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
AI trở thành “vũ khí” tấn công mạng: Thách thức lớn nhất với các CISO hiện nay

AI trở thành “vũ khí” tấn công mạng: Thách thức lớn nhất với các CISO hiện nay

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo đang mang lại những bước tiến lớn cho doanh nghiệp, nhưng đồng thời cũng mở ra một mặt trận mới trong an ninh mạng. Theo báo cáo Threat Pulse quý I/2026 của NCC Group, AI hiện được xem là mối đe dọa an ninh mạng lớn nhất đối với các Giám đốc An ninh Thông tin (CISO) trong những năm tới, khi các tác nhân tấn công ngày càng tận dụng công nghệ này để gia tăng quy mô và độ tinh vi của các chiến dịch tấn công.
Các đơn vị liên ngành phối hợp kiên quyết xử lý tình trạng in lậu, vi phạm bản quyền tác giả

Các đơn vị liên ngành phối hợp kiên quyết xử lý tình trạng in lậu, vi phạm bản quyền tác giả

Ngày 13/5, Cục Xuất bản, in và phát hành phòng, chống in lậu Trung ương vừa có công văn gửi Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch; Sở Văn hóa và Thể thao các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương; Đội liên ngành phòng, chống in lậu các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương về việc thực hiện Công điện số 38CD-TTg của Thủ tướng Chính phủ.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/5: Ưu tiên tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/5: Ưu tiên tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi

Sau phiên tăng bùng nổ ngày 14/5 với hơn 27 điểm, VN-Index tiếp tục được đánh giá đang duy trì xu hướng tăng tích cực. Tuy nhiên, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư nên ưu tiên gia tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi trong bối cảnh thị trường đang tiến gần vùng kháng cự mạnh.
Công bố Sáng kiến hợp tác trí tuệ nhân tạo và tự động hoá Trung Quốc - Việt Nam

Công bố Sáng kiến hợp tác trí tuệ nhân tạo và tự động hoá Trung Quốc - Việt Nam

Chiều 14/5, trong khuôn khổ Diễn đàn thượng đỉnh phát triển ngành Trí tuệ nhân tạo Trung Quốc -Asean (Việt Nam) lần thứ 2 đã diễn ra Lễ Công bố “Sáng kiến Hợp tác Trí tuệ nhân tạo và Tự động hoá Trung Quốc – Việt Nam”.
Chung kết cuộc thi thiết kế MCU - FPGA 2026 sẽ tìm ra tài năng trẻ ngành bán dẫn

Chung kết cuộc thi thiết kế MCU - FPGA 2026 sẽ tìm ra tài năng trẻ ngành bán dẫn

Cuộc thi “Thiết kế MCU - FPGA Hà Nội 2026” được kỳ vọng trở thành sân chơi học thuật chuyên nghiệp cho sinh viên yêu thích công nghệ vi mạch, FPGA và hệ thống nhúng. Sau hơn 4 tháng tranh tài, các đội xuất sắc sẽ bước vào vòng chung kết dự kiến tổ chức vào tháng 7/2026.
Thị trường chứng khoán ngày 14/5: VN-Index tăng hơn 27 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 14/5: VN-Index tăng hơn 27 điểm

Thị trường chứng khoán kết thúc phiên giao dịch ngày 14/5 trong trạng thái hưng phấn khi lực cầu gia tăng mạnh về cuối phiên, giúp VN-Index bật tăng hơn 27 điểm và vượt mốc 1.925 điểm – vùng điểm cao nhất trong lịch sử thị trường chứng khoán Việt Nam. Đây cũng là mức tăng mạnh nhất của chỉ số kể từ phiên bùng nổ ngày 8/4.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/5/2026: Tuổi Tỵ vướng vào thị phi, tuổi Ngọ trở nên nóng nảy

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/5/2026: Tuổi Tỵ vướng vào thị phi, tuổi Ngọ trở nên nóng nảy

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 15/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khai mạc Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ AT Expo 2026

Khai mạc Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ AT Expo 2026

Sáng 14/5, tại Hà Nội, Lễ khai mạc Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ - AT Expo 2026 đã chính thức diễn ra. Sự kiện do Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) phối hợp với Công ty CP Hội chợ Triển lãm và Quảng cáo Việt Nam (VIETFAIR) tổ chức, thu hút đông đảo doanh nghiệp, chuyên gia và tổ chức công nghệ trong và ngoài nước tham dự.
AI for Good Việt Nam 2026: Khi những trăn trở, ước mơ của học sinh biến thành các giải pháp AI vì cộng đồng

AI for Good Việt Nam 2026: Khi những trăn trở, ước mơ của học sinh biến thành các giải pháp AI vì cộng đồng

Mới đây, cuộc thi “AI for Good Việt Nam 2026” do Viện Nghiên cứu quản lý phát triển bền vững MSD United Way Vietnam và InterEdu phối hợp tổ chức đã chính thức khép lại bằng Lễ Tổng kết diễn ra tại Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội.
350 gian hàng quy tụ tại triển lãm Vinamac Expo 2026

350 gian hàng quy tụ tại triển lãm Vinamac Expo 2026

Triển lãm Quốc tế về máy móc, thiết bị, công nghệ và sản phẩm công nghiệp lần thứ 23 - Vinamac Expo 2026 đã khai mạc sáng 14/5 tại Cung Văn hóa Hữu nghị Việt Xô, Hà Nội.
vn-web
song-gia-tri