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
Thiết bị chuyển mạch công nghiệp 5G đầu tiên cho nhà máy ra mắt tại Hannover Messe

Thiết bị chuyển mạch công nghiệp 5G đầu tiên cho nhà máy ra mắt tại Hannover Messe

Tại triển lãm công nghiệp hàng đầu thế giới Hannover Messe, tập đoàn công nghệ mạng Belden đã giới thiệu thiết bị chuyển mạch công nghiệp 5G được mô tả là “đầu tiên trên thế giới” được thiết kế riêng cho môi trường nhà máy. Thiết bị mang tên BRS-5G hứa hẹn mang lại khả năng kết nối 5G riêng tư nhanh chóng và đáng tin cậy, giúp các doanh nghiệp sản xuất triển khai hệ thống tự động hóa linh hoạt hơn mà không cần đầu tư lớn vào hạ tầng cáp truyền thống.
50 tỷ USD được đầu tư cho Sáng kiến Lưới điện Liên Á

50 tỷ USD được đầu tư cho Sáng kiến Lưới điện Liên Á

Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB) cam kết hỗ trợ 70 tỷ USD đến năm 2035 cho hạ tầng năng lượng và số hóa tại châu Á-Thái Bình Dương, trong đó 50 tỷ USD tập trung cho các dự án đường dây, hệ thống lưu trữ điện, nhằm tích hợp năng lượng tái tạo xuyên biên giới khu vực châu Á - Thái Bình Dương.
Thị trường chứng khoán ngày 06/5: Dòng tiền tìm đến nhóm midcaps, VN Index vượt mốc 1.890 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 06/5: Dòng tiền tìm đến nhóm midcaps, VN Index vượt mốc 1.890 điểm

Khối ngoại bán ròng mạnh nhưng VN Index vẫn bứt phá tốt, vượt mốc 1.890 điểm, đóng cửa sát vùng đỉnh cũ. Dòng tiền thông minh tìm đến nhóm chứng khoán và midcaps, khiến sự chi phối của nhóm Vin với điểm số suy giảm.
Phát triển vật liệu xây dựng xanh: Đòn bẩy cho kinh tế bền vững

Phát triển vật liệu xây dựng xanh: Đòn bẩy cho kinh tế bền vững

Trong bối cảnh Việt Nam đẩy mạnh tăng trưởng xanh và phát triển kinh tế carbon thấp, việc chuyển đổi sang sử dụng vật liệu xây dựng xanh đang trở thành yêu cầu cấp thiết. Tại Hội thảo “Vật liệu xây dựng xanh, xu thế phát triển bền vững” ngày 5/5, các chuyên gia và nhà quản lý đã nhấn mạnh vai trò then chốt của lĩnh vực này trong quá trình xanh hóa ngành Xây dựng, đồng thời đề xuất nhiều giải pháp thúc đẩy chuyển đổi toàn diện, hướng tới phát triển bền vững.
Việt Nam xác lập 10 nhóm công nghệ chiến lược

Việt Nam xác lập 10 nhóm công nghệ chiến lược

Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 21/2026/QĐ-TTg ngày 30/4/2026 về Danh mục công nghệ chiến lược và Danh mục sản phẩm công nghệ chiến lược, tạo cơ sở quan trọng để tập trung nguồn lực phát triển các lĩnh vực công nghệ lõi, công nghệ nền tảng và các sản phẩm có tác động lớn đến tăng trưởng kinh tế, năng lực cạnh tranh và bảo đảm an ninh quốc gia.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/5/2026: Tuổi Ngọ công danh rộng mở, tuổi Mùi vận khí sa sút

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/5/2026: Tuổi Ngọ công danh rộng mở, tuổi Mùi vận khí sa sút

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 7/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đồng chí Cao Hoài Dương được bổ nhiệm giữ chức Phó Tổng Giám đốc Petrovietnam

Đồng chí Cao Hoài Dương được bổ nhiệm giữ chức Phó Tổng Giám đốc Petrovietnam

Ngày 6/5, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã tổ chức Lễ công bố và trao quyết định bổ nhiệm đồng chí Cao Hoài Dương giữ chức vụ Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/5: VN-Index áp sát mốc 1.900 điểm, rung lắc có thể gia tăng

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/5: VN-Index áp sát mốc 1.900 điểm, rung lắc có thể gia tăng

Sau nhịp tăng mạnh, VN-Index đang tiến sát vùng kháng cự tâm lý 1.900 điểm, kéo theo áp lực chốt lời gia tăng và khả năng xuất hiện các nhịp rung lắc trong ngắn hạn. Trong bối cảnh dòng tiền phân hóa, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng, hạn chế mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro danh mục.
Đào tạo thế hệ kỹ sư điều khiển quy trình trong kỷ nguyên tự động hóa

Đào tạo thế hệ kỹ sư điều khiển quy trình trong kỷ nguyên tự động hóa

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại ngày càng phụ thuộc vào tự động hóa, nhu cầu về các kỹ sư điều khiển quy trình đang gia tăng nhanh chóng. Tuy nhiên, việc đào tạo nguồn nhân lực cho lĩnh vực này đặt ra nhiều câu hỏi: sinh viên cần học những gì và phương pháp giảng dạy nào sẽ giúp họ sẵn sàng bước vào môi trường công nghiệp thực tế? Nhiều chuyên gia cho rằng việc kết hợp kiến thức nền tảng với trải nghiệm thực hành là chìa khóa để chuẩn bị cho thế hệ kỹ sư điều khiển quy trình tiếp theo.
Motorola Edge 70 Pro bản toàn cầu ra mắt: Thêm camera tiềm vọng 50MP, zoom tới 50x

Motorola Edge 70 Pro bản toàn cầu ra mắt: Thêm camera tiềm vọng 50MP, zoom tới 50x

Sau khi trình làng tại Ấn Độ, Motorola tiếp tục giới thiệu phiên bản toàn cầu của Edge 70 Pro với nâng cấp đáng chú ý ở hệ thống camera, bổ sung ống kính tiềm vọng 50MP hỗ trợ zoom tới 50x cùng nhiều tính năng mới như sạc không dây.
vn-web
song-gia-tri