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

chao-mung-ngay-bao-chi
Tin bài khác
Gỡ rào cản, đưa nghiên cứu vào thực tiễn tại các trường đại học

Gỡ rào cản, đưa nghiên cứu vào thực tiễn tại các trường đại học

Trong bối cảnh dự thảo Luật Khoa học, Công nghệ và Đổi mới sáng tạo (sửa đổi) đang được Quốc hội lấy ý kiến, một đề xuất mang tính đột phá đang gây chú ý: chuyển dịch nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và công nghệ (KHCN) về các trường đại học hàng đầu. Đây không chỉ là thay đổi về tổ chức, mà còn là bước chuyển về tư duy chiến lược, góp phần định hình lại hệ sinh thái đổi mới sáng tạo quốc gia.
Mẹo hàng đầu để khắc phục sự cố hệ thống điện tử

Mẹo hàng đầu để khắc phục sự cố hệ thống điện tử

Trong kỷ nguyên của tự động hóa và thiết bị thông minh, kỹ năng khắc phục sự cố hệ thống điện - điện tử không còn là “bản năng” thiên bẩm mà là một năng lực có thể học và huấn luyện bài bản. Đối với các kỹ thuật viên công nghiệp, khả năng xác định và xử lý nhanh lỗi hệ thống không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu tổn thất vận hành, đặc biệt trong các nhà máy sản xuất tự động hóa cao.
Cảm biến nhiệt eRTS: "Vũ khí mới" của Continental

Cảm biến nhiệt eRTS: "Vũ khí mới" của Continental

Continental Automotive vừa công bố một bước đột phá trong lĩnh vực công nghệ cảm biến dành cho xe điện: Cảm biến nhiệt độ rôto động cơ điện tử (electric Rotor Temperature Sensor - eRTS). Đây là lần đầu tiên trên thế giới một hệ thống đo trực tiếp nhiệt độ cánh quạt trong động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được phát triển, mở ra tiềm năng cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất động cơ điện.
Sửa đổi Luật KH và CN: Hướng tới đổi mới toàn diện, hỗ trợ doanh nghiệp

Sửa đổi Luật KH và CN: Hướng tới đổi mới toàn diện, hỗ trợ doanh nghiệp

Ngày 6/6, tại Hà Nội, Ủy ban Khoa học, Công nghệ và Môi trường của Quốc hội phối hợp với Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức Hội thảo góp ý Dự thảo Luật Khoa học, Công nghệ và Đổi mới sáng tạo. Sự kiện nhằm tiếp tục hoàn thiện Dự thảo luật sau khi đã tiếp thu ý kiến tại Kỳ họp thứ 9 Quốc hội khóa XV.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/6/2025: Tuổi Thân may mắn , tuổi Dần công việc bấp bênh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/6/2025: Tuổi Thân may mắn , tuổi Dần công việc bấp bênh

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 8/6/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Doanh nghiệp là cầu nối thúc đẩy hợp tác kinh tế Việt Nam - Estonia

Doanh nghiệp là cầu nối thúc đẩy hợp tác kinh tế Việt Nam - Estonia

Chiều 6/6, tại tòa nhà Chính phủ, Thủ đô Talinn, trong chương trình thăm chính thức Estonia, Thủ tướng Phạm Minh Chính đã dự Tọa đàm doanh nghiệp Việt Nam - Estonia.
Công nghệ vào cuộc - Giao thông không còn vấn nạn

Công nghệ vào cuộc - Giao thông không còn vấn nạn

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh và lưu lượng phương tiện tăng mạnh, nhiều quốc gia đang triển khai các giải pháp ứng dụng AI, tự động hóa và IoT trong giám sát an toàn giao thông. Mục tiêu là giảm thiểu tai nạn, tối ưu hóa vận hành và tiến tới xây dựng hệ thống giao thông thông minh.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV áp dụng lãi suất huy động cao nhất tiền gửi online

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV áp dụng lãi suất huy động cao nhất tiền gửi online

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: VietinBank triển khai giải pháp tài chính toàn diện cho nhà thầu đầu tư công; HDBank được dự báo tăng trưởng tín dụng trên 30%; Lãi suất tiết kiệm BIDV dành cho khách hàng cá nhân tháng 6...
Công bố danh mục 21 bài toán lớn về KHCN, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Công bố danh mục 21 bài toán lớn về KHCN, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Bộ KH&CN vừa chính thức công bố Danh mục các bài toán lớn về khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số. Đây là một bước đi cụ thể, thể hiện quyết tâm của Bộ KH&CN trong việc triển khai thực chất Nghị quyết 57-NQ/TW, trong đó xác định rõ vai trò trụ cột của KH&CN, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong phát triển đất nước.
Quản trị Doanh nghiệp: Mở khóa “ cơ hội”, thúc đẩy phát triển bền vững

Quản trị Doanh nghiệp: Mở khóa “ cơ hội”, thúc đẩy phát triển bền vững

G (Governance – Quản trị) trong ESG, tuy đứng cuối trong bộ ba tiêu chí nhưng lại chính là chìa khóa đảm bảo việc thực hiện các chiến lược về phát triển bền vững (PTBV) nói chung và giảm phát thải khí nhà kính, hướng đến Net Zero nói riêng tại các doanh nghiệp.
siement
Quảng cáo
moxa