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
Từ cảm biến MEMS đến AI công nghiệp: Những tín hiệu đáng chú ý từ SEMICONNECT 2026

Từ cảm biến MEMS đến AI công nghiệp: Những tín hiệu đáng chú ý từ SEMICONNECT 2026

Ngày 03/7 tại TP.Hồ Chí Minh, Hội nghị chuyên sâu ngành bán dẫn và điện tử SEMICONNECT 2026 đã diễn ra thành công rực rỡ. Hội nghị quy tụ các chuyên gia, doanh nghiệp, nhà nghiên cứu và nhà hoạch định chính sách nhằm trao đổi về những hướng đi mới cho ngành công nghiệp bán dẫn Việt Nam trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang tái cấu trúc mạnh mẽ.
SUNHOUSE khởi công Nhà máy Robot tự hành và Thiết bị AI

SUNHOUSE khởi công Nhà máy Robot tự hành và Thiết bị AI

Ngày 3/7, SUNHOUSE khởi công siêu nhà máy gia dụng thông minh quy mô hàng đầu Việt Nam, hướng tới phổ thông hóa gia dụng thông minh cho hàng triệu gia đình Việt.
Vì sao chuyển giao tri thức kỹ thuật trở thành lợi thế cạnh tranh mới?

Vì sao chuyển giao tri thức kỹ thuật trở thành lợi thế cạnh tranh mới?

Trong kỷ nguyên sản xuất thông minh, nơi AI, robot và các hệ thống tự động hóa ngày càng chi phối hoạt động của nhà máy, bài toán không còn chỉ nằm ở việc đầu tư công nghệ. Điều quyết định năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp đang dần chuyển sang khả năng quản lý, bảo tồn và chuyển giao tri thức kỹ thuật một cách hiệu quả.
Doanh nghiệp điện tử Việt Nam tăng tốc chuyển đổi số với AI và Smart Factory

Doanh nghiệp điện tử Việt Nam tăng tốc chuyển đổi số với AI và Smart Factory

Thiếu lao động, áp lực từ chuỗi cung ứng toàn cầu và yêu cầu nâng cao năng suất đang thúc đẩy doanh nghiệp điện tử Việt Nam đẩy mạnh ứng dụng AI, robot, Digital Twin và các giải pháp sản xuất thông minh. Những vấn đề này đã được các chuyên gia, doanh nghiệp cùng trao đổi tại diễn đàn do Hội Tự động hóa Việt Nam tổ chức.
Trường Đại học FPT, Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn

Trường Đại học FPT, Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn

Trường Đại học FPT công bố điểm sàn năm 2026 thấp nhất là 18 điểm, cao nhất là 21 điểm. Trong khí đó, Trường Đại học Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn các ngành kỹ thuật cao hơn năm 2025 là 3 điểm.
AI và tự động hóa: Động lực nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp ô tô SME

AI và tự động hóa: Động lực nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp ô tô SME

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô đang bước vào giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ dưới tác động của số hóa, trí tuệ nhân tạo (AI) và sản xuất thông minh, các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME) đứng trước cả cơ hội lẫn thách thức trong việc nâng cao năng lực cạnh tranh. Hội thảo “Chiến lược chuyển đổi số, AI và tự động hóa cho doanh nghiệp ô tô vừa và nhỏ” diễn ra ngày 3/7 tại TP.HCM đã mang đến nhiều góc nhìn thực tiễn về lộ trình ứng dụng công nghệ, giúp doanh nghiệp tiếp cận hiệu quả các xu hướng mới của ngành.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/7/2026: Tuổi Dậu đón vận may tài lộc, tuổi Tỵ đề phòng mâu thuẫn nơi công sở

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/7/2026: Tuổi Dậu đón vận may tài lộc, tuổi Tỵ đề phòng mâu thuẫn nơi công sở

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 4/7/2026 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 3/7: Dòng tiền co lại, VN Index thêm một phiên giảm nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 3/7: Dòng tiền co lại, VN Index thêm một phiên giảm nhẹ

VN Index tiếp tục giảm nhẹ khi tạo nến Doji và rút chân nhẹ từ đường MA50 ngày, cho thấy thị trường vẫn giằng co mạnh. Thanh khoản giảm, khối ngoại bán ròng 805 tỷ đồng và sắc đỏ áp đảo khiến tâm lý nhà đầu tư chưa thể thoát khỏi trạng thái thận trọng.
Điểm sàn ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa trường Đại học Xây dựng Miền Trung thấp nhất 15 điểm

Điểm sàn ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa trường Đại học Xây dựng Miền Trung thấp nhất 15 điểm

Trường Đại học Xây dựng Miền Trung chính thức công bố điểm sàn đại học chính quy năm 2026 đối với các phương thức xét tuyển theo quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Điểm chuẩn khối ngành STEM có thể tăng do chính sách học bổng của Nghị đinh 179

Điểm chuẩn khối ngành STEM có thể tăng do chính sách học bổng của Nghị đinh 179

Chính sách học bổng dành cho 111 ngành khoa học cơ bản, kỹ thuật then chốt và công nghệ chiến lược theo Nghị định 179/2026/NĐ-CP được dự báo sẽ tạo sức hút lớn với thí sinh, qua đó có thể khiến điểm chuẩn nhiều ngành STEM tăng trong mùa tuyển sinh năm nay.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc