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
Phát động AI Thực chiến 2026 với giải thưởng một tỷ đồng và học bổng 1 triệu USD

Phát động AI Thực chiến 2026 với giải thưởng một tỷ đồng và học bổng 1 triệu USD

Cuộc thi "AI Thực chiến 2026" chính thức được phát động ngày 19/6 tại Hà Nội. Chương trình do Đài Truyền hình Việt Nam (VTV) phối hợp cùng Trung tâm Dữ liệu Quốc gia (NDC), Hiệp hội Dữ liệu Quốc gia (NDA) và Ngân hàng TMCP Kỹ Thương Việt Nam (Techcombank) tổ chức. Mục tiêu chương trình hướng tới tìm kiếm, đào tạo nhân tài trí tuệ nhân tạo (AI), đồng thời xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo dựa trên dữ liệu và công nghệ AI tại Việt Nam.
25 năm Tự động hóa Ngày nay: đồng hành cùng khoa học công nghệ nước nhà

25 năm Tự động hóa Ngày nay: đồng hành cùng khoa học công nghệ nước nhà

Năm 2026 đánh dấu tròn 25 năm kể từ ngày số đầu tiên của Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN) ra mắt bạn đọc. Một phần tư thế kỷ không chỉ là cột mốc thời gian đáng tự hào đối với một cơ quan báo chí chuyên ngành khoa học công nghệ, mà còn là hành trình bền bỉ kết nối tri thức, đồng hành cùng cộng đồng khoa học, doanh nghiệp và sự phát triển của ngành tự động hóa Việt Nam.
Mùa vải Thanh Hà 2026: Mất mùa “đậm” liệu có mất chất?

Mùa vải Thanh Hà 2026: Mất mùa “đậm” liệu có mất chất?

Vùng trồng vải tại xã Thanh Hà (Hải Phòng) đang bước vào vụ thu hoạch trong bối cảnh sản lượng sụt giảm do thời tiết bất lợi. Tuy nhiên, trái với nỗi lo mất mùa, chất lượng quả vải vẫn giữ vững phong độ. Nguồn cung vải thiều khan hiếm, giá thu mua có xu hướng tăng mạnh, hứa hẹn một vụ mùa “được giá” cho bà con nông dân.
Thị trường chứng khoán ngày 19/6: Trạng thái thận trọng quay trở lại

Thị trường chứng khoán ngày 19/6: Trạng thái thận trọng quay trở lại

Dù khởi đầu trong sắc xanh nhưng chỉ số nhanh chóng suy yếu khi áp lực bán lan rộng. Kết phiên, VN Index giảm gần 6 điểm, độ rộng nghiêng mạnh về bên bán, trong khi thanh khoản duy trì ở mức thấp cho thấy nhà đầu tư vẫn chưa sẵn sàng quay lại mạnh mẽ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/6/2026: Tuổi Mão tài lộc hanh thông, tuổi Tuất đề phòng tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/6/2026: Tuổi Mão tài lộc hanh thông, tuổi Tuất đề phòng tiểu nhân

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 20/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Công nghệ cao và STEM trở thành điểm nhấn trong chiến lược phát triển TP. Hồ Chí Minh

Công nghệ cao và STEM trở thành điểm nhấn trong chiến lược phát triển TP. Hồ Chí Minh

Tại buổi họp báo cung cấp thông tin về các vấn đề kinh tế - xã hội trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh ngày 18/6, nhiều nội dung quan trọng liên quan đến phát triển hạ tầng, thu hút đầu tư công nghệ cao, chuyển đổi xanh và các hoạt động thúc đẩy đổi mới sáng tạo cho thế hệ trẻ đã được các sở, ngành, đơn vị chức năng thông tin tới báo chí.
Lịch sử Tạp chí Tự động hoá Ngày nay qua lời kể của Tổng biên tập đầu tiên

Lịch sử Tạp chí Tự động hoá Ngày nay qua lời kể của Tổng biên tập đầu tiên

Đã gần 90 tuổi nhưng khi được Ban biên tập Tạp chí Tự động hoá Ngày nay (TĐHNN) mời đến thăm Tòa soạn nhân dịp chuẩn bị kỷ niệm 25 năm xuất bản, ông Trịnh Đình Đề, nguyên Tổng biên tập đầu tiên của tạp chí vẫn rất nhiệt tình, hào hứng. Tại Tòa soạn, ông xúc động, say sưa kể lại cho lớp trẻ về lịch sử những ngày đầu thành lập và hành trình xây dựng tạp chí những năm sau đó.
Từ cầu nối tri thức đến mục tiêu Scopus: Tầm nhìn mới cho Tạp chí Tự động hóa Ngày nay

Từ cầu nối tri thức đến mục tiêu Scopus: Tầm nhìn mới cho Tạp chí Tự động hóa Ngày nay

Đánh giá cao vai trò của Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN) trong việc kết nối giới khoa học, doanh nghiệp và truyền thông cho các hoạt động lớn của Hội Tự động hóa Việt Nam, TS. Nguyễn Quân - Chủ tịch Hội cho rằng tạp chí cần tiếp tục đổi mới theo hướng chuyên nghiệp, quốc tế hóa và phát triển kỳ Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA) thành một diễn đàn học thuật uy tín tầm khu vực và quốc tế.
22 năm cho một diễn đàn học thuật mang tên MCA

22 năm cho một diễn đàn học thuật mang tên MCA

Ngày nay, Quý độc giả và các nhà khoa học được biết đến một ấn phẩm học thuật uy tín của Hội Tự động hóa Việt Nam là Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA). Nhưng có lẽ không nhiều người biết rằng để có ngày hôm nay, MCA đã có một hành trình có thể nói là không chịu “bỏ cuộc”, kể từ năm 2004 đến nay.
Thị trường chứng khoán ngày 18/6: VN Index vượt 1.830 điểm nhờ nhóm Vin, thanh khoản sụt mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 18/6: VN Index vượt 1.830 điểm nhờ nhóm Vin, thanh khoản sụt mạnh

Dù sắc đỏ chiếm ưu thế trên bảng điện tử, VN Index vẫn tăng hơn 24 điểm nhờ lực kéo đột biến từ nhóm cổ phiếu Vin. Tuy nhiên, thanh khoản giảm mạnh cho thấy tâm lý nhà đầu tư vẫn thận trọng khi chỉ số tiến gần vùng kháng cự 1.840-1.850 điểm.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc