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 04/11: Bảng điện tử khoe sắc xanh, sắc tím, VN Index tăng mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 04/11: Bảng điện tử khoe sắc xanh, sắc tím, VN Index tăng mạnh

Sau chuỗi phiên điều chỉnh khiến thị trường mất mốc 1.700 điểm, VN Index bất ngờ bứt phá hơn 33 điểm. Hàng loạt cổ phiếu chứng khoán tăng trần, ngân hàng và bất động sản cũng đồng loạt khởi sắc, kéo thanh khoản vọt lên gần 18 nghìn tỷ đồng.
TSDC kiện toàn bộ máy, triển khai năm trụ cột phát triển

TSDC kiện toàn bộ máy, triển khai năm trụ cột phát triển

Trung tâm Tìm kiếm và Phát triển Công nghệ (TSDC) thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tổ chức lễ ra mắt trong giai đoạn hoạt động mới, đồng thời công bố thành lập Ban Cố vấn, Hội đồng Khoa học và định hướng triển khai năm đề án trọng điểm về khoa học công nghệ, đào tạo, quan hệ quốc tế, tư vấn quản trị doanh nghiệp và phát triển thị trường.
Việt Nam ra mắt chip bảo mật VGC v1.0

Việt Nam ra mắt chip bảo mật VGC v1.0

Chip bảo mật VGC v1.0 do Ban Cơ yếu Chính phủ và Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) phối hợp nghiên cứu, phát triển vừa được công bố, đánh dấu bước tiến trong năng lực thiết kế vi mạch và làm chủ công nghệ mật mã của Việt Nam.
Đổi mới mô hình giáo dục để thích ứng và dẫn dắt sự phát triển AI

Đổi mới mô hình giáo dục để thích ứng và dẫn dắt sự phát triển AI

Sáng 3/11, dự và phát biểu tại Phiên khai mạc Hội thảo Giáo dục trực tuyến toàn cầu năm 2026 với chủ đề "Tái phân bổ trí tuệ: Chuyển đổi giáo dục vì tương lai hợp tác giữa con người và trí tuệ nhân tạo", Phó Thủ tướng Chính phủ Lê Tiến Châu nhấn mạnh cần phải đổi mới mô hình giáo dục để thích ứng và dẫn dắt sự phát triển của trí tuệ nhân tạo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 05/11/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 05/11/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Sửu 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 05/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
NATIF hỗ trợ tối đa 6%/năm lãi suất vay đổi mới công nghệ

NATIF hỗ trợ tối đa 6%/năm lãi suất vay đổi mới công nghệ

Doanh nghiệp vay vốn đầu tư ứng dụng, chuyển giao và đổi mới công nghệ được NATIF hỗ trợ 50% lãi suất vay, tối đa 6%/năm trong thời gian không quá 5 năm. Hạn cuối tiếp nhận hồ sơ đợt 2/2026 là ngày 16/11.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/11: Canh bán, hạ tỷ trọng khi VN-Index chạm 1.750 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/11: Canh bán, hạ tỷ trọng khi VN-Index chạm 1.750 điểm

VN-Index có phiên giảm điểm thứ tư liên tiếp, song đà giảm đã thu hẹp đáng kể so với phiên trước. Thị trường được kỳ vọng có nhịp hồi phục lên vùng kháng cự quanh 1.750 điểm, tạo cơ hội để nhà đầu tư cơ cấu danh mục và hạ tỷ trọng ở những cổ phiếu vi phạm ngưỡng quản trị rủi ro.
Động lực thúc đẩy sản xuất thông minh trong kỷ nguyên Công nghiệp 5.0

Động lực thúc đẩy sản xuất thông minh trong kỷ nguyên Công nghiệp 5.0

Tự động hóa đã trở thành nền tảng quen thuộc trong các nhà máy hiện đại, từ robot hàn, băng chuyền đến hệ thống cảm biến thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, bước tiến tiếp theo của ngành sản xuất không đơn thuần là bổ sung thêm máy móc, mà hướng tới xây dựng những hệ thống có khả năng nhận thức, phản hồi và phối hợp thông minh hơn.
Hà Nội kỷ niệm 950 năm Quốc Tử Giám

Hà Nội kỷ niệm 950 năm Quốc Tử Giám

Từ ngày 5 đến 15/11, Văn Miếu - Quốc Tử Giám tổ chức chuỗi hoạt động văn hóa, nghệ thuật và trải nghiệm đặc biệt nhân kỷ niệm 950 năm thành lập Quốc Tử Giám, với nhiều chương trình tương tác dành cho công chúng.
Thị trường chứng khoán ngày 03/11: VN Index mất mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm đến nhóm thép

Thị trường chứng khoán ngày 03/11: VN Index mất mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm đến nhóm thép

Dù nhóm thép và một số mã trụ diễn biến khá tích cực nhưng VN Index vẫn đánh mất ngưỡng tâm lý quan trọng 1.700 điểm với áp lực bán của VIC. Thanh khoản teo tóp, còn khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng phiên thứ 8 liên tiếp, đã khiến tâm lý nhà đầu tư rất thận trọng.
master