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
Kho thông minh: Từ tối ưu không gian đến tự động hóa toàn bộ quy trình

Kho thông minh: Từ tối ưu không gian đến tự động hóa toàn bộ quy trình

Khi năng suất sản xuất tăng, doanh nghiệp không chỉ đối mặt với bài toán thiếu diện tích lưu trữ mà còn phải xử lý lượng dữ liệu lớn, nhiều thao tác thủ công và nhu cầu nhân lực ngày càng cao. Kho thông minh, với sự kết hợp giữa lưu trữ tự động, phần mềm, robot, AGV/AMR và Vision 3D, đang mở ra hướng tiếp cận mới để doanh nghiệp tối ưu không gian, nâng năng suất và kiểm soát hàng hóa.
VAA và Đại học Công nghệ Quế Lâm hợp tác tạo cơ hội phát triển công nghệ và chuyển đổi số cho Việt Nam

VAA và Đại học Công nghệ Quế Lâm hợp tác tạo cơ hội phát triển công nghệ và chuyển đổi số cho Việt Nam

Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) và Đại học Công nghệ Quế Lâm (Trung Quốc) ký biên bản ghi nhớ, hướng tới xây dựng phòng thí nghiệm trọng điểm chung về ứng dụng công nghệ và chuyển đổi số, đồng thời đưa kết quả nghiên cứu vào thử nghiệm, chuyển giao và ứng dụng tại Việt Nam và khu vực ASEAN.
Thị trường chứng khoán ngày 22/9: Chỉ số tăng hơn 17 điểm nhưng tiền vào chứng khoán xuống thấp nhất hai tháng

Thị trường chứng khoán ngày 22/9: Chỉ số tăng hơn 17 điểm nhưng tiền vào chứng khoán xuống thấp nhất hai tháng

VN Index bật tăng hơn 17 điểm sau khi mất mốc 1.800 trong phiên trước. Nhưng đằng sau sắc xanh là một tín hiệu đáng dè chừng với việc dòng tiền vào thị trường xuống thấp nhất khoảng hai tháng, chưa đến 13 nghìn tỷ đồng.
Nhật Bản ra mắt "xe cứu thương" dành cho robot hình người

Nhật Bản ra mắt "xe cứu thương" dành cho robot hình người

GMO Internet Group phát triển một loại xe chuyên dụng có khả năng đưa kỹ sư, thiết bị sửa chữa, phụ tùng và robot hình người dự phòng tới hiện trường khi robot gặp sự cố.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/9/2026: Tuổi Mùi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần nên thận trọng công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/9/2026: Tuổi Mùi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần nên thận trọng công việc

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 23/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
iPhone Duo đi ngược số đông: Vì sao Apple chọn kiểu dáng như một cuốn sổ tay?

iPhone Duo đi ngược số đông: Vì sao Apple chọn kiểu dáng như một cuốn sổ tay?

Không chạy theo kiểu dáng thuôn dài quen thuộc của smartphone gập hiện nay, Apple lại chọn một tỷ lệ màn hình khác biệt cho iPhone Duo. Đằng sau thiết kế tưởng như lạ mắt này là một ý tưởng khá đời thường: biến chiếc điện thoại thành một cuốn sổ tay, nhỏ gọn khi gập và rộng rãi khi mở.
Đưa khoa học vào ngày hội Trung thu: Khi trẻ học bằng trải nghiệm và khám phá

Đưa khoa học vào ngày hội Trung thu: Khi trẻ học bằng trải nghiệm và khám phá

Sau 1,5 ngày diễn ra, “Ngày hội đón trăng” trong khuôn khổ chương trình “Xứ sở Ánh trăng” của Đài Truyền hình Việt Nam đã thu hút khoảng 3.400 lượt thiếu nhi và phụ huynh. Không chỉ tái hiện không khí Trung thu truyền thống, ngày hội còn mở ra không gian để trẻ em khám phá khoa học, thiên văn, văn hóa và cùng gia đình tham gia nhiều hoạt động trải nghiệm.
Tái cấu trúc chuỗi xuất khẩu TP.Hồ Chí Minh: Tự động hóa là then chốt

Tái cấu trúc chuỗi xuất khẩu TP.Hồ Chí Minh: Tự động hóa là then chốt

Xuất nhập khẩu của TP.Hồ Chí Minh đang duy trì đà tăng trưởng, nhưng phía sau những con số về kim ngạch là yêu cầu nâng cấp toàn bộ chuỗi giá trị. Từ sản xuất, logistics, tận dụng FTA đến xúc tiến thương mại, các mắt xích đang được đặt trong một cấu trúc mới, nơi công nghệ, dữ liệu, tự động hóa và chuyển đổi xanh ngày càng trở thành điều kiện để doanh nghiệp nâng sức cạnh tranh và tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
Universal Robots ra mắt Gen 7: Nền tảng robot cộng tác sẵn sàng cho kỷ nguyên AI

Universal Robots ra mắt Gen 7: Nền tảng robot cộng tác sẵn sàng cho kỷ nguyên AI

Universal Robots (UR) vừa giới thiệu thế hệ thứ bảy của nền tảng robot cộng tác, đánh dấu bước chuyển hướng mạnh hơn sang các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và AI vật lý trong sản xuất. Gen 7 được thiết kế lại từ bộ điều khiển, bảng điều khiển cầm tay đến mặt bích dụng cụ, hướng tới mục tiêu giảm độ phức tạp khi tích hợp và rút ngắn thời gian đưa các ứng dụng tự động hóa tiên tiến vào vận hành.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/9: Nhịp điều chỉnh có thể mở ra cơ hội tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/9: Nhịp điều chỉnh có thể mở ra cơ hội tích lũy

VN-Index giảm mạnh trong phiên 21/9, đánh mất vùng hỗ trợ 1.805 điểm và cho thấy áp lực bán đang gia tăng. Tuy nhiên, nếu chỉ số lùi về các vùng hỗ trợ thấp hơn, đây có thể là cơ sở để nhà đầu tư từng bước tìm kiếm cơ hội tích lũy ở những cổ phiếu có nền tảng và triển vọng tốt.