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
Hợp tác 3 Nhà thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu khoa học

Hợp tác 3 Nhà thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu khoa học

Mô hình liên kết Nhà nước, Nhà trường, Doanh nghiệp được định hướng theo cách tiếp cận mới: doanh nghiệp và cơ quan quản lý đặt bài toán, trường đại học và viện nghiên cứu phát triển giải pháp, Nhà nước hỗ trợ nguồn lực và chia sẻ rủi ro.
COP31: Bốn quốc gia ký thỏa thuận phát triển hành lang năng lượng xanh

COP31: Bốn quốc gia ký thỏa thuận phát triển hành lang năng lượng xanh

Azerbaijan, Thổ Nhĩ Kỳ, Georgia và Bulgaria đã ký thỏa thuận hợp tác phát triển hành lang năng lượng xanh tại Hội nghị COP31, hướng tới xây dựng tuyến truyền tải điện tái tạo từ khu vực Biển Caspi đến thị trường châu Âu, góp phần đa dạng hóa nguồn cung và tăng cường an ninh năng lượng khu vực.
Năng lượng tái tạo giá rẻ chưa giúp giảm hóa đơn tiền điện: Bài học từ Hy Lạp

Năng lượng tái tạo giá rẻ chưa giúp giảm hóa đơn tiền điện: Bài học từ Hy Lạp

Dù sản lượng điện tái tạo liên tục tăng, doanh nghiệp công nghiệp tại Hy Lạp vẫn phải chịu chi phí điện cao hơn Trung Quốc và bang Texas (Mỹ) do những hạn chế về lưới điện, thiếu năng lực lưu trữ và chi phí vận hành thị trường cân bằng điện.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần thận trọng

Những bí ẩn của khoa học đời sống luôn là chủ đề thu hút sự quan tâm của con người. Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2026 sẽ cùng bạn khám phá vận trình của 12 con giáp trên các phương diện công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, qua đó có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Đào tạo nhân lực trước yêu cầu mới của sản xuất tự động

Đào tạo nhân lực trước yêu cầu mới của sản xuất tự động

Robot và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi cách thức vận hành nhà máy, kéo theo những yêu cầu mới đối với người lao động. Bên cạnh kỹ năng vận hành, doanh nghiệp ngày càng cần nhân sự có khả năng lập trình, tích hợp và bảo trì hệ thống tự động hóa. Thực tế này đặt ra yêu cầu cấp thiết về đào tạo, nhất là việc gắn chương trình học với nhu cầu sử dụng nhân lực tại doanh nghiệp.
Phái đoàn xúc tiến thương mại của Bộ Nông nghiệp Hoa Kì tham quan Nhà máy sữa của Vinamilk

Phái đoàn xúc tiến thương mại của Bộ Nông nghiệp Hoa Kì tham quan Nhà máy sữa của Vinamilk

Trong chuyến xúc tiến thương mại nông nghiệp có quy mô lớn nhất từng được Cục Nông nghiệp Đối ngoại (FAS) thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) cử đến Việt Nam, siêu Nhà máy Sữa Việt Nam của Vinamilk là nhà máy sữa duy nhất được lựa chọn làm điểm đến tham quan và làm việc. Không chỉ gây ấn tượng bởi quy mô và công nghệ sản xuất, doanh nghiệp sữa Việt còn khiến các đại biểu quan tâm bởi chiến lược phát triển sản phẩm, đầu tư nguyên liệu và mối quan hệ hợp tác chặt chẽ với ngành nông nghiệp Mỹ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/11/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Tuất cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/11/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Tuất cần thận trọng

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 14/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Chile có thể tiết kiệm 27 tỷ USD nhập khẩu nhiên liệu nhờ đẩy nhanh chuyển đổi sang xe điện

Chile có thể tiết kiệm 27 tỷ USD nhập khẩu nhiên liệu nhờ đẩy nhanh chuyển đổi sang xe điện

Chile có thể tiết kiệm khoảng 27 tỷ USD chi phí nhập khẩu nhiên liệu lũy kế đến năm 2050 nếu đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang xe điện chạy pin.
Cảm biến đa vòng MZ1: Đơn giản hóa tích hợp với đầu ra analog

Cảm biến đa vòng MZ1: Đơn giản hóa tích hợp với đầu ra analog

Novotechnik vừa bổ sung tùy chọn đầu ra analog cho cảm biến góc quay đa vòng MZ1, mang đến giải pháp kết nối đơn giản và thuận tiện hơn cho các hệ thống điều khiển công nghiệp. Với khả năng cung cấp tín hiệu điện áp trực tiếp, tỷ lệ thuận với điện áp nguồn, sản phẩm giúp các kỹ sư giảm bớt yêu cầu lập trình, cấu hình giao diện và thiết lập giao thức truyền thông trong quá trình phát triển hệ thống.
Thị trường chứng khoán ngày 13/11: 192 cổ phiếu vẫn chìm trong sắc đỏ, VN Index thoát hiểm phút cuối

Thị trường chứng khoán ngày 13/11: 192 cổ phiếu vẫn chìm trong sắc đỏ, VN Index thoát hiểm phút cuối

Tưởng chừng tiếp tục có thêm một phiên giảm điểm, VN Index bất ngờ thoát sắc đỏ trong những phút cuối nhờ lực cầu bắt đáy. Tuy nhiên, dù đạt được mức tăng nhẹ, thị trường vẫn ngập trong sắc đỏ, với 192 cổ phiếu giảm giá và thanh khoản vẫn ở mức thấp.
master