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
TP.HCM thúc đẩy công nghiệp hỗ trợ bằng chính sách vốn, chuyển đổi số và quản trị năng lượng

TP.HCM thúc đẩy công nghiệp hỗ trợ bằng chính sách vốn, chuyển đổi số và quản trị năng lượng

Trong bối cảnh ngành sản xuất đang bước vào giai đoạn tái cấu trúc mạnh mẽ theo hướng xanh hóa, số hóa và nâng cao tỷ lệ nội địa hóa, Thành phố Hồ Chí Minh tiếp tục đẩy mạnh các chương trình hỗ trợ doanh nghiệp công nghiệp và công nghiệp hỗ trợ tiếp cận chính sách ưu đãi, công nghệ mới cũng như các giải pháp quản trị hiện đại.
Hội Tự động hóa Việt Nam đề xuất chuyển đổi số Đông y, liên kết 5 bên chăm sóc sức khỏe cộng đồng

Hội Tự động hóa Việt Nam đề xuất chuyển đổi số Đông y, liên kết 5 bên chăm sóc sức khỏe cộng đồng

Với định hướng xây dựng hệ sinh thái số cho lĩnh vực y học cổ truyền và chăm sóc sức khỏe cộng đồng, Hội Tự động hóa Việt Nam cùng 4 đơn vị chuyên môn, y tế và văn hóa đã đề xuất hàng loạt chương trình hợp tác về dữ liệu sức khỏe, AI, bảo tồn tri thức Đông y và liên kết cộng đồng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/5: Hạn chế mua mới cổ phiếu đang tiệm cận kháng cự

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/5: Hạn chế mua mới cổ phiếu đang tiệm cận kháng cự

Dù VN-Index vẫn duy trì xu hướng hồi phục nhờ lực kéo từ nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, dòng tiền hiện chưa lan tỏa mạnh trên toàn thị trường và áp lực rung lắc vẫn hiện hữu ở nhiều nhóm ngành. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng với những cổ phiếu đã tăng nóng và đang tiến sát vùng kháng cự, đồng thời ưu tiên giải ngân từng phần ở các mã có nền tảng cơ bản tốt và tín hiệu tích lũy tích cực.
Festo ra mắt phần mềm gắp robot dùng AI cho môi trường xử lý đa sản phẩm

Festo ra mắt phần mềm gắp robot dùng AI cho môi trường xử lý đa sản phẩm

Festo vừa giới thiệu GripperAI, phần mềm gắp robot ứng dụng AI cho phép robot xử lý nhiều loại sản phẩm khác nhau mà không cần lập trình riêng cho từng mã hàng.
Sony kỷ niệm 10 năm dòng 1000X bằng mẫu tai nghe cao cấp hơn cả XM6

Sony kỷ niệm 10 năm dòng 1000X bằng mẫu tai nghe cao cấp hơn cả XM6

Thay vì tập trung vào cuộc đua công nghệ mới, sản phẩm gây chú ý nhờ thiết kế mang hơi hướng hoài niệm, chất liệu sang trọng cùng trải nghiệm âm thanh được tinh chỉnh kỹ lưỡng dành cho nhóm người dùng đam mê âm nhạc và yêu thích triết lý thiết kế của Sony.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/5/2026: Tuổi Mão nhiều rắc rối, tuổi Hợi đạt thành công

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/5/2026: Tuổi Mão nhiều rắc rối, tuổi Hợi đạt thành công

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 22/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Công nghệ robot hỗ trợ phát hiện nứt bồn chứa thép không gỉ

Công nghệ robot hỗ trợ phát hiện nứt bồn chứa thép không gỉ

Việc đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc của các bồn chứa bằng thép không gỉ (inox) là yêu cầu thiết yếu trong các ngành công nghiệp như hóa chất, dược phẩm và chế biến thực phẩm. Ngay cả những vết nứt nhỏ nhất ở các mối hàn, vùng chịu ứng suất hoặc các bộ phận chịu tải cao cũng có thể làm ảnh hưởng đến an toàn vận hành, chất lượng sản phẩm và việc tuân thủ các quy định pháp lý.
Thị trường chứng khoán ngày 21/5: VN Index mất mốc 1.900 điểm, dòng tiền phân hóa trong phiên đáo hạn phái sinh

Thị trường chứng khoán ngày 21/5: VN Index mất mốc 1.900 điểm, dòng tiền phân hóa trong phiên đáo hạn phái sinh

VN Index giảm hơn 16 điểm do áp lực từ một số cổ phiếu trụ, đặc biệt là VIC. Tuy nhiên, độ rộng thị trường khá cân bằng, cho thấy dòng tiền vẫn chọn lọc ở ngân hàng, thép, bán lẻ và một số midcap có câu chuyện riêng.
Việt Nam lần đầu vào Top 50 hệ sinh thái khởi nghiệp toàn cầu

Việt Nam lần đầu vào Top 50 hệ sinh thái khởi nghiệp toàn cầu

Theo Báo cáo Chỉ số Hệ sinh thái Khởi nghiệp Toàn cầu 2026 của StartupBlink, Việt Nam tăng 5 bậc, lên vị trí thứ 50 thế giới, mức xếp hạng cao nhất từ trước đến nay. TP.Hồ Chí Minh cũng lần đầu lọt Top 100 hệ sinh thái khởi nghiệp toàn cầu.
Giải mã “bộ gen” của nhà chế tác bất động sản Tân Hoàng Minh

Giải mã “bộ gen” của nhà chế tác bất động sản Tân Hoàng Minh

Để trở thành “nhà chế tác bất động sản”, Tân Hoàng Minh phải sở hữu một “bộ gen” khác biệt và nhất quán để theo đuổi những chuẩn mực mà số đông khó chạm tới.
vn-web
song-gia-tri