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
Robot Figure 03 gây chấn động

Robot Figure 03 gây chấn động

Một robot có thể làm việc liên tục hơn 3 giờ, xử lý trung bình một kiện hàng chỉ trong chưa đầy 3 giây và duy trì tổng thời gian vận hành lên tới 200 giờ. Những con số từng xuất hiện trong phim khoa học viễn tưởng giờ đang bắt đầu xuất hiện trong các nhà kho thực tế.
Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tham gia vào dự án nông nghiệp xanh tại Cần Thơ

Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tham gia vào dự án nông nghiệp xanh tại Cần Thơ

Tự động hóa, AI, IoT và dữ liệu đang từng bước trở thành hạ tầng công nghệ nền tảng cho nông nghiệp xanh, mở ra cơ hội tái cấu trúc chuỗi giá trị nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long theo hướng hiệu quả và bền vững hơn.
Techpal Group khánh thành dự án thu mua, chế biến nông sản công nghệ cao tại Cần Thơ

Techpal Group khánh thành dự án thu mua, chế biến nông sản công nghệ cao tại Cần Thơ

Dự án thu mua, chế biến và bảo quản nông sản kết hợp chăn nuôi ứng dụng chuyển đổi số công nghệ cao của Techpal Group được kỳ vọng góp phần nâng cao giá trị nông sản địa phương và thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững tại Đồng bằng sông Cửu Long.
Kết nối công nghệ với thị trường thúc đẩy chuyển đổi xanh nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long

Kết nối công nghệ với thị trường thúc đẩy chuyển đổi xanh nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long

Hội thảo tại Cần Thơ quy tụ cơ quan quản lý, chuyên gia, viện trường và doanh nghiệp cùng tìm lời giải cho bài toán phát triển nông nghiệp xanh, phát thải thấp và nâng cao giá trị chuỗi sản xuất.
Vinamilk mang câu chuyện 50 năm đến triển lãm chuyên ngành sữa lớn nhất Việt Nam

Vinamilk mang câu chuyện 50 năm đến triển lãm chuyên ngành sữa lớn nhất Việt Nam

Không chỉ là không gian trưng bày sản phẩm, gian hàng Vinamilk tại chuỗi triển lãm chuyên ngành sữa – kem – trà sữa và thức uống hiện đại năm 2026 thu hút đông đảo khách tham quan, khi biến hành trình 50 năm phát triển thành trải nghiệm đa giác quan, nơi người tiêu dùng có thể trực tiếp “chạm” vào câu chuyện thương hiệu.
Học sinh hào hứng tranh tài Robot đá bóng, Drone và AI tại Giải Vô địch IYRC Việt Nam 2026

Học sinh hào hứng tranh tài Robot đá bóng, Drone và AI tại Giải Vô địch IYRC Việt Nam 2026

Với hàng loạt nội dung hấp dẫn như Robot đá bóng, đua xe AI, Drone và thiết kế dự án sáng tạo, Giải Vô địch IYRC Việt Nam 2026 thu hút đông đảo học sinh cả nước tham gia tranh tài và thể hiện năng lực công nghệ.
Dấu ấn Công an Việt Nam tại phái bộ gìn giữ hòa bình khắc nghiệt nhất Liên hợp quốc

Dấu ấn Công an Việt Nam tại phái bộ gìn giữ hòa bình khắc nghiệt nhất Liên hợp quốc

Lần đầu tiên triển khai lực lượng tới Phái bộ MINUSCA tại Cộng hòa Trung Phi - một phái bộ có vũ trang và được đánh giá khắc nghiệt hàng đầu của Liên hợp quốc - các sĩ quan Công an nhân dân Việt Nam đã nhanh chóng khẳng định bản lĩnh, năng lực và tinh thần chuyên nghiệp.
Công nghệ cao định hình tương lai ngành sữa Việt Nam

Công nghệ cao định hình tương lai ngành sữa Việt Nam

Ngành sữa Việt Nam đang bước vào giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ khi người tiêu dùng ngày càng quan tâm tới chất lượng dinh dưỡng, an toàn thực phẩm và tính minh bạch của chuỗi cung ứng. Tại hội thảo “Công nghệ cao trong chế biến và đóng gói sữa - An toàn và Chất lượng thực phẩm”, nhiều chuyên gia và doanh nghiệp cho rằng đầu tư vào công nghệ tiên tiến không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu tất yếu để nâng cao năng lực cạnh tranh cũng như giá trị thương hiệu của sản phẩm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/5/2026: Tuổi Dần chật vật, tuổi Tỵ có tin vui

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/5/2026: Tuổi Dần chật vật, tuổi Tỵ có 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 30/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 29/5: Cổ phiếu dầu khí bất ngờ nổi sóng cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 29/5: Cổ phiếu dầu khí bất ngờ nổi sóng cuối phiên

Giao dịch diễn trong trạng thái ảm đạm suốt cả phiên, khi thanh khoản thấp và dòng tiền thận trọng. VN Index giảm nhẹ 0,18 điểm, nhưng nhóm dầu khí trở thành điểm nhấn khi GAS tăng trần, kéo theo các mã khác cùng khởi sắc.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc