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
Nhà máy Mỹ tăng tốc tự động hóa nhưng đang đối mặt với một “nút thắt” khác

Nhà máy Mỹ tăng tốc tự động hóa nhưng đang đối mặt với một “nút thắt” khác

Làn sóng đầu tư mới đang thúc đẩy ngành sản xuất Mỹ mở rộng nhà máy, sản xuất chip, pin, robot, tàu biển và thiết bị quốc phòng. Tuy nhiên, bên cạnh bài toán thiếu lao động, một thách thức ít được chú ý đang ngày càng rõ nét: làm thế nào để giữ lại tri thức và kinh nghiệm vận hành khi lực lượng lao động già hóa và các chuyên gia lần lượt nghỉ việc?
Hà Nội hỗ trợ lắp điện mặt trời mái nhà: Để chính sách đi vào cuộc sống

Hà Nội hỗ trợ lắp điện mặt trời mái nhà: Để chính sách đi vào cuộc sống

Chính sách hỗ trợ tối đa 6 triệu đồng cho mỗi hộ lắp điện mặt trời mái nhà và hệ thống lưu trữ được kỳ vọng tạo thêm động lực phát triển nguồn điện tại chỗ. Tuy nhiên, với người dân, quyết định đầu tư không chỉ phụ thuộc khoản hỗ trợ mà còn liên quan đến chi phí ban đầu, thời gian hoàn vốn, chất lượng thiết bị và an toàn vận hành.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/9: Giữ danh mục, hạn chế việc bắt đáy thêm

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/9: Giữ danh mục, hạn chế việc bắt đáy thêm

Áp lực điều chỉnh tiếp tục gia tăng khiến VN-Index rời xa mốc 1.800 điểm. Trong bối cảnh lực cầu chưa đủ mạnh, nhà đầu tư nên duy trì danh mục hiện tại, hạn chế bắt đáy và chờ tín hiệu tích cực rõ hơn tại các vùng hỗ trợ.
Gần 40.000 trẻ em cả nước vui đón Trung thu cùng Vinamilk

Gần 40.000 trẻ em cả nước vui đón Trung thu cùng Vinamilk

Từ vùng cao đến biên giới, hải đảo, gần 40.000 trẻ em khắp cả nước đã được tham gia các hoạt động vui hội trăng rằm, trải nghiệm những sân chơi bổ ích và đón nhận các phần quà dinh dưỡng từ Vinamilk. Trong đó, chương trình "Trăng về đại ngàn - Vui hội Trung thu" dành cho trẻ em thụ hưởng Quỹ sữa Vươn cao Việt Nam tại Đắk Lắk là một điểm nhấn, góp phần mang đến cho các em một mùa Trung thu ý nghĩa.
Thị trường chứng khoán ngày 24/9: VN Index mất hơn 26 điểm, nhóm Vingroup tạo áp lực lớn đến chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 24/9: VN Index mất hơn 26 điểm, nhóm Vingroup tạo áp lực lớn đến chỉ số

VN Index tiếp tục lao dốc, mất sâu mốc 1.800 điểm và đang thử thách vùng hỗ trợ tại đường MA50. Tuy nhiên, gần 15 trong tổng số 26,56 điểm giảm lại đến từ nhóm Vingroup, cho thấy bức tranh bên dưới chỉ số không hoàn toàn đồng nghĩa với một cuộc bán tháo toàn thị trường.
Phát triển công nghiệp vật liệu: Từ lợi thế tài nguyên đến làm chủ công nghệ

Phát triển công nghiệp vật liệu: Từ lợi thế tài nguyên đến làm chủ công nghệ

Chiều 24/9, Ban Tuyên giáo Trung ương chủ trì, phối hợp với Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng các cơ quan liên quan tổ chức Hội thảo "Tuyên truyền, phổ biến, quán triệt Kết luận số 83-KL/TW ngày 8/8/2026 của Bộ Chính trị về phát triển công nghiệp vật liệu Việt Nam.
111 đảng viên thuộc Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam được trao tặng Huy hiệu đảng

111 đảng viên thuộc Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam được trao tặng Huy hiệu đảng

Sáng ngày 24/9/2026, tại trụ sở Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam), Đảng ủy Mặt trận Tổ quốc Việt Nam, các đoàn thể Trung ương và Đảng ủy Liên hiệp Hội Việt Nam tổ chức Lễ trao tặng huy hiệu Đảng cho 111 đảng viên thuộc Đảng bộ được xét tặng vào dịp Quốc khánh 2/9/2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/9/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/9/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh nóng vội

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 25/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Đào tạo CNC: Từ cập nhật công nghệ đến xây dựng mạng lưới nhân lực

Đào tạo CNC: Từ cập nhật công nghệ đến xây dựng mạng lưới nhân lực

Trong sản xuất cơ khí hiện đại, làm chủ công nghệ CNC không chỉ phụ thuộc vào thiết bị mà còn đòi hỏi đội ngũ nhân lực có khả năng vận hành, lập trình và chuyển giao công nghệ.
Làm thế nào để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển?

Làm thế nào để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển?

Trong các nhà máy hiện đại, độ tin cậy của hệ thống điều khiển có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, chất lượng sản phẩm và thời gian vận hành. Với những quy trình liên tục hoặc theo mẻ có giá trị sản phẩm cao, một sự cố nhỏ ở bộ điều khiển, nguồn điện, cảm biến hay mạng truyền thông cũng có thể dẫn tới gián đoạn sản xuất đáng kể. Vì vậy, nâng cao độ tin cậy cần được xem xét ngay từ khâu thiết kế thay vì chỉ xử lý khi sự cố xảy ra.