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

ar
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/4: Có thể chốt lời từng phần

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/4: Có thể chốt lời từng phần

VN-Index duy trì đà tăng nhờ lực kéo từ nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, song độ lan tỏa thị trường chưa cải thiện và áp lực rung lắc đang gia tăng khi tiến gần vùng kháng cự. Nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng, có thể chốt lời từng phần và hạn chế mua đuổi.
Hệ thống AI phân tích truyền động tại chỗ, tăng bảo mật dữ liệu cho doanh nghiệp

Hệ thống AI phân tích truyền động tại chỗ, tăng bảo mật dữ liệu cho doanh nghiệp

Trong bối cảnh các doanh nghiệp ngày càng quan tâm đến vấn đề chủ quyền dữ liệu, Siemens vừa giới thiệu giải pháp mới mang tên Drivetrain Analyzer Onsite (DTA Onsite) - hệ thống phân tích hiệu suất truyền động công nghiệp ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), cho phép xử lý toàn bộ dữ liệu ngay tại chỗ thay vì đưa lên đám mây.
DJI Osmo Pocket 4 lộ “át chủ bài”: Quay 4K/240fps - tính năng hiếm thấy ở phân khúc phổ thông

DJI Osmo Pocket 4 lộ “át chủ bài”: Quay 4K/240fps - tính năng hiếm thấy ở phân khúc phổ thông

Trước thềm ra mắt ngày 16/4, DJI Osmo Pocket 4 gây chú ý khi rò rỉ khả năng quay chậm 4K/240fps - một thông số vốn chỉ xuất hiện trên các hệ thống máy quay chuyên nghiệp đắt đỏ, mở ra kỳ vọng lớn cho cộng đồng làm vlog và sáng tạo nội dung.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/4/2026: Tuổi Tý tài lộc rủng rỉnh, tuổi Thân thiếu ổn định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/4/2026: Tuổi Tý tài lộc rủng rỉnh, tuổi Thân thiếu ổn định

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 17/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 16/04: Tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng” trong phiên đáo hạn phái sinh

Thị trường chứng khoán ngày 16/04: Tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng” trong phiên đáo hạn phái sinh

Phiên giao dịch khép lại với mức tăng hơn 19 điểm của VN Index, qua đó đưa chỉ số tiến sát vùng 1.820 điểm. Tuy nhiên, đằng sau sắc xanh của chỉ số là một bức tranh kém đồng thuận khi số mã giảm áp đảo, dòng tiền tiếp tục tập trung vào nhóm trụ, đặc biệt là họ Vingroup, còn phần lớn cổ phiếu midcap và nhiều nhóm ngành khác vẫn giao dịch khá ì ạch.
VAA và ETEK hợp tác đổi mới sáng tạo, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao

VAA và ETEK hợp tác đổi mới sáng tạo, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao

Chiều 15/4, trong khuôn khổ phát triển Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA, lãnh đạo Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã có buổi thăm và làm việc với Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK (ETEK), nhằm thống nhất các chiến lược hợp tác đổi mới sáng tạo, kết nối doanh nghiệp trong lĩnh vực khoa học công nghệ, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa.
Sử dụng VNeID để kiểm tra, xác nhận SIM chính chủ từ 15/4

Sử dụng VNeID để kiểm tra, xác nhận SIM chính chủ từ 15/4

Thông tư số 08/2026/TT-BKHCN của Bộ Khoa học và Công nghệ (Bộ KH&CN) về hướng dẫn việc xác thực thông tin thuê bao di động mặt đất, có hiệu lực từ ngày 15/4/2026. Việc xác thực thông tin thuê bao được triển khai nhằm siết chặt quản lý SIM không chính chủ - một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng tin nhắn rác, cuộc gọi rác và các hành vi lừa đảo trong thời gian qua.
“Chạm nghề phố cổ”: Đánh thức di sản thủ công trong không gian văn hóa Hà Nội

“Chạm nghề phố cổ”: Đánh thức di sản thủ công trong không gian văn hóa Hà Nội

Nhân dịp kỷ niệm 51 năm Ngày Giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước, chiều 15/4, tại Trung tâm Giao lưu Văn hóa Phố cổ Hà Nội, chuỗi hoạt động văn hóa - nghệ thuật với chủ đề “Chạm nghề phố cổ” chính thức khai mạc, mở ra không gian trải nghiệm sinh động về các nghề thủ công truyền thống giữa lòng Thủ đô.
Dấu ấn khoa học - công nghệ trong hành trình

Dấu ấn khoa học - công nghệ trong hành trình 'hồi sinh' mỏ Đại Hùng

Trong bối cảnh ngành dầu khí toàn cầu đối mặt với nhiều thách thức về suy giảm trữ lượng và yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả khai thác, công trình "Nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ có tính sáng tạo đột phá để khôi phục, mở rộng và nâng cao hiệu quả thăm dò khai thác mỏ Đại Hùng" đã nổi lên như một điển hình tiêu biểu của Việt Nam.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/4: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/4: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt

VN-Index vượt mốc 1.800 điểm trong phiên 15/4 nhưng diễn biến thị trường vẫn phân hóa, dòng tiền chủ yếu tập trung ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn trong khi áp lực chốt lời gia tăng ở nhiều ngành. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
song-gia-tri