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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/7/2025: Tuổi Mão phát huy tài năng, tuổi Ngọ dễ bị lừa gạt

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/7/2025: Tuổi Mão phát huy tài năng, tuổi Ngọ dễ bị lừa gạt

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 6/7/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Camera AI xử lý thị giác thời gian thực ngay trên thiết bị

Camera AI xử lý thị giác thời gian thực ngay trên thiết bị

B&R Industrial Automation - một bộ phận tự động hóa máy móc của tập đoàn ABB - vừa ra mắt thế hệ camera thông minh mới tích hợp AI tiên tiến, đánh dấu bước tiến lớn trong việc đưa công nghệ thị giác máy vào vòng điều khiển thời gian thực. Camera này không chỉ quan sát mà còn có khả năng phản ứng tức thì với các tình huống phát sinh trên dây chuyền sản xuất, một tính năng mang tính cách mạng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.
Đại học Bách khoa Hà Nội là nòng cốt trong hệ sinh thái KHCN và đổi mới sáng tạo Việt Nam

Đại học Bách khoa Hà Nội là nòng cốt trong hệ sinh thái KHCN và đổi mới sáng tạo Việt Nam

Chiều 4/7, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) và Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo (GD&ĐT) đã đồng chủ trì chương trình làm việc tại Đại học Bách khoa Hà Nội, tập trung vào các nội dung về khoa học - công nghệ, đổi mới sáng tạo (ĐMST) và chuyển đổi số (CĐS).
Phó Thủ tướng ký quyết định đổi tên hai trường đại học ở Hà Nội

Phó Thủ tướng ký quyết định đổi tên hai trường đại học ở Hà Nội

Phó Thủ tướng Lê Thành Long vừa ký quyết định đổi tên 2 trường đại học trên địa bàn Hà Nội là Trường Đại học Kiểm sát Hà Nội và Trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội. Quyết định có hiệu lực từ 4/7.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank giữ vững mặt bằng lãi suất huy động

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank giữ vững mặt bằng lãi suất huy động

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: Vietcombank ghi nhận kết quả kinh doanh tích cực; MB thông báo thành lập Chi nhánh Cẩm Phả; Agribank giữ mặt bằng lãi suất huy động...
Tự động hóa cho quy trình mở: Tiêu chuẩn mới cho hệ sinh thái linh hoạt

Tự động hóa cho quy trình mở: Tiêu chuẩn mới cho hệ sinh thái linh hoạt

Kể từ lần đầu tiên được công bố bởi ExxonMobil tại Diễn đàn ARC năm 2016, sáng kiến Tự động hóa Quy trình mở (Open Process Autumation - OPA) đã không ngừng thu hút sự chú ý của cộng đồng công nghiệp toàn cầu. Giờ đây, sau nhiều năm phát triển, OPA đã đạt được một bước ngoặt mang tính chứng minh khi dự án "Ngọn hải đăng" của ExxonMobil chính thức đi vào vận hành, mở ra một tương lai mới cho các hệ thống điều khiển mở trong ngành sản xuất.
Acecook Việt Nam: Từ “vua mì ăn liền” đến tham vọng định hình hệ sinh thái ẩm thực

Acecook Việt Nam: Từ “vua mì ăn liền” đến tham vọng định hình hệ sinh thái ẩm thực

Từ một “ông lớn” trong ngành mì ăn liền với hơn 3 tỷ gói tiêu thụ mỗi năm, Acecook Việt Nam đang chuyển mình mạnh mẽ khi tuyên bố lấn sân sang ngành hàng gia vị, thực phẩm ăn liền và món ăn vặt. Không chỉ mở rộng danh mục sản phẩm, doanh nghiệp còn đặt mục tiêu xây dựng hệ sinh thái ẩm thực toàn diện và phát triển bền vững, khẳng định vai trò tiên phong trong “cuộc chơi” định hình thói quen tiêu dùng mới của người Việt.
Bộ Quốc phòng công bố danh mục 6 bài toán lớn về khoa học, công nghệ và chuyển đổi số năm 2025

Bộ Quốc phòng công bố danh mục 6 bài toán lớn về khoa học, công nghệ và chuyển đổi số năm 2025

Nhằm triển khai các Nghị quyết của Bộ Chính trị và Chính phủ về phát triển khoa học, công nghệ và chuyển đổi số quốc gia, Bộ Quốc phòng vừa công bố 6 bài toán lớn năm 2025, kêu gọi doanh nghiệp công nghệ số Việt Nam cùng tham gia giải quyết.
Làn sóng nông nghiệp thông minh với robot và mạng 5G

Làn sóng nông nghiệp thông minh với robot và mạng 5G

Một liên minh công nghệ tại Scotland đang thúc đẩy cuộc cách mạng nông nghiệp thông minh thông qua sự kết hợp giữa robot tiên tiến và mạng truyền thông 5G di động. Dự án này không chỉ hướng tới cải thiện năng suất và tính bền vững trong canh tác, mà còn giải quyết thách thức lâu dài về kết nối tại các vùng nông thôn - một rào cản lớn trong việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến vào sản xuất nông nghiệp.
Trường THCS Giảng Võ triển khai mô hình “Lớp học số Google” từ năm học 2025-2026

Trường THCS Giảng Võ triển khai mô hình “Lớp học số Google” từ năm học 2025-2026

Trường trung học cơ sở Giảng Võ Hà Nội triển khai mô hình lớp học số Google từ 2025-2026, nâng cao chất lượng giáo dục và năng lực học sinh.
Quảng cáo
moxa