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

trien-lam-quoc-te
Tin bài khác
PVOIL: Dám nghĩ, dám làm, dám dẫn đầu - Bước vào Kỷ nguyên năng lượng mới

PVOIL: Dám nghĩ, dám làm, dám dẫn đầu - Bước vào Kỷ nguyên năng lượng mới

Ngày 25/4, Tổng công ty Dầu Việt Nam – CTCP (PVOIL, mã chứng khoán: OIL) đã tổ chức thành công Đại hội đồng cổ đông (ĐHĐCĐ) thường niên năm 2025 theo hình thức trực tuyến tại TP. HCM. Sự kiện quan trọng này có sự tham dự của các cổ đông đại diện cho hơn 954 triệu cổ phần, tương đương tỷ lệ 92,28% tổng số cổ phần có quyền biểu quyết của PVOIL.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/4/2025: Tuổi Tuất gặp nhiều lợi thế, tuổi Dần dễ xảy ra tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/4/2025: Tuổi Tuất gặp nhiều lợi thế, tuổi Dần dễ xảy ra tranh cãi

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 28/4/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Lãi suất ngân hàng tuần mới tháng 4/2025: 3 ngân hàng có lãi suất tiết kiệm từ 5,95%

Lãi suất ngân hàng tuần mới tháng 4/2025: 3 ngân hàng có lãi suất tiết kiệm từ 5,95%

Top 3 ngân hàng có lãi suất tiết kiệm từ 5,95% kỳ hạn 12 tháng ở điều kiện thường có thể kể đến: Cake by VPBank, GPBank, Vikki Bank...
Khám phá công nghệ thông minh trong nông nghiệp

Khám phá công nghệ thông minh trong nông nghiệp

Mouser Electronics, Inc. nhà phân phối giới thiệu sản phẩm mới (NPI) hàng đầu trong ngành công nghệ với nhiều lựa chọn nhất về chất bán dẫn và linh kiện điện tử, đã cung cấp những hiểu biết có giá trị về những cải tiến mới nhất trong nông nghiệp thông qua Trung tâm tài nguyên nông nghiệp của mình.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/4: Thị trường hướng tới cột mốc 1.250 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/4: Thị trường hướng tới cột mốc 1.250 điểm

Trong phiên 25/4, đà phục hồi được củng cố nhờ dòng tiền cải thiện mạnh và tâm lý nhà đầu tư tích cực trước các yếu tố hỗ trợ. Với chỉ còn hai phiên giao dịch trước kỳ nghỉ lễ 30/4 – 1/5, thị trường có thể tiếp tục nới rộng đà tăng, thử thách vùng cản kỹ thuật 1.250 điểm, thậm chí hướng tới vùng 1.263 điểm nếu xuất hiện phiên bùng nổ theo đà.
Hành trình thị giác qua 50 biểu tượng đầy màu sắc mừng 50 năm giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước

Hành trình thị giác qua 50 biểu tượng đầy màu sắc mừng 50 năm giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước

Hướng tới cột mốc lịch sử 50 năm ngày Giải phóng hoàn toàn miền Nam, thống nhất đất nước (30/4/1975 - 30/4/2025), ngành du lịch TP. Hồ Chí Minh đã và đang triển khai chuỗi hoạt động ý nghĩa nhằm tri ân quá khứ, lan tỏa niềm tự hào dân tộc, đồng thời đón chào du khách bằng tinh thần hiếu khách, nghĩa tình vốn là đặc trưng của người dân Thành phố.
THCS Ngô Sĩ Liên (Hà Nội) - Nơi khơi nguồn đam mê sáng tạo của thế hệ trẻ

THCS Ngô Sĩ Liên (Hà Nội) - Nơi khơi nguồn đam mê sáng tạo của thế hệ trẻ

Nằm giữa lòng quận Hoàn Kiếm, Hà Nội, Trường THCS Ngô Sĩ Liên không chỉ là một ngôi trường với bề dày lịch sử hơn một thế kỷ, mà còn là cái nôi nuôi dưỡng những tài năng trẻ, nơi khơi dậy tinh thần sáng tạo và khát vọng vươn xa của bao thế hệ học sinh.
VAA ra mắt Chi hội Đào tạo Tự động hoá

VAA ra mắt Chi hội Đào tạo Tự động hoá

Chiều 26/4, tại Hà Nội, Hội Tự động hoá Việt Nam (VAA) đã ra mắt Chi hội Đào tạo Tự động hoá. Chi hội được Chủ tịch Hội Tự động hoá Việt Nam ký Quyết định thành lập số 19/QĐ-TĐH ngày 15/4/2025. Đây là Chi hội về chuyên môn nghiệp vụ thứ hai được ra mắt, sau Chi hội Tự động hoá Giao thông vận tải và Logistic (ra mắt ngày 9/11/2024).
Làm sao để tích hợp các thiết bị IoT một cách an toàn?

Làm sao để tích hợp các thiết bị IoT một cách an toàn?

Khi tích hợp các thiết bị IoT vào môi trường OT, điều quan trọng là phải xem xét cách tiếp cận toàn diện, nhiều lớp để kết hợp các nguyên tắc an ninh mạng vào cả phần cứng và phần mềm. Phương pháp tích hợp này đảm bảo rằng các tổ chức có thể quản lý vô số điểm cuối, từ cảm biến và bộ điều khiển đến cổng và máy chủ trong khi vẫn duy trì bảo mật nhất quán.
Thêm góc nhìn toàn cảnh về thị trường tài chính Việt Nam

Thêm góc nhìn toàn cảnh về thị trường tài chính Việt Nam

Ngày 22/04/2025, tại Hà Nội, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) cùng Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) đã phối hợp tổ chức Hội thảo "Thị trường tài chính 2024 và Triển vọng 2025". Hội thảo quy tụ các diễn giả là những chuyên gia hàng đầu đến từ Fiingroup, IMF, Học viện Ngân hàng cùng đại diện các cơ quan quản lý, tổ chức quốc tế (ADB, IMF, JICA, JBIC...), các định chế tài chính, hiệp hội nghề nghiệp và các viện nghiên cứu, trường đại học trong và ngoài nước.
siement
Quảng cáo
moxa