acecook

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

mca
Tin bài khác
Mô hình YOLOv8 cải tiến để phân loại cá và phát hiện bệnh

Mô hình YOLOv8 cải tiến để phân loại cá và phát hiện bệnh

Phân loại cá và phát hiện bệnh là rất quan trọng đối với nuôi trồng thủy sản bền vững, đòi hỏi các mô hình thị giác chính xác và hiệu quả.
Vinamilk “ Viết tiếp câu chuyện hòa bình” bằng tranh và hành động

Vinamilk “ Viết tiếp câu chuyện hòa bình” bằng tranh và hành động

“Bức tranh nhỏ, nhưng tình cảm thì lớn lắm. Thế hệ sau vẫn nhớ đến chúng tôi, thế là đủ ấm lòng rồi”, thượng sĩ Nguyễn Chí Tường – cựu chiến binh đang điều dưỡng tại Trung tâm Điều dưỡng Thương binh và Người có công Long Đất (xã Long Điền, TPHCM) xúc động chia sẻ khi nhận được bức tranh do chính con em nhân viên Vinamilk vẽ tặng.
Ngân hàng lớn đồng loạt nâng cảnh báo, bảo vệ khách hàng trước lừa đảo trực tuyến

Ngân hàng lớn đồng loạt nâng cảnh báo, bảo vệ khách hàng trước lừa đảo trực tuyến

Trước thực trạng các vụ lừa đảo qua tài khoản ngân hàng diễn ra ngày càng tinh vi, các ngân hàng lớn như Vietcombank, Agribank, MB,... đã đồng loạt cảnh báo tài khoản nghi ngờ lừa đảo ngay trên ứng dụng, giúp khách hàng nhận diện rủi ro và chủ động phòng ngừa ngay từ bước chuyển tiền.
Thị trường chứng khoán ngày 25/7: VN-Index thiết lập kỷ lục mới, vượt mốc 1.531 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 25/7: VN-Index thiết lập kỷ lục mới, vượt mốc 1.531 điểm

Phiên giao dịch ngày 25/7/2025 ghi dấu mốc lịch sử của thị trường chứng khoán Việt Nam khi chỉ số VN-Index chính thức xác lập đỉnh cao mới, đóng cửa tại 1.531,13 điểm, vượt qua mức đỉnh cũ 1.528 điểm từng được giữ vững hơn ba năm qua.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/7/2025: Tuổi Sửu đón nhận vận may, tuổi Thìn điềm báo tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/7/2025: Tuổi Sửu đón nhận vận may, tuổi Thìn điềm báo 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 26/7/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tận dụng kiến trúc mạng nơ-ron sâu biến áp chú ý đa đầu để cải thiện dự báo tốc độ gió

Tận dụng kiến trúc mạng nơ-ron sâu biến áp chú ý đa đầu để cải thiện dự báo tốc độ gió

Năng lượng gió có tiềm năng lớn để phát điện, nhưng tính biến động của nó khiến việc dự báo tốc độ gió chính xác trở nên cần thiết để tích hợp hiệu quả.
SHB hợp tác toàn diện với BSR: Kiến tạo giá trị bền vững

SHB hợp tác toàn diện với BSR: Kiến tạo giá trị bền vững

Ngày 23/7, Ngân hàng TMCP Sài Gòn - Hà Nội (SHB) và CTCP Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) ký kết thỏa thuận hợp tác toàn diện, đánh dấu bước tiến quan trọng trong mối quan hệ giữa hai doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực tài chính – ngân hàng và năng lượng, lọc hóa dầu.
HAuA cùng doanh nghiệp lan tỏa công nghệ cảm biến trong thời đại số

HAuA cùng doanh nghiệp lan tỏa công nghệ cảm biến trong thời đại số

Không chỉ giới thiệu các giải pháp cảm biến hiện đại như LiDAR, RFID, hội thảo chuyên đề do HAuA, Tân Thiên và Pepperl+Fuchs tổ chức còn góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ 4.0 trong sản xuất và đào tạo tại Việt Nam.
AI và ROI Carbon: Đòn bẩy công nghệ cho một tương lai bền vững

AI và ROI Carbon: Đòn bẩy công nghệ cho một tương lai bền vững

Trong nỗ lực toàn cầu nhằm đối phó với biến đổi khí hậu, một chỉ số mới đang thu hút sự quan tâm từ các doanh nghiệp và nhà hoạch định chính sách: lợi tức đầu tư carbon (Carbon ROI). Đây là thước đo cho hiệu quả của các giải pháp trong việc cắt giảm khí thải CO₂ so với lượng phát thải tạo ra từ chính quá trình vận hành giải pháp đó. Đặc biệt, AI đang nổi lên như một công cụ đột phá, khi nhiều mô hình có thể đạt tỉ lệ ROI carbon lên đến 1:500 - tức là một tấn CO₂ thải ra khi chạy AI có thể giúp giảm đến 500 tấn CO₂ khác.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/7: VN Index hướng vùng đỉnh mới nhưng cần "giữ kỷ luật" giao dịch

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/7: VN Index hướng vùng đỉnh mới nhưng cần "giữ kỷ luật" giao dịch

Với thanh khoản duy trì ở mức cao – đạt hơn 36,8 nghìn tỷ đồng, cùng diễn biến kỹ thuật tích cực trên các chỉ báo trung – dài hạn, thị trường đang có nhiều cơ hội chinh phục các vùng giá cao hơn. Tuy nhiên, các dấu hiệu “vùng đỉnh ngắn hạn” và tâm lý hưng phấn quá mức đang dần xuất hiện, đặt ra yêu cầu thận trọng cho nhà đầu tư trong phiên tới.
Quảng cáo
moxa