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
AI giúp doanh nghiệp chủ động trước biến động chuỗi cung ứng

AI giúp doanh nghiệp chủ động trước biến động chuỗi cung ứng

Biến động chuỗi cung ứng đang trở thành trạng thái bình thường mới của ngành sản xuất. Căng thẳng địa chính trị, thiếu hụt nguyên liệu, biến đổi khí hậu hay gián đoạn vận tải liên tục tạo ra những cú sốc khó lường, buộc doanh nghiệp phải thay đổi cách quản lý chuỗi cung ứng. Thay vì chỉ phản ứng khi sự cố xảy ra, các nhà sản xuất đang hướng tới mô hình giám sát liên tục với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo (AI).
Đề xuất khung thù lao 80-300 triệu đồng cho nhà khoa học làm công nghệ chiến lược

Đề xuất khung thù lao 80-300 triệu đồng cho nhà khoa học làm công nghệ chiến lược

Dự thảo Thông tư về cơ chế tài chính đối với nhiệm vụ phát triển công nghệ chiến lược được kỳ vọng tạo động lực để các nhà khoa học chuyên tâm nghiên cứu, phát triển.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index mở đầu tuần bằng một phiên tăng mạnh, vượt ngưỡng 1.760 điểm với sự hỗ trợ của dòng tiền lan tỏa và lực mua ròng mạnh từ khối ngoại. Tuy nhiên, các tín hiệu kỹ thuật cho thấy xu hướng hồi phục vẫn cần thêm thời gian kiểm chứng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, hạn chế mua đuổi và ưu tiên những nhóm ngành có động lực tăng trưởng riêng.
Masterise Homes đồng hành cùng khách hàng trên toàn quốc với giải pháp tài chính ưu việt

Masterise Homes đồng hành cùng khách hàng trên toàn quốc với giải pháp tài chính ưu việt

Một quyết định sở hữu bất động sản là một kế hoạch kéo dài nhiều năm, gắn với kỳ vọng về một không gian sống, một tài sản bền vững và cả những dự định quan trọng của mỗi gia đình. Chính vì vậy, cùng với chất lượng sản phẩm, khách hàng ngày càng kỳ vọng nhiều hơn vào khả năng đồng hành của nhà phát triển trong suốt hành trình an cư.
Nhà Khang Điền tăng thêm hơn 6.000 tỷ đồng hàng tồn kho sau nửa năm

Nhà Khang Điền tăng thêm hơn 6.000 tỷ đồng hàng tồn kho sau nửa năm

CTCP Đầu tư và Kinh doanh Nhà Khang Điền (mã: KDH) tiếp tục gia tăng đầu tư vào các dự án bất động sản trong nửa đầu năm 2026, đưa giá trị hàng tồn kho vượt 29.000 tỷ đồng, tương đương tăng thêm 6.200 tỷ đồng chỉ sau 6 tháng, chiếm đến 75% tổng tài sản.
Thị trường chứng khoán ngày 3/8: Sắc xanh phủ kín bảng điện tử, VN Index áp sát mốc 1.770 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 3/8: Sắc xanh phủ kín bảng điện tử, VN Index áp sát mốc 1.770 điểm

VN Index bật tăng hơn 27 điểm trong phiên đầu tiên của tháng 8 nhờ sự dẫn dắt của ngân hàng, công nghệ và nhóm vốn hóa lớn, qua đó áp sát mốc 1.770 điểm. Dù sắc xanh lan tỏa, thanh khoản lại chưa thật sự bùng nổ cho thấy dòng tiền vẫn thận trọng trước vùng kháng cự.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/8/2026: Tuổi Dần bứt phá sự nghiệp, tuổi Hợi nên cân nhắc trước khi đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/8/2026: Tuổi Dần bứt phá sự nghiệp, tuổi Hợi nên cân nhắc trước khi đầu tư

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 4/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Kỳ họp không thường lệ thứ Nhất của Quốc hội khóa XVI: Quyết định nhiều nội dung quan trọng vì sự phát triển của đất nước

Kỳ họp không thường lệ thứ Nhất của Quốc hội khóa XVI: Quyết định nhiều nội dung quan trọng vì sự phát triển của đất nước

Kỳ họp không thường lệ thứ Nhất của Quốc hội khóa XVI chính thức khai mạc vào sáng nay (3/8) tại Nhà Quốc hội để xem xét, cho ý kiến, quyết định nhiều nội dung quan trọng, cấp bách, đáp ứng yêu cầu thực tiễn, vì sự phát triển nhanh, bền vững của đất nước.
Ngân hàng ACB nửa đầu năm 2026 đạt hơn 8.600 tỷ đồng lợi nhuận sau thuế, tỷ lệ nợ xấu thấp nhất ngành

Ngân hàng ACB nửa đầu năm 2026 đạt hơn 8.600 tỷ đồng lợi nhuận sau thuế, tỷ lệ nợ xấu thấp nhất ngành

6 tháng đầu năm 2026 khép lại, lợi nhuận sau thuế tại ngân hàng ACB đạt hơn 8.612 tỷ đồng. Quy mô tổng tài sản tiếp tục mở rộng, duy trì bộ đệm dự phòng vững chắc, tỷ lệ nợ xấu ngân hàng duy trì mức thấp.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/8: Ưu tiên nhóm cổ phiếu có động lực tăng trưởng riêng

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/8: Ưu tiên nhóm cổ phiếu có động lực tăng trưởng riêng

Sau ba phiên tăng mạnh liên tiếp, thị trường chứng khoán đã xuất hiện nhịp điều chỉnh do áp lực chốt lời gia tăng. Dù vậy, các chuyên gia cho rằng xu hướng ngắn hạn vẫn chưa xấu đi và khuyến nghị nhà đầu tư duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, ưu tiên những nhóm ngành có động lực tăng trưởng từ chính sách hoặc triển vọng kinh doanh riêng.
song-gia-tri