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
Xây dựng hệ sinh thái Robot “Made in Vietnam”: Liên kết để tạo sức bật cho ngành công nghiệp robot Việt

Xây dựng hệ sinh thái Robot “Made in Vietnam”: Liên kết để tạo sức bật cho ngành công nghiệp robot Việt

Trong bối cảnh robot và trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành nền tảng của sản xuất thông minh trên toàn cầu, việc xây dựng một hệ sinh thái robot hoàn chỉnh không còn là lựa chọn mà là yêu cầu tất yếu đối với các quốc gia muốn nâng cao năng lực cạnh tranh công nghiệp.
MTA VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ và thương mại cho ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo

MTA VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ và thương mại cho ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo

Diễn ra từ ngày 1 - 4/7/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế lần thứ 22 về Cơ khí chính xác và Sản xuất chế tạo - MTA Vietnam 2026 đã mở ra cơ hội để doanh nghiệp trong và ngoài nước gặp gỡ, kết nối giao thương cùng các nhà đầu tư, khách hàng tiềm năng, giới thiệu sản phẩm, dịch vụ; gia tăng mức độ nhận diện thương hiệu, đồng thời cập nhật những đổi mới, sáng tạo tiên tiến trong ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo.
Tổng Bí Thư yêu cầu tổ chức cấp xã thực sự là tuyến đầu phục vụ người dân và doanh nghiệp

Tổng Bí Thư yêu cầu tổ chức cấp xã thực sự là tuyến đầu phục vụ người dân và doanh nghiệp

Phát biểu kết luận Hội nghị toàn quốc sơ kết một năm vận hành mô hình tổ chức tổng thể của hệ thống chính trị và mô hình chính quyền ba cấp sáng ngày 1/7, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đánh giá việc sắp xếp tổ chức bộ máy thời gian qua đạt nhiều kết quả tích cực, tạo nền tảng để chuyển sang giai đoạn nâng cao chất lượng vận hành.
Nhà máy tăng gấp ba sản lượng: Bài học tự động hóa đáng giá cho ngành sản xuất

Nhà máy tăng gấp ba sản lượng: Bài học tự động hóa đáng giá cho ngành sản xuất

Không cần mở rộng nhà xưởng hay tuyển thêm hàng chục lao động, một doanh nghiệp cơ khí tại Mỹ đã tạo ra bước nhảy vọt về năng suất nhờ đầu tư đúng vào robot bốc xếp tích hợp máy CNC. Câu chuyện của Youngers and Sons Manufacturing cho thấy tự động hóa chỉ phát huy tối đa hiệu quả khi được triển khai trên nền tảng quy trình sản xuất đã được tối ưu hóa.
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/7: Có thể mở thêm vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/7: Có thể mở thêm vị thế mua mới

Sau phiên giao dịch khởi sắc ngày 1/7, các công ty chứng khoán cho rằng dòng tiền đang có dấu hiệu cải thiện tích cực, tạo cơ sở để nhà đầu tư tiếp tục gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu đã có lợi nhuận và cân nhắc mở thêm vị thế mua mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/7/2026: Tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc, tuổi Hợi cẩn trọng chi tiêu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/7/2026: Tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc, tuổi Hợi cẩn trọng chi tiêu

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 2/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 1/7: Ngân hàng và chứng khoán trở lại dẫn dắt, VN Index khởi động tháng 7 trong sắc xanh

Thị trường chứng khoán ngày 1/7: Ngân hàng và chứng khoán trở lại dẫn dắt, VN Index khởi động tháng 7 trong sắc xanh

Dù nhóm Vin và Gelex gây áp lực về cuối phiên, VN Index vẫn giữ được đà tăng nhờ lực kéo từ ngân hàng, chứng khoán và dầu khí. Thanh khoản chưa bùng nổ, nhưng dòng tiền đã cho thấy tín hiệu quay lại rõ rệt hơn.
Sơ kết một năm vận hành mô hình tổ chức tổng thể của hệ thống chính trị, mô hình chính quyền ba cấp

Sơ kết một năm vận hành mô hình tổ chức tổng thể của hệ thống chính trị, mô hình chính quyền ba cấp

Sáng 1/7/2026, tại Hà Nội, Bộ Chính trị tổ chức Hội nghị toàn quốc sơ kết một năm vận hành mô hình tổ chức tổng thể của hệ thống chính trị và mô hình chính quyền ba cấp. Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm cùng các đồng chí Lãnh đạo chủ chốt và Trưởng Ban Tổ chức Trung ương chủ trì Hội nghị.
Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đồng hành lan tỏa trách nhiệm cộng đồng, cùng người dân có hoàn cảnh khó khăn tại Buôn Đôn

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đồng hành lan tỏa trách nhiệm cộng đồng, cùng người dân có hoàn cảnh khó khăn tại Buôn Đôn

Sáng 28/6, tại xã Buôn Đôn, tỉnh Đắk Lắk, Công ty TNHH MTV Khánh Minh Phát (Đồng Tháp) đã phối hợp với chính quyền địa phương tổ chức chương trình trao tặng 100 phần quà cho hộ nghèo, hộ cận nghèo và các gia đình có hoàn cảnh đặc biệt khó khăn, góp phần lan tỏa tinh thần sẻ chia, trách nhiệm xã hội và những giá trị nhân văn trong cộng đồng.
Ứng dụng AI trong doanh nghiệp SMEs: Từ bài toán năng suất đến yêu cầu phòng thủ chủ động

Ứng dụng AI trong doanh nghiệp SMEs: Từ bài toán năng suất đến yêu cầu phòng thủ chủ động

Trong bối cảnh AI đang trở thành động lực mới của chuyển đổi số, doanh nghiệp nhỏ và vừa (SMEs) có cơ hội tiếp cận các công nghệ vốn trước đây chỉ dành cho các tập đoàn lớn. Tuy nhiên, AI không chỉ mang đến năng suất và hiệu quả vận hành, mà còn mở rộng bề mặt rủi ro về dữ liệu, bảo mật và quản trị.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc