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
Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược

Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index tiếp tục tăng điểm trong phiên 22/10, đóng cửa tại 1.760,6 điểm và duy trì trên các đường trung bình động MA10, MA20. Tuy nhiên, các chỉ báo động lượng và dòng tiền chưa phát tín hiệu đồng thuận, khiến thị trường có thể tiếp tục giằng co. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro.
Petrovietnam lần thứ 7 đứng đầu bảng xếp hạng doanh nghiệp lợi nhuận tốt nhất Việt Nam

Petrovietnam lần thứ 7 đứng đầu bảng xếp hạng doanh nghiệp lợi nhuận tốt nhất Việt Nam

Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tiếp tục dẫn đầu bảng xếp hạng PROFIT500 năm 2026, đánh dấu lần thứ 7 giữ vị trí số 1 kể từ khi bảng xếp hạng được công bố.
PETROVIETNAM mở rộng hợp tác Đan Mạch, thúc đẩy điện gió ngoài khơi

PETROVIETNAM mở rộng hợp tác Đan Mạch, thúc đẩy điện gió ngoài khơi

Trong khuôn khổ chuyến thăm cấp Nhà nước tới Đan Mạch của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm, Petrovietnam đã thúc đẩy hợp tác với các tập đoàn năng lượng hàng đầu của Đan Mạch, tập trung phát triển điện gió ngoài khơi, nâng cao tỷ lệ nội địa hóa và mở rộng chuỗi cung ứng công nghiệp năng lượng.
The Up Project mùa 9: Góp một mùa xanh gieo mầm tri thức

The Up Project mùa 9: Góp một mùa xanh gieo mầm tri thức

Tiếp nối hành trình gieo mầm tri thức đầy tự hào, chặng đường thứ 9 của The Up Project chính thức mở ra dưới chủ đề “Đan Sắc” – mang sứ mệnh lan tỏa yêu thương, thắp sáng tri thức và mở ra những chân trời mới cho các em nhỏ còn nhiều khó khăn.
Thị trường chứng khoán ngày 22/10: VN Index vượt 1.760 điểm nhờ lực kéo từ nhóm Vin

Thị trường chứng khoán ngày 22/10: VN Index vượt 1.760 điểm nhờ lực kéo từ nhóm Vin

VN Index tiếp tục tăng hơn 21 điểm, vượt mốc 1.760 điểm, nhưng bảng điện tử lại phủ sắc đỏ nhiều hơn sắc xanh. Nhóm cổ phiếu họ Vin tiếp tục gánh phần lớn đà tăng nhưng thanh khoản suy yếu và nhiều cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán điều chỉnh.
Tân sinh viên hào hứng check-in tại photobooth “Hải Trình Khai Lộ”

Tân sinh viên hào hứng check-in tại photobooth “Hải Trình Khai Lộ”

Nằm trong khuôn khổ chương trình Revolution 2026: Khải Trình Viễn Dương, sự kiện đồng hành “Hải Trình Khai Lộ” đã chính thức diễn ra tại khuôn viên Học viện Báo chí và Tuyên truyền. Với không gian photobooth độc đáo cùng chuỗi minigame tương tác náo nhiệt, sự kiện nhanh chóng trở thành cầu nối tuyệt vời giúp gắn kết các tân binh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/10/2026: Tuổi Dần đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng trong chi tiêu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/10/2026: Tuổi Dần đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng trong chi tiêu

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 23/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp trong nghiên cứu, phát triển KHCN

Thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp trong nghiên cứu, phát triển KHCN

Hội nghị toàn quốc thúc đẩy liên kết viện nghiên cứu, trường đại học với cộng đồng doanh nghiệp trong nghiên cứu, phát triển KH&CN diễn ra ngày 23/10/2026 sẽ tập trung tháo gỡ những điểm nghẽn trong liên kết viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp, thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu, phát triển sản phẩm công nghệ Việt Nam.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/10: Mua thăm dò khi thị trường rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/10: Mua thăm dò khi thị trường rung lắc

VN-Index tăng gần 47 điểm trong phiên 21/10, phát đi tín hiệu hồi phục ngắn hạn. Tuy nhiên, đà tăng phụ thuộc lớn vào nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn họ Vin, khiến xu hướng đảo chiều bền vững chưa được xác nhận. Nhà đầu tư được khuyến nghị mua thăm dò khi thị trường rung lắc, hạn chế mua đuổi và cân nhắc hạ tỷ trọng khi chỉ số tiến sát vùng kháng cự 1.770-1.780 điểm.
master