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
V-Green vận hành tổ hợp trạm sạc lớn nhất Việt Nam với hơn 1.000 cổng kết nối

V-Green vận hành tổ hợp trạm sạc lớn nhất Việt Nam với hơn 1.000 cổng kết nối

Công ty quản lý trạm sạc V-Green vừa chính thức đưa vào khai thác tổ hợp trạm sạc xe điện quy mô lớn nhất Việt Nam tại khu đô thị Vinhomes Riverside (Long Biên, Hà Nội).
AEF 2026: Chuyển hợp tác chiến lược thành động lực tăng trưởng thực chất

AEF 2026: Chuyển hợp tác chiến lược thành động lực tăng trưởng thực chất

Ngày 28/10/2026, tại TP. Hồ Chí Minh, Diễn đàn Kinh tế Mùa thu 2026 (AEF 2026) diễn ra phiên toàn thể cấp cao và các hoạt động đối thoại, kết nối đầu tư quan trọng. Diễn đàn ghi nhận những định hướng hợp tác mới giữa Việt Nam với các đối tác quốc tế, công bố văn kiện hợp tác chiến lược giữa TP. Hồ Chí Minh và Diễn đàn Kinh tế Thế giới (WEF), công nhận 10 thành viên đầu tiên của Trung tâm Tài chính quốc tế Việt Nam tại TP. Hồ Chí Minh. Thông điệp xuyên suốt là chuyển từ kết nối, cam kết sang chương trình hành động, dự án cụ thể và kết quả có thể đo lường.
Thủ tướng Lê Minh Hưng nhấn mạnh thông điệp: Chuyển "từ đầu tư tại Việt Nam" sang "đầu tư cùng Việt Nam"

Thủ tướng Lê Minh Hưng nhấn mạnh thông điệp: Chuyển "từ đầu tư tại Việt Nam" sang "đầu tư cùng Việt Nam"

Sáng ngày 28/10/2026, trong khuôn khổ Diễn đàn Kinh tế Mùa thu 2026 (AEF 2026) diễn ra tại TP. Hồ Chí Minh, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng đã có cuộc đối thoại với ông Stephan Mergenthaler - Giám đốc điều hành Diễn đàn Kinh tế Thế giới (WEF) về những thách thức của kinh tế toàn cầu, định hướng phát triển và vị thế của Việt Nam trong cấu trúc kinh tế mới. Tại cuộc đối thoại, Thủ tướng Lê Minh Hưng nhấn mạnh thông điệp chuyển từ “đầu tư tại Việt Nam” sang “đầu tư cùng Việt Nam”, hướng tới hợp tác lâu dài, cùng phát triển và chia sẻ trách nhiệm.
Nhận định phiên giao dịch ngày 29/10: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 29/10: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index tiếp tục duy trì xu hướng ngắn hạn tích cực khi đóng cửa trên các đường trung bình động MA10 và MA20. Tuy nhiên, sự thiếu đồng thuận giữa diễn biến giá và các chỉ báo động lượng cho thấy thị trường chưa có đủ cơ sở để bứt phá rõ ràng. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên các nhóm cổ phiếu có câu chuyện riêng.
Tự động hóa CNC: Không cần tắt đèn vẫn tăng năng suất và tối ưu lợi nhuận

Tự động hóa CNC: Không cần tắt đèn vẫn tăng năng suất và tối ưu lợi nhuận

Tự động hóa CNC không nhất thiết phải hướng đến nhà máy vận hành hoàn toàn không cần con người. Ngay cả khi dây chuyền vẫn sáng đèn và công nhân làm việc trực tiếp, các giải pháp tự động hóa phù hợp vẫn có thể giúp doanh nghiệp tăng năng suất, giảm phế phẩm và khai thác hiệu quả hơn nguồn nhân lực tay nghề cao.
Việt Nam nhận Giải thưởng Lãnh đạo Chính phủ 2026 của GSMA

Việt Nam nhận Giải thưởng Lãnh đạo Chính phủ 2026 của GSMA

Việt Nam được Hiệp hội Thông tin di động toàn cầu (GSMA) trao Giải thưởng Lãnh đạo Chính phủ năm 2026, ghi nhận những nỗ lực trong xây dựng chính sách, phát triển hạ tầng viễn thông và thúc đẩy chuyển đổi số. Giải thưởng đồng thời mở ra kỳ vọng Việt Nam tham gia sâu hơn vào quá trình phát triển và định hình hệ sinh thái số toàn cầu.
Việt Nam xác lập 3 cam kết chiến lược, thúc đẩy phát triển và làm chủ AI

Việt Nam xác lập 3 cam kết chiến lược, thúc đẩy phát triển và làm chủ AI

Tuần lễ Số Quốc tế Việt Nam 2026 (VIDW 2026) khai mạc ngày 28/10 tại Quảng Ninh, quy tụ hơn 500 đại biểu đến từ gần 30 quốc gia.
‘Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026’ kết nối các nhà khoa học quốc tế hướng tới tương lai bền vững

‘Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026’ kết nối các nhà khoa học quốc tế hướng tới tương lai bền vững

Hội thảo "Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026" vừa chính thức khai mạc tại Đại học Bách khoa Hà Nội với chủ đề “Thúc đẩy tương lai bền vững và có khả năng chống chịu thông qua hợp tác quốc tế, giáo dục và nghiên cứu liên ngành về khoa học sự sống”.
MIK Group bổ nhiệm nữ Tổng Giám đốc mới

MIK Group bổ nhiệm nữ Tổng Giám đốc mới

MIK Group bổ nhiệm bà Trần Thị Minh Thúy làm Tổng Giám đốc kiêm người đại diện theo pháp luật, thay ông Nguyễn Trường Sơn. Trước đó, bà Thúy từng đảm nhiệm các vị trí quản lý cấp cao tại Virex, T&T Homes và Vinhomes.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/10/2026: Tuổi Thân tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/10/2026: Tuổi Thân tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ 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 29/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
master