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
Xe điện chạy 811km/sạc: Sức mạnh từ nền tảng pin tự phát triển của Li Auto

Xe điện chạy 811km/sạc: Sức mạnh từ nền tảng pin tự phát triển của Li Auto

Thị trường ô tô điện Việt Nam chuẩn bị đón nhận mẫu SUV cỡ lớn Li Auto i6 thông qua thỏa thuận phân phối với Neera Motors.
I/O từ xa: Tối ưu hệ thống điều khiển công nghiệp

I/O từ xa: Tối ưu hệ thống điều khiển công nghiệp

Trong bối cảnh các nhà máy đẩy mạnh chuyển đổi số, hệ thống I/O từ xa (Remote I/O) đang trở thành giải pháp hiệu quả giúp hiện đại hóa hạ tầng điều khiển công nghiệp. Công nghệ này không chỉ giảm chi phí đi dây mà còn đơn giản hóa bảo trì, nâng cao độ tin cậy của dữ liệu và tạo điều kiện mở rộng hệ thống linh hoạt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 27/10: Thị trường nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 27/10: Thị trường nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy

Phiên giao dịch ngày 26/10 điều chỉnh khi áp lực chốt lời gia tăng tại vùng kháng cự, kéo các chỉ số chính giảm điểm. Thanh khoản suy giảm cho thấy tâm lý thận trọng của nhà đầu tư, trong khi khối ngoại tiếp tục bán ròng. Với các chỉ báo động lượng ở vùng quá mua, VN-Index nhiều khả năng cần thêm thời gian tích lũy quanh vùng hỗ trợ trước khi có thể kiểm định lại vùng kháng cự.
Weldcom - Từ cơ hội hợp tác cùng VinFast đến năng lực trở thành tổng thầu quốc tế

Weldcom - Từ cơ hội hợp tác cùng VinFast đến năng lực trở thành tổng thầu quốc tế

Từ hệ thống hơn 200 robot tại Hải Phòng đến những dự án tại Ấn Độ và Indonesia, Weldcom từng bước trưởng thành qua những công trình quy mô lớn, nơi bản lĩnh tổng thầu được tôi luyện trong áp lực công nghệ và những tiêu chuẩn khắt khe của ngành ô tô. Mỗi dấu mốc không chỉ khẳng định năng lực thực thi của đội ngũ kỹ sư Việt Nam mà còn tạo nền tảng vững chắc để doanh nghiệp từng bước ghi dấu trên bản đồ công nghiệp ô tô thế giới.
Hai sáng kiến chiến lược mở đường cho kinh tế tầm thấp và kiến tạo Thành phố Công nghiệp thế hệ mới

Hai sáng kiến chiến lược mở đường cho kinh tế tầm thấp và kiến tạo Thành phố Công nghiệp thế hệ mới

Tại Ngày Đổi mới sáng tạo Mở 2026 (OID 2026), sự kiện mở đầu chuỗi Diễn đàn Kinh tế Mùa thu 2026, Saigontel và các đối tác đã công bố hai sáng kiến chiến lược với thông điệp “Hội tụ tinh hoa - Bứt phá ý tưởng - Tiên phong kiến tạo Thành phố công nghiệp thế hệ mới”.
TP. Hồ Chí Minh đề xuất hợp tác với Ấn Độ về AI, bán dẫn và nhân lực công nghệ cao

TP. Hồ Chí Minh đề xuất hợp tác với Ấn Độ về AI, bán dẫn và nhân lực công nghệ cao

Ngày 26/10/2026, Diễn đàn Công nghệ tương lai Việt Nam - Ấn Độ đã được tổ chức nhằm tập trung thúc đẩy hợp tác nghiên cứu, ứng dụng và thương mại hóa công nghệ, đặc biệt trong các lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI), bán dẫn, hạ tầng số và phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao. Phiên thảo luận hướng tới xác định các sáng kiến hợp tác ưu tiên và những dự án thí điểm có khả năng triển khai trong 12-24 tháng tới.
BIDV đề xuất giải pháp thúc đẩy tăng trưởng vùng Đông Nam Bộ

BIDV đề xuất giải pháp thúc đẩy tăng trưởng vùng Đông Nam Bộ

Phát huy vai trò của một ngân hàng thương mại hàng đầu đất nước, tại Hội nghị “Ngành Ngân hàng đồng hành khơi thông nguồn lực tài chính - ngân hàng phục vụ tăng trưởng vùng Đông Nam Bộ giai đoạn 2026 - 2030”, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã mang đến những giải pháp có tính khả thi cao.
Thị trường chứng khoán ngày 26/10: Thị trường đảo chiều, VN Index mất 10 điểm sau 4 phiên tăng

Thị trường chứng khoán ngày 26/10: Thị trường đảo chiều, VN Index mất 10 điểm sau 4 phiên tăng

Chuỗi 4 phiên tăng liên tiếp của VN Index bị chặn đứng khi áp lực chốt lời gia tăng trong phiên 26/10. Hơn 200 cổ phiếu giảm giá, thanh khoản suy yếu và khối ngoại bán ròng gần 900 tỷ đồng khiến thị trường phát đi tín hiệu thận trọng sau nhịp hồi phục cuối tuần trước.
Techcombank lập kỷ lục lợi nhuận quý III, đạt 28.900 tỷ đồng sau 9 tháng

Techcombank lập kỷ lục lợi nhuận quý III, đạt 28.900 tỷ đồng sau 9 tháng

Ngân hàng TMCP Kỹ thương Việt Nam (Techcombank) ghi nhận lợi nhuận trước thuế quý III/2026 đạt 10.400 tỷ đồng, mức cao nhất theo quý từ trước đến nay. Lũy kế 9 tháng, lợi nhuận đạt 28.900 tỷ đồng, tăng 23,7% so với cùng kỳ, nhờ tăng trưởng thu nhập lãi và dịch vụ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/10/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/10/2026: 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 27/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe. Theo quan niệm dân gian, ngày Giáp Tuất có sự tương hợp với tuổi Dần, Ngọ, Mão, trong khi tuổi Thìn cần chú ý hơn trong công việc và các mối quan hệ.
master