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
Trung tâm dữ liệu AI có thể "sập" vì một cảm biến?

Trung tâm dữ liệu AI có thể "sập" vì một cảm biến?

Khi làn sóng trí tuệ nhân tạo (AI) thúc đẩy sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu siêu lớn trên toàn cầu, cuộc đua hạ tầng công nghệ không còn chỉ xoay quanh chip AI, GPU hay nguồn điện. Một yếu tố ít được nhắc đến hơn nhưng đang trở thành nhân tố quyết định hiệu suất và độ tin cậy của các trung tâm dữ liệu thế hệ mới chính là hệ thống đo lường công nghiệp.
10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi vận hành xe máy điện

10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi vận hành xe máy điện

Xe máy điện đang trở thành phương tiện quen thuộc trong các đô thị Việt Nam. Xe êm, sạch, dễ đi, chi phí vận hành thấp, phù hợp với học sinh, sinh viên, nhân viên văn phòng, người giao hàng và cả các gia đình cần một phương tiện đi lại hằng ngày trong bán kính ngắn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

VN-Index giảm gần 17 điểm trong phiên giao dịch 29/6 do chịu áp lực lớn từ nhóm cổ phiếu Vingroup, song diễn biến thị trường cho thấy dòng tiền vẫn đang có xu hướng lan tỏa sang nhiều nhóm ngành. Các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu thuộc nhóm ngân hàng, chứng khoán - những lĩnh vực đang thu hút dòng tiền mạnh.
Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Trong khuôn khổ hội thảo triển khai các chương trình và chính sách đào tạo nhân lực STEM do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức vào chiều ngày 27/6, tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban tổ chức đã ra mắt nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia.
111 ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ được cấp học bổng

111 ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ được cấp học bổng

Danh mục ngành mà sinh viên được nhận học bổng theo Nghị định 179 được Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố ngày 28/6. Bộ cho biết sẽ xem xét cập nhật nếu phát sinh các ngành mới thuộc nhóm này.
Thị trường chứng khoán ngày 29/6: Cổ phiếu Vingroup gây áp lực, VN-Index giảm gần 17 điểm dù sắc xanh lan tỏa

Thị trường chứng khoán ngày 29/6: Cổ phiếu Vingroup gây áp lực, VN-Index giảm gần 17 điểm dù sắc xanh lan tỏa

Thị trường chứng khoán khởi đầu tuần giao dịch với diễn biến trái chiều khi phần lớn nhóm cổ phiếu ghi nhận sắc xanh, song áp lực giảm mạnh từ nhóm cổ phiếu Vingroup đã kéo VN-Index lùi gần 17 điểm.
D’. Diamant Bleu: ‘Gen vị trí’ định hình chuẩn sống xanh đắt giá

D’. Diamant Bleu: ‘Gen vị trí’ định hình chuẩn sống xanh đắt giá

Với mã “gen vị trí” đắc địa cùng lợi thế kề công viên và hồ điều hoà, các căn hộ D'. Diamant Bleu đang định hình lại tiêu chuẩn sống xanh đắt giá giữa lòng đô thị hiện đại.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/6/2026: Tuổi Mùi đón quý nhân phù trợ, tuổi Dậu cần thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/6/2026: Tuổi Mùi đón quý nhân phù trợ, tuổi Dậu cần thận trọng tài chính

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 30/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Từ “thiết kế đẹp” đến “thiết kế để sống”: Masterise Homes định chuẩn “sống hàng hiệu” tại giải thưởng kiến trúc châu Á

Từ “thiết kế đẹp” đến “thiết kế để sống”: Masterise Homes định chuẩn “sống hàng hiệu” tại giải thưởng kiến trúc châu Á

Một công trình chỉ thực sự ghi dấu khi kiến trúc vượt lên trên giá trị thẩm mỹ để kiến tạo những trải nghiệm sống bền vững và góp phần định hình diện mạo đô thị. Việc bán đảo SOLA tại The Global City và tòa tháp đôi One Central Saigon được vinh danh tại Asia Architecture Design Awards 2026 (AADA) tiếp tục khẳng định năng lực “kiến tạo trải nghiệm xứng tầm” của Nhà định chuẩn Masterise Homes bằng tư duy quy hoạch dài hạn, thiết kế có chiều sâu và trải nghiệm cư dân được đặt ở trung tâm của hệ tiêu chuẩn hàng hiệu.
Mô hình hệ sinh thái robot phẫu thuật đa kết nối đầu tiên và duy nhất tại Việt Nam

Mô hình hệ sinh thái robot phẫu thuật đa kết nối đầu tiên và duy nhất tại Việt Nam

Hệ thống Y tế Vinmec vừa chính thức khai trương hệ thống Trung tâm Phẫu thuật Robot Công nghệ cao, đánh dấu bước tiến mới của y học Việt Nam. Không chỉ đầu tư các nền tảng robot phẫu thuật tiên tiến hàng đầu thế giới, Vinmec còn tiên phong xây dựng hệ sinh thái phẫu thuật robot đa chuyên khoa, đa bệnh viện và đa đối tác công nghệ quốc tế, mở rộng cơ hội tiếp cận các kỹ thuật điều trị hiện đại cho người dân trên cả nước.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc