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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Dần cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Dần 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 7/9/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Lợi nhuận Shinhan Bank đạt hơn 2.000 tỷ đồng trong nửa đầu năm 2026

Lợi nhuận Shinhan Bank đạt hơn 2.000 tỷ đồng trong nửa đầu năm 2026

Lợi nhuận tại Shinhan Bank trong 6 tháng đầu năm 2026 giảm nhẹ so với cùng kỳ, chủ yếu do các khoản chi phí tăng, trong khi thu nhập lãi thuần tăng khiêm tốn, dù mảng hoạt động dịch vụ và hoạt động khác ghi nhận kết quả tích cực.
Trường THCS Cát Linh sẵn sàng cho hành trình mới năm học 2026-2027

Trường THCS Cát Linh sẵn sàng cho hành trình mới năm học 2026-2027

Ngày 5/9, hòa chung không khí khai giảng năm học mới trên cả nước, thầy và trò Trường THCS Cát Linh, phường Ô Chợ Dừa, Hà Nội chính thức bước vào năm học 2026-2027 với khí thế phấn khởi, quyết tâm xây dựng môi trường giáo dục tích cực, nuôi dưỡng nhân cách và đánh thức tiềm năng của mỗi học sinh.
Trường THCS Nguyễn Gia Thiều được ghi nhận là đơn vị giáo dục chất lượng cao

Trường THCS Nguyễn Gia Thiều được ghi nhận là đơn vị giáo dục chất lượng cao

Trường THCS Nguyễn Gia Thiều, phường Phúc Lợi, Hà Nội được thành lập theo Quyết định số 986/QĐ-UBND của UBND quận Long Biên ngày 16/3/2023. Hơn 3 năm đi vào hoạt động, trường nhanh chóng khẳng định được vị thế trong giáo dục, đào tạo, luôn lọt top dẫn đầu thành phố về điểm trung bình vào lớp 10.
Trường THCS Dịch Vọng Hậu: Khẳng định vị thế trong kỷ nguyên mới

Trường THCS Dịch Vọng Hậu: Khẳng định vị thế trong kỷ nguyên mới

Thành lập năm 2014, sau hơn một thập kỷ phát triển, Trường THCS Dịch Vọng Hậu (Hà Nội) đã khẳng định được vị thế nhất định trong ngành giáo dục, trở thành cơ sở đào tạo uy tín, chú trọng đổi mới giáo dục toàn diện, hướng tới chuyển đổi số, thích ứng với định hướng phát triển trong kỷ nguyên mới.
NEPCON ASIA 2026: Hơn 200 công nghệ mới hướng tới tương lai sản xuất điện tử

NEPCON ASIA 2026: Hơn 200 công nghệ mới hướng tới tương lai sản xuất điện tử

Từ ngày 27-29/10/2026, NEPCON ASIA 2026 sẽ diễn ra tại Trung tâm Triển lãm & Hội nghị thế giới Thâm Quyến, Trung Quốc. Với diện tích triển lãm 100.000 m², sự kiện hướng tới trở thành điểm kết nối các nhà sản xuất điện tử toàn cầu với những thiết bị, giải pháp sản xuất và công nghệ thế hệ mới.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank đi ngược xu hướng

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank đi ngược xu hướng

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: HDBank dự kiến huy động 20.000 tỷ đồng qua trái phiếu; VPBank đi ngược xu hướng, chất lượng tài sản cải thiện rõ rệt; Vietcombank tuyển gần 200 nhân sự...
US Sugar triển khai đội máy kéo tự lái quy mô lớn trên 255.000 mẫu đất

US Sugar triển khai đội máy kéo tự lái quy mô lớn trên 255.000 mẫu đất

U.S. Sugar, Autonomous Solutions, Inc. (ASI) và Everglades Equipment Group vừa triển khai đội máy kéo tự hành thương mại quy mô lớn tại Mỹ, với 5 máy kéo John Deere được trang bị hệ thống điều hành tự động Mobius®, hoạt động liên tục 24/7 trên vùng canh tác mía rộng khoảng 255.000 mẫu Anh tại Nam Florida.
Trường THPT Nguyễn Gia Thiều 77 năm miệt mài nuôi dưỡng tài năng cho đất nước

Trường THPT Nguyễn Gia Thiều 77 năm miệt mài nuôi dưỡng tài năng cho đất nước

Trong không khí rộn ràng khai trường của ngày 5/9, thầy và trò Trường THPT Nguyễn Gia Thiều trang trọng tổ chức Lễ Khai giảng năm học 2026-2027, chuẩn bị sẵn sàng tinh thần, trí tuệ bước vào một năm học mới, ghi dấu trên hành trình mới của mái trường 77 năm truyền thống.
Nhiều ông lớn bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính

Nhiều ông lớn bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính

Trong bối cảnh lãi suất tăng cao, nhiều ông lớn đầu ngành bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính nhằm đẩy mạnh đầu tư, hướng đến đón đầu làn sóng mới của thị trường.