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
Một buổi sáng

Một buổi sáng

Hà Nội, một buổi sáng giao mùa giữa xuân và hạ, không khí mát mẻ nhưng hơi lất phất mưa phùn và độ ẩm cao. Tôi uể oải thức dậy nhìn ra khung cửa sổ vẫn còn mờ sương với cảnh vật ảm đạm, thiếu ánh nắng. Thay xong bộ đồng phục, tôi ngồi mở điện thoại kiểm tra lại tin nhắn thông báo từ đêm hôm trước.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/8/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Mão cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/8/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Mão cần tránh nóng vội

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 16/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Tiếp cận công nghệ mới, nâng hiệu quả tìm kiếm, xác định danh tính hài cốt liệt sĩ

Tiếp cận công nghệ mới, nâng hiệu quả tìm kiếm, xác định danh tính hài cốt liệt sĩ

Tiếp tục chương trình công tác tại Hoa Kỳ, đoàn công tác do Thượng tướng Nguyễn Văn Gấu, Thứ trưởng Bộ Quốc phòng, Phó Trưởng ban Chỉ đạo quốc gia về tìm kiếm, quy tập và xác định danh tính hài cốt liệt sĩ (Ban Chỉ đạo 515 quốc gia) dẫn đầu, đã có chuyến làm việc chuyên sâu tại Đại học Georgia và cơ sở pháp y quân sự hàng đầu của Hoa Kỳ.
Triển khai Nghị quyết 57: Chuyển mạnh từ hoàn thiện thể chế sang tạo sản phẩm công nghệ

Triển khai Nghị quyết 57: Chuyển mạnh từ hoàn thiện thể chế sang tạo sản phẩm công nghệ

Qua hơn 1 năm 8 tháng triển khai Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị, khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đã có những chuyển biến rõ nét về nhận thức, thể chế và tổ chức thực hiện. Bộ KH&CN xác định trọng tâm từ nay đến cuối năm 2026 là chuyển mạnh từ hoàn thiện thể chế sang tạo ra sản phẩm, công nghệ và kết quả cụ thể.
Hành trình STEAMCUP 2026 rực rỡ: Từ thử sức ở trường học đến cuộc đua trên đấu trường quốc tế

Hành trình STEAMCUP 2026 rực rỡ: Từ thử sức ở trường học đến cuộc đua trên đấu trường quốc tế

Sau nhiều tháng chuẩn bị, luyện tập và thi đấu, mùa giải STEAMCUP 2026 - “R+Sport: Tinh thần Thể thao” đã chính thức khép lại bằng một hành trình trọn vẹn, bắt đầu từ các vòng thi tại trường, bùng nổ tại Vòng Chung kết STEAMCUP Việt Nam và kết thúc đầy tự hào tại 16th STEAMCUP Malaysia 2026.
Bứt phá năng suất dựa trên khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Bứt phá năng suất dựa trên khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Diễn đàn Năng suất Chất lượng Quốc gia năm 2026 được kỳ vọng góp phần nhận diện những điểm nghẽn, đề xuất giải pháp đột phá và thúc đẩy hình thành hệ sinh thái năng suất chất lượng hiện đại, lấy đổi mới sáng tạo làm động lực và doanh nghiệp làm trung tâm.
100 ngày tháo gỡ điểm nghẽn chuyển đổi số

100 ngày tháo gỡ điểm nghẽn chuyển đổi số

Ban Chỉ đạo 57 Thành ủy Hà Nội vừa ban hành Kế hoạch hành động 100 ngày nhằm xử lý các điểm nghẽn về chuyển đổi số trong hệ thống chính trị, yêu cầu làm rõ trách nhiệm và xử lý dứt điểm các nhiệm vụ chậm, quá hạn hoặc có nguy cơ chậm tiến độ.
Bản đồ trưởng thành mới cho trí tuệ nhân tạo

Bản đồ trưởng thành mới cho trí tuệ nhân tạo

Trong nhiều năm qua, các doanh nghiệp đánh giá mức độ trưởng thành của AI chủ yếu dựa trên khả năng triển khai, mức độ ứng dụng hay quản trị rủi ro. Tuy nhiên, khi AI đang tiến nhanh từ các mô hình tạo sinh sang các hệ thống có khả năng suy luận, lập kế hoạch và tự ra quyết định, giới nghiên cứu cho rằng cần một cách tiếp cận mới: đánh giá mức độ trưởng thành về nhận thức, thay vì chỉ đo lường mức độ triển khai công nghệ.
Doanh thu Vĩnh Hoàn tháng 7/2026: Xuất khẩu sang Trung Quốc tăng mạnh 80%

Doanh thu Vĩnh Hoàn tháng 7/2026: Xuất khẩu sang Trung Quốc tăng mạnh 80%

Sự sụt giảm mạnh tại thị trường xuất khẩu lớn nhất là Mỹ đã khiến doanh thu tháng 7/2026 của Vĩnh Hoàn giảm 10% so với cùng kỳ, dù mảng xuất khẩu sang Trung Quốc và châu Âu vẫn tăng trưởng tốt.
Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Bức tranh kinh doanh nửa đầu năm 2026 của nhóm doanh nghiệp bất động sản nhà ở ngày càng phân hóa rõ nét, khi nguồn thu lợi nhuận phần lớn không đến từ hoạt động kinh doanh cốt lõi, chủ yếu nhờ hoạt động tài chính.