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
GS.VS. Châu Văn Minh được bầu giữ chức Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam ​​​​​​​khóa IX

GS.VS. Châu Văn Minh được bầu giữ chức Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam ​​​​​​​khóa IX

Sáng ngày 28/8, Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) chính thức khai mạc tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, với chủ đề “Đoàn kết - Sáng tạo - Đột phá - Phát triển”.
TP.Hồ Chí Minh tăng tốc xây dựng hệ sinh thái công nghệ, đón dòng vốn FDI mới

TP.Hồ Chí Minh tăng tốc xây dựng hệ sinh thái công nghệ, đón dòng vốn FDI mới

Tính đến ngày 25/8/2026, tổng vốn FDI đăng ký vào TP.Hồ Chí Minh đã vượt 10 tỷ USD, đạt 91,5% kế hoạch năm. Tuy nhiên, bài toán phía trước không chỉ là thu hút thêm vốn mà là rút ngắn khoảng cách từ cam kết đầu tư đến triển khai thực tế. Cùng với hạ tầng giao thông, đất đai, năng lượng và logistics, thành phố đang đẩy mạnh hạ tầng dữ liệu, AI, Digital Twin và các công nghệ điều hành thông minh, hướng tới nâng cao năng lực hấp thụ dòng vốn FDI mới.
Từ thí điểm AI đến sản xuất: Khi chi phí điện toán đám mây trở thành bài toán khó của nhà máy

Từ thí điểm AI đến sản xuất: Khi chi phí điện toán đám mây trở thành bài toán khó của nhà máy

Việc đưa AI từ dự án thử nghiệm vào dây chuyền sản xuất không chỉ làm thay đổi quy mô vận hành mà còn khiến bài toán chi phí điện toán đám mây trở nên phức tạp hơn. Khi nhiều nhà máy và ứng dụng cùng sử dụng GPU, lưu trữ, mạng, giám sát và các dịch vụ dùng chung, doanh nghiệp khó xác định chính xác khoản chi nào phục vụ cho từng trường hợp sử dụng.
Công nghệ đổi pin tự động và cơ khí gập thông minh trên xe máy điện

Công nghệ đổi pin tự động và cơ khí gập thông minh trên xe máy điện

Trong bối cảnh hạ tầng giao thông đô thị ngày càng chật hẹp, các nhà sản xuất xe máy điện đang liên tục ứng dụng những giải pháp cơ khí và công nghệ lưu trữ năng lượng mới.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/8: Nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/8: Nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền

VN-Index tiếp tục duy trì đà hồi phục trong phiên 27/8, tiến sát vùng kháng cự 1.830-1.840 điểm. Lực đỡ chủ yếu đến từ nhóm cổ phiếu họ Vingroup và ngân hàng, trong khi áp lực điều chỉnh vẫn xuất hiện tại một số nhóm như chứng khoán và năng lượng. Trong bối cảnh này, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền và chủ động loại bỏ những mã có dấu hiệu suy yếu.
Công nghiệp hỗ trợ mở rộng dư địa cho thị trường CNC và tự động hóa

Công nghiệp hỗ trợ mở rộng dư địa cho thị trường CNC và tự động hóa

Sự phục hồi và tăng trưởng của công nghiệp chế biến, chế tạo đang mở ra nhu cầu lớn về máy công cụ CNC, robot và các giải pháp tự động hóa, đồng thời tạo động lực mới cho ngành công nghiệp hỗ trợ Việt Nam.
Thị trường chứng khoán ngày 27/8: VN Index tăng hơn 10 điểm nhưng sắc đỏ lấn át bảng điện tử

Thị trường chứng khoán ngày 27/8: VN Index tăng hơn 10 điểm nhưng sắc đỏ lấn át bảng điện tử

VN Index tiếp tục đà tăng và đóng cửa tại 1.831,56 điểm, song thị trường phân hóa mạnh với số mã giảm áp đảo. VIC trở thành trụ đỡ nổi bật khi đóng góp gần 10 điểm cho chỉ số, trong khi dòng tiền bắt đầu tỏ ra dè dặt ở vùng giá cao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/8/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/8/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

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 28/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Giải bài toán trạm sạc: Lộ diện ô tô mini Nano S05 với công nghệ pin tháo rời

Giải bài toán trạm sạc: Lộ diện ô tô mini Nano S05 với công nghệ pin tháo rời

Mẫu ô tô điện cỡ nhỏ Nano S05 vừa chính thức lộ diện tại khu vực nhà máy TMT Motors (Hưng Yên), hứa hẹn mang đến làn gió mới cho kỷ nguyên di chuyển xanh nội đô.
Từ sân khấu “Nhịp Sống Bình Yên” đến hành trình hiện đại hóa PCCC bằng công nghệ

Từ sân khấu “Nhịp Sống Bình Yên” đến hành trình hiện đại hóa PCCC bằng công nghệ

Không chỉ tái hiện hành trình 65 năm xây dựng, chiến đấu và trưởng thành của lực lượng Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn, cứu hộ (PCCC và CNCH), chương trình nghệ thuật “Nhịp Sống Bình Yên” còn đưa visual, công nghệ trình chiếu mapping, màn hình LED cùng các phương tiện nghệ thuật hiện đại vào câu chuyện về những người đi ngược chiều ngọn lửa.