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
Phần mềm trung gian trở thành “bộ não” mới của nhà máy

Phần mềm trung gian trở thành “bộ não” mới của nhà máy

Trong nhiều nhà máy hiện đại, chương trình PLC luôn được quản lý chặt chẽ với lịch sử thay đổi, hồ sơ nghiệm thu và quy trình phê duyệt rõ ràng. Tuy nhiên, khi xem xét các thành phần như máy chủ OPC, bộ môi giới MQTT, cấu trúc chủ đề hay bản đồ dữ liệu, nhiều doanh nghiệp lại không có tài liệu quản lý đầy đủ. Những cấu hình quan trọng này thường chỉ tồn tại trong bảng tính hoặc kinh nghiệm của một vài kỹ sư, dù chúng đang quyết định cách dữ liệu được xử lý và luân chuyển trong toàn bộ hệ thống sản xuất.
Hydrogen mở ra cơ hội hình thành ngành công nghiệp năng lượng sạch mới cho Việt Nam

Hydrogen mở ra cơ hội hình thành ngành công nghiệp năng lượng sạch mới cho Việt Nam

Việt Nam sở hữu nhiều lợi thế để phát triển ngành công nghiệp hydrogen nhờ tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo, nền tảng của ngành dầu khí và định hướng chuyển dịch năng lượng xanh. Tuy nhiên, để biến tiềm năng thành lợi thế cạnh tranh, các chuyên gia cho rằng cần sớm tháo gỡ những rào cản về hạ tầng, công nghệ, cơ chế chính sách và đẩy mạnh nghiên cứu các nguồn hydrogen mới, đặc biệt là hydrogen tự nhiên (hydrogen trắng).
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/7: Thận trọng, hạn chế mở thêm vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/7: Thận trọng, hạn chế mở thêm vị thế mua mới

VN-Index có phiên tăng thứ hai liên tiếp và lấy lại mốc 1.700 điểm, song đà phục hồi vẫn thiếu những tín hiệu xác nhận về xu hướng khi thanh khoản suy giảm và dòng tiền chủ yếu tập trung vào nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mở thêm vị thế mua mới và cân nhắc giảm tỷ trọng khi chỉ số tiến vào vùng kháng cự.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm phát biểu chỉ đạo tại Hội nghị toàn quốc quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Hội nghị Trung ương 3

Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm phát biểu chỉ đạo tại Hội nghị toàn quốc quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Hội nghị Trung ương 3

Sáng 29/7, Bộ Chính trị tổ chức Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Hội nghị lần thứ ba Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XIV. Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đã có bài phát biểu chỉ đạo quan trọng. Tạp chí Tự động hoá Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn bài phát biểu của đồng chí Tổng Bí thư, Chủ tịch nước.
Thị trường chứng khoán ngày 29/7: Nhóm Vin trở lại vai trò đầu tàu, VN Index vượt mốc 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 29/7: Nhóm Vin trở lại vai trò đầu tàu, VN Index vượt mốc 1.700 điểm

Hai phiên tăng liên tiếp giúp VN Index thoát khỏi vùng quá bán và lấy lại mốc 1.700 điểm. Tuy nhiên, phía sau sắc xanh là việc thị trường vẫn chủ yếu được nâng đỡ bởi nhóm Vin, còn dòng tiền vẫn chưa thực sự trở lại.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/7/2026: Tuổi Hợi đón quý nhân nâng đỡ, tuổi Thìn cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/7/2026: Tuổi Hợi đón quý nhân nâng đỡ, tuổi Thìn cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

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 30/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Ứng dụng thiết bị một cổng Single-site trên robot thế hệ mới trong điều trị ung thư

Ứng dụng thiết bị một cổng Single-site trên robot thế hệ mới trong điều trị ung thư

Tâm Anh là bệnh viện đầu tiên tại Việt Nam ứng dụng thiết bị một cổng Single-site trên robot thế hệ mới điều trị ung thư tuyến tiền liệt, nhân đôi hiệu quả.
Công ty TNHH Xây dựng và Giải pháp Năng lượng Thông minh tuyển dụng kỹ sư điện

Công ty TNHH Xây dựng và Giải pháp Năng lượng Thông minh tuyển dụng kỹ sư điện

Công ty TNHH Xây dựng và giải pháp Năng lượng Thông minh (INS Engineering) tuyển dụng những bạn trẻ năng động, mong muốn học hỏi và phát triển cùng đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm, hỗ trợ các dự án nghiên cứu liên kết lưới điện và năng lượng tái tạo tại thị trường Mỹ, Châu Âu. Tạo nền tàng cho sự phát triển của Châu Á sắp tới.
Thiết bị IoT công nghiệp hết vòng đời: “Điểm mù” an ninh mạng mà doanh nghiệp không thể bỏ qua

Thiết bị IoT công nghiệp hết vòng đời: “Điểm mù” an ninh mạng mà doanh nghiệp không thể bỏ qua

Trong quá trình chuyển đổi số, nhiều nhà máy vẫn duy trì vận hành các thiết bị IoT công nghiệp đã hết vòng đời (End of Life - EOL) nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư. Dù vẫn hoạt động ổn định, những thiết bị này lại đang trở thành một trong những điểm yếu lớn nhất của hệ thống an ninh mạng công nghiệp khi không còn được nhà sản xuất cung cấp bản vá bảo mật hay hỗ trợ kỹ thuật.
Có gì đáng chú ý trên 2 mẫu xe điện vừa trình làng của Honda và Yamaha

Có gì đáng chú ý trên 2 mẫu xe điện vừa trình làng của Honda và Yamaha

Trong khuôn khổ sự kiện giới thiệu sản phẩm mới tại thị trường Ấn Độ ngày 24/7, Honda đã công bố mẫu xe máy điện thuần túy QC3, song song với 9 nền tảng xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.
song-gia-tri