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
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/6: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/6: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Thị trường chứng khoán tiếp tục đối mặt với áp lực điều chỉnh mạnh khi VN-Index giảm phiên thứ sáu liên tiếp và lùi sát ngưỡng hỗ trợ tâm lý 1.800 điểm. Trong bối cảnh dòng tiền suy yếu và áp lực bán lan rộng trên nhiều nhóm ngành, các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng hơn với các quyết định giải ngân mới.
Robot hình người bước lên sàn catwalk, Hàn Quốc thử nghiệm tương lai nơi AI hòa vào đời sống

Robot hình người bước lên sàn catwalk, Hàn Quốc thử nghiệm tương lai nơi AI hòa vào đời sống

Không còn xuất hiện trong các nhà máy hay phòng thí nghiệm, robot hình người nay đã sải bước trên sàn diễn thời trang tại Seoul. Sự kiện kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo, robot và nghệ thuật trình diễn cho thấy tham vọng của Hàn Quốc trong việc đưa công nghệ tiến gần hơn tới đời sống văn hóa đại chúng.
3 ‘ông lớn’ bắt tay phát triển robotaxi tự lái cấp độ 4

3 ‘ông lớn’ bắt tay phát triển robotaxi tự lái cấp độ 4

VinFast, NVIDIA và Autobrains vừa công bố hợp tác chiến lược nhằm phát triển chương trình robotaxi tự lái cấp độ 4 thế hệ mới cho thị trường Đông Nam Á, hướng đến giải pháp tự hành chi phí hợp lý, phù hợp điều kiện giao thông đô thị trong khu vực.
Thị trường xe điện VinFast tại Ấn Độ cán mức tiêu thụ 10.000 chiếc ô tô

Thị trường xe điện VinFast tại Ấn Độ cán mức tiêu thụ 10.000 chiếc ô tô

Hãng xe điện VinFast vừa đạt cột mốc xuất xưởng chiếc xe thứ 10.000 tại nhà máy Thoothukudi (bang Tamil Nadu, Ấn Độ), chỉ sau gần một năm đi vào hoạt động, đánh dấu bước tiến mới trong chiến lược xây dựng cứ điểm sản xuất và mở rộng thị phần tại thị trường đông dân nhất thế giới.
ADB đề xuất tài trợ cho Việt Nam 4,5 tỷ USD thực hiện tăng trưởng toàn diện

ADB đề xuất tài trợ cho Việt Nam 4,5 tỷ USD thực hiện tăng trưởng toàn diện

Các danh mục dự án do ADB đang xây dựng sẽ được triển khai trong giai đoạn 2026 - 2029, với tổng trị giá từ giá từ 5 - 6 tỷ USD. Trong đó, ADB đề xuất tài trợ cho Việt Nam khoảng 4,5 tỷ USD, nhằm ủng hộ nước ta xây dựng, phát triển quốc gia số toàn diện trong “Kỷ nguyên vươn mình của Việt Nam”.
Thị trường chứng khoán ngày 2/6: Cổ phiếu NVL bị bán tháo, VN-Index chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 2/6: Cổ phiếu NVL bị bán tháo, VN-Index chìm trong sắc đỏ

Phiên giao dịch ngày 2/6 tiếp tục chìm trong sắc đỏ khi áp lực bán gia tăng trên diện rộng, đặc biệt tại nhóm bất động sản, ngân hàng và năng lượng. Kết phiên, VN-Index giảm hơn 18 điểm, lùi xuống mức thấp nhất trong khoảng một tháng rưỡi qua, đồng thời nối dài chuỗi điều chỉnh lên 6 phiên liên tiếp.
4 trường đại học tại TP. Hồ Chí Minh được phê duyệt phát triển thành cơ sở giáo dục đại học hàng đầu châu Á

4 trường đại học tại TP. Hồ Chí Minh được phê duyệt phát triển thành cơ sở giáo dục đại học hàng đầu châu Á

Phó Thủ tướng Lê Tiến Châu vừa ký Quyết định số 966/QĐ-TTg phê duyệt Đề án phát triển 4 trường đại học lớn tại TP. Hồ Chí Minh đạt trình độ tiên tiến của nhóm các cơ sở giáo dục đại học hàng đầu trong khu vực châu Á.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/6/2026: Tuổi Tuất đón vận may, tuổi Thân cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/6/2026: Tuổi Tuất đón vận may, tuổi Thân 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 3/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Herbalife Việt Nam đạt giải thưởng Dịch vụ số xuất sắc tại Viet Nam I4 Impact Awards 2026

Herbalife Việt Nam đạt giải thưởng Dịch vụ số xuất sắc tại Viet Nam I4 Impact Awards 2026

Herbalife Việt Nam, với mục tiêu trở thành công ty, cộng đồng và nền tảng hàng đầu về sức khỏe và thể chất, đã được trao giải “Dịch vụ Số Xuất sắc - I4 Digital Service Innovation Award” 2026 với ứng dụng Herbalife VNHUB tại Chương trình “Biểu dương Thành tựu Tác động vì Việt Nam Số – Viet Nam I4 Impact Awards” 2026.
An ninh mạng ngành đường sắt: “Lá chắn số” cho hạ tầng giao thông tương lai

An ninh mạng ngành đường sắt: “Lá chắn số” cho hạ tầng giao thông tương lai

Ngành đường sắt đang bước vào kỷ nguyên số với AI, IoT và hệ thống vận hành thông minh kết nối theo thời gian thực. Tuy nhiên, cùng với tốc độ chuyển đổi mạnh mẽ là những nguy cơ an ninh mạng ngày càng phức tạp, khiến cybersecurity trở thành “lá chắn số” không thể thiếu đối với hạ tầng giao thông tương lai.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc