acecook

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

vaa
Tin bài khác
Chính sách chất bán dẫn của Mỹ đang kìm hãm thị trường điều khiển chuyển động?

Chính sách chất bán dẫn của Mỹ đang kìm hãm thị trường điều khiển chuyển động?

Trong nhiều năm qua, ngành điều khiển chuyển động tại Mỹ được hưởng lợi trực tiếp từ làn sóng đầu tư mạnh mẽ vào sản xuất chất bán dẫn. Tuy nhiên, những thay đổi gần đây trong chính sách công nghiệp của Mỹ - đặc biệt xoay quanh Đạo luật CHIPS - đang làm dấy lên lo ngại rằng động lực tăng trưởng này có thể bị suy yếu.
Khung nội dung thí điểm giáo dục trí tuệ nhân tạo (AI) cho học sinh phổ thông

Khung nội dung thí điểm giáo dục trí tuệ nhân tạo (AI) cho học sinh phổ thông

Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) vừa có Quyết định số 3439/QĐ-BGDĐT ban hành Khung nội dung thí điểm giáo dục trí tuệ nhân tạo (AI) cho học sinh phổ thông.
Đánh thức di sản, kiến tạo du lịch xanh

Đánh thức di sản, kiến tạo du lịch xanh

Trong nhịp sống hiện đại, di sản văn hóa bản địa được nhìn nhận như một nguồn lực nội sinh quan trọng để kiến tạo du lịch xanh và thúc đẩy phát triển bền vững. Hành trình này được dẫn dắt bởi chính cộng đồng người dân địa phương - nhân tố gìn giữ nếp sống và nét đẹp lao động thường ngày, tạo nên những trải nghiệm đặc sắc.
VASI và các doanh nghiệp Việt Nam thúc đẩy gia công theo chuỗi cung ứng

VASI và các doanh nghiệp Việt Nam thúc đẩy gia công theo chuỗi cung ứng

Chiều 19/12, trong khuôn khổ sự kiện khánh thành và tham quan Nhà máy Makino Hưng Yên, Hiệp hội Công nghiệp hỗ trợ Việt Nam (VASI) họp báo cáo tổng kết, đồng thời phối hợp cùng Makino Việt Nam và lãnh đạo các tổ chức xã hội, doanh nghiệp tổ chức Tọa đàm “Giải pháp và xu hướng gia công theo chuỗi cung ứng trong kỷ nguyên mới”, trong đó chú trọng thúc đẩy đối ứng nhanh, sản lượng linh hoạt, chất lượng cao từ xe máy, ô tô đến điện tử, bán dẫn và hàng không vũ trụ,...
Bộ Khoa học và Công nghệ khai trương Bộ phận Một cửa - công trình chào mừng Đại hội XIV của Đảng

Bộ Khoa học và Công nghệ khai trương Bộ phận Một cửa - công trình chào mừng Đại hội XIV của Đảng

Được tổ chức theo mô hình một cửa tập trung, ứng dụng đồng bộ công nghệ số, Bộ phận Một cửa của Bộ Khoa học và Công nghệ đi vào hoạt động từ ngày 19/12/2025, góp phần nâng cao hiệu quả giải quyết thủ tục hành chính và chất lượng phục vụ tổ chức, cá nhân.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/12/2025: Tuổi Tý đón tin vui công việc, tuổi Dậu khởi sắc tài lộc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/12/2025: Tuổi Tý đón tin vui công việc, tuổi Dậu khởi sắc tài lộc

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 21/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
REV-ECIT 2025: kiến tạo hệ sinh thái số toàn diện cho ngành Điện tử, Truyền thông và CNTT

REV-ECIT 2025: kiến tạo hệ sinh thái số toàn diện cho ngành Điện tử, Truyền thông và CNTT

Hội nghị quốc gia lần thứ 28 về Điện tử, truyền thông và công nghệ thông tin năm 2025 (REV-ECIT 2025) với chủ để: "Đột phá - Sáng tạo - Kết nối: Kiến tạo hệ sinh thái số" vừa diễn ra thành công tại Hà Nội. Sự kiện được tổ chức với sự bảo trợ của Bộ Khoa học và Công nghệ (Bộ KH&CN), (REV) phối hợp với Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Nhựa Tiền Phong và logic phát triển của một doanh nghiệp công nghiệp

Nhựa Tiền Phong và logic phát triển của một doanh nghiệp công nghiệp

Hơn sáu thập niên tồn tại, có những doanh nghiệp không chỉ đi qua thời gian mà còn in dấu vào cấu trúc kinh tế và đời sống xã hội. Công ty cổ phần Nhựa Thiếu niên Tiền Phong (Nhựa Tiền Phong, mã CK: NTP) là một trường hợp như vậy - khởi sinh từ nhu cầu thiết yếu của xã hội, lớn lên cùng tiến trình công nghiệp hóa đất nước và hôm nay đứng ở ngưỡng của một chu kỳ phát triển mới, nơi công nghệ, quản trị và trách nhiệm xã hội cùng hội tụ.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VietinBank tung gói tín dụng 30.000 tỷ đồng hỗ trợ khắc phục hậu quả bão lũ

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VietinBank tung gói tín dụng 30.000 tỷ đồng hỗ trợ khắc phục hậu quả bão lũ

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: Agribank tung gói tín dụng 60.000 tỷ; MB tiếp tục tăng lãi suất huy động; VietinBank tung gói tín dụng 30.000 tỷ đồng hỗ trợ khắc phục hậu quả bão lũ...
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/12/2025: Tuổi Tý công việc bấp bênh, tuổi Dần ăn nên làm ra

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/12/2025: Tuổi Tý công việc bấp bênh, tuổi Dần ăn nên làm ra

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 20/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri