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
Doozy Robotics mở rộng thị trường robot hình người dùng AI trên toàn cầu

Doozy Robotics mở rộng thị trường robot hình người dùng AI trên toàn cầu

Doozy Robotics, startup robot hình người ứng dụng Physical AI có trụ sở tại Singapore, vừa công bố kế hoạch mở rộng đồng thời tại Mỹ, khu vực GCC và châu Á nhằm thúc đẩy triển khai lực lượng lao động tự động cho các nhà máy trước vòng gọi vốn Series A dự kiến sắp tới.
Lộ diện 16 đội xuất sắc sẽ bước vào vòng Chung kết Robocon Việt Nam 2026

Lộ diện 16 đội xuất sắc sẽ bước vào vòng Chung kết Robocon Việt Nam 2026

Sau hai ngày tranh tài tại vòng Sơ loại (26 - 27/5), Cuộc thi Sáng tạo Robot Việt Nam 2026 (Robocon Việt Nam 2026) đã xác định 16 đội tuyển xuất sắc nhất giành quyền vào vòng Chung kết.
AI và các nền tảng số thực chiến chiếm sóng Sao Khuê 2026

AI và các nền tảng số thực chiến chiếm sóng Sao Khuê 2026

123 giải pháp công nghệ số được vinh danh, cho thấy doanh nghiệp Việt đang chuyển từ cung cấp phần mềm sang kiến tạo hạ tầng vận hành số cho nền kinh tế. Giải thưởng Sao Khuê 2026 không chỉ là sự kiện vinh danh doanh nghiệp, mà khẳng định doanh nghiệp công nghệ số Việt Nam sẽ là lực lượng nòng cốt trong công cuộc chuyển đổi toàn diện quốc gia bằng AI.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/5/2026: Tuổi Tuất tiểu nhân đeo bám, tuổi Thìn nhiều khởi sắc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/5/2026: Tuổi Tuất tiểu nhân đeo bám, tuổi Thìn nhiều khởi sắc

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 29/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 28/5: Cổ phiếu ngân hàng kém sắc, VN Index giảm hơn 10 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 28/5: Cổ phiếu ngân hàng kém sắc, VN Index giảm hơn 10 điểm

VN Index tiếp tục suy yếu khi áp lực bán lan rộng, đặc biệt ở nhóm ngân hàng. Dù VHM tăng trần và nhóm Vin có thời điểm kéo chỉ số hồi phục, lực bán cuối phiên vẫn khiến thị trường đóng cửa trong sắc đỏ.
Sandbox đã mở đường, doanh nghiệp công nghệ Việt còn chờ gì để bứt tốc?

Sandbox đã mở đường, doanh nghiệp công nghệ Việt còn chờ gì để bứt tốc?

Tại Diễn đàn Cấp cao Chuyển đổi số Việt Nam - Châu Á 2026 (Vietnam - Asia DX Summit 2026), một trong những thông điệp đáng chú ý nhất được đưa ra: hành lang pháp lý cho đổi mới sáng tạo và cơ chế sandbox tại Việt Nam cơ bản đã hình thành. Điều này đồng nghĩa, “điểm nghẽn” lớn nhất của chuyển đổi số hiện nay không còn nằm ở câu chuyện thiếu cơ chế, mà nằm ở tốc độ hành động và khả năng đưa chính sách vào thực tiễn.
Trường ĐH Thủ Dầu Một chuyển giao công nghệ tiệt trùng Retort cho doanh nghiệp yến sào

Trường ĐH Thủ Dầu Một chuyển giao công nghệ tiệt trùng Retort cho doanh nghiệp yến sào

Tọa đàm và lễ chuyển giao công nghệ tại Trường Đại học Thủ Dầu Một cho thấy xu hướng gắn nghiên cứu khoa học với nhu cầu doanh nghiệp, thúc đẩy thương mại hóa công nghệ trong lĩnh vực thực phẩm dinh dưỡng. Điểm nhấn của chương trình là chuyển giao công nghệ tiệt trùng Retort trong sản xuất yến hũ từ tổ yến nguyên chất cùng chuỗi hợp tác giữa nhà trường và doanh nghiệp nhằm phát triển hệ sinh thái đổi mới sáng tạo ứng dụng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/5: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/5: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Thị trường chứng khoán bước vào phiên giao dịch ngày 28/5 trong trạng thái thận trọng sau khi VN-Index tiếp tục điều chỉnh và rung lắc mạnh dưới áp lực chốt lời từ nhóm cổ phiếu họ Vingroup. Giới phân tích cho rằng nhà đầu tư cần hạn chế mở mới vị thế mua ở thời điểm hiện tại và ưu tiên quản trị rủi ro trong bối cảnh dòng tiền vẫn phân hóa mạnh.
Chuyển đổi số trong sản xuất: Từ giai đoạn thử nghiệm đến cuộc đua tạo lợi thế cạnh tranh

Chuyển đổi số trong sản xuất: Từ giai đoạn thử nghiệm đến cuộc đua tạo lợi thế cạnh tranh

Ngành sản xuất toàn cầu đang bước vào giai đoạn tăng tốc chuyển đổi số mạnh mẽ, khi các doanh nghiệp không còn xem công nghệ là lựa chọn mang tính thử nghiệm mà là yếu tố sống còn để duy trì năng lực cạnh tranh. Báo cáo “Tình hình Sản xuất năm 2026” của Rockwell Automation cho thấy các nhà sản xuất đang chuyển trọng tâm từ triển khai công nghệ đơn lẻ sang khai thác hiệu quả dữ liệu và trí tuệ vận hành trong hoạt động thực tế.
Viettel và Petrolimex chung tay kiến tạo hạ tầng số và năng lượng xanh

Viettel và Petrolimex chung tay kiến tạo hạ tầng số và năng lượng xanh

Ngày 25/5/2026 tại Hà Nội, Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) tại Hà Nội, Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) và Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam (Petrolimex) đã ký kết thỏa thuận hợp tác chiến lược, đánh dấu bước tiến mới trong hành trình thúc đẩy chuyển đổi số, phát triển hạ tầng công nghệ và chuyển dịch năng lượng xanh của hai doanh nghiệp nhà nước hàng đầu Việt Nam.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc