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
NATIF dự kiến tài trợ tối đa 3 tỷ đồng cho một nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng AI

NATIF dự kiến tài trợ tối đa 3 tỷ đồng cho một nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng AI

NATIF mở rộng cơ chế hỗ trợ đổi mới công nghệ ứng dụng AI, đồng thời kết nối doanh nghiệp Việt Nam - Nhật Bản qua chương trình đồng tài trợ NATIF - NEDO.
Năm 2026: AM Best tiếp tục xếp hạng năng lực tài chính của BIC ở mức B++

Năm 2026: AM Best tiếp tục xếp hạng năng lực tài chính của BIC ở mức B++

Tổ chức xếp hạng tín nhiệm tài chính hàng đầu thế giới AM Best vừa công bố xếp hạng tín nhiệm năm 2026 của Tổng Công ty Bảo hiểm BIDV (BIC).
BIDV kết nối cơ hội kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan

BIDV kết nối cơ hội kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan

Ngày 28/09/2026, tại TP. Hồ Chí Minh, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã phối hợp với Tổng Lãnh sự quán Thái Lan tại Thành phố Hồ Chí Minh tổ chức Hội thảo kinh doanh “Triển vọng kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan: xu hướng kinh tế, đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) và chiến lược quản lý rủi ro”.
EU nâng chuẩn bao bì: Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu cần chuẩn bị gì cho cuộc chơi mới?

EU nâng chuẩn bao bì: Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu cần chuẩn bị gì cho cuộc chơi mới?

Các tiêu chuẩn mới về bao bì, tái chế và trách nhiệm môi trường đang từng bước định hình lại chuỗi cung ứng toàn cầu.
Dữ liệu cảm biến: “mỏ vàng” chưa được khai thác của nhà máy thông minh

Dữ liệu cảm biến: “mỏ vàng” chưa được khai thác của nhà máy thông minh

Các nhà máy hiện đại đang tạo ra lượng dữ liệu cảm biến khổng lồ, nhưng phần lớn nguồn dữ liệu này chưa được chuyển hóa thành quyết định vận hành kịp thời. Khi hàng nghìn cảm biến liên tục ghi nhận nhiệt độ, áp suất, độ rung và chất lượng, bài toán quan trọng của sản xuất thông minh không còn là thu thập thêm dữ liệu, mà là xây dựng hạ tầng để phân tích và hành động theo thời gian thực.
Công nghiệp công nghệ số tăng trưởng hơn 32% sau 9 tháng

Công nghiệp công nghệ số tăng trưởng hơn 32% sau 9 tháng

Tháng 9/2026, doanh thu lĩnh vực công nghiệp công nghệ số ước đạt 770.766 tỷ đồng, tăng 36% so với cùng kỳ năm 2025. Lũy kế 9 tháng, doanh thu lĩnh vực này ước đạt 5.387.142 tỷ đồng, tăng khoảng 32,1%.
Nhận định phiên giao dịch ngày 1/10: Ưu tiên quản trị rủi ro

Nhận định phiên giao dịch ngày 1/10: Ưu tiên quản trị rủi ro

Sau ba phiên điều chỉnh liên tiếp, VN-Index đã mất mốc MA50 ngày trong bối cảnh áp lực bán gia tăng và khối ngoại tiếp tục bán ròng mạnh. Thị trường được đánh giá có thể tiếp tục kiểm định các vùng hỗ trợ thấp hơn, do đó nhà đầu tư nên ưu tiên quản trị rủi ro và hạn chế gia tăng tỷ trọng khi xu hướng chưa ổn định.
Để hydrogen chuyển từ công nghệ tiềm năng đến giá trị kinh tế thực

Để hydrogen chuyển từ công nghệ tiềm năng đến giá trị kinh tế thực

Việt Nam đã có chiến lược phát triển năng lượng hydrogen với mục tiêu sản xuất 100.000 - 500.000 tấn/năm vào năm 2030 và 10 - 20 triệu tấn/năm vào năm 2050. Bài toán lớn cần được giải chính là khả năng hình thành một hệ sinh thái đủ nguồn cung, khách hàng, hạ tầng, công nghệ, tài chính, tiêu chuẩn và nhân lực để hydrogen thực sự đi vào nền kinh tế.
BSR kiện toàn cơ chế hoạch định chiến lược, hướng tới phát triển bền vững

BSR kiện toàn cơ chế hoạch định chiến lược, hướng tới phát triển bền vững

Ngày 29/9/2026, Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) tổ chức cuộc họp khởi động Ủy ban Chiến lược và Phát triển bền vững (UBCL), nhằm nâng cao chất lượng tham mưu cho HĐQT về chiến lược, đầu tư, công nghệ và phát triển bền vững, đáp ứng yêu cầu chuyển dịch của ngành năng lượng và định hướng phát triển BSR đến năm 2035, tầm nhìn 2050.
Thị trường chứng khoán ngày 30/9: Lực cầu cuối phiên vẫn không cứu được chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 30/9: Lực cầu cuối phiên vẫn không cứu được chỉ số

VN Index có lúc lao dốc hơn 18 điểm và đánh thủng vùng hỗ trợ quan trọng trước khi dòng tiền bắt đáy xuất hiện cuối phiên. Dù thoát khỏi mức thấp nhất ngày, chỉ số vẫn khép tháng 9 trong với việc mất mốc hỗ trợ tại đường MA50.