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
Tạp chí Giáo dục và Xã hội có Phó Tổng biên tập mới

Tạp chí Giáo dục và Xã hội có Phó Tổng biên tập mới

Nhà báo Vũ Đình Thơm vừa được Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ giáo dục ATEC công bố Quyết định bổ nhiệm chức vụ Phó Tổng Biên tập Tạp chí Giáo dục và Xã hội.
Thị trường chứng khoán ngày 16/7: VN Index lội ngược dòng ngoạn mục nhờ dòng tiền bắt đáy

Thị trường chứng khoán ngày 16/7: VN Index lội ngược dòng ngoạn mục nhờ dòng tiền bắt đáy

Từ trạng thái giảm gần 25 điểm, VN Index bất ngờ “quay xe” mạnh mẽ trong phiên chiều. Dòng tiền bắt đáy bùng nổ kéo hàng loạt cổ phiếu trụ tăng tốc, giúp thị trường lấy lại mốc 1.800 điểm chỉ sau vài giờ giao dịch đầy kịch tính.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/7/2026: Tuổi Thân sự nghiệp thăng hoa, tuổi Sửu cần thận trọng chuyện tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/7/2026: Tuổi Thân sự nghiệp thăng hoa, tuổi Sửu cần thận trọng chuyện 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 17/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Hàn Mỹ Việt đồng hành cùng Gia Lai nâng cao giá trị nông sản

Hàn Mỹ Việt đồng hành cùng Gia Lai nâng cao giá trị nông sản

Từ kiểm soát môi trường nuôi, theo dõi điều kiện đất và vi khí hậu cây trồng đến phân loại nông sản sau thu hoạch, công nghệ đang ngày càng hiện diện rõ nét trong toàn bộ chuỗi giá trị nông nghiệp. Tại VCCA 2026, Hàn Mỹ Việt giới thiệu các giải pháp CONOTEC cho nuôi yến và chăn nuôi, thiết bị giám sát môi trường - đất phục vụ trồng trọt, cùng máy tách màu RealTech, qua đó hướng đến mục tiêu giúp các cơ sở sản xuất tại Gia Lai nâng cao tính chủ động, chuẩn hóa chất lượng và gia tăng giá trị nông sản.
Thúc đẩy chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh qua các triển lãm đồng tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh

Thúc đẩy chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh qua các triển lãm đồng tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh

Diễn ra từ ngày 15 - 17/7/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế lần thứ 19 về Công nghệ, Thiết bị Điện (Vietnam ETE 2026), Triển lãm Sản phẩm tiết kiệm năng lượng, Năng lượng xanh (Greenergy Expo 2026) cùng Triển lãm Điện và năng lượng (Elecs Vietnam 2026) tiếp tục khẳng định vị thế là sự kiện thường niên uy tín hàng đầu trong lĩnh vực điện - năng lượng tại Việt Nam. Đồng thời, góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh và hiện thực hóa mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 của Việt Nam.
Khai mạc VCCA 2026: nhiều công nghệ chiến lược được chia sẻ khơi dậy tiềm năng kinh tế cho tỉnh Gia Lai

Khai mạc VCCA 2026: nhiều công nghệ chiến lược được chia sẻ khơi dậy tiềm năng kinh tế cho tỉnh Gia Lai

Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026) khai mạc sáng 16/7 tại Trường Đại học Quy Nhơn (tỉnh Gia Lai). Với chủ đề “Tự động hoá thông minh- công nghệ chiến lược của Kỷ nguyên số”, sự kiện quy tụ gần 400 trăm nhà khoa học, chuyên gia và doanh nghiệp trong nước, quốc tế nhằm chia sẻ các xu hướng công nghệ chiến lược, thúc đẩy đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.
Nâng cao hiệu quả ứng dụng robot SCARA trong hệ thống xét nghiệm máu tự động thông qua kỹ thuật ly tâm và xử lý ảnh

Nâng cao hiệu quả ứng dụng robot SCARA trong hệ thống xét nghiệm máu tự động thông qua kỹ thuật ly tâm và xử lý ảnh

Nghiên cứu đề xuất hệ thống tự động hóa công đoạn ly tâm máu trong quy trình xét nghiệm máu ứng dụng cho lĩnh vực kỹ thuật y sinh.
Tuần phim kỷ niệm 27/7: Hàng trăm rạp trên cả nước mở suất chiếu miễn phí

Tuần phim kỷ niệm 27/7: Hàng trăm rạp trên cả nước mở suất chiếu miễn phí

Nhân kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ, Tuần phim đặc biệt sẽ được tổ chức trên toàn quốc từ ngày 21 đến 28/7/2026, với sự tham gia của 190 cụm rạp. Không chỉ cựu chiến binh, người có công và gia đình chính sách, đông đảo người dân cũng có cơ hội thưởng thức các tác phẩm điện ảnh cách mạng hoàn toàn miễn phí.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/7: Hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/7: Hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy

Sau nhịp hồi phục ngắn trong phiên trước, thị trường chứng khoán bất ngờ quay đầu giảm mạnh trong ngày 15/7 khi tâm lý nhà đầu tư trở nên thận trọng trước các thông tin quốc tế kém tích cực. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy và chờ thị trường kiểm định vùng hỗ trợ mạnh.
Ra mắt Chi hội Tự động hóa Gia Lai

Ra mắt Chi hội Tự động hóa Gia Lai

Chiều 15/7, Đại hội lần thứ nhất Chi hội Tự động hóa Gia Lai đã diễn ra thành công tại Trường Đại học Quy Nhơn. Chi hội chính thức ra mắt hướng tới trở thành cầu nối giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và cơ quan quản lý, góp phần thúc đẩy nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao công nghệ tự động hóa tại khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.
vn-web
song-gia-tri