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
Thị trường chứng khoán ngày 12/11: Lực bán trên diện rộng, VN Index quay đầu giảm điểm

Thị trường chứng khoán ngày 12/11: Lực bán trên diện rộng, VN Index quay đầu giảm điểm

Thị trường chịu sức ép khi hơn 200 cổ phiếu giảm giá, còn khối ngoại mạnh tay bán ròng gần 880 tỷ đồng Giữa sắc đỏ bao trùm, cổ phiếu xây dựng bất ngờ trở thành điểm hút tiền hiếm hoi.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/11/2026: Tuổi Mùi vận trình khởi sắc, tuổi Dậu cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/11/2026: Tuổi Mùi vận trình khởi sắc, tuổi Dậu cần thận trọng

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 13/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Đưa thương mại điện tử về xã, mở rộng động lực tăng trưởng kinh tế số

Đưa thương mại điện tử về xã, mở rộng động lực tăng trưởng kinh tế số

Phát triển thương mại điện tử đến cấp xã đang được Bộ Công Thương xác định là hướng đi quan trọng nhằm mở rộng thị trường, thu hẹp khoảng cách số và khai thác dư địa tăng trưởng từ khu vực nông thôn. Mục tiêu đến năm 2030, 60% số xã có thương nhân bán hàng trực tuyến.
NVIDIA ra mắt GR00T 2 và Isaac Lab 3.0, thúc đẩy phát triển robot thông minh

NVIDIA ra mắt GR00T 2 và Isaac Lab 3.0, thúc đẩy phát triển robot thông minh

NVIDIA giới thiệu mô hình AI dành cho robot GR00T 2 và nền tảng huấn luyện robot mã nguồn mở Isaac Lab 3.0 tại Hội nghị Học máy dành cho Robot (CoRL) ở Austin, Texas (Mỹ), nhằm nâng cao khả năng thao tác linh hoạt, học hỏi kỹ năng và huấn luyện robot trong môi trường mô phỏng trước khi triển khai thực tế.
Dự án điện gió tại Lào mở ra triển vọng kết nối năng lượng sạch Đông Nam Á

Dự án điện gió tại Lào mở ra triển vọng kết nối năng lượng sạch Đông Nam Á

Với 133 tua-bin gió và công suất 600 MW, dự án Monsoon Wind Power tại Lào không chỉ bổ sung nguồn điện tái tạo cho Việt Nam mà còn được kỳ vọng trở thành mô hình thúc đẩy kết nối lưới điện giữa các quốc gia Đông Nam Á, góp phần hiện thực hóa mục tiêu xây dựng Lưới điện ASEAN vào năm 2045.
Từ lưới điện đến thiết bị: Khám phá các công nghệ đang chuyển đổi hệ sinh thái năng lượng

Từ lưới điện đến thiết bị: Khám phá các công nghệ đang chuyển đổi hệ sinh thái năng lượng

Mouser Electronics, Inc., chuyên cung cấp nội dung kỹ thuật và thông tin chuyên sâu có tính ứng dụng thực tiễn nhằm phát triển các hệ thống năng lượng sạch hơn, bền vững và phi tập trung thông qua trung tâm tài nguyên năng lượng thay thế trực tuyến.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/11: Nắm giữ danh mục, tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/11: Nắm giữ danh mục, tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng

VN-Index duy trì sắc xanh trong phiên 11/11 nhờ sự đảo chiều của VIC, dù thanh khoản thị trường suy giảm đáng kể so với mức bình quân 20 phiên. Diễn biến này cho thấy áp lực bán không còn quá lớn sau nhịp tăng mạnh trước đó. Nhà đầu tư được khuyến nghị tiếp tục nắm giữ danh mục và tận dụng các nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu trong những phiên tới.
Nâng cấp lưới điện trở thành vấn đề trọng tâm tại hội nghị khí hậu toàn cầu

Nâng cấp lưới điện trở thành vấn đề trọng tâm tại hội nghị khí hậu toàn cầu

Việc hiện đại hóa hạ tầng truyền tải và phân phối điện vì vậy trở thành vấn đề trọng tâm tại Hội nghị khí hậu Liên Hợp Quốc COP31 diễn ra ở Thổ Nhĩ Kỳ.
60 năm Trường Đại học Điện lực: Phía sau ánh sáng

60 năm Trường Đại học Điện lực: Phía sau ánh sáng

Có những dòng chảy không hiện hữu trên bản đồ nhưng bền bỉ góp sức làm nên diện mạo một quốc gia. Đó là dòng chảy tri thức từ những giảng đường, qua bao thế hệ thầy trò, đến những nhà máy, công trình ở mọi miền đất nước.
COP31 tại Thổ Nhĩ Kỳ tập trung vào an ninh năng lượng và giao thông xanh

COP31 tại Thổ Nhĩ Kỳ tập trung vào an ninh năng lượng và giao thông xanh

Ngày 10/11, Hội nghị Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu lần thứ 31 (COP31) tại Antalya, Thổ Nhĩ Kỳ bước sang ngày làm việc thứ hai, tập trung thảo luận về an ninh năng lượng, điện khí hóa và giao thông bền vững.
master