acecook

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

mca
Tin bài khác
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV tiên phong hợp tác với WMI

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV tiên phong hợp tác với WMI

Tuần qua, 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, chiến lược nhân sự như: BIDV tiên phong hợp tác với WMI; MBBank lãi hơn 21.400 tỷ đồng...
Đào tạo số - Chìa khóa chiến lược cho tương lai bán dẫn

Đào tạo số - Chìa khóa chiến lược cho tương lai bán dẫn

Đặt mục tiêu giành lại vị thế trong ngành bán dẫn toàn cầu, Hoa Kỳ giờ đây đối mặt với một thách thức khác - không phải ở công nghệ, mà ở con người. Theo Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn (SIA), đến năm 2030, Mỹ sẽ thiếu hơn 67.000 kỹ thuật viên vận hành nhà máy, lực lượng cốt lõi để duy trì hoạt động của các “fab” chip. Trong bối cảnh nhu cầu nhân lực am hiểu kỹ thuật số, mô phỏng và trí tuệ nhân tạo trở nên cấp bách, đào tạo số (Virtual Training) đang nổi lên như “bước nhảy thế hệ”, mở ra hướng tiếp cận mới trong đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cho ngành bán dẫn Mỹ.
Năm nguồn lực cơ bản cho phòng chống thiên tai

Năm nguồn lực cơ bản cho phòng chống thiên tai

Việt Nam là đất nước có hình chữ S, bờ biển dài 3.440 km, có vị trí địa lý độc đáo và thuận lợi ở biển Đông và Đông Nam Á. Tuy nhiên, việc nằm trong vành đai gió mùa Đông Nam Á cùng với địa hình đa dạng đồng nghĩa với việc Việt Nam là một trong những đất nước có vốn tài nguyên chịu nhiều thiên tai nhất trên thế giới và phải hứng chịu nhiều loại hình thiên tai khác nhau như bão, áp thấp nhiệt đới và cháy rừng, đặc biệt là lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, sạt lở đất,…
Phó Chủ tịch Thường trực Dương Đức Tuấn đảm nhiệm điều hành UBND TP Hà Nội

Phó Chủ tịch Thường trực Dương Đức Tuấn đảm nhiệm điều hành UBND TP Hà Nội

Ông Dương Đức Tuấn, Phó Chủ tịch Thường trực UBND TP Hà Nội sẽ thay mặt Chủ tịch UBND TP Hà Nội Trần Sỹ Thanh lãnh đạo, chỉ đạo thực hiện các công việc của UBND TP Hà Nội từ ngày 8/11/2025.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/11/2025: Tuổi Sửu công việc thuận lợi, Tuổi Mão chịu nhiều áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/11/2025: Tuổi Sửu công việc thuận lợi, Tuổi Mão chịu nhiều áp lực

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 08/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 7/11: Thị trường “lao dốc”, VN Index mất mốc tâm lý 1.600 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 7/11: Thị trường “lao dốc”, VN Index mất mốc tâm lý 1.600 điểm

Phiên giao dịch ngày 7/11 khép lại với cú “lao dốc” bất ngờ của thị trường. Lực bán áp đảo khiến VN Index lao thẳng xuống dưới mốc 1.600 điểm, tạo cây nến đỏ dài nhất trong tuần. Thanh khoản dù tăng mạnh nhưng dòng tiền bắt đáy vẫn “mất hút”, báo hiệu nhịp điều chỉnh chưa kết thúc.
Liên hiệp hội Việt Nam phát huy vai trò đội ngũ trí thức, đóng góp ý kiến Dự thảo Văn kiện Đại hội XIV của Đảng

Liên hiệp hội Việt Nam phát huy vai trò đội ngũ trí thức, đóng góp ý kiến Dự thảo Văn kiện Đại hội XIV của Đảng

Hội thảo “Góp ý Dự thảo các Văn kiện trình Đại hội XIV của Đảng” do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức sáng 7/11 tại Hà Nội là dịp để đội ngũ trí thức, nhà khoa học trong cả nước phát huy trí tuệ, đóng góp ý kiến tâm huyết nhằm hoàn thiện các văn kiện định hướng chiến lược cho giai đoạn phát triển mới của đất nước.
Robot hình người đầu tiên rước đuốc ở Trung Quốc

Robot hình người đầu tiên rước đuốc ở Trung Quốc

Trong một sự giao thoa ấn tượng giữa thể thao và công nghệ, một robot hình người tên "Kuavo" do Leju Robot phát triển đã có màn ra mắt lịch sử với tư cách là người rước đuốc đặc biệt trong lễ rước đuốc cho Đại hội Thể thao Quốc gia lần thứ 15 của Trung Quốc vào Chủ nhật, tượng trưng cho một bước nhảy vọt quan trọng của ngành công nghiệp trí tuệ nhân tạo (embodied intelligence) của nước này.
Đâu là cơ hội để doanh nghiệp khoa học công nghệ có thể bứt phá?

Đâu là cơ hội để doanh nghiệp khoa học công nghệ có thể bứt phá?

Ngay sau khi Luật KH&CN năm 2013 được ban hành, nhiều nghị định và thông tư hướng dẫn đã ra đời như Nghị định 95/2014/NĐ-CP, Nghị định 13/2019/NĐ-CP. Tuy nhiên, qua các giai đoạn tổng kết, kết quả vẫn chưa đạt con số như kỳ vọng.
AI đang mở ra một giai đoạn phát triển mới cho giáo dục nghề nghiệp Việt Nam

AI đang mở ra một giai đoạn phát triển mới cho giáo dục nghề nghiệp Việt Nam

Ngày 06/11, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam phối hợp cùng Viện Nghiên cứu Giáo dục Nghề nghiệp tổ chức hội thảo “Ứng dụng các công cụ AI (trí tuệ nhân tạo) trong phát triển giáo dục nghề nghiệp”.
song-gia-tri