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
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro trước áp lực bán mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro trước áp lực bán mạnh

Sau phiên giảm sâu khiến VN-Index mất mốc 1.700 điểm, giới phân tích cho rằng thị trường có thể xuất hiện các nhịp hồi kỹ thuật trong ngắn hạn. Tuy nhiên, trong bối cảnh áp lực bán vẫn lớn, đặc biệt từ khối ngoại, nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì sự thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro thay vì vội vàng bắt đáy.
AI chủ quyền: từ bảo vệ dữ liệu đến làm chủ hạ tầng số của doanh nghiệp

AI chủ quyền: từ bảo vệ dữ liệu đến làm chủ hạ tầng số của doanh nghiệp

Làn sóng trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra những thay đổi sâu rộng trong mọi lĩnh vực kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, cùng với cơ hội nâng cao năng suất và đổi mới sáng tạo là hàng loạt thách thức về bảo mật, quyền sở hữu dữ liệu và khả năng kiểm soát các mô hình AI. Trong bối cảnh đó, AI chủ quyền (Sovereign AI) đang trở thành xu hướng được nhiều quốc gia và doanh nghiệp theo đuổi nhằm bảo đảm dữ liệu chiến lược được quản lý an toàn, tuân thủ pháp luật và phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
Thị trường chứng khoán ngày 22/7: VN-Index mất mốc 1.700 điểm sau phiên bán tháo dữ dội

Thị trường chứng khoán ngày 22/7: VN-Index mất mốc 1.700 điểm sau phiên bán tháo dữ dội

Thị trường chứng khoán tiếp tục trải qua một phiên giao dịch đầy biến động khi áp lực bán lan rộng trên diện rộng, đặc biệt ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. VN-Index giảm hơn 62 điểm, xuyên thủng ngưỡng tâm lý 1.700 điểm và lùi xuống mức thấp nhất trong gần 4 tháng, trong bối cảnh dòng tiền bắt đáy chưa đủ sức hấp thụ lượng cung gia tăng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/7/2026: Tuổi Tỵ công việc hanh thông, tuổi Sửu cần tránh quyết định vội vàng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/7/2026: Tuổi Tỵ công việc hanh thông, tuổi Sửu cần tránh quyết định vội vàng

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 23/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
BSR tăng tốc xây dựng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thông minh

BSR tăng tốc xây dựng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thông minh

Lấy khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số làm nền tảng phát triển, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đang từng bước hiện thực hóa mục tiêu xây dựng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất trở thành nhà máy thông minh.
Những điều đọng lại từ VCCA 2026

Những điều đọng lại từ VCCA 2026

VCCA 2026 diễn ra tại Trường Đại học Quy Nhơn đánh dấu tròn 15 năm Hội Tự động hóa Việt Nam chủ trì tổ chức Hội nghị khoa học và Triển lãm về Điều khiển và Tự động hóa. Đây cũng là kỳ VCCA để lại nhiều ấn tượng cho Ban Tổ chức cũng như các đại biểu tham dự trên nhiều phương diện khác nhau.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/7: Xem xét đầu tư vào các doanh nghiệp chất lượng, tăng trưởng

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/7: Xem xét đầu tư vào các doanh nghiệp chất lượng, tăng trưởng

Thị trường chứng khoán tiếp tục chịu áp lực điều chỉnh trong phiên giao dịch gần nhất khi lực bán gia tăng trên diện rộng, đặc biệt tại nhóm cổ phiếu dầu khí. Tuy nhiên, nhiều công ty chứng khoán cho rằng mặt bằng định giá của thị trường đã trở nên hấp dẫn, mở ra cơ hội để nhà đầu tư dài hạn xem xét giải ngân vào các doanh nghiệp có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng tăng trưởng.
Cảm biến thông minh mở đường nâng cấp nhà máy cũ với chi phí thấp

Cảm biến thông minh mở đường nâng cấp nhà máy cũ với chi phí thấp

Trong nhiều nhà máy hiện nay, máy móc hiện đại vẫn đang vận hành song song với những thiết bị đã sử dụng hàng chục năm. Đây là thực trạng phổ biến khiến quá trình chuyển đổi số trong sản xuất gặp nhiều trở ngại, bởi các hệ thống cũ thường thiếu khả năng kết nối và không cung cấp dữ liệu theo thời gian thực. Tuy nhiên, sự xuất hiện của thế hệ cảm biến thông minh mới đang tạo ra giải pháp hiệu quả, giúp doanh nghiệp khai thác dữ liệu từ thiết bị cũ mà không cần đầu tư thay thế toàn bộ dây chuyền.
TP.Hồ Chí Minh hoàn thiện hệ sinh thái bán dẫn, tăng tốc kết nối chuỗi giá trị toàn cầu

TP.Hồ Chí Minh hoàn thiện hệ sinh thái bán dẫn, tăng tốc kết nối chuỗi giá trị toàn cầu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp bán dẫn thế giới đang bước vào giai đoạn tái cấu trúc mạnh mẽ dưới tác động của trí tuệ nhân tạo (AI), chuyển dịch chuỗi cung ứng và cạnh tranh công nghệ, việc tăng cường kết nối giữa cơ quan quản lý, hiệp hội ngành nghề, doanh nghiệp và các cơ sở đào tạo đang trở thành yêu cầu cấp thiết.
Sự kiện AI hàng đầu Việt Nam trở lại TP.HCM với mùa thứ IV

Sự kiện AI hàng đầu Việt Nam trở lại TP.HCM với mùa thứ IV

Tháng 8/2026, TP. Hồ Chí Minh sẽ trở thành điểm hẹn của hơn 1.000 lãnh đạo doanh nghiệp, chuyên gia công nghệ và nhà đầu tư từ khắp Đông Nam Á khi The Future of Artificial Intelligence: Chapter 4 chính thức diễn ra. Là một trong những sự kiện AI thường niên nổi bật của khu vực, chương trình do JDI và Hiệp hội Doanh nghiệp Hồng Kông tại Việt Nam đồng tổ chức, với sự hỗ trợ của NVIDIA AI Technology Centre (NVAITC) và Singapore Global Network.
song-gia-tri