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
Cổ đông của Bảo hiểm Quân đội (MIC) sắp nhận hơn 211 tỷ đồng cổ tức tiền mặt

Cổ đông của Bảo hiểm Quân đội (MIC) sắp nhận hơn 211 tỷ đồng cổ tức tiền mặt

Bảo hiểm Quân đội (MIC, mã: MIG) thông báo sẽ chốt danh sách cổ đông nhận cổ tức năm 2025 bằng tiền mặt với tỷ lệ 10% vào cuối tháng 8 này và thực hiện chi trả trong tháng 9/2026. Đồng thời, báo cáo tiến độ sử dụng số tiền thu được từ đợt chào bán cổ phiếu.
Thí sinh 13 tuổi đạt điểm cao nhất 99/100 điểm tại Yoshine Music Festival 2026

Thí sinh 13 tuổi đạt điểm cao nhất 99/100 điểm tại Yoshine Music Festival 2026

Vượt qua hơn 3.000 thí sinh tại ba khu vực Bắc - Trung - Nam, Nguyễn Thái An, 13 tuổi, đến từ TP.HCM, đạt 99/100 điểm tại Yoshine Music Festival 2026.
Thị trường chứng khoán ngày 12/8: Nhóm Vin tỏa sáng, VN Index chỉ còn cách “cửa ải” 1.800 điểm một bước ngắn

Thị trường chứng khoán ngày 12/8: Nhóm Vin tỏa sáng, VN Index chỉ còn cách “cửa ải” 1.800 điểm một bước ngắn

Cổ phiếu VIC, VHM cùng nhiều mã trụ khác đồng loạt bật tăng, đưa VN Index tiến sát mốc 1.800 điểm. Dù chỉ số tăng gần 20 điểm, thanh khoản xuống thấp lại phát đi tín hiệu rằng dòng tiền chưa thực sự sẵn sàng cho một cú bứt phá.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/8/2026: Tuổi Dần tài lộc hanh thông, tuổi Tỵ cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/8/2026: Tuổi Dần tài lộc hanh thông, tuổi Tỵ 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 13/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Lợi nhuận tại May Sông Hồng (MSH) tăng trưởng 2 chữ số, quy mô tài sản tiếp tục mở rộng

Lợi nhuận tại May Sông Hồng (MSH) tăng trưởng 2 chữ số, quy mô tài sản tiếp tục mở rộng

Công ty cổ phần May Sông Hồng (mã chứng khoán: MSH) vừa công bố báo cáo tài chính quý II/2026 với kết quả kinh doanh tương đối lạc quan bất chấp áp lực từ chi phí sản xuất và sự sụt giảm của mảng tài chính.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/8: VN-Index cần giữ vững vùng MA200

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/8: VN-Index cần giữ vững vùng MA200

VN-Index được dự báo tiếp tục giằng co khi đang vận động quanh đường MA200 ngày. Trong bối cảnh dòng tiền phân hóa và khối ngoại có dấu hiệu quay lại bán ròng, phản ứng của chỉ số tại vùng hỗ trợ quan trọng này sẽ quyết định xu hướng ngắn hạn.
Không chỉ đi xa và chạy khỏe, Yadea GT80 còn là một thiết bị IoT thực thụ

Không chỉ đi xa và chạy khỏe, Yadea GT80 còn là một thiết bị IoT thực thụ

Yadea vừa chính thức giới thiệu mẫu xe điện GT80 tại thị trường Thái Lan, đánh dấu sự xuất hiện đầu tiên của dòng xe hiệu suất cao này tại khu vực Đông Nam Á.
Bài toán tạo dựng giá trị bền vững cho xã hội

Bài toán tạo dựng giá trị bền vững cho xã hội

Những công trình mới vươn lên có thể làm thay đổi đường chân trời, nhưng chỉ những giá trị được bồi đắp cho con người như sinh kế bền vững, năng lực cộng đồng được nâng cao, môi trường được gìn giữ… mới làm thay đổi tương lai của một vùng đất. Khi Sun Group mở rộng từ du lịch sang hàng không, đô thị, văn hóa và thể thao, vấn đề đáng quan tâm không chỉ là quy mô đầu tư lớn đến đâu, mà là mỗi dự án sẽ để lại gì sau ánh hào quang?
Cụ thể hóa Nghị quyết 57: Thử nghiệm có kiểm soát, mở đường phát triển kinh tế không gian tầm thấp

Cụ thể hóa Nghị quyết 57: Thử nghiệm có kiểm soát, mở đường phát triển kinh tế không gian tầm thấp

Việc Điện Biên triển khai thử nghiệm có kiểm soát (sandbox) các sản phẩm, dịch vụ ứng dụng công nghệ số phát triển kinh tế tầm thấp sử dụng phương tiện bay không người lái không chỉ mở ra các mô hình ứng dụng mới tại địa phương, mà còn được kỳ vọng cung cấp dữ liệu thực tiễn để hoàn thiện chính sách, từng bước hình thành hệ sinh thái kinh tế không gian tầm thấp tại Việt Nam.
Từ giảng đường đến phòng lab: IUH tăng tốc đào tạo nhân lực vi mạch - bán dẫn

Từ giảng đường đến phòng lab: IUH tăng tốc đào tạo nhân lực vi mạch - bán dẫn

Không chỉ dừng ở ký kết hợp tác, chương trình giữa Khoa Công nghệ Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp TP.Hồ Chí Minh (IUH) và Công ty Cổ phần Công nghệ CTW (CTW Technology) đang mở thêm hướng tiếp cận thực chất cho đào tạo vi mạch - bán dẫn: đưa thiết bị, quy trình thiết kế và công nghệ thực tế từ doanh nghiệp vào môi trường đào tạo.
song-gia-tri