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

vaa
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 13/1: Nhóm dầu khí khoe sắc tím, thị trường bùng nổ vượt mốc 1.900 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 13/1: Nhóm dầu khí khoe sắc tím, thị trường bùng nổ vượt mốc 1.900 điểm

Thị trường chứng kiến một phiên giao dịch thăng hoa khi VN Index chính thức vượt mốc 1.900 điểm với thanh khoản gần 42,3 nghìn tỷ đồng. Nhóm dầu khí thăng hoa cùng loạt cổ phiếu trụ đồng loạt tăng mạnh, đã đẩy tâm lý nhà đầu tư lên mức hưng phấn cao độ.
Phố đi bộ Hoàn Kiếm trở thành điểm hẹn của cộng đồng sáng tạo Hà Nội

Phố đi bộ Hoàn Kiếm trở thành điểm hẹn của cộng đồng sáng tạo Hà Nội

Trong hai ngày 10-11/1, không gian phố đi bộ Hoàn Kiếm (Hà Nội) trở thành điểm hẹn của cộng đồng sáng tạo với chuỗi hoạt động quảng bá văn hóa trong khuôn khổ chương trình “Tụ hội sáng tạo - Hành trình đến Lễ hội Thiết kế Sáng tạo Hà Nội 2026”, mở màn cho mùa lễ hội thứ 5 và đặt nền móng xây dựng hệ sinh thái sáng tạo đô thị của Thủ đô.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/1: Tăng thêm tỷ trọng cổ phiếu trong các nhịp rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/1: Tăng thêm tỷ trọng cổ phiếu trong các nhịp rung lắc

Dòng tiền lan tỏa mạnh, thanh khoản bùng nổ và sắc xanh mở rộng trong phiên 12/1 tiếp tục củng cố xu hướng tăng của thị trường. VN-Index được kỳ vọng hướng tới vùng 1.930–1.960 điểm, trong khi các nhịp rung lắc được đánh giá là cơ hội để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu.
Mô hình sản xuất tùy biến định hình tương lai công nghiệp hiện đại

Mô hình sản xuất tùy biến định hình tương lai công nghiệp hiện đại

Trong nhiều thập kỷ kể từ Cách mạng Công nghiệp, sản xuất hàng loạt dựa trên tiêu chuẩn hóa đã giúp doanh nghiệp tạo ra sản phẩm nhanh hơn, rẻ hơn và đáp ứng nhu cầu đại chúng. Tuy nhiên, mô hình này ngày càng bộc lộ hạn chế khi thị trường chuyển sang cá nhân hóa, nơi khách hàng không chỉ muốn “một sản phẩm”, mà là “sản phẩm đúng với nhu cầu của mình”. Từ khoảng trống đó, mô hình Engineer To Order (ETO - Thiết kế theo đơn đặt hàng) đã nổi lên như một xu hướng tất yếu trong sản xuất công nghiệp hiện đại.
Dành tối thiểu 1% ngân sách nhà nước hằng năm cho chuyển đổi số

Dành tối thiểu 1% ngân sách nhà nước hằng năm cho chuyển đổi số

Luật Chuyển đổi số quy định tối thiểu 1% ngân sách nhà nước hằng năm dành cho chuyển đổi số, thể hiện cam kết chính trị mạnh mẽ của Nhà nước trong việc thúc đẩy chuyển đổi số quốc gia trong giai đoạn tới.
Realme 16 Pro+ ra mắt: Thiết kế Urban Wild, mặt lưng sinh học từ rơm thực vật

Realme 16 Pro+ ra mắt: Thiết kế Urban Wild, mặt lưng sinh học từ rơm thực vật

Bên cạnh nâng cấp mạnh về camera, Realme 16 Pro+ còn gây chú ý với triết lý thiết kế Urban Wild Design do nhà thiết kế Nhật Bản Naoto Fukasawa thực hiện, cùng mặt lưng silicon hữu cơ sinh học được làm từ rơm thực vật, hướng tới yếu tố thân thiện môi trường.

'Sinh viên 5 tốt' hội tụ năng lực, phẩm chất và tiêu chí cần có của một công dân số

Nhân kỷ niệm 76 năm Ngày truyền thống học sinh, sinh viên Việt Nam và Hội Sinh viên Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) tổ chức lễ kỷ niệm, tuyên dương “Sinh viên 5 tốt”, “Tập thể Sinh viên 5 tốt” các cấp năm học 2024 - 2025.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/1/2026: Tuổi Mão cơ hội làm ăn, Tuổi Dậu khó khăn và thách thức

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/1/2026: Tuổi Mão cơ hội làm ăn, Tuổi Dậu khó khăn và thách thức

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 13/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 12/1: Dù nhóm Vin kìm chân, thị trường vẫn lan tỏa sắc xanh, sắc tím

Thị trường chứng khoán ngày 12/1: Dù nhóm Vin kìm chân, thị trường vẫn lan tỏa sắc xanh, sắc tím

Dù VN Index chỉ nhích thêm hơn 9 điểm, thị trường vẫn chứng kiến sự bùng nổ về độ rộng khi sắc xanh, sắc tím áp đảo và thanh khoản vượt 41 nghìn tỷ đồng. Nhóm Vin giảm mạnh đã lấy đi của chỉ số tới 30 điểm, nhưng nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản lại đồng loạt thăng hoa.
Festival “Kết nối những Trái tim Thiện nguyện Toàn quốc” lần VIII: Dấu mốc chuyển mình của phong trào thiện nguyện Việt Nam

Festival “Kết nối những Trái tim Thiện nguyện Toàn quốc” lần VIII: Dấu mốc chuyển mình của phong trào thiện nguyện Việt Nam

Trong hai ngày 10 và 11/01/2026 tại TP.HCM, Cộng đồng Tình nguyện Việt Nam (VNV) chính thức tổ chức Festival “Kết nối những Trái tim Thiện nguyện Toàn quốc” – Lần thứ VIII, đồng thời diễn ra Lễ Tôn vinh và Trao Giải thưởng “Cống hiến vì Cộng đồng” năm 2025.
song-gia-tri