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
Neura huy động kỷ lục 1,4 tỷ USD để tăng tốc cuộc đua robot nhận thức toàn cầu

Neura huy động kỷ lục 1,4 tỷ USD để tăng tốc cuộc đua robot nhận thức toàn cầu

Công ty công nghệ robot Neura vừa công bố vòng gọi vốn trị giá 1,4 tỷ USD, một trong những khoản đầu tư lớn nhất từng được ghi nhận trong lĩnh vực robot nhận thức (cognitive robotics). Nguồn vốn mới được kỳ vọng sẽ thúc đẩy mạnh mẽ quá trình thương mại hóa robot hình người, mở rộng hệ sinh thái trí tuệ nhân tạo vật lý và đưa robot trở thành lực lượng lao động quan trọng trong nền kinh tế tương lai.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/6: Ưu tiên cơ cấu danh mục, bán các cổ phiếu suy yếu

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/6: Ưu tiên cơ cấu danh mục, bán các cổ phiếu suy yếu

Sau ba phiên tăng điểm liên tiếp, VN-Index đang tiến gần ngưỡng tâm lý 1.900 điểm nhưng thanh khoản suy giảm và dòng tiền vẫn tập trung ở một số nhóm cổ phiếu dẫn dắt. Trong bối cảnh áp lực rung lắc có thể gia tăng, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên cơ cấu danh mục, giảm tỷ trọng ở những cổ phiếu suy yếu và tập trung vào các mã đang thu hút dòng tiền ngắn hạn.
Sắp diễn ra Hội thảo: Tự động hóa tiên tiến trong biến đổi và truyền tải điện năng

Sắp diễn ra Hội thảo: Tự động hóa tiên tiến trong biến đổi và truyền tải điện năng

Trong bối cảnh Việt Nam đang đẩy mạnh thực hiện cam kết phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 và triển khai Quy hoạch điện VIII, yêu cầu hiện đại hóa hệ thống điện quốc gia trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Tự động hóa, chuyển đổi số và các công nghệ truyền tải điện tiên tiến đang được xem là những giải pháp chiến lược nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, bảo đảm an ninh năng lượng và tạo nền tảng cho sự phát triển bền vững của ngành điện.
Thị trường chứng khoán ngày 24/6: Đà tăng được kéo dài, nhưng dòng tiền bất ngờ hụt hơi

Thị trường chứng khoán ngày 24/6: Đà tăng được kéo dài, nhưng dòng tiền bất ngờ hụt hơi

Chỉ số đã giữ chuỗi 3 phiên tăng điểm liên tiếp, song thanh khoản lại giảm mạnh và số mã giảm áp đảo. Theo đó, thị trường vẫn chưa thoát khỏi trạng thái thận trọng và động lực chính của VN Index vẫn chỉ đến từ một số cổ phiếu trụ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/6/2026: Tuổi Ngọ công việc thăng hoa, tuổi Dần cần tránh quyết định vội vàng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/6/2026: Tuổi Ngọ công việc thăng hoa, tuổi Dần cần tránh quyết định vội vàng

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 25/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
NEPCON ASIA @ VIETNAM 2026: Cửa ngõ kết nối ngành điện tử Việt Nam với hệ sinh thái sản xuất thông minh châu Á

NEPCON ASIA @ VIETNAM 2026: Cửa ngõ kết nối ngành điện tử Việt Nam với hệ sinh thái sản xuất thông minh châu Á

Từ ngày 5-7/8/2026, Triển lãm Thiết bị Sản xuất Điện tử và Công nghiệp Vi điện tử châu Á – Việt Nam (NEPCON ASIA @ VIETNAM 2026) sẽ chính thức diễn ra tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Hà Nội. Sự kiện được kỳ vọng trở thành điểm hẹn quan trọng của cộng đồng sản xuất điện tử trong khu vực, mang đến cơ hội tiếp cận trực tiếp các công nghệ tiên tiến, giải pháp sản xuất thông minh và mạng lưới đối tác toàn cầu chỉ trong một điểm đến.
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/6: Áp lực chốt lời nhiều khả năng sẽ gia tăng

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/6: Áp lực chốt lời nhiều khả năng sẽ gia tăng

Dòng tiền tiếp tục hỗ trợ VN-Index tiến sát ngưỡng 1.880 điểm, trong bối cảnh thanh khoản thị trường tăng mạnh và tâm lý nhà đầu tư được cải thiện. Tuy nhiên, vùng kháng cự quan trọng phía trước cùng áp lực hiện thực hóa lợi nhuận sau nhịp tăng vừa qua có thể khiến thị trường đối mặt với những rung lắc đáng kể trong ngắn hạn.
Thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động: Yếu tố quyết định độ chính xác của máy móc hiện đại

Thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động: Yếu tố quyết định độ chính xác của máy móc hiện đại

Từ robot phẫu thuật, thiết bị hàng không vũ trụ cho đến các dây chuyền tự động hóa tiên tiến, hệ thống điều khiển chuyển động đóng vai trò cốt lõi trong việc đảm bảo máy móc vận hành chính xác, ổn định và đáng tin cậy. Tuy nhiên, theo kỹ sư Ronak Samani của maxon, việc xây dựng một hệ thống điều khiển chuyển động hiệu quả không chỉ dựa trên các công thức kỹ thuật mà còn là một quá trình tối ưu hóa liên tục giữa phần cứng, phần mềm và yêu cầu ứng dụng thực tế.
Giải Tennis E&A Open lần thứ 15: Hơn 240 triệu đồng tiếp sức bệnh nhi nghèo

Giải Tennis E&A Open lần thứ 15: Hơn 240 triệu đồng tiếp sức bệnh nhi nghèo

Ngày 30/5/2026, tại sân tennis Khang An, Giải Tennis Từ thiện E&A Open lần thứ 15 - Tranh Cúp Á Âu đã diễn ra thành công, thu hút đông đảo vận động viên, nhà tài trợ, khách mời và các mạnh thường quân tham dự. Sự kiện không chỉ là sân chơi thể thao sôi nổi mà còn là hoạt động ý nghĩa nhằm kết nối cộng đồng, chung tay hỗ trợ các bệnh nhi có hoàn cảnh khó khăn.
VF5 nâng chuẩn ô tô điện thích nghi mọi nhu cầu người Việt

VF5 nâng chuẩn ô tô điện thích nghi mọi nhu cầu người Việt

Với những tính năng mạnh mẽ, đáp ứng nhiều nhu cầu cuộc sống của người Việt, VF5 đang tạo nên một tiêu chuẩn mới rõ rệt trong phân khúc xe hạng A, trang bị hàng loạt tiện nghi, công nghệ vượt trội, chi phí phù hợp và tiện ích.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc