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
Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị Trung ương 3 khóa XIV

Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị Trung ương 3 khóa XIV

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại phiên khai mạc Hội nghị lần thứ 3 Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XIV.
Thị trường chứng khoán ngày 20/7: Hàng loạt cổ phiếu giảm sâu, VN Index “bốc hơi” gần 44 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 20/7: Hàng loạt cổ phiếu giảm sâu, VN Index “bốc hơi” gần 44 điểm

Áp lực bán giải chấp lan rộng khiến thị trường khởi đầu tuần mới bằng một phiên giảm sâu. VN Index mất gần 44 điểm, hàng loạt cổ phiếu giảm sàn, trong khi lực cầu bắt đáy chỉ xuất hiện khi chỉ số rơi về vùng giá thấp.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/7/2026: Tuổi Mão đón nhiều cơ hội mới, tuổi Tuất nên thận trọng trong các mối quan hệ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/7/2026: Tuổi Mão đón nhiều cơ hội mới, tuổi Tuất nên thận trọng trong các mối quan hệ

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 21/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Xây dựng khung hoạch định chuyển động kết hợp cho robot di động ba bánh dựa trên thuật toán A cải tiến và điều khiển dự đoán mô hình phi tuyến

Xây dựng khung hoạch định chuyển động kết hợp cho robot di động ba bánh dựa trên thuật toán A cải tiến và điều khiển dự đoán mô hình phi tuyến

Nghiên cứu đề xuất một khung hoạch định chuyển động lai cho robot di động ba bánh, kết hợp thuật toán A* cải tiến cho hoạch định đường đi toàn cục và bộ điều khiển dự báo mô hình phi tuyến (NMPC) cho hoạch định cục bộ.
Ước lượng hệ số lấp đầy và độ dẫn nhiệt tương đương của lớp cách điện trong cuộn dây công tắc tơ AC dựa trên nhiệt độ điểm nóng và mạng nơ-ron Bayesian

Ước lượng hệ số lấp đầy và độ dẫn nhiệt tương đương của lớp cách điện trong cuộn dây công tắc tơ AC dựa trên nhiệt độ điểm nóng và mạng nơ-ron Bayesian

Nghiên cứu đề xuất phương pháp sử dụng mạng nơ-ron Bayesian để ước lượng không xâm lấn hệ số lấp đầy và độ dẫn nhiệt tương đương của lớp cách điện trong cuộn dây công tắc tơ AC dựa trên nhiệt độ điểm nóng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/7: Loại bỏ các cổ phiếu yếu kém về giá

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/7: Loại bỏ các cổ phiếu yếu kém về giá

Thị trường chứng khoán khép lại tuần giao dịch với diễn biến kém tích cực khi VN-Index ghi nhận tuần giảm điểm thứ ba liên tiếp, đánh mất mốc tâm lý 1.800 điểm. Trong bối cảnh dòng tiền vẫn thận trọng và khối ngoại duy trì bán ròng, các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư chủ động cơ cấu danh mục, loại bỏ các cổ phiếu có diễn biến giá yếu và ưu tiên nắm giữ những doanh nghiệp có triển vọng lợi nhuận tích cực.
Cải thiện khả năng bám quỹ đạo của robot di động đa hướng trước nhiễu và bất định bằng điều khiển chế độ trượt kết hợp bộ quan sát Super-Twisting

Cải thiện khả năng bám quỹ đạo của robot di động đa hướng trước nhiễu và bất định bằng điều khiển chế độ trượt kết hợp bộ quan sát Super-Twisting

Robot di động bốn bánh Mecanum được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng chuyển động đa hướng mà không cần thay đổi hướng thân xe.
Bốn nhà cùng hội tụ vì sự phát triển của ngành Tự động hóa Việt Nam

Bốn nhà cùng hội tụ vì sự phát triển của ngành Tự động hóa Việt Nam

Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026 - AT EXPO 2026) diễn ra tại Trường Đại học Quy Nhơn (tỉnh Gia Lai) quy tụ đông đảo nhà khoa học, chuyên gia, doanh nghiệp và sinh viên trong lĩnh vực điều khiển, tự động hóa, robot, AI và công nghệ bán dẫn. Phóng sự ảnh ghi lại những dấu ấn nổi bật xuyên suốt sự kiện, từ khâu đón tiếp đại biểu đến các phiên hội thảo chuyên đề, triển lãm công nghệ và lễ bế mạc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/7/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/7/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

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 20/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VCCA 2026: Khi sinh viên tự tin bước lên diễn đàn khoa học lớn

VCCA 2026: Khi sinh viên tự tin bước lên diễn đàn khoa học lớn

Không chỉ ghi dấu ấn với 18 sinh viên đến từ nhiều trường đại học trên cả nước là tác giả chính của các báo cáo khoa học, VCCA 2026 còn thu hút đông đảo sinh viên tham dự để lắng nghe, học hỏi và kết nối với các chuyên gia, nhà khoa học trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa. Từ diễn đàn khoa học này, tinh thần nghiên cứu, đổi mới sáng tạo đang được lan tỏa mạnh mẽ tới thế hệ kỹ sư trẻ. Đây cũng là minh chứng cho sức hút ngày càng lớn của VCCA và sự trưởng thành của lực lượng nghiên cứu sinh viên trong các lĩnh vực điều khiển, tự động hóa, trí tuệ nhân tạo và năng lượng xanh, sẵn sàng hội nhập với cộng đồng khoa học trong nước và quốc tế.
vn-web
song-gia-tri