08/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
EIMA 2026: Triển lãm máy nông nghiệp toàn cầu định hình tương lai canh tác thông minh

EIMA 2026: Triển lãm máy nông nghiệp toàn cầu định hình tương lai canh tác thông minh

Từ ngày 10/11 đến 14/11/2026, triển lãm máy móc nông nghiệp quốc tế EIMA International lần thứ 47 sẽ diễn ra tại BolognaFiere, thành phố Bologna (Italy). Với khoảng 1.800 đơn vị trưng bày và hơn 60.000 mẫu máy móc, thiết bị, sự kiện năm nay không chỉ giới thiệu những thành tựu cơ giới hóa mà còn phản ánh xu hướng phát triển của nông nghiệp hiện đại: số hóa, tự động hóa, sử dụng tài nguyên hiệu quả và tăng cường hợp tác công nghệ.
80 năm Hiến pháp 1946: Kiên định nguyên tắc quyền lực thuộc về Nhân dân

80 năm Hiến pháp 1946: Kiên định nguyên tắc quyền lực thuộc về Nhân dân

Tám thập kỷ kể từ khi bản Hiến pháp đầu tiên của nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa được thông qua (9/11/1946), những giá trị về quyền làm chủ của Nhân dân, bảo đảm quyền tự do, dân chủ và xây dựng Nhà nước pháp quyền vẫn tiếp tục được kế thừa, phát triển.
master