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
Nâng cao năng lực số, ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho đoàn viên, thanh niên

Nâng cao năng lực số, ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho đoàn viên, thanh niên

Ngày 10-11/10, tại tỉnh Ninh Bình, Đoàn Thanh niên Văn phòng Chính phủ phối hợp với Tập đoàn MISA tổ chức tập huấn ứng dụng AI trong công việc nghiên cứu, tham mưu, tra cứu chuyên môn, truyền thông và thực hành minh họa trên MISA OneAI.
Ba triển lãm quốc tế kết nối chuỗi giá trị sản xuất tại Việt Nam

Ba triển lãm quốc tế kết nối chuỗi giá trị sản xuất tại Việt Nam

Ngày 13/10, tại Hà Nội, ba triển lãm quốc tế MTA Hanoi 2026, ProPak Hanoi 2026 và SemiTronics Vietnam 2026 đồng loạt khai mạc, quy tụ hơn 300 đơn vị trưng bày từ hơn 20 quốc gia và vùng lãnh thổ.
Việt Nam đăng cai Hội nghị COSTI lần thứ 90, thúc đẩy hợp tác khoa học và đổi mới sáng tạo ASEAN

Việt Nam đăng cai Hội nghị COSTI lần thứ 90, thúc đẩy hợp tác khoa học và đổi mới sáng tạo ASEAN

Hội nghị COSTI-90 và các hoạt động liên quan diễn ra từ ngày 13 - 15/10/2026 tại Đà Nẵng quy tụ khoảng 250 đại biểu trong nước và quốc tế, tập trung thúc đẩy triển khai Kế hoạch hành động ASEAN về Khoa học, Công nghệ và Đổi mới sáng tạo giai đoạn 2026 - 2035.
Thị trường chứng khoán ngày 13/10: Thanh khoản vẫn ở mức thấp, chứng khoán thiếu động lực hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 13/10: Thanh khoản vẫn ở mức thấp, chứng khoán thiếu động lực hồi phục

VN Index chỉ mất chưa đến 2 điểm, nhưng sắc đỏ vẫn phủ rộng bảng điện tử khi thị trường bước sang phiên giảm thứ năm liên tiếp. Thanh khoản èo uột và khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng khiến kỳ vọng về một nhịp hồi phục sớm thêm phần thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/10/2026: Tuổi Tỵ đón tin vui công việc, tuổi Mão cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/10/2026: Tuổi Tỵ đón tin vui công việc, tuổi Mão cần tránh nóng vội

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 14/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Kinh tế thị trường trong kỷ nguyên số

Kinh tế thị trường trong kỷ nguyên số

Trong các nền kinh tế, đặc biệt là nền kinh tế thị trường, doanh nghiệp là động lực quan trọng nhất xét về mặt tạo ra giá trị của cải trực tiếp và thúc đẩy tăng trưởng, đồng thời doanh nghiệp cũng là môi trường giải phóng cũng như tích hợp năng lực và sức sáng tạo của nguồn vốn con người vào dây chuyền sản xuất để tạo ra năng suất vĩ mô.
BSR giữa hai thời đại năng lượng

BSR giữa hai thời đại năng lượng

Giữa yêu cầu bảo đảm an ninh năng lượng và sức ép chuyển dịch sang mô hình carbon thấp, Việt Nam không có quyền lựa chọn. Ở góc độ cụ thể hơn, Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất vì thế đang đứng trước bài toán vừa phải giữ vững nguồn cung năng lượng cho nền kinh tế hiện tại và tương lai, vừa phải tạo năng lực công nghệ để không bị mắc kẹt trong cấu trúc năng lượng của ngày hôm qua. BSR đang ở giao điểm đó và đang từng bước chuyển đổi để phù hợp với dòng chảy thời đại.
Trí tuệ nhân tạo đang đi vào từng công việc của ngân hàng

Trí tuệ nhân tạo đang đi vào từng công việc của ngân hàng

AI đang tạo ra một bước chuyển mới trong ngành ngân hàng: từ số hóa giao dịch, tự động hóa quy trình sang trực tiếp hỗ trợ con người trong từng công việc hằng ngày. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đã có cuộc trao đổi với ông Trần Công Quỳnh Lân - Phó Tổng Giám đốc VietinBank, Giám đốc Khối Công nghệ Thông tin, Giám đốc Khối Dữ liệu & Trí tuệ nhân tạo - về cách AI đang thay đổi phương thức làm việc trong ngân hàng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/10: Tránh sử dụng đòn bẩy

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/10: Tránh sử dụng đòn bẩy

VN-Index suy yếu rõ rệt khi giảm xuống 1.720,98 điểm trong phiên 12/10, đồng thời đánh mất các ngưỡng trung bình động quan trọng. Trong bối cảnh áp lực bán gia tăng, dòng tiền chưa cải thiện, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên quản trị rủi ro, hạ tỷ trọng cổ phiếu khi thị trường hồi phục và tránh sử dụng đòn bẩy tài chính.
Thị trường chứng khoán ngày 12/10: Họ Vin kéo VN Index đi xuống, dòng tiền vẫn dè dặt trước áp lực bán

Thị trường chứng khoán ngày 12/10: Họ Vin kéo VN Index đi xuống, dòng tiền vẫn dè dặt trước áp lực bán

Sức ép từ nhóm cổ phiếu họ Vin khiến VN Index mất hơn 14 điểm ngay trong phiên đầu tuần, bất chấp ngân hàng và thép khởi sắc. Thanh khoản èo uột cùng trạng thái bán ròng của khối ngoại khiến nỗ lực ngược dòng của một số nhóm cổ phiếu chưa thể xoay chuyển cục diện thị trường.
master