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
Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Một nhóm nghiên cứu tại Scotland vừa đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hàng không bền vững khi phát triển và thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn công suất 100kW dành cho máy bay. Thành tựu này được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy sự ra đời của các thế hệ máy bay điện và máy bay sử dụng hydro trong tương lai.
Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Trên cương vị mới, Tổng Biên tập Lê Doãn Hưng cam kết cùng tập thể tòa soạn đẩy mạnh chuyển đổi số, phát triển truyền thông đa nền tảng và nâng cao vị thế của cơ quan báo chí chuyên ngành trong lĩnh vực sinh vật cảnh.
Bộ GDĐT họp báo công bố Kỳ thi vẫn tiếp diễn với công tác chấm thi và công bố điểm

Bộ GDĐT họp báo công bố Kỳ thi vẫn tiếp diễn với công tác chấm thi và công bố điểm

Chiều 12/6, ngay sau khi kết thúc ngày thi thứ 2 các môn tự chọn, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) tổ chức họp báo, dưới sự chủ trì của Thứ trưởng Thường trực Bộ GDĐT, Trưởng Ban Chỉ đạo cấp quốc gia kỳ thi tốt nghiệp THPT năm 2026 Phạm Ngọc Thưởng về vai trò, nhiệm vụ của các đơn vị chức năng trong chấm thi và công bố điểm.
Mouser khám phá tương lai robot hình người trong chương trình “Sự trỗi dậy của robot”

Mouser khám phá tương lai robot hình người trong chương trình “Sự trỗi dậy của robot”

Sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến thông minh và điện toán nhúng đang đưa robot hình người từ những ý tưởng trong khoa học viễn tưởng trở thành hiện thực. Nhằm giúp cộng đồng kỹ sư hiểu rõ hơn về xu hướng công nghệ này, Mouser Electronics vừa giới thiệu phần mới nhất trong chuỗi chương trình giáo dục kỹ thuật Empowering Innovation Together (EIT) với chủ đề “Sự trỗi dậy của robot”.
Văn hóa doanh nghiệp: Nền tảng cho hành trình tăng trưởng xanh của BSR

Văn hóa doanh nghiệp: Nền tảng cho hành trình tăng trưởng xanh của BSR

Trong bối cảnh ngành năng lượng toàn cầu đang chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng xanh hóa, giảm phát thải và phát triển bền vững, các doanh nghiệp không chỉ cạnh tranh bằng quy mô hay năng lực sản xuất mà còn bằng khả năng thích ứng và giá trị nội sinh. Với Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR), văn hóa doanh nghiệp, con người và tư duy phát triển bền vững đang trở thành nền tảng quan trọng để kiến tạo lợi thế cạnh tranh dài hạn, hướng tới mục tiêu trở thành doanh nghiệp năng lượng hàng đầu khu vực.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/6/2026: Tuổi Thân tài lộc vượng phát, tuổi Sửu đề phòng tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/6/2026: Tuổi Thân tài lộc vượng phát, tuổi Sửu đề phòng tiểu 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 14/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Từ giao thông đến đất đai: TP. Hồ Chí Minh đẩy mạnh tự động hóa quy trình quản trị, số hóa dữ liệu

Từ giao thông đến đất đai: TP. Hồ Chí Minh đẩy mạnh tự động hóa quy trình quản trị, số hóa dữ liệu

Tại buổi họp báo cung cấp thông tin về các vấn đề kinh tế - xã hội trên địa bàn TP.Hồ Chí Minh ngày 11/6/2026, nhiều nội dung liên quan đến hạ tầng giao thông, quản lý đất đai, trật tự đô thị và công tác quản lý địa phương đã được các đơn vị chuyên môn trao đổi với báo chí. Dưới góc nhìn chuyển đổi số và quản trị hiện đại, những thông tin được chia sẻ cho thấy xu hướng ngày càng rõ nét của TP. Hồ Chí Minh trong việc ứng dụng dữ liệu và công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả quản lý đô thị.
Đào tạo kỹ sư Robot và AI: Đón đầu tương lai từ giảng đường

Đào tạo kỹ sư Robot và AI: Đón đầu tương lai từ giảng đường

Đón đầu xu thế phát triển của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tiên phong xây dựng và triển khai ngành Kỹ thuật Robot và Trí tuệ nhân tạo từ năm 2021. Khi khóa kỹ sư đầu tiên chuẩn bị tốt nghiệp cũng là thời điểm robot và trí tuệ nhân tạo được xác định là công nghệ chiến lược quốc gia, minh chứng cho tầm nhìn, sự chủ động và hướng đi đúng đắn của một chương trình đào tạo hiện đại, gắn kết chặt chẽ giữa nhà trường, doanh nghiệp và nhu cầu phát triển của đất nước.
Thị trường chứng khoán ngày 12/6: Tiền vào chưa đủ mạnh, VN Index lại hụt hơi trước mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 12/6: Tiền vào chưa đủ mạnh, VN Index lại hụt hơi trước mốc 1.800 điểm

Thanh khoản bật tăng sau phiên cạn kiệt dòng tiền, nhưng thị trường vẫn không thoát khỏi sắc đỏ và mất mốc 1.800 điểm. Áp lực từ nhóm bất động sản và cổ phiếu trụ khiến VN Index mất gần 7 điểm, nối dài chuỗi giảm sang tuần thứ tư liên tiếp.
World Cup 2026: Đêm Azteca, trọng tài có thêm đôi mắt

World Cup 2026: Đêm Azteca, trọng tài có thêm đôi mắt

World Cup 2026 mở màn tại Mexico City bằng hai bàn thắng, ba tấm thẻ đỏ và một lời tuyên cáo lạnh lùng của công nghệ - trên sân cỏ hiện đại, những gì khuất sau lưng trọng tài chưa chắc đã thoát khỏi những con mắt điện tử. Mexico thắng Nam Phi 2-0, còn VAR cùng các hệ thống theo dõi tân tiến lập tức chiếm lấy phần hậu cảnh, nơi quyền lực đôi khi đáng sợ hơn cả ánh đèn sân khấu.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc