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
Techmart công nghệ sinh học: Thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu

Techmart công nghệ sinh học: Thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu

Ngày 15/10, tại Hà Nội, Cục Thông tin, Thống kê và Đánh giá khoa học (NASISE), Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức Techmart kết nối sản phẩm khoa học và công nghệ chuyên ngành sinh học.
BSR mở hướng tăng trưởng mới từ lọc hóa dầu và năng lượng xanh

BSR mở hướng tăng trưởng mới từ lọc hóa dầu và năng lượng xanh

Trong 9 tháng đầu năm 2026, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đạt doanh thu hợp nhất khoảng 164.530 tỷ đồng, sản xuất 6,15 triệu tấn sản phẩm.
Doanh nghiệp Đài Loan giới thiệu công nghệ sản xuất thông minh tại TP.Hồ Chí Minh

Doanh nghiệp Đài Loan giới thiệu công nghệ sản xuất thông minh tại TP.Hồ Chí Minh

Ngày 29/10/2026, chương trình Giao thương B2B doanh nghiệp Đài Loan - Việt Nam do TAITRA tổ chức sẽ diễn ra tại Lotte Hotel Saigon, TP.Hồ Chí Minh. Chương trình tạo cơ hội để doanh nghiệp Việt Nam trực tiếp gặp gỡ các nhà sản xuất Đài Loan, tìm hiểu giải pháp công nghệ và trao đổi cơ hội hợp tác trong lĩnh vực sản xuất thông minh, tự động hóa, thiết bị công nghiệp và chuyển đổi số.
Kiến tạo trải nghiệm cá nhân hóa

Kiến tạo trải nghiệm cá nhân hóa

Khách hàng ngày nay kỳ vọng mọi tương tác với ngân hàng đều được kết nối liền mạch trong một hành trình thống nhất, từ cuộc gọi, tin nhắn đến ứng dụng số,... Bởi vậy, không chỉ dừng lại ở việc nhận diện khách hàng, ngân hàng còn cần thấu hiểu nhu cầu để hỗ trợ đúng lúc, đúng vấn đề.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chỉ đạo triển khai Nghị quyết Trung ương 4

Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chỉ đạo triển khai Nghị quyết Trung ương 4

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu chỉ đạo của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị toàn quốc quán triệt, triển khai thực hiện Nghị quyết Trung ương 4, sáng 16/10.
Thị trường chứng khoán ngày 16/10: VN Index lấy lại mốc 1.700 điểm, dòng tiền vẫn chưa chịu nhập cuộc

Thị trường chứng khoán ngày 16/10: VN Index lấy lại mốc 1.700 điểm, dòng tiền vẫn chưa chịu nhập cuộc

Sau 7 phiên liên tiếp chìm trong sắc đỏ, VN Index cuối cùng cũng tìm lại màu xanh và vượt qua mốc 1.700 điểm. Dù vậy, thanh khoản lao dốc, còn khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng cho thấy thị trường chưa thể yên tâm về khả năng đảo chiều.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/10/2026: Tuổi Mão đón tin vui tài lộc, tuổi Tỵ cần thận trọng trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/10/2026: Tuổi Mão đón tin vui tài lộc, tuổi Tỵ cần thận trọng trong 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 17/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Thúc đẩy liên kết “Ba nhà”, đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Thúc đẩy liên kết “Ba nhà”, đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Ngày 15/10, tại Quảng Ninh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam phối hợp với Ban Tuyên giáo Trung ương, Bộ Khoa học và Công nghệ và UBND thành phố Quảng Ninh tổ chức hội thảo khoa học về mô hình liên kết Nhà nước - Nhà trường, Viện nghiên cứu - Doanh nghiệp.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/10: Hạn chế bán tháo khi thị trường giảm sâu

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/10: Hạn chế bán tháo khi thị trường giảm sâu

VN-Index nối dài chuỗi giảm điểm lên phiên thứ bảy liên tiếp và đóng cửa dưới mốc 1.700 điểm, cho thấy áp lực bán vẫn chiếm ưu thế. Tuy nhiên, sự phục hồi của một số nhóm cổ phiếu vốn hóa vừa có thể mở ra khả năng xuất hiện nhịp hồi kỹ thuật, do đó nhà đầu tư được khuyến nghị tránh bán tháo và chờ cơ hội cơ cấu danh mục khi thị trường hồi phục.
Nam A Bank hút thành công hơn 3.000 tỷ đồng từ trái phiếu, lãi suất cao nhất gần 10%/năm

Nam A Bank hút thành công hơn 3.000 tỷ đồng từ trái phiếu, lãi suất cao nhất gần 10%/năm

Ngân hàng TMCP Nam A (Nam A Bank) vừa huy động thành công 495 tỷ đồng thông qua phát hành lô trái phiếu mã NABL12607, kỳ hạn 7 năm với lãi suất lên đến 9,7%/năm. Qua đó, nâng tổng giá trị huy động vốn từ trái phiếu từ đầu năm đến nay hơn 3.000 tỷ đồng.
master