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
Kỳ 4: Minh triết của những nhà sáng lập công nghệ

Kỳ 4: Minh triết của những nhà sáng lập công nghệ

Giữa những dòng mã vô hình và các thuật toán vận hành thế giới, lịch sử công nghệ không chỉ được viết bằng sản phẩm, mà còn bằng tư tưởng. Những nhà sáng lập vĩ đại của kỷ nguyên số đã để lại không chỉ doanh nghiệp, mà còn những mảnh minh triết, cô đọng, sắc lạnh và đầy tính tiên tri. Đó không phải là lời truyền cảm hứng dễ dãi, mà là kết tinh của thất bại, thử nghiệm và những quyết định mang tính sinh tử. Lần theo các phát ngôn ấy, ta bước vào một hành trình nhận biết - hiểu công nghệ, hiểu con người và hiểu chính quỹ đạo của thời đại dữ liệu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/5/2026: Tuổi Thân căng thẳng mệt mỏi, tuổi Sửu cải thiện sức khỏe

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/5/2026: Tuổi Thân căng thẳng mệt mỏi, tuổi Sửu cải thiện sức khỏe

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 1/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chuẩn hóa tự động hóa: Lời giải cho ngành cấp thoát nước

Chuẩn hóa tự động hóa: Lời giải cho ngành cấp thoát nước

Trong lĩnh vực tự động hóa hệ thống cấp nước và xử lý nước thải đô thị, một vấn đề phổ biến mà nhiều đơn vị vận hành gặp phải là sự thiếu nhất quán trong mã lập trình điều khiển. Mặc dù các nhà máy và trạm bơm thường sử dụng những thiết bị tương tự nhau, mỗi dự án lại được lập trình theo cách riêng, dẫn đến khó khăn trong vận hành, bảo trì và đào tạo nhân sự. Một hướng tiếp cận mới dựa trên thư viện khối chức năng tiêu chuẩn hóa đang cho thấy khả năng giải quyết hiệu quả bài toán này.
Kỳ 3: Internet và quyền lực dữ liệu

Kỳ 3: Internet và quyền lực dữ liệu

Trong lịch sử văn minh, quyền lực từng thuộc về đất đai, rồi chuyển sang máy móc, và nay lặng lẽ hội tụ trong những dòng dữ liệu vô hình. Internet không chỉ là hạ tầng kết nối, mà đã trở thành một “không gian quyền lực” nơi mọi hành vi, cảm xúc và lựa chọn của con người đều được ghi nhận, phân tích và dự đoán. Ở đó, dữ liệu không còn là sản phẩm phụ của đời sống số, mà trở thành tài nguyên cốt lõi định hình kinh tế, chính trị và cả căn tính cá nhân. Những minh triết của thời đại vì thế không chỉ nói về công nghệ, mà soi chiếu cách quyền lực vận hành trong thế giới số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/4/2026: Tuổi Tỵ vận may tiền bạc, tuổi Ngọ điềm báo tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/4/2026: Tuổi Tỵ vận may tiền bạc, tuổi Ngọ điềm báo tranh cãi

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 30/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Doanh thu công nghiệp công nghệ số vượt 622.000 tỷ đồng trong tháng 4/2026

Doanh thu công nghiệp công nghệ số vượt 622.000 tỷ đồng trong tháng 4/2026

Tháng 4/2026, lĩnh vực khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo ghi nhận nhiều chuyển biến tích cực, nổi bật là doanh thu công nghiệp công nghệ số ước đạt hơn 622.000 tỷ đồng, tăng mạnh so với cùng kỳ. Cùng với đó, Bộ Khoa học và Công nghệ đẩy mạnh hoàn thiện thể chế, mở rộng hợp tác quốc tế và phát triển hạ tầng số, tạo nền tảng cho tăng trưởng bền vững trong kỷ nguyên số.
Thị trường chứng khoán ngày 29/04: VN Index giảm hơn 21 điểm, dòng tiền bắt đầu trở lại với midcaps

Thị trường chứng khoán ngày 29/04: VN Index giảm hơn 21 điểm, dòng tiền bắt đầu trở lại với midcaps

VN Index có nhịp điều chỉnh sau chuỗi tăng trước đó, nhưng diễn biến nội tại lại không hoàn toàn tiêu cực. Dù chỉ số giảm hơn 21 điểm do áp lực từ nhóm vốn hóa lớn, đặc biệt là họ Vin và các bluechip năng lượng, sắc xanh vẫn hiện diện khá rộng trên thị trường, cho thấy dòng tiền đang có dấu hiệu dịch chuyển sang nhóm vốn hóa vừa.
Cầu dao bán dẫn của Siemens mở ra kỷ nguyên mới cho hệ thống điện DC

Cầu dao bán dẫn của Siemens mở ra kỷ nguyên mới cho hệ thống điện DC

Tập đoàn công nghệ Siemens thông qua bộ phận Siemens Smart Infrastructure vừa giới thiệu danh mục các hệ thống bảo vệ và chuyển mạch dòng điện một chiều (DC) thế hệ mới, đánh dấu bước tiến quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang các hệ thống điện hiệu quả và bền vững hơn. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, trung tâm dữ liệu và hệ thống lưu trữ năng lượng.
BSR quý I/2026 tăng trưởng mạnh, tổng doanh thu đạt 46.462 tỷ đồng, lợi nhuận sau thuế đạt 8.265 tỷ đồng

BSR quý I/2026 tăng trưởng mạnh, tổng doanh thu đạt 46.462 tỷ đồng, lợi nhuận sau thuế đạt 8.265 tỷ đồng

Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (mã chứng khoán: BSR) vừa công bố báo cáo tài chính quý I/2026 với kết quả sản xuất kinh doanh tăng trưởng rất ấn tượng. Theo đó, tổng doanh thu hợp nhất đạt 46.462 tỷ đồng, và lợi nhuận sau thuế đạt 8.265 tỷ đồng - mức cao nhất so với cùng kỳ và vượt xa kỳ vọng của thị trường.
Nhận định phiên giao dịch ngày 29/4: VN-Index sát kháng cự, hạn chế mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 29/4: VN-Index sát kháng cự, hạn chế mua đuổi

VN-Index đang áp sát vùng kháng cự ngắn hạn sau nhịp tăng chủ yếu dựa vào nhóm cổ phiếu trụ, trong khi độ rộng thị trường vẫn nghiêng về tiêu cực và thanh khoản ở mức thấp. Trong bối cảnh này, rủi ro rung lắc gia tăng, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi và ưu tiên chờ các nhịp điều chỉnh rõ ràng hơn.
vn-web
song-gia-tri