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
Khi PLC trở thành mục tiêu của hacker

Khi PLC trở thành mục tiêu của hacker

Trong một nhà máy hiện đại, PLC (Programmable Logic Controller) giống như "bộ não". PLC nhận tín hiệu từ hàng nghìn cảm biến, xử lý theo chương trình điều khiển rồi phát lệnh tới động cơ, van, robot, băng tải, lò nung hay dây chuyền đóng gói. Nếu PLC dừng hoạt động, cả dây chuyền có thể ngừng vận hành chỉ trong vài giây.
Trường Đại học Giao thông Vận tải tuyển sinh mã ngành mới - Kỹ thuật robot

Trường Đại học Giao thông Vận tải tuyển sinh mã ngành mới - Kỹ thuật robot

Trường Đại học Giao thông Vận tải công bố ngưỡng đảm bảo chất lượng đầu vào (điểm sàn) tuyển sinh đại học chính quy năm 2026 đối với các phương thức xét tuyển, đồng thời công bố tuyển sinh mã ngành mới - Kỹ thuật robot.
Cuộc "sàng lọc" lớn của ngành robot công nghiệp đã bắt đầu

Cuộc "sàng lọc" lớn của ngành robot công nghiệp đã bắt đầu

Tiêu chuẩn an toàn robot công nghiệp ISO 10218:2025 không chỉ là một bản cập nhật kỹ thuật mà còn được xem là "tấm vé" để các nhà sản xuất tiếp cận thị trường châu Âu trong những năm tới. Khi các quy định mới chuẩn bị có hiệu lực, khoảng cách giữa những doanh nghiệp đã sẵn sàng và các nhà sản xuất chậm thích ứng ngày càng trở nên rõ rệt.
Thắp sáng niềm đam mê khoa học tại trại hè khoa học lớn nhất trường chuyên Amsterdam

Thắp sáng niềm đam mê khoa học tại trại hè khoa học lớn nhất trường chuyên Amsterdam

Science Camp là trại hè khoa học thường niên dành cho các em nhỏ 6-13 tuổi được tổ chức bởi CLB Society of Open Science - CLB Khoa học lớn nhất trực thuộc trường THPT Chuyên Hà Nội - Amsterdam.
Đại học Công nghiệp Hà Nội giảm 1 điểm sàn ngành Điều khiển và Tự động hóa, mở rộng cơ hội xét tuyển

Đại học Công nghiệp Hà Nội giảm 1 điểm sàn ngành Điều khiển và Tự động hóa, mở rộng cơ hội xét tuyển

Hội đồng tuyển sinh đại học, Đại học Công nghiệp Hà Nội thông báo ngưỡng đảm bảo chất lượng đầu vào (điểm sàn) và quy tắc quy đổi điểm xét tuyển, điểm trúng tuyển của các phương thức xét tuyển đại học chính quy năm 2026.
Thị trường chứng khoán ngày 7/7: VN Index bất ngờ “lội ngược dòng” nhờ cổ phiếu chứng khoán

Thị trường chứng khoán ngày 7/7: VN Index bất ngờ “lội ngược dòng” nhờ cổ phiếu chứng khoán

Áp lực bán có lúc đã khiến VN Index mất 18 điểm, nhưng lực cầu bắt đáy cùng kỳ vọng vào kết quả kinh doanh quý II đã giúp nhóm chứng khoán dẫn dắt thị trường đảo chiều thành công. Tuy nhiên, thanh khoản thấp cho thấy nhà đầu tư vẫn chưa sẵn sàng xuống tiền mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/7/2026: Tuổi Mão đón cơ hội tài lộc, tuổi Tuất cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/7/2026: Tuổi Mão đón cơ hội tài lộc, tuổi Tuất cần tránh nóng vội

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 8/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tài lộc, tình duyên và sức khỏe.
Gia Lai sẵn sàng cho Hội nghị VCCA 2026

Gia Lai sẵn sàng cho Hội nghị VCCA 2026

Sáng 7/7, cuộc họp trực tuyến giữa các đầu cầu gồm Sở Khoa học và Công nghệ Gia Lai, Trường Đại học Quy Nhơn, Hội Tự động hóa Việt Nam cùng các đơn vị liên quan đã diễn ra nhằm rà soát, kiểm tra các nội dung chuẩn bị cho Hội nghị và Triển lãm quốc tế về điều khiển, Tự động hóa lần thứ 8- VCCA 2026.
Du lịch Việt Nam đón 12,2 triệu khách quốc tế sau nửa đầu năm 2026, đạt gần 49% kế hoạch

Du lịch Việt Nam đón 12,2 triệu khách quốc tế sau nửa đầu năm 2026, đạt gần 49% kế hoạch

Trong 6 tháng đầu năm 2026, Việt Nam đón khoảng 12,2 triệu lượt khách quốc tế, tăng 14,8% so với cùng kỳ năm trước và hoàn thành gần 49% kế hoạch cả năm.
5 tiêu chí phân biệt nền tảng MOM hiện đại với hệ thống "bình mới rượu cũ"

5 tiêu chí phân biệt nền tảng MOM hiện đại với hệ thống "bình mới rượu cũ"

Trong bối cảnh các nhà sản xuất trên toàn cầu đẩy mạnh đầu tư vào nhà máy thông minh, câu hỏi về một nền tảng Quản lý vận hành sản xuất (MOM) hiện đại đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, nếu hỏi 10 lãnh đạo sản xuất, rất có thể sẽ nhận được 10 câu trả lời khác nhau. Người cho rằng điện toán đám mây là yếu tố quyết định, người nhấn mạnh trí tuệ nhân tạo (AI), trong khi người khác lại xem trải nghiệm di động là tiêu chuẩn của sự hiện đại.
vn-web
song-gia-tri