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
[E-Magazine] Giải phẫu buồng lái 6 bậc tự do

[E-Magazine] Giải phẫu buồng lái 6 bậc tự do

Một phi công đẩy cần ga, thân người ngả nhẹ, đường băng lao tới, tiếng động cơ rít lên và chân trời hạ xuống. Nhưng nhìn từ bên ngoài, “chiếc máy bay” chưa từng rời khỏi căn phòng. Đằng sau nghịch lý ấy là một kiến trúc công nghệ tinh vi, nơi vật lý, robot, đồ họa, điều khiển và khoa học về con người cùng hợp lực để tạo nên thứ quan trọng hơn sự giống thật - một phản ứng đủ thật.
Xe máy điện chạy 436km chỉ với một lần sạc

Xe máy điện chạy 436km chỉ với một lần sạc

Hãng xe máy điện Zero Motorcycles (Mỹ) vừa chính thức xác lập kỷ lục Guinness thế giới về quãng đường di chuyển xa nhất cho một chiếc mô tô điện trên một lần sạc đầy.
Nhận định thị trường chứng khoán ngày 19/10: Chỉ tăng tỷ trọng khi thị trường hồi phục rõ ràng

Nhận định thị trường chứng khoán ngày 19/10: Chỉ tăng tỷ trọng khi thị trường hồi phục rõ ràng

VN-Index đã hồi phục sau 7 phiên giảm điểm liên tiếp, nhưng thanh khoản suy giảm và lực cầu chưa đủ mạnh khiến xu hướng ngắn hạn vẫn tiềm ẩn rủi ro. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức cân bằng, chỉ cân nhắc gia tăng tỷ trọng khi thị trường phát đi tín hiệu hồi phục rõ ràng hơn.
18 năm đạt Thương hiệu Quốc gia và hành trình không ngừng nâng chuẩn của Vinamilk

18 năm đạt Thương hiệu Quốc gia và hành trình không ngừng nâng chuẩn của Vinamilk

Tối ngày 16/10, Lễ công bố sản phẩm đạt Thương hiệu Quốc gia Việt Nam lần thứ 10 năm 2026 đã được tổ chức tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia (Hà Nội). Vinamilk là doanh nghiệp xuất sắc đượ
“Dệt Sắc Đan Mây” - khi những con chữ trở thành nhịp cầu sẻ chia

“Dệt Sắc Đan Mây” - khi những con chữ trở thành nhịp cầu sẻ chia

Với mong muốn đưa tri thức đến gần hơn với trẻ em và khơi dậy tinh thần sẻ chia từ những hành động giản dị, dự án giáo dục Libreria Project đã tổ chức sự kiện “Dệt Sắc Đan Mây” tại trường tiểu học Vĩnh Phúc (phường Ngọc Hà, TP Hà Nội) vào thứ sáu ngày 16/10 vừa qua, chính thức đánh dấu bước khởi đầu cho mùa 8.
BIDV khẳng định vị thế “Thương hiệu quốc gia”

BIDV khẳng định vị thế “Thương hiệu quốc gia”

Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) vừa được Hội đồng thương hiệu quốc gia vinh danh tại Lễ công bố sản phẩm đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam năm 2026. Đây là lần thứ 9 BIDV được trao tặng danh hiệu uy tín này.
Thép TVP đón nhận Huân chương Lao động hạng Nhất, kỷ niệm 30 năm thành lập

Thép TVP đón nhận Huân chương Lao động hạng Nhất, kỷ niệm 30 năm thành lập

Công ty Cổ phần Thép TVP tổ chức lễ kỷ niệm 30 năm thành lập (1996 - 2026) và đón nhận Huân chương Lao động hạng Nhất vào tối 16/10/2026 tại TP. Hồ Chí Minh. Sự kiện ghi dấu chặng đường phát triển của doanh nghiệp, đồng thời đặt ra yêu cầu tiếp tục đẩy mạnh ứng dụng khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo trong sản xuất, kinh doanh, hướng tới sự phát triển bền vững.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/10/2026: Tuổi Tỵ đón cơ hội phát triển, tuổi Mão cần thận trọng trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/10/2026: Tuổi Tỵ đón cơ hội phát triển, tuổi Mão cần thận trọng trong công việc

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 19/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Galaxy S27 có thể xuất hiện 6 phiên bản, bổ sung dòng Pro mới

Galaxy S27 có thể xuất hiện 6 phiên bản, bổ sung dòng Pro mới

Samsung được cho là đang phát triển thế hệ Galaxy S27 với nhiều lựa chọn hơn, trong đó có Galaxy S27 Pro và Galaxy S27 Edge. Nếu thông tin rò rỉ chính xác, dòng sản phẩm mới sẽ có những thay đổi đáng chú ý về thiết kế, cấu hình và dung lượng pin.
Nhân lực bán dẫn Việt Nam: Chìa khóa để tham gia sâu vào chuỗi giá trị toàn cầu

Nhân lực bán dẫn Việt Nam: Chìa khóa để tham gia sâu vào chuỗi giá trị toàn cầu

Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao đang trở thành một trong những điều kiện then chốt để Việt Nam xây dựng hệ sinh thái bán dẫn có năng lực cạnh tranh. Từ kinh nghiệm của Hà Lan, thực trạng nhân lực trong nước đến mô hình đào tạo gắn với nghiên cứu và doanh nghiệp của Trường Đại học Việt Đức, các góc nhìn tại SemiConnect Vietnam 2026 cho thấy yêu cầu cấp thiết phải thu hẹp khoảng cách giữa đào tạo, nghiên cứu và nhu cầu thực tiễn của ngành.
master