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
ETEK khởi động chương trình đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cho các trường nghề

ETEK khởi động chương trình đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cho các trường nghề

Ngày 16/5, tại Công ty Cổ phần Giải pháp tự động hóa ETEK (ETEK) đã diễn ra Lễ Khai giảng Chương trình đào tạo sinh viên Trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh về ngành Cơ điện tử tại doanh nghiệp. Đây là chương trình đào tạo thực tế dài hơi đầu tiên của ETEK dành cho sinh viên của một cơ sở đào tạo nghề, với mục tiêu phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao, đặc biệt nhân lực lĩnh vực tự động hóa cho công nghiệp hiện đại.
Hà Nội sắp diễn ra Techmart AI đầu tiên

Hà Nội sắp diễn ra Techmart AI đầu tiên

Diễn ra từ ngày 18-20/5 tại Hà Nội, Techmart chuyên ngành sản phẩm ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ quy tụ hơn 19 đơn vị với trên 40 sản phẩm, giải pháp công nghệ trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa, robot, y tế, giáo dục và hành chính công.
Từ đào tạo đến nội địa hóa: Hướng đi cho ngành robot Việt Nam

Từ đào tạo đến nội địa hóa: Hướng đi cho ngành robot Việt Nam

Ngày 15/5/2026, tại Trường Cao đẳng Đà Nẵng, Hội Tự động hóa Đà Nẵng phối hợp cùng nhà trường, Chi hội Robot Việt Nam, Chi hội Giao thông Vận tải và Logistics tổ chức hội thảo với chủ đề “Robot thông minh, robot công nghiệp và robot tự hành”.
Công nghệ gene hứa hẹn nhiều tiềm năng trong hệ sinh thái đổi mới sáng tạo

Công nghệ gene hứa hẹn nhiều tiềm năng trong hệ sinh thái đổi mới sáng tạo

Ngày 14/5, tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia (NIC) cơ sở Hòa Lạc, Phó Thủ tướng Chính phủ Hồ Quốc Dũng đã có buổi làm việc và khảo sát thực tế về tình hình phát triển hệ sinh thái công nghệ cao, đổi mới sáng tạo và các doanh nghiệp công nghệ chiến lược tại Việt Nam.
Biến dữ liệu thành lợi nhuận: Giá trị thực của bộ điều khiển van kỹ thuật số thông minh

Biến dữ liệu thành lợi nhuận: Giá trị thực của bộ điều khiển van kỹ thuật số thông minh

Trong kỷ nguyên số hóa công nghiệp, nhiều doanh nghiệp tin rằng càng thu thập được nhiều dữ liệu từ thiết bị thì càng tốt. Các hệ thống hiện đại có thể đo lường và truyền tải lượng dữ liệu khổng lồ từ dây chuyền sản xuất đến đội ngũ vận hành và bảo trì. Tuy nhiên, thực tế cho thấy dữ liệu chỉ thật sự có giá trị khi được phân tích và chuyển hóa thành thông tin hữu ích giúp cải thiện hiệu quả sản xuất và tạo ra lợi nhuận.
Lễ hội làng Dương Nỗ - nơi Chủ tịch Hồ Chí Minh sinh sống, học tập thời niên thiếu

Lễ hội làng Dương Nỗ - nơi Chủ tịch Hồ Chí Minh sinh sống, học tập thời niên thiếu

Chào mừng kỷ niệm 136 năm Ngày sinh của Chủ tịch Hồ Chí Minh (19/5/1890 - 19/5/2026), tối 14/5, tại phường Dương Nỗ, Sở Văn hóa và Thể thao TP. Huế tổ chức Lễ hội làng Dương Nỗ năm 2026 với chủ đề "Dương Nỗ - Hành trình tháng Năm".
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Nhiều tài khoản ngân hàng sẽ bị tạm dừng giao dịch nếu chưa cập nhật thông tin

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Nhiều tài khoản ngân hàng sẽ bị tạm dừng giao dịch nếu chưa cập nhật thông tin

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: Ngân hàng Chính sách xã hội lập kỷ lục tăng trưởng tín dụng; Nhiều tài khoản ngân hàng sẽ bị tạm dừng giao dịch nếu chưa cập nhật thông tin; BIDV cảnh báo chiêu trò email giả mạo đánh cắp tài khoản...
Nâng cao chất lượng tay nghề hàn thông qua Golden Hand Cup 2026

Nâng cao chất lượng tay nghề hàn thông qua Golden Hand Cup 2026

Golden Hand Cup 2026 diễn ra trong 02 ngày 14 - 15/5/2026 đã thúc đẩy giao lưu kỹ thuật, nâng cao trình độ tay nghề cho đội ngũ kỹ sư, chuyên gia và công nhân hàn; đồng thời tạo nền tảng kết nối giữa doanh nghiệp, tổ chức đào tạo và cộng đồng công nghiệp trong nước với quốc tế.
Startup Hà Lan phát triển hệ thống phân loại AI để thu hồi pin từ rác thải sinh hoạt

Startup Hà Lan phát triển hệ thống phân loại AI để thu hồi pin từ rác thải sinh hoạt

Một startup về tự động hóa tái chế của Hà Lan cho biết họ đã phát triển một hệ thống phân loại mới hỗ trợ bởi AI, có khả năng loại bỏ pin đã vứt bỏ khỏi các dòng rác thải đô thị ở quy mô công nghiệp - giải quyết một vấn đề mà các cơ sở tái chế đã phải chật vật trong nhiều thập kỷ qua.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/5/2026: Tuổi Ngọ khẳng định bản lĩnh, tuổi Tuất túi tiền rủng rỉnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/5/2026: Tuổi Ngọ khẳng định bản lĩnh, tuổi Tuất túi tiền rủng rỉnh

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 16/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri