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
Vai trò của Cờ lê đóng đầu cong trong ngành Robot hiện đại

Vai trò của Cờ lê đóng đầu cong trong ngành Robot hiện đại

Ngành robot hiện đại thường được liên tưởng đến các phần mềm tiên tiến, trí tuệ nhân tạo và tự động hóa chính xác. Tuy nhiên, đằng sau mỗi hệ thống robot đều là nền tảng của kỹ thuật cơ khí, nơi các công cụ bền bỉ vẫn đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Trong số đó, cờ lê đóng đầu cong (offset striking wrench) nổi lên như một công cụ thiết yếu trong việc lắp ráp, bảo trì và các ứng dụng robot hạng nặng.
Khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số - vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam

Khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số - vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam

Tọa đàm ngày 18/5 chứng minh cộng đồng khoa học công nghệ Việt Nam hội tụ đủ trí tuệ, kinh nghiệm thực tiễn và khát vọng để biến nghị quyết thành hành động, đưa Việt Nam tiến vào kỷ nguyên tăng trưởng dựa trên tri thức và công nghệ.
Rạng Đông ghi dấu tại diễn đàn khoa học - doanh nhân 2026

Rạng Đông ghi dấu tại diễn đàn khoa học - doanh nhân 2026

Từ một doanh nghiệp sản xuất truyền thống, Rạng Đông đang từng bước tái định vị thành doanh nghiệp công nghệ cao với hệ sinh thái giải pháp thông minh ứng dụng IoT, AI. Những nỗ lực này tiếp tục được ghi nhận khi lãnh đạo doanh nghiệp được vinh danh tại Diễn đàn “Khoa học và Doanh nhân trong Kỷ nguyên vươn mình của dân tộc” năm 2026.
Bộ trưởng Bộ KH&CN: Doanh nghiệp cần mạnh dạn đầu tư cho nghiên cứu và chuyển đổi số

Bộ trưởng Bộ KH&CN: Doanh nghiệp cần mạnh dạn đầu tư cho nghiên cứu và chuyển đổi số

Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Vũ Hải Quân nhấn mạnh, để phát triển nhanh và bền vững, doanh nghiệp Việt Nam không chỉ cần đầu tư cho nghiên cứu phát triển, đổi mới công nghệ và chuyển đổi số mà còn phải mạnh dạn đầu tư cho tri thức, công nghệ và nguồn nhân lực Việt Nam. Đây là nền tảng quan trọng để nâng cao năng lực cạnh tranh và xây dựng nền kinh tế tự chủ trong dài hạn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/5/2026: Tuổi Hợi tình duyên trắc trở, tuổi Tỵ nhận nhiều tin vui

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/5/2026: Tuổi Hợi tình duyên trắc trở, tuổi Tỵ nhận nhiều tin vui

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 19/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 18/5: Nhóm dầu khí và doanh nghiệp nhà nước giúp VN Index trụ lại vùng đỉnh

Thị trường chứng khoán ngày 18/5: Nhóm dầu khí và doanh nghiệp nhà nước giúp VN Index trụ lại vùng đỉnh

Sau phần lớn thời gian chìm trong sắc đỏ, VN Index bất ngờ hồi phục về cuối phiên và đóng cửa tăng điểm. Khi nhóm Vin tiếp tục hạ nhiệt, dòng tiền lập tức xoay trục sang dầu khí, doanh nghiệp nhà nước và các mã có câu chuyện thoái vốn.
Thủ tướng Lê Minh Hưng: Nhà nước phải trở thành “khách hàng đầu tiên” của công nghệ chiến lược

Thủ tướng Lê Minh Hưng: Nhà nước phải trở thành “khách hàng đầu tiên” của công nghệ chiến lược

Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng nhấn mạnh, phát triển công nghệ chiến lược phải tạo ra các sản phẩm cụ thể, có khả năng ứng dụng và thương mại hóa cao. Nhà nước cần đóng vai trò định hướng, đặt hàng, hỗ trợ nghiên cứu phát triển và trở thành “người mua đầu tiên” đối với các sản phẩm công nghệ chiến lược đủ điều kiện, qua đó thúc đẩy năng lực tự chủ công nghệ và nâng cao sức cạnh tranh của doanh nghiệp Việt Nam.
VAA phối hợp với Tập đoàn TKV Việt Nam đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cao

VAA phối hợp với Tập đoàn TKV Việt Nam đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cao

Ngày 18/5, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) phối hợp với Công ty Nhiệt điện Cẩm Phả TKV Khai giảng khóa đào tạo kỹ thuật cho 30 cán bộ quản lý, kỹ sư của Nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả (thuộc Tập đoàn TKV Việt Nam) về Hệ thống điều khiển trong nhà máy nhiệt điện. Khóa học được thiết kế theo năng lực thực hiện (CUDBAS) và kiểm soát đào tạo theo chu trình PDCA, trong vòng 15 ngày.
Techmart về sản phẩm ứng dụng AI khẳng định khả năng làm chủ công nghệ của người Việt Nam

Techmart về sản phẩm ứng dụng AI khẳng định khả năng làm chủ công nghệ của người Việt Nam

Sáng 18/5, tại Sàn Giao dịch khoa học và công nghệ, tầng 1, số 24 Lý Thường Kiệt Hà Nội đã diễn ra lễ Khai mạc Chợ công nghệ và thiết bị chuyên ngành sản phẩm ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI).
Chi hội Giao thông vận tải và Logistics giới thiệu nhiều đề tài nổi bật tại CTST 2026

Chi hội Giao thông vận tải và Logistics giới thiệu nhiều đề tài nổi bật tại CTST 2026

Ngày 16/5, Trường đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh (UTH) tổ chức Hội thảo Khoa học Quốc gia lần thứ 7 - CTST 2026 với chủ đề “Khoa học và công nghệ giao thông vận tải trong kỷ nguyên số và tự động hóa”.
vn-web
song-gia-tri