bau-cu-dai-bieu
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-thong-bao
Tin bài khác
Quản lý vòng đời tài sản OT: Chìa khóa giảm rủi ro từ các hệ thống công nghiệp lỗi thời

Quản lý vòng đời tài sản OT: Chìa khóa giảm rủi ro từ các hệ thống công nghiệp lỗi thời

Trong môi trường công nghiệp hiện đại, nhiều thiết bị công nghệ vận hành (OT) như PLC, HMI, máy chủ điều khiển và thiết bị mạng vẫn tiếp tục hoạt động dù đã vượt qua vòng đời thiết kế. Mặc dù các hệ thống này vẫn duy trì chức năng vận hành, chúng đồng thời tích lũy nhiều rủi ro tiềm ẩn liên quan đến độ tin cậy, an ninh mạng và tính liên tục của hoạt động sản xuất. Nếu không có cơ chế theo dõi vòng đời tài sản một cách hệ thống, các thiết bị lỗi thời có thể trở thành những điểm yếu nghiêm trọng trong hạ tầng công nghiệp.
Đưa AI vào trường học: Cơ hội công nghệ và bài toán quản trị giáo dục (BÀI 1)

Đưa AI vào trường học: Cơ hội công nghệ và bài toán quản trị giáo dục (BÀI 1)

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang đi vào lớp học nhanh hơn nhiều dự báo trước đây. Ở đó, nó vừa mở ra khả năng cá nhân hóa, hỗ trợ phản hồi tức thì, vừa đặt ra những câu hỏi chưa từng có về cách dạy, cách học và cách đánh giá. Tuy nhiên, giữa kỳ vọng và thực tế vẫn còn khoảng cách: nếu không được định hướng rõ ràng, AI có thể làm xô lệch mục tiêu giáo dục thay vì thúc đẩy đổi mới.
Petrovietnam - Bản lĩnh nửa thế kỷ và khát vọng Xuân Bính Ngọ 2026

Petrovietnam - Bản lĩnh nửa thế kỷ và khát vọng Xuân Bính Ngọ 2026

Trong những ngày đầu Xuân Bính Ngọ 2026, khi đất nước bước vào một chu kỳ phát triển mới với nhiều vận hội và thách thức đan xen, nhìn lại hành trình 50 năm của Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) không chỉ là sự chiêm nghiệm quá khứ, mà còn là sự định vị cho tương lai.
Chính thức đưa vào hoạt động trường nội trú Anh đầu tiên tại Lào Cai

Chính thức đưa vào hoạt động trường nội trú Anh đầu tiên tại Lào Cai

Ngày 7/3, Trường Ardingly College Việt Nam (Lào Cai) chính thức hoạt động. Đây là sự kiện đánh dấu sự xuất hiện của mô hình trường nội trú Anh Quốc chính thống tại Việt Nam.
Rộn ràng tiếng hát Quan họ giữa lòng Kinh Bắc: Lễ hội Chùa Kim Sơn – Làng Quả Cảm

Rộn ràng tiếng hát Quan họ giữa lòng Kinh Bắc: Lễ hội Chùa Kim Sơn – Làng Quả Cảm

BẮC NINH – Khi những cơn mưa xuân còn vương trên lá non và không khí Tết vẫn còn nồng đượm, người dân làng Quả Cảm (phường Kinh Bắc, TP. Bắc Ninh) lại nô nức mở hội chùa Kim Sơn vào ngày 20 tháng Giêng. Đây không chỉ là dịp để người dân bái Phật, cầu an mà còn là không gian văn hóa đặc sắc, nơi hội tụ của những tâm hồn yêu di sản dân tộc.
Thị trường chứng khoán ngày 09/3: VN Index “bốc hơi” hơn 115 điểm, hàng trăm cổ phiếu giảm sàn trong phiên hoảng loạn

Thị trường chứng khoán ngày 09/3: VN Index “bốc hơi” hơn 115 điểm, hàng trăm cổ phiếu giảm sàn trong phiên hoảng loạn

Thị trường chứng kiến cú lao dốc mạnh khi VN Index mất hơn 115 điểm chỉ trong một phiên. Làn sóng bán tháo lan rộng khiến hơn 230 cổ phiếu giảm sàn, trong khi toàn bộ rổ VN30 chìm trong sắc đỏ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/3/2026: Tuổi Tuất gặp nhiều bất lợi, tuổi Mão gặp nhiều may mắn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/3/2026: Tuổi Tuất gặp nhiều bất lợi, tuổi Mão gặp nhiều may mắn

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 10/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chia sẻ ‘rút ruột gan’ của Ban Tư vấn trong Ngày hội tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp 2026

Chia sẻ ‘rút ruột gan’ của Ban Tư vấn trong Ngày hội tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp 2026

Ban Tư vấn của Ngày hội tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp 2026 là những giảng viên, nhà lãnh đạo cao cấp tại các bộ, ngành, các trường đại học tên tuổi đã chia sẻ với học sinh, giải đáp những thắc mắc của phụ huynh bằng những lời thiết thực “rút ruột gan”, với mong muốn mỗi nguyện vọng của học sinh đưa ra đều có giá trị, có đam mê đúng và định hướng đúng.
Hàng nghìn học sinh háo hức được giải đáp thắc mắc, định hướng nghề nghiệp

Hàng nghìn học sinh háo hức được giải đáp thắc mắc, định hướng nghề nghiệp

Ngày 8/3, Báo Tuổi Trẻ và Vụ Giáo dục đại học (Bộ Giáo dục và Đào tạo) tổ chức Ngày hội Tư vấn tuyển sinh - hướng nghiệp với khoảng 600 gian hàng tư vấn ở phía Nam và phía Bắc. Tại khuôn viên Đại học Bách khoa Hà Nội có khoảng hơn 320 gian tư vấn đến từ các trường đại học trên địa bàn Hà Nội.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/3: Hạ tỷ trọng những cổ phiếu đã vi phạm ngưỡng an toàn

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/3: Hạ tỷ trọng những cổ phiếu đã vi phạm ngưỡng an toàn

Sau tuần giảm mạnh với áp lực bán gia tăng, nhiều tín hiệu kỹ thuật cho thấy rủi ro điều chỉnh của thị trường chứng khoán vẫn ở mức cao. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng với vị thế mua mới, đồng thời chủ động hạ tỷ trọng đối với những cổ phiếu đã vi phạm ngưỡng an toàn trong danh mục
song-gia-tri