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
BIDV - Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG

BIDV - Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG

Vừa qua, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) được vinh danh trong Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG tại Việt Nam năm 2026.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/10: Hạ tỷ trọng trong các nhịp hồi kỹ thuật

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/10: Hạ tỷ trọng trong các nhịp hồi kỹ thuật

VN-Index hồi phục nhẹ trong phiên 20/10 nhờ lực cầu bắt đáy cuối phiên, nhưng các chỉ báo kỹ thuật vẫn cho thấy xu hướng ngắn hạn suy yếu. Nhà đầu tư được khuyến nghị tận dụng các nhịp hồi kỹ thuật để cơ cấu danh mục, hạ tỷ trọng cổ phiếu và hạn chế sử dụng đòn bẩy khi thị trường chưa xác nhận tạo đáy.
Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index thoát hiểm cuối phiên nhưng dòng tiền vẫn dè dặt

Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index thoát hiểm cuối phiên nhưng dòng tiền vẫn dè dặt

Tưởng chừng thị trường tiếp tục chìm trong sắc đỏ khi VN Index có lúc mất hơn 10 điểm, nhưng lực cầu cuối phiên đã kéo chỉ số trở lại. Cổ phiếu thép và xây dựng đồng loạt khởi sắc, dù dòng tiền vẫn chưa đủ mạnh để tạo cú bứt phá.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026: Tuổi Thìn gặp thời thuận lợi, tuổi Tý cần thận trọng trong quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026: Tuổi Thìn gặp thời thuận lợi, tuổi Tý cần thận trọng trong quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026 dự báo những chuyển biến đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Trong khi một số tuổi có cơ hội khẳng định năng lực, mở rộng các mối quan hệ, những tuổi khác nên dành thêm thời gian cân nhắc trước các quyết định quan trọng. Giữ tinh thần chủ động, biết lắng nghe và sắp xếp công việc hợp lý sẽ giúp mỗi con giáp tận dụng tốt hơn những cơ hội trong ngày.
IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027: Tìm giải pháp tiết kiệm năng lượng cho xe tự hành

IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027: Tìm giải pháp tiết kiệm năng lượng cho xe tự hành

Cuộc thi IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027 đặt ra bài toán phối hợp điều khiển động cơ, lực kéo và góc lái nhằm giảm tiêu thụ năng lượng, bảo đảm an toàn vận hành và tối ưu khả năng tiếp nhận điện không dây khi phương tiện di chuyển. Hạn đăng ký tham gia là ngày 31/1/2027.
Eximbank xuất hiện cổ đông tổ chức mới sở hữu hơn 1% vốn

Eximbank xuất hiện cổ đông tổ chức mới sở hữu hơn 1% vốn

Ngân hàng TMCP Xuất Nhập khẩu Việt Nam (Eximbank - Mã: EIB) vừa công bố danh sách cổ đông nắm giữ từ 1% vốn điều lệ trở lên tính đến ngày 14/10 với sự xuất hiện của Viconship.
Ngân vang giai điệu tuổi trẻ tại Nhạc hội Premiere 2026: Melorea

Ngân vang giai điệu tuổi trẻ tại Nhạc hội Premiere 2026: Melorea

Tối ngày 17/10, Nhạc hội Premiere 2026: Melorea đã chính thức diễn ra tại Học viện Báo chí và Tuyên truyền. Đêm diễn là điểm kết rực rỡ gắn kết tân sinh viên Khóa 46 với không gian âm nhạc đa sắc màu từ các tiết mục của các sinh viên tài năng và nghệ sĩ khách mời đình đám.
Smart #2 ra mắt: Giải pháp xe điện mini đô thị với tầm vận hành 290km

Smart #2 ra mắt: Giải pháp xe điện mini đô thị với tầm vận hành 290km

Ngành công nghiệp ô tô điện vừa ghi nhận sự trở lại đầy ấn tượng của thương hiệu Smart trong phân khúc xe mini đô thị với việc ra mắt mẫu Smart #2 tại Triển lãm Ô tô Paris.
Những góc nhìn khác nhau quanh câu chuyện “Con ghét bố mẹ”

Những góc nhìn khác nhau quanh câu chuyện “Con ghét bố mẹ”

Thời gian gần đây, những chia sẻ xoay quanh nhóm Facebook “Con ghét bố mẹ” đang thu hút sự chú ý từ cộng đồng mạng. Điều này đặt ra nhiều câu hỏi về sự mâu thuẫn giữa các thế hệ trong gia đình. Qua chia sẻ của học sinh, phụ huynh và chuyên gia tâm lý, mối quan hệ giữa cha mẹ và con cái được nhìn nhận rõ ràng hơn.
Xây dựng lối sống xanh và tiết kiệm năng lượng trong trường học

Xây dựng lối sống xanh và tiết kiệm năng lượng trong trường học

Sáng 19/10/2026, tại Trường Trung học Cơ sở Trần Duy Hưng (TP. Hà Nội), Cục Năng lượng - Dầu khí (Bộ Công Thương) tổ Chương trình tuyên truyền “Học sinh với kiến thức sử dụng năng lượng an toàn, tiết kiệm và hiệu quả” cho hơn 2000 học sinh.
master