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
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/5: Tận dụng nhịp rung lắc để mua

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/5: Tận dụng nhịp rung lắc để mua

Sau nhịp điều chỉnh mạnh khiến VN-Index lùi về sát mốc 1.900 điểm, các công ty chứng khoán cho rằng thị trường có thể tiếp tục rung lắc và tích lũy trong ngắn hạn trước khi quay lại xu hướng tăng. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị tận dụng các nhịp điều chỉnh để gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt và xu hướng tăng giá tích cực.
Dürr ra mắt robot sơn mới tối ưu cho dây chuyền sơn ô tô

Dürr ra mắt robot sơn mới tối ưu cho dây chuyền sơn ô tô

Dürr vừa giới thiệu thế hệ robot sơn mới EcoRP4 dành cho dây chuyền sơn thân xe ô tô, với thiết kế tay robot bất đối xứng nhằm cải thiện khả năng tiếp cận các khu vực khó thao tác bên trong thân xe.
PVOIL B2B nhận Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam

PVOIL B2B nhận Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam

Công trình “PVOIL B2B - Giải pháp nền tảng số nâng cao hiệu quả quản lý, giao nhận và kiểm soát giao dịch trong chuỗi cung ứng bán buôn xăng dầu” của PVOIL vừa được Petrovietnam trao tặng Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam. Đây được xem là dấu mốc ghi nhận những nỗ lực đổi mới sáng tạo, ứng dụng công nghệ và chuyển đổi số của doanh nghiệp trong lĩnh vực kinh doanh xăng dầu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/5/2026: Tuổi Hợi gặp gỡ quý nhân, tuổi Tý nhiều rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/5/2026: Tuổi Hợi gặp gỡ quý nhân, tuổi Tý nhiều rắc rối

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 20/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Điều gì xảy ra nếu một tổ chức có thể sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng?

Điều gì xảy ra nếu một tổ chức có thể sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng?

Tại Hội nghị Accelerate APAC diễn ra ở Hà Nội, vào ngày 19/5, chuyên gia của Fortinet cho biết, nhiều tổ chức sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng khác nhau. Điều này không những giảm hiệu quả bảo mật, ứng phó sự cố mà còn làm tình hình phức tạp hơn.
Trong nhà máy thông minh, giá trị không nằm ở cánh tay robot mà khả năng biến dữ liệu thành quyết định theo thời gian thực

Trong nhà máy thông minh, giá trị không nằm ở cánh tay robot mà khả năng biến dữ liệu thành quyết định theo thời gian thực

Nhiều doanh nghiệp Việt Nam trong giai đoạn chuyển đổi số, xây dựng hệ thống ERP, dữ liệu lớn và tự động hóa cơ bản đã tích hợp Trí tuệ nhân tạo (AI ) vào các khâu vận hành, tiến tới sản xuất thông minh.
Dự án điện LNG Quỳnh Lập chính thức khởi công hạ tầng kỹ thuật

Dự án điện LNG Quỳnh Lập chính thức khởi công hạ tầng kỹ thuật

Ngày 18/5, tại xã Tân Mai, UBND tỉnh Nghệ An cùng liên danh các nhà đầu tư gồm: Tổng công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam, Công ty TNHH Mía đường Nghệ An và SK Innovation tổ chức Lễ công bố và khởi công hạ tầng kỹ thuật Dự án Nhà máy nhiệt điện LNG Quỳnh Lập. Đây là một trong những dự án năng lượng quy mô lớn nhất khu vực Bắc Trung Bộ hiện nay.
BSR nhận bằng khen với công trình nghiên cứu nhiên liệu phục vụ quốc phòng - an ninh

BSR nhận bằng khen với công trình nghiên cứu nhiên liệu phục vụ quốc phòng - an ninh

Trong khuôn khổ Hội nghị “Khoa học, Công nghệ, Đổi mới sáng tạo và Chuyển đổi số - Động lực để Petrovietnam phát triển bền vững” diễn ra ngày 15/5 tại Đà Nẵng, Petrovietnam đã tổ chức lễ tuyên dương, khen thưởng các tác giả và nhóm tác giả đạt Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam năm 2026.
Triệt phá đường dây sản xuất hơn 4 tấn bột ngọt giả nhãn hiệu Ajinomoto

Triệt phá đường dây sản xuất hơn 4 tấn bột ngọt giả nhãn hiệu Ajinomoto

Phòng Cảnh sát kinh tế Công an TP. Hồ Chí Minh vừa triệt phá đường dây sản xuất, buôn bán bột ngọt giả nhãn hiệu Ajinomoto với quy mô lớn, khởi tố và tạm giam 3 đối tượng liên quan. Bước đầu, cơ quan điều tra xác định nhóm này đã sản xuất, tiêu thụ hơn 4 tấn bột ngọt giả ra thị trường.
Thị trường chứng khoán ngày 19/5: Áp lực chốt lời mạnh xuất hiện ở nhóm dầu khí, VN Index điều chỉnh

Thị trường chứng khoán ngày 19/5: Áp lực chốt lời mạnh xuất hiện ở nhóm dầu khí, VN Index điều chỉnh

Dù VN Index giảm 15 điểm nhưng vẫn kịp rút chân trên MA10 ngày. Thanh khoản tăng mạnh cho thấy áp lực chốt lời dâng cao, nhất là tại nhóm dầu khí, hóa chất, phân bón và một số cổ phiếu doanh nghiệp nhà nước.
vn-web
song-gia-tri