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

trien-lam-quoc-te
Tin bài khác
Tư duy chấp nhận rủi ro trong đầu tư phát triển công nghệ cao ở Việt Nam

Tư duy chấp nhận rủi ro trong đầu tư phát triển công nghệ cao ở Việt Nam

Đầu tư phát triển công nghệ cao đòi hỏi vốn đầu tư lớn, nhân lực trình độ cao, quy trình đầu tư khoa học và tạo lợi ích to lớn nhưng thường có rủi ro, gây thiệt hại cho chủ thể. Điều này cản trở đáng kể đến quyết tâm đầu tư công nghệ cao kể cả ở Việt Nam từ nhà nước và doanh nghiệp nên chưa huy động được nhiều nguồn lực vào phát triển công nghệ cao.
Nhận định phiên giao dịch ngày 03/4: Thị trường cần thêm thời gian tích lũy trước khi có đột phá

Nhận định phiên giao dịch ngày 03/4: Thị trường cần thêm thời gian tích lũy trước khi có đột phá

Thị trường hiện vẫn cần thêm thời gian để tích lũy trước khi có thể tạo ra đột phá mới. Các nhà đầu tư nên duy trì sự kiên nhẫn và linh hoạt trong chiến lược giao dịch, đồng thời luôn sẵn sàng ứng phó với các kịch bản khác nhau có thể xảy ra. Việc quản lý rủi ro chặt chẽ và tuân thủ kỷ luật đầu tư sẽ là yếu tố then chốt giúp vượt qua giai đoạn thị trường nhiều biến động này.
Chủ tịch T&T Group: Đưa Vietravel Airlines bứt phá, trở thành hãng hàng không TOP đầu Việt Nam

Chủ tịch T&T Group: Đưa Vietravel Airlines bứt phá, trở thành hãng hàng không TOP đầu Việt Nam

Ông Đỗ Quang Hiển – Nhà sáng lập, Chủ tịch Điều hành Tập đoàn T&T Group chia sẻ, với vai trò là cổ đông lớn, cổ đông chiến lược của Vietravel Airlines, Tập đoàn T&T Group cam kết sẽ tiếp tục tiếp nối truyền thống tốt đẹp và các thành tích mà Vietravel Airlines đã đạt được.
KCN Dốc Đá Trắng – "Cứ điểm" chiến lược mới của Viglacera

KCN Dốc Đá Trắng – "Cứ điểm" chiến lược mới của Viglacera

Với quy mô lên tới 288ha và tổng vốn đầu tư hơn 1.807 tỷ đồng, Dự án Đầu tư Xây dựng và Kinh doanh Kết cấu Hạ tầng Khu công nghiệp (KCN) Dốc Đá Trắng không chỉ là một dự án đơn thuần mà còn là "cứ điểm" chiến lược mới của Viglacera tại miền Trung.
Khai mạc Hội chợ Thương mại Quốc tế Việt Nam - Vietnam Expo 2025

Khai mạc Hội chợ Thương mại Quốc tế Việt Nam - Vietnam Expo 2025

Tiếp nối thành công của các kỳ hội chợ trước, Vietnam Expo 2025 đã thu hút sự tham gia của khoảng 400 doanh nghiệp từ 18 quốc gia và vùng lãnh thổ, với quy mô trên 500 gian hàng.
Thị trường chứng khoán ngày 02/4: VN Index vượt khó, thanh khoản tăng mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 02/4: VN Index vượt khó, thanh khoản tăng mạnh

VN Index duy trì được đà tăng từ đầu phiên, tăng nhẹ 0,5 điểm lên 1.317,83 điểm, bất chấp áp lực bán ròng mạnh từ khối ngoại. Thanh khoản tăng vọt lên gần 19,3 nghìn tỷ đồng trên sàn HOSE cho thấy sự sôi động trở lại của dòng tiền nội.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/4/2025: Tuổi Mão gây hao tài tốn của, tuổi Tỵ gặp được quý nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/4/2025: Tuổi Mão gây hao tài tốn của, tuổi Tỵ gặp được quý nhân

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 3/4/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Ứng dụng AI để quản lý giao thông thông minh

Ứng dụng AI để quản lý giao thông thông minh

Giao thông Hà Nội đang phải đối mặt với những thách thức ngày càng lớn. Mật độ phương tiện cao, ý thức tham gia giao thông chưa đồng đều, trong khi các giải pháp quản lý truyền thống ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế. Do đó, để kiểm soát tình trạng này thì giải pháp chính là ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI).
Mua lại Altair Engineering, Siemens mở rộng danh mục phần mềm công nghiệp

Mua lại Altair Engineering, Siemens mở rộng danh mục phần mềm công nghiệp

Tập đoàn Siemens mới đây ra công bố đã hoàn tất việc mua lại Altair Engineering Inc., một nhà cung cấp phần mềm hàng đầu trong thị trường mô phỏng và phân tích công nghiệp, với giá trị doanh nghiệp khoảng 10 tỷ USD. Thương vụ này củng cố vị thế của Siemens như một công ty công nghệ hàng đầu và mở rộng danh mục phần mềm công nghiệp của mình.
Tổng Bí thư chỉ đạo triển khai thực hiện có hiệu quả Nghị quyết số 57

Tổng Bí thư chỉ đạo triển khai thực hiện có hiệu quả Nghị quyết số 57

Theo Tổng Bí thư Tô Lâm, phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số là lựa chọn bắt buộc, là con đường duy nhất để đưa đất nước phát triển và nâng cao đời sống cho nhân dân.
siement
Quảng cáo
moxa