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
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Khi tài chính của ACB không chỉ để tích lũy mà còn để tận hưởng cuộc sống

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Khi tài chính của ACB không chỉ để tích lũy mà còn để tận hưởng cuộc sống

Tuần qua đã có 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: Moody’s nâng triển vọng xếp hạng của Agribank lên “Tích cực”; Lãi suất tiết kiệm Big4 ổn định đầu tháng 5/2026, cao nhất 6%/năm; ACB: Khi tài chính không chỉ để tích lũy mà còn để tận hưởng cuộc sống...
Điều khiển thông minh cho các mô hình lưới điện vi mô công nghiệp có mức độ tích hợp cao các nguồn điện năng từ năng lượng tái tạo

Điều khiển thông minh cho các mô hình lưới điện vi mô công nghiệp có mức độ tích hợp cao các nguồn điện năng từ năng lượng tái tạo

Trong những năm gần đây, giữa bối cảnh nhu cầu năng lượng điện trên toàn cầu ngày càng tăng và những thách thức môi trường ngày càng nghiêm trọng, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng đã tăng nhanh hơn sản lượng điện năng.
Giảm mạnh chi phí dự phòng, Saigonbank đạt hơn 88 tỷ đồng lợi nhuận trong quý I

Giảm mạnh chi phí dự phòng, Saigonbank đạt hơn 88 tỷ đồng lợi nhuận trong quý I

Quý đầu tiên năm 2026, Saigonbank - ngân hàng có quy mô tài sản nhỏ nhất hệ thống lãi trước thuế hơn 88 tỷ đồng. Cho vay khách hàng hơn 22.000 tỷ đồng, nhóm nợ nghi ngờ có xu hướng giảm.
Liên hiệp Hội Việt Nam chủ trì hội nghị các đoàn dự Đại hội MTTQ Việt Nam khóa XI

Liên hiệp Hội Việt Nam chủ trì hội nghị các đoàn dự Đại hội MTTQ Việt Nam khóa XI

Căn cứ Thông tri số 10/TT-MTTQ-UB của Ủy ban Trung ương MTTQ Việt Nam về việc triệu tập đại biểu dự Đại hội đại biểu toàn quốc MTTQ Việt Nam lần thứ XI, với vai trò là Trưởng các Đoàn của tổ chức chính trị, tổ chức chính trị - xã hội, các tổ chức Liên hiệp, Liên hiệp Hội Việt Nam đã chủ trì tổ chức họp các đoàn để triển khai thực hiện thông tri của MTTQ Việt Nam.
BSR kỷ niệm 18 năm thành lập với nhiều phong trào thi đua trọng điểm

BSR kỷ niệm 18 năm thành lập với nhiều phong trào thi đua trọng điểm

Ngày 7/5/2026, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) - đơn vị thành viên Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam), long trọng tổ chức chương trình “Đối thoại tháng 5” kết hợp Lễ phát động Tháng Công nhân - Tháng hành động về An toàn, vệ sinh lao động và Tháng cao điểm thúc đẩy phong trào đổi mới sáng tạo, gắn với kỷ niệm 18 năm Ngày thành lập Tổng công ty (9/5/2008-9/5/2026).
Bổ sung công nghệ đường sắt tốc độ cao, đường sắt đô thị vào nhóm 10 công nghệ chiến lược quốc gia

Bổ sung công nghệ đường sắt tốc độ cao, đường sắt đô thị vào nhóm 10 công nghệ chiến lược quốc gia

Thủ tướng Chính phủ vừa ban hành Quyết định số 21/2026/QĐ-TTg ngày 30/4/2026 về Danh mục công nghệ chiến lược và Danh mục sản phẩm công nghệ chiến lược, trong đó đáng chú ý là việc bổ sung công nghệ đường sắt tốc độ cao, đường sắt đô thị vào nhóm 10 công nghệ chiến lược quốc gia.
Ngân hàng MB lãi hơn 9.600 ngay trong Quý I/2026

Ngân hàng MB lãi hơn 9.600 ngay trong Quý I/2026

Quý I/2026, ngân hàng MB mang về hơn 9.600 tỷ đồng lãi trước thuế, tăng 15% so với cùng kỳ nhờ tăng trưởng hoạt động kinh doanh cốt lõi và mảng dịch vụ. Tổng tài sản hợp nhất đạt khoảng 1,61 triệu tỷ đồng, trong đó dư nợ cho vay lên tới 1,12 triệu tỷ đồng.
Phát triển hệ sinh thái Robot và Drone “make in Vietnam”: Một cách tiếp cận chiến lược cho TP.HCM trong bối cảnh cạnh tranh công nghệ toàn cầu

Phát triển hệ sinh thái Robot và Drone “make in Vietnam”: Một cách tiếp cận chiến lược cho TP.HCM trong bối cảnh cạnh tranh công nghệ toàn cầu

Robot và drone đang chuyển dịch từ các hệ thống tự động hóa truyền thống sang các hệ thống vật lý thông minh có khả năng tự chủ, qua đó tái cấu trúc sâu sắc phương thức sản xuất và quản trị đô thị. Trong bối cảnh hiện nay, việc phát triển hệ sinh thái robotics không chỉ là lựa chọn công nghệ mà là một chiến lược phát triển mang tính nền tảng, gắn trực tiếp với năng lực cạnh tranh và mức độ tự chủ của nền kinh tế.
TP. Hồ Chí Minh trước bài toán tăng trưởng hai con số: không thể đi bằng "động cơ cũ"

TP. Hồ Chí Minh trước bài toán tăng trưởng hai con số: không thể đi bằng "động cơ cũ"

Mục tiêu tăng trưởng trên 10%/năm giai đoạn 2026–2030 đang đặt TP.HCM trước yêu cầu phải thay đổi căn bản mô hình phát triển. Khi các dư địa tăng trưởng truyền thống dần thu hẹp, tự động hóa, trí tuệ nhân tạo và chuyển đổi số được xem là “động cơ mới” quyết định khả năng bứt phá của đô thị đầu tàu của cả nước.
Chạm 18: Lễ tri ân và trưởng thành của học sinh Chuyên KHXH&NV trở lại với nhiều cảm xúc

Chạm 18: Lễ tri ân và trưởng thành của học sinh Chuyên KHXH&NV trở lại với nhiều cảm xúc

Trở lại với chủ đề “Solaria”, Lễ tri ân và trưởng thành “Chạm 18” hứa hẹn sẽ trở thành dấu mốc đáng nhớ của học sinh khối 12 Trường THPT Chuyên Khoa học Xã hội và Nhân văn trước khi chính thức khép lại tuổi học trò.
vn-web
song-gia-tri