acecook

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

mca
Tin bài khác
Triển lãm “80 năm hành trình Độc lập-Tự do-Hạnh phúc” kết thúc đón khách lúc 16 giờ ngày 15/9

Triển lãm “80 năm hành trình Độc lập-Tự do-Hạnh phúc” kết thúc đón khách lúc 16 giờ ngày 15/9

Theo thông tin từ Ban tổ chức, 16 giờ ngày 15/9, triển lãm thành tựu đất nước “80 năm hành trình Độc lập-Tự do-Hạnh phúc” tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (Đông Anh, Hà Nội) dừng mở cửa đón khách để chuẩn bị cho lễ bế mạc diễn ra lúc 20 giờ cùng ngày.
Triển lãm Thành tựu Đất nước hướng tới kỷ lục 10 triệu lượt khách

Triển lãm Thành tựu Đất nước hướng tới kỷ lục 10 triệu lượt khách

Dù cao điểm lễ kỷ niệm 80 năm Quốc khánh đã khép lại, Triển lãm Thành tựu Đất nước 2025 vẫn duy trì sức hút mạnh mẽ với gần 8,6 triệu lượt khách tính đến ngày 13/9 và được dự báo sẽ chạm mốc 10 triệu khi bế mạc.
Đại học Bách khoa Hà Nội công bố lịch thi đánh giá tư duy năm 2026

Đại học Bách khoa Hà Nội công bố lịch thi đánh giá tư duy năm 2026

Năm 2026, kỳ thi TSA dự kiến tổ chức trong 03 đợt thi vào các ngày cuối tuần, mỗi đợt sẽ có từ 3-4 kíp thi tại 30 điểm thi.
Hà Nội hướng tới đô thị thông minh tiêu biểu, kết nối khu vực và quốc tế

Hà Nội hướng tới đô thị thông minh tiêu biểu, kết nối khu vực và quốc tế

Theo kế hoạch vừa ban hành, Hà Nội sẽ tập trung phát triển hạ tầng kỹ thuật, ứng dụng trí tuệ nhân tạo, thúc đẩy chuyển đổi số, triển khai giao thông, năng lượng, chiếu sáng, cấp thoát nước và quản lý chất thải rắn thông minh, hướng tới nâng cao chất lượng sống của người dân.
Cobot tầm xa mới giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất tới 30%

Cobot tầm xa mới giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất tới 30%

Universal Robots (UR), công ty tiên phong trong lĩnh vực robot cộng tác (cobot), vừa chính thức ra mắt UR8 Long - mẫu cobot tầm với xa thế hệ mới. Thiết bị được thiết kế để xử lý các tác vụ tự động hóa phức tạp, mang lại tốc độ chu kỳ nhanh hơn tới 30% so với các thế hệ trước, đồng thời vẫn duy trì độ chính xác, ổn định và khả năng thích ứng cao.
Xây dựng bộ sách giáo khoa sử dụng toàn quốc, phải quyết liệt làm ngay và làm đúng

Xây dựng bộ sách giáo khoa sử dụng toàn quốc, phải quyết liệt làm ngay và làm đúng

Mới đây, Tổng Bí thư Tô Lâm chủ trì cuộc họp triển khai thực hiện nghị quyết 71 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển giáo dục và đào tạo, trong đó có việc thống nhất một bộ sách giáo khoa (SGK) sử dụng trên toàn quốc.
Nga chuyển giao công nghệ lõi, kỹ thuật chẩn đoán - điều trị ung thư cho Việt Nam

Nga chuyển giao công nghệ lõi, kỹ thuật chẩn đoán - điều trị ung thư cho Việt Nam

Hệ thống Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh đã ký kết hợp tác với Trung tâm Nghiên cứu Y học Quốc gia về ung thư của Liên bang Nga, mở ra việc tiếp nhận chuyển giao công nghệ lõi và kỹ thuật hiện đại trong chẩn đoán, điều trị ung thư.
Công nghệ mới mở đường cho nông sản Việt chinh phục thế giới

Công nghệ mới mở đường cho nông sản Việt chinh phục thế giới

Khoa học, công nghệ không chỉ là động lực mà còn là then chốt để nông nghiệp phát triển bền vững. Chúng ta cần huy động nguồn lực ngân sách, ODA và hỗ trợ quốc tế cho nghiên cứu, chuyển giao công nghệ bảo quản, chế biến tiên tiến, qua đó nâng cao giá trị và sức cạnh tranh của nông sản Việt Nam...
Những mảnh ghép tài năng trong buổi casting văn nghệ Premiere 2025

Những mảnh ghép tài năng trong buổi casting văn nghệ Premiere 2025

Giữa nhịp điệu sôi động mùa chào tân, ngày 11/9, nhiều sinh viên đã có mặt tại Học viện Báo chí và Tuyên truyền để tham gia buổi casting Ban Văn nghệ thuộc sự kiện “Premiere 2025: Chivalry Quest”. Cuộc tranh tài diễn ra với sự xuất hiện của nhiều gương mặt tiềm năng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/9/2025: Tuổi Dậu làm việc chểnh mảng, tuổi Tý công việc khá thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/9/2025: Tuổi Dậu làm việc chểnh mảng, tuổi Tý công việc khá thuận lợi

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 14/9/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri