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
Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

VN Index tăng hơn 8 điểm và giữ được vùng 1.800 điểm, nhưng thanh khoản lại giảm sâu. Dòng tiền chỉ tập trung ở một số nhóm, nổi bật là nhóm chứng khoán, trong khi nhóm bluechip vẫn giao dịch phân hóa.
Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Chiếc xe ô tô điện VF3 của VinFast vừa gây bất ngờ với công chúng, khi ghi dấu ấn trong đội hình của cảnh sát Indonesia. Không chỉ là chiếc xe có doanh số cao nhất tại trong thị trường xe điện của hãng, VF3 còn được lựa chọn cho một mục đích đặc biệt khi trở thành phương tiện hỗ trợ lực lượng cảnh sát giao thông quốc tế triển khai công nghệ giám sát vi phạm bằng máy bay không người lái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

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 17/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng và mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050, xăng sinh học E10 đang nổi lên như một giải pháp khả thi cho Việt Nam. Không đòi hỏi thay đổi lớn về hạ tầng hay thói quen sử dụng, E10 không chỉ góp phần giảm phát thải mà còn mở rộng nguồn cung năng lượng, tăng khả năng tự chủ và thúc đẩy hình thành chuỗi giá trị nhiên liệu sinh học trong nước.
Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Trong bối cảnh công nghệ số, mạng xã hội và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi sâu sắc môi trường truyền thông, báo chí cần tập trung vào những giá trị cốt lõi mà công nghệ không thể thay thế như kiểm chứng sự thật, trách nhiệm xã hội, đạo đức nghề nghiệp và bản lĩnh chính trị. Đây là thông điệp được lãnh đạo Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch nhấn mạnh tại Hội nghị giao ban báo chí nhân dịp kỷ niệm 101 năm Ngày Báo chí Cách mạng Việt Nam.
Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI), robot công nghiệp, sản xuất thông minh và chuyển đổi số đang mở ra những cơ hội bứt phá chưa từng có cho nền kinh tế Việt Nam. Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra sâu rộng, năng lực cạnh tranh quốc gia không còn dựa vào lao động giá rẻ hay quy mô thị trường, mà phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng làm chủ công nghệ lõi, vật liệu chiến lược và năng lực chế tạo các hệ thống công nghệ cao.
VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

Ngày 15/6, tại Văn phòng Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA đã diễn ra cuộc gặp mặt và ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược (MOU) giữa Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA); đại diện Tập đoàn HNC và đại diện Công ty TNHH DMC ZenTech, nhằm hướng tới mục tiêu thúc đẩy phát triển lĩnh vực công nghệ cao, tự động hóa và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao ở Việt Nam.
Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Vào giữa tháng 6, Siemens Việt Nam và Pacific Land Việt Nam ký kết biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược nhằm phát triển Khu Công nghệ cao Silverlake trở thành trung tâm đổi mới sáng tạo thông minh và bền vững, hướng tới thu hút các ngành công nghệ cao và khoa học sự sống.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Thị trường chứng khoán đã có phiên giao dịch khởi sắc trong ngày 15/6 khi lực cầu gia tăng giúp các chỉ số chính đồng loạt tăng điểm. Dù VN-Index chưa thể chinh phục thành công mốc 1.800 điểm, diễn biến của dòng tiền và độ rộng thị trường cho thấy tâm lý nhà đầu tư đang dần cải thiện sau giai đoạn điều chỉnh kéo dài.
Bài toán văn hóa đang quyết định hiệu quả nhà máy thông minh

Bài toán văn hóa đang quyết định hiệu quả nhà máy thông minh

Trong hành trình chuyển đổi số của ngành công nghiệp chế biến, công nghệ thường được xem là yếu tố trung tâm. Các doanh nghiệp liên tục đầu tư vào trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu, tự động hóa và các nền tảng giám sát hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, thực tế cho thấy nhiều dự án tối ưu hóa quy trình không đạt được kết quả như kỳ vọng dù sở hữu những công nghệ tiên tiến nhất. Nguyên nhân thường không nằm ở phần mềm hay thiết bị, mà ở yếu tố con người và văn hóa doanh nghiệp.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc