acecook

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

mca
Tin bài khác
[E-Magazine] Nới rộng khoảng cách sinh tử bằng công nghệ cảnh báo thiên tai

[E-Magazine] Nới rộng khoảng cách sinh tử bằng công nghệ cảnh báo thiên tai

Những cơn bão dữ, lũ quét, sạt lở đất thời gian qua tại Việt Nam đã để lại những vết hằn tang thương, hàng trăm người thiệt mạng, hàng chục nghìn ngôi nhà bị cuốn trôi, thiệt hại hàng chục nghìn tỷ đồng. Trong khi đó, khoảng cách công nghệ dự báo, cảnh báo giữa Việt Nam với các quốc gia tiên tiến vẫn còn lớn. Đâu là bài học, đâu là lối thoát?
Hội chợ Mùa thu 2025: Sự kiện thương mại lớn nhất năm hướng tới mục tiêu tăng trưởng trên 8%

Hội chợ Mùa thu 2025: Sự kiện thương mại lớn nhất năm hướng tới mục tiêu tăng trưởng trên 8%

Dự kiến khai mạc ngày 26/10 tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam, Hội chợ Mùa thu 2025 được kỳ vọng trở thành sự kiện thương mại lớn nhất trong năm, quy tụ hơn 3.000 gian hàng trên diện tích 100.000 m², góp phần thúc đẩy sản xuất, tiêu dùng và xuất nhập khẩu, hướng tới mục tiêu tăng trưởng kinh tế trên 8%.
Huawei Nova 14i ra mắt: pin 7.000mAh, thiết kế sang trọng, giá dự kiến dễ tiếp cận

Huawei Nova 14i ra mắt: pin 7.000mAh, thiết kế sang trọng, giá dự kiến dễ tiếp cận

Nova 14i là bước đi mới của Huawei trong chiến lược tái định vị sản phẩm ở từng thị trường. Sở hữu màn hình lớn 6,95 inch, pin 7.000mAh và thiết kế sang trọng, mẫu smartphone này được kỳ vọng sẽ giúp hãng mở rộng thị phần trong phân khúc tầm trung năm 2025.
Trung thu 2025: Hàng Mã đông nghịt người, đồ chơi truyền thống "lên ngôi"

Trung thu 2025: Hàng Mã đông nghịt người, đồ chơi truyền thống "lên ngôi"

Chỉ còn ít ngày nữa là đến Rằm tháng Tám nên phố Hàng Mã chật kín người đi chơi, mua sắm. Các sản phẩm thủ công truyền thống vẫn được nhiều gia đình ưu tiên lựa chọn, góp phần làm nên nét đặc trưng của mùa Trung thu Hà Nội.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/10/2025: Tuổi Dần khá thuận lợi, tuổi Sửu tình cảm khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/10/2025: Tuổi Dần khá thuận lợi, tuổi Sửu tình cảm khó khăn

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 5/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Rà soát di tích, danh lam thắng cảnh và điểm du lịch sau bão số 10

Rà soát di tích, danh lam thắng cảnh và điểm du lịch sau bão số 10

Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch (VHTTDL) vừa có Công điện gửi các địa phương về việc khẩn trương hỗ trợ nhân dân khắc phục hậu quả bão số 10, mưa lũ sau bão và tăng cường kiểm soát hoạt động du lịch.
Tổng Giám đốc Petrolimex: Việc sắp xếp lại mô hình tổ chức đã diễn ra thuận lợi, thành công

Tổng Giám đốc Petrolimex: Việc sắp xếp lại mô hình tổ chức đã diễn ra thuận lợi, thành công

Sau khi sắp xếp, tinh giản, Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam (Petrolimex) chỉ còn 34 công ty xăng dầu thuộc 34 tỉnh/thành phố (giảm 17 công ty) kể từ 1.10.2025.
USB4 biến IMAGO AGE-X6 thành nền tảng thị giác có khả năng mở rộng

USB4 biến IMAGO AGE-X6 thành nền tảng thị giác có khả năng mở rộng

Máy tính công nghiệp IMAGO AGE-X6 được trang bị bốn cổng USB4 cho khả năng mở rộng tốc độ cao, hỗ trợ trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích thời gian thực và các mạng camera tiên tiến.
Nâng tầm sức mạnh gia công cơ khí, chế tạo Việt Nam trước làn sóng toàn cầu hóa

Nâng tầm sức mạnh gia công cơ khí, chế tạo Việt Nam trước làn sóng toàn cầu hóa

Hiện nay, Việt Nam đang thúc đẩy mạnh mẽ chuyển đổi số, tự động hóa và ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) trong sản xuất, khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ hiện đại, nâng cao năng lực cạnh tranh, tối ưu hóa quy trình, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn ESG và hội nhập chuỗi cung ứng toàn cầu. Đây cũng là thời điểm ngành cơ khí - chế tạo bước vào giai đoạn hiện đại hóa mạnh mẽ, với nhu cầu cao về tự động hóa, quản lý sản xuất thông minh và kết nối quốc tế.
Sức mạnh hội tụ IT-OT: Bệ phóng đổi mới trong sản xuất hiện đại

Sức mạnh hội tụ IT-OT: Bệ phóng đổi mới trong sản xuất hiện đại

Trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0, ranh giới giữa Công nghệ thông tin (IT) và Công nghệ vận hành (OT) ngày càng mờ nhạt. Sự hội tụ IT-OT không chỉ giúp kết nối hệ thống quản trị doanh nghiệp với các quy trình sản xuất thực tế, mà còn tạo ra nền tảng đổi mới gia tăng hiệu quả và nâng cao khả năng cạnh tranh.
song-gia-tri