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
Vinamilk chung tay xây dựng “ Sức đề kháng số” cho thế hệ  tương lai

Vinamilk chung tay xây dựng “ Sức đề kháng số” cho thế hệ tương lai

Là Thương hiệu Quốc gia gắn bó với nhiều thế hệ trẻ em Việt Nam, Vinamilk vừa chính thức trở thành thành viên của Liên minh Niềm tin số do Cục An ninh mạng (A05) - Bộ Công an khởi xướng. Đồng hành cùng chiến dịch “Không một mình”, doanh nghiệp mở rộng hành trình vì sự phát triển toàn diện của trẻ em sang không gian số, góp phần trang bị cho các em kỹ năng nhận diện rủi ro và tự bảo vệ bản thân trên môi trường trực tuyến.
Thị trường chứng khoán ngày 30/10: KOS thoát chuỗi 29 phiên giảm sàn, VN Index vẫn chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 30/10: KOS thoát chuỗi 29 phiên giảm sàn, VN Index vẫn chìm trong sắc đỏ

Thị trường khép lại tháng 10 trong trạng thái tiêu cực khi mất gần 14 điểm và có tới 253 mã giảm. Tuy nhiên, trong bức tranh ảm đạm đó, KOS bất ngờ đảo chiều từ giá sàn lên giá trần sau 29 phiên giảm sàn liên tiếp với gần 75,7 triệu cổ phiếu được sang tay trong phiên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2026: Tuổi Hợi có vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2026: Tuổi Hợi có vận trình khởi sắc, tuổi Thân 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 31/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/10: Tránh mua đuổi, giao dịch trong biên độ 1.750-1.780 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/10: Tránh mua đuổi, giao dịch trong biên độ 1.750-1.780 điểm

Sau phiên giảm điểm ngày 29/10, VN-Index tiếp tục đối mặt với áp lực bán tại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn và dầu khí. Các chỉ báo kỹ thuật cho thấy thị trường chưa xác lập xu hướng giảm rõ rệt, nhưng dòng tiền có dấu hiệu suy yếu. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên giao dịch trong biên độ 1.750-1.780 điểm.
Lynk & Co 02 ra mắt Việt Nam, sạc nhanh chỉ 30 phút

Lynk & Co 02 ra mắt Việt Nam, sạc nhanh chỉ 30 phút

Thương hiệu ô tô định vị phân khúc cao cấp mới Lynk & Co vừa chính thức tung ra thị trường Việt Nam mẫu xe thuần điện đầu tiên mang tên Lynk & Co 02.
Nối nhịp thanh âm cùng bộ đôi Will và 14 Casper tại đêm nhạc Revolution 2026

Nối nhịp thanh âm cùng bộ đôi Will và 14 Casper tại đêm nhạc Revolution 2026

Góp mặt tại đêm nhạc Revolution 2026 ngày 27/10, hai nghệ sĩ Will và 14 Casper mang đến những màn trình diễn ấn tượng và khép lại đêm nhạc trong sự hưởng ứng của đông đảo sinh viên Học viện Báo chí và Tuyên truyền.
Thái Bình Dương hoàn thành 34 hạng mục xây dựng nhà máy thông minh

Thái Bình Dương hoàn thành 34 hạng mục xây dựng nhà máy thông minh

Sau 5 tháng triển khai, Công ty CP Cơ khí và Tự động hóa Thái Bình Dương hoàn thành toàn bộ 34 hạng mục cải tiến thuộc dự án Phát triển nhà máy thông minh 2026.
Thị trường chứng khoán ngày 29/10: Cổ phiếu dầu khí đồng loạt lao dốc, nhóm thép ngược dòng

Thị trường chứng khoán ngày 29/10: Cổ phiếu dầu khí đồng loạt lao dốc, nhóm thép ngược dòng

Sắc đỏ bao trùm bảng điện tử với 215 cổ phiếu giảm giá, còn VN Index mất hơn 11 điểm. Nhóm dầu khí đồng loạt chịu áp lực bán mạnh đã tác động tiêu cực đến chỉ số. Trong bối cảnh thanh khoản vẫn thấp và khối ngoại tiếp tục bán ròng, nhóm thép trở thành điểm sáng hiếm hoi của thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/10/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/10/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi 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 30/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
V-Green vận hành tổ hợp trạm sạc lớn nhất Việt Nam với hơn 1.000 cổng kết nối

V-Green vận hành tổ hợp trạm sạc lớn nhất Việt Nam với hơn 1.000 cổng kết nối

Công ty quản lý trạm sạc V-Green vừa chính thức đưa vào khai thác tổ hợp trạm sạc xe điện quy mô lớn nhất Việt Nam tại khu đô thị Vinhomes Riverside (Long Biên, Hà Nội).
master