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
Light Operate và Dark Operate tối ưu cảm biến quang điện trong tự động hóa

Light Operate và Dark Operate tối ưu cảm biến quang điện trong tự động hóa

Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, cảm biến quang điện đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện vật thể và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển. Tuy nhiên, một trong những yếu tố cấu hình thường bị bỏ qua nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và mức độ an toàn của hệ thống chính là việc lựa chọn chế độ đầu ra giữa Light Operate (LO) và Dark Operate (DO).
Năng lực làm chủ công nghệ: mắt xích quyết định của chuyển đổi số tại TP.Hồ Chí Minh

Năng lực làm chủ công nghệ: mắt xích quyết định của chuyển đổi số tại TP.Hồ Chí Minh

Thông tin được công bố tại họp báo kinh tế - xã hội TP.Hồ Chí Minh ngày 30/7 không chỉ phản ánh bức tranh điều hành của thành phố, mà còn cho thấy một thực tế đáng chú ý: bài toán của chuyển đổi số đang dịch chuyển từ đầu tư thiết bị sang xây dựng năng lực làm chủ công nghệ. Trong đó, nguồn nhân lực, đội ngũ chuyên gia và hạ tầng kết nối đang trở thành những yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình tự động hóa.
Gắn trách nhiệm của người đứng đầu về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Gắn trách nhiệm của người đứng đầu về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Ủy viên Bộ Chính trị, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng làm Trưởng Ban Chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/8/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng trước lời mời hợp tác

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/8/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng trước lời mời hợp tác

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 1/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 31/7: Nhịp hồi gặp thử thách tại vùng kháng cự, VN Index giảm gần 9 điểm trong phiên cuối cùng tháng 7

Thị trường chứng khoán ngày 31/7: Nhịp hồi gặp thử thách tại vùng kháng cự, VN Index giảm gần 9 điểm trong phiên cuối cùng tháng 7

Áp lực chốt lời sau 3 phiên tăng mạnh cùng hoạt động cơ cấu danh mục của các quỹ ETF đã khiến VN Index quay đầu giảm trong phiên 31/7. Dù thanh khoản vẫn duy trì ở mức cao, lực cung chủ động tại vùng kháng cự cho thấy thị trường cần thêm thời gian để củng cố đà hồi phục.
D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

Với quy mô hoành tráng, sự kiện "D’. Diamant Bleu Inspirational Event – A Diamond Crafted From The Sky" ngay lập tức đã trở thành tâm điểm của thị trường bất động sản Hà Nội khi quy tụ hơn 1.500 chuyên viên kinh doanh từ gần 30 đơn vị phân phối bất động sản hàng đầu.
Chu kỳ sử dụng laptop kéo dài hơn: Khả năng nâng RAM có quan trọng trở lại?

Chu kỳ sử dụng laptop kéo dài hơn: Khả năng nâng RAM có quan trọng trở lại?

Người dùng hiện không còn thay laptop quá nhanh như trước, trong khi nhu cầu học online, làm việc đa nhiệm và dùng nhiều ứng dụng cùng lúc lại tăng lên. Trong bối cảnh đó, khả năng nâng RAM đang được nhắc lại như một tiêu chí đáng chú ý, nhất là với nhóm laptop phục vụ học tập và văn phòng như ASUS Vivobook.
Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Chính quyền Tổng thống Donald Trump tuyên bố cấm nhập khẩu robot tiên tiến và bộ biến tần điện mới từ Trung Quốc nhằm bảo vệ thị trường Mỹ.
Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Ngày 30/7, tại Quảng Ninh, Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với UBND tỉnh Quảng Ninh tổ chức Hội nghị Pháp quy hạt nhân toàn quốc lần thứ VII với chủ đề "Kiến tạo thể chế - Bảo đảm an toàn - Dẫn dắt phát triển".
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

VN-Index ghi nhận phiên tăng thứ ba liên tiếp với mức tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa rộng và thanh khoản cải thiện mạnh. Tuy nhiên, xu hướng đảo chiều vẫn cần thêm tín hiệu xác nhận khi chỉ số đang tiến gần vùng kháng cự quan trọng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mua mới trong các phiên tăng mạnh và cân nhắc hạ tỷ trọng khi thị trường tiếp cận vùng cản.
song-gia-tri