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
Thị trường chứng khoán ngày 14/7: VN-Index hồi phục sau 3 phiên giảm, cổ phiếu PNJ tăng kịch trần

Thị trường chứng khoán ngày 14/7: VN-Index hồi phục sau 3 phiên giảm, cổ phiếu PNJ tăng kịch trần

Thị trường chứng khoán ngày 14/7 ghi nhận diễn biến khởi sắc khi VN-Index đảo chiều tăng hơn 6 điểm, chấm dứt chuỗi ba phiên giảm liên tiếp. Dòng tiền tập trung vào nhóm dầu khí và cổ phiếu PNJ, giúp mã này tăng hết biên độ và trở thành điểm nhấn của thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/7/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều may mắn tài lộc, tuổi Thìn cần giữ vững lập trường

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/7/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều may mắn tài lộc, tuổi Thìn cần giữ vững lập trường

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 15/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Dữ liệu chất lượng cao - nền tảng giúp rút ngắn chu kỳ phát triển xe điện

Dữ liệu chất lượng cao - nền tảng giúp rút ngắn chu kỳ phát triển xe điện

Trong cuộc đua phát triển xe điện và xe hybrid, lợi thế cạnh tranh không còn đến từ những ý tưởng đột phá đơn thuần mà phụ thuộc ngày càng nhiều vào khả năng thu thập, quản lý và khai thác dữ liệu. Các chuyên gia cho rằng tính toàn vẹn dữ liệu đang trở thành yếu tố quyết định giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian phát triển, giảm rủi ro kỹ thuật và tăng tốc thương mại hóa công nghệ mới.
BIDV Napas Business - giải pháp thanh toán hiệu quả của doanh nghiệp

BIDV Napas Business - giải pháp thanh toán hiệu quả của doanh nghiệp

Vừa ra mắt cách đây không lâu, Thẻ tín dụng doanh nghiệp nội địa BIDV Napas Business đã góp phần làm đa dạng hóa giải pháp tài chính dành cho doanh nghiệp.
Nhiều ngành của Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM lấy điểm sàn 15

Nhiều ngành của Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM lấy điểm sàn 15

Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM vừa công bố ngưỡng bảo đảm chất lượng đầu vào (điểm sàn) đối với các ngành, chương trình đào tạo đại học chính quy năm 2026. Năm nay cũng là lần đầu tiên trường triển khai phương thức xét tuyển kết hợp, bên cạnh xét tuyển thẳng và ưu tiên xét tuyển.
Giải pháp robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý

Giải pháp robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý

ABB Robotics và Roche Diagnostics vừa công bố hợp tác chiến lược toàn cầu nhằm phát triển các giải pháp robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý (Physical AI) cho phòng thí nghiệm lâm sàng. Động thái này được kỳ vọng sẽ mở ra thế hệ phòng thí nghiệm thông minh mới, nơi robot không chỉ tự động hóa các công việc lặp lại mà còn thích ứng linh hoạt với môi trường vận hành, góp phần nâng cao hiệu quả chẩn đoán và giảm áp lực thiếu hụt nhân lực.
Ngày 15/10 hằng năm là Ngày Công dân số Việt Nam

Ngày 15/10 hằng năm là Ngày Công dân số Việt Nam

Chính phủ ban hành Nghị quyết số 66.22/2026/NQ-CP về phát triển công dân số. Nghị quyết này có hiệu lực thi hành từ ngày 15/8/2026 đến ngày 28/02/2027.
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/7: Ưu tiên quản trị rủi ro, hạn chế bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/7: Ưu tiên quản trị rủi ro, hạn chế bắt đáy

Sau phiên giảm mạnh nhất trong hơn một tháng, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục duy trì sự thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro và hạn chế bắt đáy khi xu hướng điều chỉnh của thị trường vẫn đang chiếm ưu thế.
Để văn hóa luôn là nền tảng tinh thần, động lực phát triển bền vững của Thủ đô

Để văn hóa luôn là nền tảng tinh thần, động lực phát triển bền vững của Thủ đô

Với truyền thống nghìn năm văn hiến và vai trò của Thủ đô, Hà Nội đang từng bước hiện thực hóa một mô hình phát triển mới – nơi văn hóa không chỉ được gìn giữ, mà còn được “kích hoạt” để tạo ra giá trị mới cho tương lai.
Thị trường chứng khoán ngày 13/7: VN Index lao dốc trong phiên đầu tuần

Thị trường chứng khoán ngày 13/7: VN Index lao dốc trong phiên đầu tuần

Áp lực bán lan rộng trong phiên đầu tuần dưới tác động từ diễn biến căng thẳng tại Trung Đông. Dù VN Index giảm gần 28 điểm, lực cầu cuối phiên đã giúp chỉ số thu hẹp đáng kể đà giảm và bảo vệ thành công ngưỡng 1.800 điểm.
vn-web
song-gia-tri