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
Dữ liệu - nền móng để xây dựng nhà máy tích hợp số

Dữ liệu - nền móng để xây dựng nhà máy tích hợp số

Chuyển đổi số đang mở ra viễn cảnh về những nhà máy có khả năng kết nối toàn diện, nơi con người và các hệ thống AI có thể truy cập tức thời dữ liệu vận hành, thiết kế, bảo trì và sản xuất. Tuy nhiên, để biến viễn cảnh này thành hiện thực, yếu tố quyết định không chỉ nằm ở công nghệ mà trước hết là khả năng tổ chức, kết nối và khai thác dữ liệu một cách chính xác, có ngữ cảnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Sửu nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Sửu nên thận trọng tiền bạc

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 27/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Trang bị kiến thức sức khỏe sinh sản cho giới trẻ: Khi "Chuyện khó, nói to" trở thành chìa khóa tự chủ tương lai

Trang bị kiến thức sức khỏe sinh sản cho giới trẻ: Khi "Chuyện khó, nói to" trở thành chìa khóa tự chủ tương lai

Ngày 25/9/2026, tại Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp (Uneti), Tạp chí Sức khỏe Việt phối hợp cùng Văn phòng đại diện DKT International Inc. tại Hà Nội và Nhà trường đã tổ chức thành công chương trình truyền thông giáo dục sức khỏe tình dục và sức khỏe sinh sản với chủ đề “Chuyện khó, nói to”. Sự kiện thu hút sự tham dự của đại diện lãnh đạo các cơ quan, ban ngành Trung ương và địa phương, các phóng viên báo chí cùng đông đảo các thầy cô giáo và hàng ngàn sinh viên.
AI đưa robot bước vào những công đoạn sản xuất vốn khó áp dụng tự động hóa

AI đưa robot bước vào những công đoạn sản xuất vốn khó áp dụng tự động hóa

Khi sản phẩm không còn nằm đúng vị trí, thay đổi hướng hoặc xuất hiện lẫn với nhiều loại chi tiết khác, những robot vốn được lập trình để làm việc trong môi trường ổn định sẽ gặp giới hạn.
Dữ liệu chuỗi cung ứng có còn là thủ tục tuân thủ đơn thuần?

Dữ liệu chuỗi cung ứng có còn là thủ tục tuân thủ đơn thuần?

Các yêu cầu mới về truy xuất nguồn gốc đang khiến doanh nghiệp không còn có thể xem mã QR, hồ sơ lô hàng hay dữ liệu nhà cung cấp như một thủ tục tuân thủ đơn thuần. Khi được chuẩn hóa và kết nối, dữ liệu từ chuỗi cung ứng có thể trở thành nền tảng để kiểm soát rủi ro, chứng minh trách nhiệm ESG và nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường trong nước lẫn quốc tế.
17,2 tỷ USD FDI: TP.Hồ Chí Minh chuyển từ thu hút vốn sang kiến tạo năng lực công nghệ

17,2 tỷ USD FDI: TP.Hồ Chí Minh chuyển từ thu hút vốn sang kiến tạo năng lực công nghệ

Đạt 17,225 tỷ USD vốn FDI tính đến giữa tháng 9/2026 (vượt 56,6% kế hoạch năm), TP.Hồ Chí Minh đang đứng trước bước ngoặt lớn: chuyển từ đếm con số quy mô vốn sang đo lường năng lực kiến tạo công nghệ, hạ tầng dữ liệu và chuỗi cung ứng lan tỏa cho doanh nghiệp nội địa.
Đối thoại y tế TP.Hồ Chí Minh: Gỡ điểm nghẽn để mở đường cho công nghệ và đầu tư

Đối thoại y tế TP.Hồ Chí Minh: Gỡ điểm nghẽn để mở đường cho công nghệ và đầu tư

Hội nghị Đối thoại Doanh nghiệp - Chính quyền TP.Hồ Chí Minh, chuyên đề lĩnh vực y tế diễn ra sáng 25/9/2026 cho thấy một thực tế: khi hệ thống y tế mở rộng cả về quy mô, không gian và nhu cầu đầu tư, bài toán đặt ra không chỉ là bổ sung nguồn lực mà còn phải tháo gỡ những điểm nghẽn về thủ tục, dữ liệu, trang thiết bị và cơ chế đầu tư.
Cảnh báo về nguy cơ AI vượt tầm kiểm soát của con người

Cảnh báo về nguy cơ AI vượt tầm kiểm soát của con người

Các công ty trí tuệ nhân tạo hàng đầu thế giới ngày 23/9 đã cảnh báo Hội đồng Bảo an Liên hợp quốc về những rủi ro mà AI có thể gây ra cho nhân loại, đồng thời kêu gọi các chính phủ hợp tác để quản lý công nghệ ngày càng mạnh mẽ này.
Ngày hội Đổi mới sáng tạo quốc gia 2026: Kết nối nguồn lực, thúc đẩy công nghệ

Ngày hội Đổi mới sáng tạo quốc gia 2026: Kết nối nguồn lực, thúc đẩy công nghệ

Theo Nghị định số 268/2025/NĐ-CP ngày 14/10/2025 của Chính phủ, ngày 1/10 hằng năm là Ngày hội Đổi mới sáng tạo quốc gia (INNOVATION DAY) do Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì. Quy định này nhằm tạo một dấu mốc thường niên để lan tỏa tinh thần đổi mới sáng tạo trong xã hội, đồng thời thúc đẩy ứng dụng, phát triển và thương mại hóa công nghệ.
Thị trường chứng khoán ngày 25/9: VN Index tăng hơn 10 điểm, cổ phiến họ Vin dẫn dắt nhịp hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 25/9: VN Index tăng hơn 10 điểm, cổ phiến họ Vin dẫn dắt nhịp hồi phục

VN Index tăng 10,02 điểm nhờ sự hồi phục mạnh của nhóm bất động sản và một số cổ phiếu vốn hóa lớn. Tuy nhiên, thanh khoản tiếp tục suy giảm và số mã giảm vẫn áp đảo, cho thấy thị trường chưa hoàn toàn thoát khỏi trạng thái thận trọng.