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
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/6: Hạn chế mở vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/6: Hạn chế mở vị thế mua mới

Dù VN-Index đã có hai phiên tăng điểm liên tiếp và lấy lại mốc 1.830 điểm, các chuyên gia cho rằng thanh khoản suy giảm mạnh cho thấy dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát. Trong bối cảnh xu hướng điều chỉnh chưa bị phá vỡ, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng và hạn chế mở vị thế mua mới.
Doanh nghiệp sản xuất tăng tốc đánh giá CNTT/OT để chuẩn bị cho AI và chuyển đổi số

Doanh nghiệp sản xuất tăng tốc đánh giá CNTT/OT để chuẩn bị cho AI và chuyển đổi số

Làn sóng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và chuyển đổi số đang khiến các nhà sản xuất trên toàn cầu đẩy mạnh đánh giá hạ tầng CNTT/OT nhằm đảm bảo hệ thống nhà máy đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu mới về kết nối, bảo mật và khả năng vận hành.
Bộ GDĐT tổ chức hội nghị toàn quốc quán triệt quy chế thi tốt nghiệp THPT năm 2026

Bộ GDĐT tổ chức hội nghị toàn quốc quán triệt quy chế thi tốt nghiệp THPT năm 2026

Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) vừa tổ chức hội nghị trực tuyến toàn quốc quán triệt quy chế tổ chức Kỳ thi tốt nghiệp THPT năm 2026, giao nhiệm vụ cho các cấp, ngành liên quan.
Nông nghiệp trước áp lực “chuyển đổi kép”: Công nghệ xanh và AI mở đường vào thị trường toàn cầu

Nông nghiệp trước áp lực “chuyển đổi kép”: Công nghệ xanh và AI mở đường vào thị trường toàn cầu

Không chỉ sản xuất ra nông sản chất lượng, doanh nghiệp nông nghiệp Việt Nam đang phải đáp ứng ngày càng nhiều tiêu chuẩn về môi trường, phát thải carbon, truy xuất nguồn gốc và trách nhiệm xã hội. Trong bối cảnh đó, chuyển đổi số gắn với chuyển đổi xanh đang trở thành yêu cầu tất yếu. Đây cũng là thông điệp được các chuyên gia, doanh nghiệp chia sẻ tại Hội thảo và Triển lãm công nghệ nông nghiệp xanh diễn ra ngày 3/6 tại Hà Nội.
Khoảng cách kỹ năng an ninh mạng tiếp tục là điểm yếu của doanh nghiệp trong kỷ nguyên AI

Khoảng cách kỹ năng an ninh mạng tiếp tục là điểm yếu của doanh nghiệp trong kỷ nguyên AI

Báo cáo Khoảng cách Kỹ năng An ninh mạng Toàn cầu 2026 của Fortinet cho thấy tình trạng thiếu hụt nhân lực an ninh mạng vẫn là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến các vụ vi phạm bảo mật. Trong khi đó, sự phát triển mạnh mẽ của AI đang tạo thêm áp lực mới cho doanh nghiệp khi vừa mở ra cơ hội phòng thủ, vừa làm gia tăng các nguy cơ tấn công mạng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng thị phi

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 5/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 4/6: VN Index bật tăng trở lại, củng cố vùng hỗ trợ 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 4/6: VN Index bật tăng trở lại, củng cố vùng hỗ trợ 1.800 điểm

Sau nhịp giằng co trong phiên sáng, thị trường hồi phục tích cực về cuối phiên nhờ lực kéo từ nhóm Vin, dầu khí và một số cổ phiếu ngân hàng. VN Index đóng cửa tại mức cao nhất ngày, qua đó tiếp tục củng cố vùng hỗ trợ quan trọng 1.800 - 1.810 điểm.
Tân Hoàng Minh Clooection Showcase: Khi hành trình hơn ba thập kỷ được gọi tên

Tân Hoàng Minh Clooection Showcase: Khi hành trình hơn ba thập kỷ được gọi tên

Tập đoàn Tân Hoàng Minh chuẩn bị công bố một định vị thương hiệu được chắt lọc và hệ thống hoá từ những giá trị cốt lõi tích lũy suốt hơn ba thập kỷ và câu chuyện về triết lý đã âm thầm định hình nên những công trình mang dấu ấn riêng biệt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/6: Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/6: Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi

Sau 7 phiên giảm liên tiếp, VN-Index đang phát đi những tín hiệu giằng co khi dòng tiền có sự phân hóa giữa các nhóm ngành. Các chuyên gia cho rằng thị trường vẫn cần thêm thời gian để xác lập xu hướng rõ ràng, đồng thời khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế mua đuổi trong các nhịp hồi kỹ thuật.
Từ kiểm soát chất lượng đến quản trị bằng dữ liệu

Từ kiểm soát chất lượng đến quản trị bằng dữ liệu

Trong các ngành sản xuất chịu sự quản lý nghiêm ngặt như dược phẩm, thiết bị y tế, hàng không hay khoa học sự sống, quản lý chất lượng đang bước vào giai đoạn chuyển đổi lớn. Khi sản phẩm ngày càng phức tạp và các tiêu chuẩn pháp lý liên tục được siết chặt, việc vận hành dựa trên các hệ thống dữ liệu rời rạc không còn phù hợp.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc