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
Liên hiệp Hội Việt Nam góp ý hoàn thiện Dự án Luật Phổ biến, giáo dục pháp luật

Liên hiệp Hội Việt Nam góp ý hoàn thiện Dự án Luật Phổ biến, giáo dục pháp luật

Chiều 6/8, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp hội) tổ chức Hội thảo góp ý Dự án Luật Phổ biến, giáo dục pháp luật (sửa đổi), thu hút sự tham gia của nhiều chuyên gia, nhà khoa học và nhà quản lý.
AI và tự động hóa thông minh tái định hình vận hành tòa nhà công nghiệp

AI và tự động hóa thông minh tái định hình vận hành tòa nhà công nghiệp

Trong bối cảnh chi phí năng lượng liên tục gia tăng và yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe, các tòa nhà công nghiệp đang chuyển mình từ vai trò là hạ tầng phục vụ sản xuất sang trở thành một "tài sản thông minh" có khả năng tự tối ưu vận hành. Xu hướng này được thúc đẩy bởi sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích dự đoán và các hệ thống điều khiển tự động, mở ra một mô hình quản lý cơ sở sản xuất hiệu quả hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có khả năng thích ứng với biến động của thị trường.
Việt Nam đầu tư hệ thống trung tâm nghiên cứu, thử nghiệm cho công nghệ chiến lược

Việt Nam đầu tư hệ thống trung tâm nghiên cứu, thử nghiệm cho công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Chính phủ Hồ Quốc Dũng vừa ký Quyết định số 1483/QĐ-TTg ngày 04/8/2026 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án “Phát triển hệ thống các trung tâm nghiên cứu, thử nghiệm, các phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, tập trung cho công nghệ chiến lược".
Nhận định phiên giao dịch ngày 7/8: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Nhận định phiên giao dịch ngày 7/8: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Sau phiên điều chỉnh khá mạnh ngày 6/8, các công ty chứng khoán cho rằng thị trường nhiều khả năng sẽ tiếp tục diễn biến giằng co trong ngắn hạn khi áp lực chốt lời vẫn hiện hữu. Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi trong các nhịp hồi, duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức hợp lý và chờ tín hiệu rõ ràng hơn trước khi gia tăng giải ngân.
Kết nối hệ sinh thái để doanh nghiệp Việt tham gia sâu chuỗi cung ứng toàn cầu

Kết nối hệ sinh thái để doanh nghiệp Việt tham gia sâu chuỗi cung ứng toàn cầu

Trong bối cảnh ngành sản xuất đứng trước yêu cầu đồng thời nâng cao năng suất, tối ưu chi phí, đáp ứng tiêu chuẩn xanh và tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu, chuyển đổi số và sản xuất thông minh đang trở thành động lực phát triển tất yếu.
Thị trường chứng khoán ngày 6/8: Dòng tiền thận trọng, VN Index giảm phiên thứ hai liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 6/8: Dòng tiền thận trọng, VN Index giảm phiên thứ hai liên tiếp

Chỉ số VN Index giảm gần 12 điểm khi nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản đồng loạt suy yếu. Tuy nhiên, thanh khoản giảm mạnh cho thấy áp lực chủ yếu đến từ hoạt động chốt lời ngắn hạn, thay vì một làn sóng bán tháo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/8/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần giữ bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/8/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần giữ bình tĩnh

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 7/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
UniHackfest 2026: Thúc đẩy tư duy phát triển sản phẩm AI và Web3 cho sinh viên HUTECH

UniHackfest 2026: Thúc đẩy tư duy phát triển sản phẩm AI và Web3 cho sinh viên HUTECH

Sáng 5/8, Viện Kỹ thuật của Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh (HUTECH) đã phối hợp cùng Corelia Academy tổ chức workshop “UniHackfest × HUTECH Unitour 2026: From Idea to Working Product”. Chương trình mang đến cho sinh viên cơ hội tiếp cận quy trình phát triển sản phẩm công nghệ từ ý tưởng đến triển khai thực tiễn, đồng thời cập nhật những xu hướng mới trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI), Web3 và chuyển đổi số.
Đề xuất hoàn thiện Luật Xuất bản để đáp ứng yêu cầu phát triển mới

Đề xuất hoàn thiện Luật Xuất bản để đáp ứng yêu cầu phát triển mới

Đóng góp ý kiến tại các tổ sáng 5/8 về dự án Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Xuất bản trong khuôn khổ Kỳ họp không thường lệ thứ Nhất, đại biểu Quốc hội đề nghị sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Xuất bản. Các ý kiến cũng nhấn mạnh cần nâng cao chất lượng hoạt động của các nhà xuất bản, khắc phục những bất cập, sai phạm phát sinh trong thực tiễn.
FCC siết cấp phép robot và bộ biến tần nước ngoài để bảo vệ chuỗi cung ứng Mỹ

FCC siết cấp phép robot và bộ biến tần nước ngoài để bảo vệ chuỗi cung ứng Mỹ

Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ (FCC) vừa thông qua quy định mới nhằm hạn chế việc cấp phép cho một số robot tiên tiến và bộ biến tần sản xuất ở nước ngoài. Theo FCC, quyết định này xuất phát từ những lo ngại về nguy cơ tạo ra các lỗ hổng trong chuỗi cung ứng, có thể ảnh hưởng đến an ninh kinh tế, an ninh quốc gia cũng như làm gia tăng rủi ro an ninh mạng đối với các cơ sở hạ tầng trọng yếu của Mỹ.
song-gia-tri