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 12/5: VN-Index có thể biến động mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/5: VN-Index có thể biến động mạnh

Sau giai đoạn đi lên liên tục, thị trường chứng khoán được dự báo sẽ bước vào nhịp điều chỉnh và giằng co mạnh hơn trong phiên 12/5 khi tâm lý thận trọng gia tăng ở vùng điểm cao. Giới phân tích cho rằng dòng tiền đang có dấu hiệu phân hóa rõ nét, buộc nhà đầu tư cần ưu tiên chiến lược phòng thủ và tránh tâm lý mua đuổi trong ngắn hạn.
Bước tiến mới thúc đẩy chuyển đổi số trong sản xuất dược phẩm sinh học

Bước tiến mới thúc đẩy chuyển đổi số trong sản xuất dược phẩm sinh học

Trong bối cảnh ngành dược phẩm sinh học ngày càng phụ thuộc vào dữ liệu và tự động hóa, hai “ông lớn” công nghệ công nghiệp và khoa học sự sống đã bắt tay nhằm giải quyết một trong những nút thắt lớn nhất của ngành: sự phân mảnh hệ thống. Rockwell Automation và Cytiva vừa công bố nền tảng Figurate SCADA, một hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu được thiết kế để tăng tốc quá trình chuyển đổi số trong sản xuất dược phẩm sinh học.
Đối thủ mới của iPad Pro: Huawei trình làng MatePad Pro Max siêu mỏng 4,7mm

Đối thủ mới của iPad Pro: Huawei trình làng MatePad Pro Max siêu mỏng 4,7mm

Không chỉ sở hữu thân máy mỏng hơn iPad Pro, MatePad Pro Max còn được Huawei trang bị màn hình OLED 13,2 inch, hệ thống 6 loa và viên pin lớn 10.400mAh nhằm phục vụ nhu cầu làm việc lẫn giải trí di động.
Ứng dụng giải pháp cơ điện nông nghiệp thông minh giúp phát triển bền vững ngành nông nghiệp công nghệ cao

Ứng dụng giải pháp cơ điện nông nghiệp thông minh giúp phát triển bền vững ngành nông nghiệp công nghệ cao

Sáng 11/5, Khoa Cơ-Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam tổ chức Hội thảo khoa học “Cơ điện nông nghiệp thông minh: Giải pháp nâng cao hiệu quả và phát triển bền vững”. Sự kiện được tổ chức theo kế hoạch thường niên, hướng tới kỷ niệm 70 năm thành lập Học viện Nông nghiệp Việt Nam, nhằm thúc đẩy chuyển đổi số, đổi mới sáng tạo ngành nông nghiệp trong nước.
Robot Leanbot: rèn luyện học sinh phổ thông học cách đưa AI vào giải quyết bài toán thực tế

Robot Leanbot: rèn luyện học sinh phổ thông học cách đưa AI vào giải quyết bài toán thực tế

Robot Olympiad năm học 2025-2026 là sân chơi nổi bật nằm trong số 5 giải đấu tại Vòng chung kết Cuộc thi Vô địch Quốc gia STEM, AI và Robotics (VSAR) vừa diễn ra sôi nổi tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia (NIC), Khu Công nghệ cao Hòa Lạc, Hà Nội vào ngày 10/5/2026.
Tập đoàn Tân Hoàng Minh "đang làm gì" tại phía Đông Hà Nội?

Tập đoàn Tân Hoàng Minh "đang làm gì" tại phía Đông Hà Nội?

Sau nhiều năm chỉ lựa chọn lõi đô thị Hà Nội để đầu tư, phát triển bất động sản, giới đầu tư bất ngờ trước kế hoạch triển khai một dự án mới của Tập đoàn Tân Hoàng Minh tại khu vực Long Biên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/5/2026: Tuổi Sửu dễ vướng tranh chấp, tuổi Tỵ túi tiền rủng rỉnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/5/2026: Tuổi Sửu dễ vướng tranh chấp, tuổi Tỵ túi tiền rủng rỉnh

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 12/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Mặt trận Tổ quốc Việt Nam là đại diện bảo vệ quyền và lợi ích hợp pháp, chính đáng của Nhân dân

Mặt trận Tổ quốc Việt Nam là đại diện bảo vệ quyền và lợi ích hợp pháp, chính đáng của Nhân dân

Chiều 11/5, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, Đại hội đại biểu toàn quốc Mặt trận Tổ quốc Việt Nam lần thứ XI đã tiến hành phiên trù bị với chủ đề "Đoàn kết - Dân chủ - Đổi mới - Sáng tạo - Phát triển".
Máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ tư “Origin Wukong-180” của Trung Quốc chính thức đi vào hoạt động

Máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ tư “Origin Wukong-180” của Trung Quốc chính thức đi vào hoạt động

Ngày 9/5, máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ tư “Origin Wukong-180” do công ty Origin Quantum của Trung Quốc phát triển đã chính thức đi vào hoạt động và bắt đầu tiếp nhận các tác vụ tính toán lượng tử từ khắp nơi trên thế giới.
Thị trường chứng khoán ngày 11/5: “Đánh úp” cuối phiên, VN Index rơi khỏi mốc 1.900 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 11/5: “Đánh úp” cuối phiên, VN Index rơi khỏi mốc 1.900 điểm

Từ trạng thái hưng phấn đầu ngày, thị trường bất ngờ đảo chiều mạnh trong phiên chiều. VN Index mất gần 20 điểm, sắc đỏ lan rộng và cơ hội tăng điểm chỉ dành cho số ít cổ phiếu có dòng tiền riêng.
vn-web
song-gia-tri