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
Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Chính quyền Tổng thống Donald Trump tuyên bố cấm nhập khẩu robot tiên tiến và bộ biến tần điện mới từ Trung Quốc nhằm bảo vệ thị trường Mỹ.
Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Ngày 30/7, tại Quảng Ninh, Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với UBND tỉnh Quảng Ninh tổ chức Hội nghị Pháp quy hạt nhân toàn quốc lần thứ VII với chủ đề "Kiến tạo thể chế - Bảo đảm an toàn - Dẫn dắt phát triển".
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

VN-Index ghi nhận phiên tăng thứ ba liên tiếp với mức tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa rộng và thanh khoản cải thiện mạnh. Tuy nhiên, xu hướng đảo chiều vẫn cần thêm tín hiệu xác nhận khi chỉ số đang tiến gần vùng kháng cự quan trọng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mua mới trong các phiên tăng mạnh và cân nhắc hạ tỷ trọng khi thị trường tiếp cận vùng cản.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/7/2026: Tuổi Sửu gặp nhiều cơ hội phát triển, tuổi Tỵ nên thận trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/7/2026: Tuổi Sửu gặp nhiều cơ hội phát triển, tuổi Tỵ nên thận trọng lời ăn tiếng nói

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 31/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 30/7: VN Index tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa mạnh sau tín hiệu tích cực từ Fed

Thị trường chứng khoán ngày 30/7: VN Index tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa mạnh sau tín hiệu tích cực từ Fed

Quyết định giữ nguyên lãi suất của Fed đã tạo cú hích mạnh cho tâm lý nhà đầu tư, giúp VN Index tăng gần 40 điểm. Thanh khoản vượt mức trung bình, khối ngoại mua ròng trở lại và sắc xanh lan tỏa trên hầu hết các nhóm ngành, đánh dấu phiên giao dịch tích cực nhất trong nhiều tuần.
Nền tảng số sẽ theo dõi ngân sách chi cho các hoạt động khoa học và công nghệ

Nền tảng số sẽ theo dõi ngân sách chi cho các hoạt động khoa học và công nghệ

Bộ Khoa học & Công nghệ (KH&CN) đang hoàn thiện nền tảng số để tiếp nhận dữ liệu do địa phương gửi, số hóa và cập nhật lên hệ thống. Các Sở KH&CN sẽ được cấp quyền theo dõi tình hình phân bổ và giải ngân trên địa bàn, đồng thời rà soát, phản hồi nếu phát hiện sai lệch.
Tiêu chuẩn GRI: “Hộ chiếu xanh” giúp doanh nghiệp Việt chuẩn hóa dữ liệu phát triển bền vững

Tiêu chuẩn GRI: “Hộ chiếu xanh” giúp doanh nghiệp Việt chuẩn hóa dữ liệu phát triển bền vững

Bản dịch tiếng Việt của Bộ Tiêu chuẩn GRI mở ra cơ hội để doanh nghiệp nâng cao năng lực quản trị dữ liệu ESG, thích ứng với rủi ro khí hậu, tiếp cận nguồn vốn xanh và tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu. Trong tiến trình đó, tự động hóa và chuyển đổi số đóng vai trò là nền tảng giúp các doanh nghiệp xây dựng hệ thống dữ liệu minh bạch, chính xác và có khả năng kiểm chứng.
Từ 5G đến AI: Cơ hội cho nhà khoa học trẻ Việt Nam

Từ 5G đến AI: Cơ hội cho nhà khoa học trẻ Việt Nam

Từ mạng di động, Wi-Fi, GPS đến radar và các hệ thống trí tuệ nhân tạo, kỹ thuật siêu cao tần đang hiện diện trong nhiều công nghệ thiết yếu. Việc các chuyên gia hàng đầu thế giới quy tụ tại Đại học Bách khoa Hà Nội mở ra cơ hội để sinh viên, nhà khoa học trẻ Việt Nam tiếp cận tri thức mới, mở rộng hợp tác và tiến gần hơn tới khả năng làm chủ công nghệ.
Phần mềm trung gian trở thành “bộ não” mới của nhà máy

Phần mềm trung gian trở thành “bộ não” mới của nhà máy

Trong nhiều nhà máy hiện đại, chương trình PLC luôn được quản lý chặt chẽ với lịch sử thay đổi, hồ sơ nghiệm thu và quy trình phê duyệt rõ ràng. Tuy nhiên, khi xem xét các thành phần như máy chủ OPC, bộ môi giới MQTT, cấu trúc chủ đề hay bản đồ dữ liệu, nhiều doanh nghiệp lại không có tài liệu quản lý đầy đủ. Những cấu hình quan trọng này thường chỉ tồn tại trong bảng tính hoặc kinh nghiệm của một vài kỹ sư, dù chúng đang quyết định cách dữ liệu được xử lý và luân chuyển trong toàn bộ hệ thống sản xuất.
Hydrogen mở ra cơ hội hình thành ngành công nghiệp năng lượng sạch mới cho Việt Nam

Hydrogen mở ra cơ hội hình thành ngành công nghiệp năng lượng sạch mới cho Việt Nam

Việt Nam sở hữu nhiều lợi thế để phát triển ngành công nghiệp hydrogen nhờ tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo, nền tảng của ngành dầu khí và định hướng chuyển dịch năng lượng xanh. Tuy nhiên, để biến tiềm năng thành lợi thế cạnh tranh, các chuyên gia cho rằng cần sớm tháo gỡ những rào cản về hạ tầng, công nghệ, cơ chế chính sách và đẩy mạnh nghiên cứu các nguồn hydrogen mới, đặc biệt là hydrogen tự nhiên (hydrogen trắng).
song-gia-tri