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

vcca2026
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2026: Tuổi Dậu đón lộc công danh, tuổi Mùi cần đề phòng hao tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2026: Tuổi Dậu đón lộc công danh, tuổi Mùi cần đề phòng hao tài

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 15/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khi quả bóng biết lên tiếng

Khi quả bóng biết lên tiếng

World Cup 2026 mới đi qua những ngày đầu, nhưng bóng đá đã kịp lộ ra một gương mặt khác, ít lãng mạn hơn tiếng hò reo, nhưng không kém phần quyến rũ. Đằng sau mỗi bàn thắng, thẻ phạt, pha việt vị và tranh cãi truyền hình là một mạng lưới cảm biến, thuật toán, dữ liệu, màn hình và đô thị thông minh đang âm thầm bước vào “tiền tuyến” của cuộc chơi.
Audi Nuvolari ra mắt: Siêu xe hybrid 1.001 mã lực đánh dấu sự trở lại sau kỷ nguyên R8

Audi Nuvolari ra mắt: Siêu xe hybrid 1.001 mã lực đánh dấu sự trở lại sau kỷ nguyên R8

Sau khi khai tử dòng R8 vào năm 2024, Audi chính thức trở lại phân khúc siêu xe bằng mẫu Nuvolari hoàn toàn mới. Sở hữu hệ truyền động hybrid 1.001 mã lực, tốc độ tối đa trên 350 km/h và số lượng giới hạn chỉ 499 chiếc, Nuvolari được xem là tuyên ngôn mới của Audi trong kỷ nguyên điện hóa.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank tăng tốc số hóa quầy giao dịch, định hình chuẩn ngân hàng 4.0

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank tăng tốc số hóa quầy giao dịch, định hình chuẩn ngân hàng 4.0

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: NHNN hút ròng trở lại, thanh khoản hệ thống hạ nhiệt; Vietbank được chấp thuận tăng vốn gần 4.800 tỷ đồng; Vietbank được chấp thuận tăng vốn gần 4.800 tỷ đồng...
Kỳ 7: Con người trước quyền năng của máy móc

Kỳ 7: Con người trước quyền năng của máy móc

Từ chiếc máy dệt cơ khí của thế kỷ XVIII đến trí tuệ nhân tạo của thế kỷ XXI, máy móc chưa bao giờ chỉ là công cụ. Nó là phần kéo dài của con người và đồng thời là tấm gương phản chiếu những giới hạn của chính con người. Khi thuật toán bắt đầu “suy nghĩ”, khi máy móc học cách “học”, câu hỏi không còn là con người điều khiển máy, mà là liệu con người còn giữ được vị thế trung tâm trong thế giới do mình kiến tạo?
Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Đón 10,6 triệu lượt khách quốc tế sau 5 tháng

Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Đón 10,6 triệu lượt khách quốc tế sau 5 tháng

Với khoảng 10,6 triệu lượt khách quốc tế trong 5 tháng đầu năm 2026, du lịch Việt Nam tiếp tục ghi nhận cột mốc cao nhất từ trước đến nay cho cùng kỳ. Kết quả này tạo nền tảng thuận lợi để ngành du lịch hướng tới mục tiêu đón 25 triệu lượt khách quốc tế trong năm nay.
Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Một nhóm nghiên cứu tại Scotland vừa đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hàng không bền vững khi phát triển và thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn công suất 100kW dành cho máy bay. Thành tựu này được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy sự ra đời của các thế hệ máy bay điện và máy bay sử dụng hydro trong tương lai.
Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Trên cương vị mới, Tổng Biên tập Lê Doãn Hưng cam kết cùng tập thể tòa soạn đẩy mạnh chuyển đổi số, phát triển truyền thông đa nền tảng và nâng cao vị thế của cơ quan báo chí chuyên ngành trong lĩnh vực sinh vật cảnh.
Bộ GDĐT họp báo công bố Kỳ thi vẫn tiếp diễn với công tác chấm thi và công bố điểm

Bộ GDĐT họp báo công bố Kỳ thi vẫn tiếp diễn với công tác chấm thi và công bố điểm

Chiều 12/6, ngay sau khi kết thúc ngày thi thứ 2 các môn tự chọn, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) tổ chức họp báo, dưới sự chủ trì của Thứ trưởng Thường trực Bộ GDĐT, Trưởng Ban Chỉ đạo cấp quốc gia kỳ thi tốt nghiệp THPT năm 2026 Phạm Ngọc Thưởng về vai trò, nhiệm vụ của các đơn vị chức năng trong chấm thi và công bố điểm.
Mouser khám phá tương lai robot hình người trong chương trình “Sự trỗi dậy của robot”

Mouser khám phá tương lai robot hình người trong chương trình “Sự trỗi dậy của robot”

Sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến thông minh và điện toán nhúng đang đưa robot hình người từ những ý tưởng trong khoa học viễn tưởng trở thành hiện thực. Nhằm giúp cộng đồng kỹ sư hiểu rõ hơn về xu hướng công nghệ này, Mouser Electronics vừa giới thiệu phần mới nhất trong chuỗi chương trình giáo dục kỹ thuật Empowering Innovation Together (EIT) với chủ đề “Sự trỗi dậy của robot”.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc