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
Taxi điện trở thành phòng thí nghiệm vận hành

Taxi điện trở thành phòng thí nghiệm vận hành

Một chuyến taxi điện nhìn qua thấy rất đơn giản - khách đặt xe, tài xế đón, xe lăn bánh, pin hao đi một phần, rồi lại trở về trạm sạc hoặc tiếp tục chuyến kế tiếp.
Tiếng nói tuổi trẻ trên sân khấu nhạc kịch

Tiếng nói tuổi trẻ trên sân khấu nhạc kịch

English Performance đã trở thành một điểm hẹn nghệ thuật được mong đợi không chỉ trong cộng đồng học sinh Hà Nội mà còn thu hút đông đảo khán giả yêu thích sân khấu trẻ.
Chia xa nhà giáo, nhà khoa học trẻ - PGS.TS. Trịnh Lương Miên

Chia xa nhà giáo, nhà khoa học trẻ - PGS.TS. Trịnh Lương Miên

Hai ngày hôm nay, cộng đồng các nhà giáo, nhà khoa học trong lĩnh vực Điều khiển và Tự động hóa không khỏi bàng hoàng khi biết tin PGS.TS. Trịnh Lương Miên, là Trưởng Bộ môn Điều khiển học, Phó Chủ nhiệm Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Giao thông vận tải đã vĩnh viễn rời xa cõi tạm.
BIDV và VietinBank thu xếp thành công khoản tín dụng 7.300 tỷ đồng cho Dự án Ô Môn IV

BIDV và VietinBank thu xếp thành công khoản tín dụng 7.300 tỷ đồng cho Dự án Ô Môn IV

Ngày 24/7/2026, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) và Ngân hàng TMCP Công Thương Việt Nam (VietinBank) phối hợp cùng Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tổ chức Lễ ký kết Hợp đồng tín dụng tài trợ Dự án Nhà máy Nhiệt điện Ô Môn IV.
BSR lập kỷ lục doanh thu và sản lượng trong nửa đầu năm 2026

BSR lập kỷ lục doanh thu và sản lượng trong nửa đầu năm 2026

Dù thị trường dầu mỏ thế giới liên tục biến động bởi căng thẳng địa chính trị tại Trung Đông, Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) vẫn ghi nhận kết quả sản xuất kinh doanh cao nhất kể từ khi đi vào hoạt động.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/7/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/7/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng quyết định

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 26/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Tái cấu trúc chuỗi cung ứng toàn cầu: Mở lối cho logistics Việt Nam bứt phá

Tái cấu trúc chuỗi cung ứng toàn cầu: Mở lối cho logistics Việt Nam bứt phá

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu tiếp tục dịch chuyển dưới tác động của biến động địa chính trị, xu hướng chuyển đổi số và yêu cầu phát triển bền vững, ngành logistics Việt Nam đang đứng trước cơ hội lớn để tái định vị vai trò trong mạng lưới thương mại quốc tế.
Toàn văn phát biểu bế mạc Hội nghị Trung ương 3 của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm

Toàn văn phát biểu bế mạc Hội nghị Trung ương 3 của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm

Chiều 24/7, Hội nghị Trung ương 3 khóa XIV bế mạc. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn bài phát biểu bế mạc hội nghị của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.
Vinamilk: Khi chất lượng sản phẩm trở thành đạo đức nghề nghiệp

Vinamilk: Khi chất lượng sản phẩm trở thành đạo đức nghề nghiệp

Tối ngày 23/07/2026 tại Nhà hát Hồ Gươm (Hà Nội), Công ty Cổ phần Sữa Việt Nam (Vinamilk) phối hợp với Đài Truyền hình Việt Nam tổ chức chương trình nghệ thuật “50 năm – Phụng sự khát vọng Việt”, đánh dấu cột mốc đặc biệt: 50 năm hình thành và phát triển của Vinamilk nói riêng và ngành sữa Việt Nam nói chung. Trong khuôn khổ sự kiện, Vinamilk vinh dự đón nhận danh hiệu Anh hùng Lao động lần thứ hai trong lịch sử phát triển của doanh nghiệp. Cũng tại chương trình, bà Mai Kiều Liên - nguyên Ủy viên Trung ương Đảng, Anh hùng Lao động, Tổng Giám đốc Vinamilk - được trao tặng Huân chương Độc lập hạng Ba vì những thành tích đặc biệt xuất sắc trong công tác, góp phần vào sự nghiệp xây dựng chủ nghĩa xã hội và bảo vệ Tổ quốc.
Kỳ 1: Khi giao thông xanh bước xuống mặt đường

Kỳ 1: Khi giao thông xanh bước xuống mặt đường

Không khí của một thành phố không chỉ nằm trong các bản quan trắc. Nó nằm trong lồng ngực người đi làm buổi sớm, sau tiếng ho của người già khi chiều muộn, trong khoảng lặng hiếm hoi giữa hai làn xe. Từ những chi tiết nhỏ ấy, xanh hóa giao thông rời khỏi diễn đàn chính sách để trở thành một nhu cầu sống, một phép thử phát triển và một câu hỏi về tương lai công nghiệp Việt Nam.
song-gia-tri