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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
VAA nhìn lại 8 tháng hoạt động, xác định trọng tâm cho chặng đường phía trước

VAA nhìn lại 8 tháng hoạt động, xác định trọng tâm cho chặng đường phía trước

Sau 8 tháng đầu nhiệm kỳ 2025 - 2030, Hội Tự động hoá Việt Nam đã triển khai nhiều hoạt động nổi bật trong lĩnh vực khoa học công nghệ, kết nối doanh nghiệp, hợp tác quốc tế và phát triển hội viên. Bên cạnh những kết quả đạt được, Hội cũng thẳng thắn nhìn nhận những hạn chế trong một số hoạt động, qua đó xác định các trọng tâm nhằm củng cố nội lực, nâng cao hiệu quả hoạt động và từng bước xây dựng hệ sinh thái tự động hoá gắn kết chặt chẽ giữa Nhà nước, nhà khoa học, doanh nghiệp.
Phenikaa-X tham gia Dự án thử nghiệm xe buýt tự hành, robotaxi và robot giao hàng tại Hòa Lạc

Phenikaa-X tham gia Dự án thử nghiệm xe buýt tự hành, robotaxi và robot giao hàng tại Hòa Lạc

Hà Nội cho phép Công ty cổ phần Phenikaa-X thử nghiệm có kiểm soát hệ thống giao thông tự hành thông minh tại Khu Công nghệ cao Hòa Lạc và Đại học Quốc gia Hà Nội cơ sở Hòa Lạc trong 24 tháng.
Kỳ 5: VinFast và bài học công nghiệp Việt Nam

Kỳ 5: VinFast và bài học công nghiệp Việt Nam

Một chiếc xe điện khi lăn bánh trên phố được coi là sản phẩm tiêu dùng. Nhưng ở tầng sâu hơn, nó là bản tổng phổ của một nền công nghiệp ô tô gồm thân vỏ, pin, điện tử công suất, phần mềm, dây chuyền, tiêu chuẩn, chuỗi cung ứng và năng lực học hỏi dưới áp lực toàn cầu. VinFast, vì thế, không chỉ bán xe. Nó đặt ra một câu hỏi khó về tầm vóc công nghiệp Việt Nam.
Hà Nội rộn ràng trước thềm 2/9: Sân khấu ngoài trời, triển lãm ảnh, chiếu phim và loạt không gian sáng tạo

Hà Nội rộn ràng trước thềm 2/9: Sân khấu ngoài trời, triển lãm ảnh, chiếu phim và loạt không gian sáng tạo

Hướng tới kỷ niệm 81 năm Quốc khánh, Hà Nội liên tục tổ chức các chương trình nghệ thuật, chiếu phim, triển lãm, trưng bày sách báo và không gian sáng tạo, trải rộng từ khu vực trung tâm đến nhiều xã, phường.
Hạt sáng mùa Vu Lan báo hiếu

Hạt sáng mùa Vu Lan báo hiếu

Bên Vườn Táo Cổ ven sông Hồng, đêm Vu Lan trở thành cuộc hội ngộ của trà Việt, âm nhạc, thi ca và những nghi thức tri ân. Hoa đăng theo dòng nước, ánh đèn mang theo lời nguyện ước, còn chén trà đưa người dự trở về với chữ Hiếu, nguồn cội và những giá trị bền vững của văn hóa Việt.
Công nghiệp công nghệ số tăng tốc, doanh thu tháng 8 đạt hơn 680.000 tỷ đồng

Công nghiệp công nghệ số tăng tốc, doanh thu tháng 8 đạt hơn 680.000 tỷ đồng

Doanh thu công nghiệp công nghệ số tháng 8/2026 ước đạt 680.586 tỷ đồng, tăng 36% so với cùng kỳ năm 2025.
Phú Xuyên

Phú Xuyên 'mở khóa' quản trị trường học bằng dữ liệu và AI

Ngày 28/8/2026, gần 4.000 cán bộ quản lý, giáo viên, nhân viên của ngành Giáo dục bốn xã Phú Xuyên, Phượng Dực, Chuyên Mỹ và Đại Xuyên cùng tham gia chương trình bồi dưỡng trực tiếp kết hợp trực tuyến, khởi động một chiến lược vận hành mới cho năm học 2026-2027.
CNS thúc đẩy hệ sinh thái bán dẫn, đưa nghiên cứu từ phòng lab đến thị trường

CNS thúc đẩy hệ sinh thái bán dẫn, đưa nghiên cứu từ phòng lab đến thị trường

Ngày 28/8, tại TP.Hồ Chí Minh, Tổng Công ty Công nghiệp Sài Gòn - TNHH Một thành viên (CNS) ký kết các biên bản ghi nhớ hợp tác với doanh nghiệp, liên minh phát triển nguồn nhân lực bán dẫn và các trường đại học, mở rộng liên kết trong khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số. Điểm đáng chú ý là định hướng đưa nghiên cứu gắn trực tiếp với bài toán sản xuất, đào tạo nhân lực bán dẫn và từng bước thương mại hóa các sản phẩm công nghệ “Make in Vietnam”.
Hai Phó Chủ tịch VAA tham gia Ban Chấp hành Liên hiệp Hội Việt Nam khóa IX

Hai Phó Chủ tịch VAA tham gia Ban Chấp hành Liên hiệp Hội Việt Nam khóa IX

Sáng 28/8, Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) chính thức khai mạc tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, với chủ đề “Đoàn kết - Sáng tạo - Đột phá - Phát triển”.
Thị trường chứng khoán ngày 28/8: Thị trường thận trọng trước kỳ nghỉ, SSB tăng trần giữa phiên phân hóa

Thị trường chứng khoán ngày 28/8: Thị trường thận trọng trước kỳ nghỉ, SSB tăng trần giữa phiên phân hóa

VN Index gần như đứng im ở vùng 1.832 điểm khi nhà đầu tư hạn chế hành động trước kỳ nghỉ lễ. Trong bức tranh trầm lắng đó, SSB bất ngờ tăng trần trở thành điểm sáng hiếm hoi của thị trường.