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
UniHackfest 2026: Từ trải nghiệm thực chiến đến những sản phẩm công nghệ có giá trị

UniHackfest 2026: Từ trải nghiệm thực chiến đến những sản phẩm công nghệ có giá trị

Không chỉ tạo ra một sân chơi công nghệ, UniHackfest 2026 hướng sinh viên đến quá trình phát triển sản phẩm trong điều kiện gần với thực tế doanh nghiệp, từ xác định vấn đề, nghiên cứu người dùng, xây dựng nguyên mẫu đến tiếp nhận phản hồi và tìm kiếm cơ hội đưa sản phẩm ra thị trường.
Mở khóa dữ liệu, thúc đẩy tăng trưởng: TP. Hồ Chí Minh trước cơ hội từ AI và DeepTech

Mở khóa dữ liệu, thúc đẩy tăng trưởng: TP. Hồ Chí Minh trước cơ hội từ AI và DeepTech

Từ tài chính, logistics đến sản xuất công nghệ cao, những nội dung được đặt ra tại Tech4Life 2026 cho thấy AI, dữ liệu và tự động hóa đang bước sang một giai đoạn mới: không còn chỉ là công cụ số hóa quy trình, mà trở thành hạ tầng để tái cấu trúc phương thức vận hành, phân bổ nguồn lực và tạo ra năng lực tăng trưởng mới.
Gắn đào tạo với thực tiễn để rút ngắn khoảng cách nhân lực kỹ thuật

Gắn đào tạo với thực tiễn để rút ngắn khoảng cách nhân lực kỹ thuật

Từ việc mỗi năm tiếp nhận 80-100 sinh viên thực tập và ưu tiên tuyển dụng những sinh viên có kết quả tốt, Công ty Cổ phần Cơ khí và Tự động hóa Thái Bình Dương cho thấy thực tập không chỉ là một khâu trong quá trình đào tạo mà đang trở thành cầu nối trực tiếp giữa nhà trường và doanh nghiệp.
Trợ lý AI biên cho phép người dùng điều khiển thiết bị bằng lệnh thoại

Trợ lý AI biên cho phép người dùng điều khiển thiết bị bằng lệnh thoại

Công ty tư vấn phát triển sản phẩm và sản xuất của Anh 42 Technology (42T) đang phát triển một tác nhân AI biên (Edge AI) giúp kỹ sư và kỹ thuật viên tương tác với thiết bị công nghiệp bằng ngôn ngữ tự nhiên. Thay vì phải ghi nhớ các câu lệnh chuyên biệt, tìm kiếm tài liệu hoặc thao tác qua nhiều giao diện, người dùng có thể nói hoặc nhập câu hỏi để điều khiển máy móc và nhận hỗ trợ khắc phục sự cố.
Nhận định phiên giao dịch ngày 18/9: Nắm giữ cổ phiếu chứng khoán, ngân hàng, bất động sản

Nhận định phiên giao dịch ngày 18/9: Nắm giữ cổ phiếu chứng khoán, ngân hàng, bất động sản

VN-Index hồi phục mạnh trong phiên 17/9 và tiến sát vùng kháng cự 1.830-1.840 điểm. Dòng tiền tập trung vào nhóm chứng khoán, ngân hàng và bất động sản, tạo động lực cho chỉ số trong ngắn hạn.
Tech4Life 2026: Đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm vào đời sống

Tech4Life 2026: Đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm vào đời sống

Với chủ đề “Công nghệ nâng tầm cuộc sống”, Tech4Life 2026 đặt trọng tâm vào khả năng biến công nghệ lõi, trí tuệ nhân tạo và dữ liệu thành động lực tăng năng suất, mở rộng không gian phát triển kinh tế và giải quyết những bài toán thực tiễn của TP. Hồ Chí Minh.
ACCA - VIFC Forum 2026 thúc đẩy phát triển nhân lực tài chính quốc tế

ACCA - VIFC Forum 2026 thúc đẩy phát triển nhân lực tài chính quốc tế

Trong tiến trình đưa Trung tâm tài chính quốc tế Việt Nam tại TP. Hồ Chí Minh (VIFC-HCMC) từng bước đi vào vận hành, việc xây dựng một hệ sinh thái tài chính đáp ứng các chuẩn mực quốc tế, có tính minh bạch cao. Đội ngũ nhân lực chuyên môn chất lượng cao tại VIFC-HCMC được xác định là một trong những nền tảng quan trọng để củng cố niềm tin thị trường và kết nối hiệu quả với dòng vốn quốc tế.
Thị trường chứng khoán ngày 17/9: Dòng tiền lớn nhập cuộc, VN Index tăng gần 13 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 17/9: Dòng tiền lớn nhập cuộc, VN Index tăng gần 13 điểm

Bất chấp thông tin Fed tăng lãi suất, VN Index vẫn tăng 12,66 điểm và đóng cửa trên 1.820 điểm khi dòng tiền trở lại ngân hàng, chứng khoán và bán lẻ. Thanh khoản tăng hơn 20% giúp củng cố tín hiệu hồi phục, dù khối ngoại quay lại bán ròng.
SHOWCASE AC 2026 đưa câu chuyện buôn bán người lên sân khấu qua ngôn ngữ vũ đạo

SHOWCASE AC 2026 đưa câu chuyện buôn bán người lên sân khấu qua ngôn ngữ vũ đạo

Từ hình ảnh “mắt lưới” gắn với biển cả và làng chài, SHOWCASE AC 2026 khai thác câu chuyện về những nạn nhân của nạn buôn bán người và cưỡng bức lao động, qua đó gửi gắm thông điệp về tình thân, sự đồng cảm và khát vọng trở về.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/9/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/9/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

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 18/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.