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
Thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp trong nghiên cứu, phát triển KHCN

Thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp trong nghiên cứu, phát triển KHCN

Hội nghị toàn quốc thúc đẩy liên kết viện nghiên cứu, trường đại học với cộng đồng doanh nghiệp trong nghiên cứu, phát triển KH&CN diễn ra ngày 23/10/2026 sẽ tập trung tháo gỡ những điểm nghẽn trong liên kết viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp, thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu, phát triển sản phẩm công nghệ Việt Nam.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/10: Mua thăm dò khi thị trường rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/10: Mua thăm dò khi thị trường rung lắc

VN-Index tăng gần 47 điểm trong phiên 21/10, phát đi tín hiệu hồi phục ngắn hạn. Tuy nhiên, đà tăng phụ thuộc lớn vào nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn họ Vin, khiến xu hướng đảo chiều bền vững chưa được xác nhận. Nhà đầu tư được khuyến nghị mua thăm dò khi thị trường rung lắc, hạn chế mua đuổi và cân nhắc hạ tỷ trọng khi chỉ số tiến sát vùng kháng cự 1.770-1.780 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/10/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/10/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/10/2026 mang đến những dự báo thú vị về vận trình của 12 con giáp trên các phương diện công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe. Mỗi con giáp sẽ có những cơ hội và thử thách riêng. Cùng khám phá những điểm đáng chú ý trong ngày để chủ động hơn trong công việc và cuộc sống.
Thị trường chứng khoán ngày 21/10: Cổ phiếu Vin khoe sắc tím, dòng tiền lan tỏa khắp thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 21/10: Cổ phiếu Vin khoe sắc tím, dòng tiền lan tỏa khắp thị trường

VN Index bất ngờ bật tăng gần 47 điểm trong bối cảnh thanh khoản cải thiện và sắc xanh lan tỏa ở nhiều nhóm ngành. Bộ ba VIC, VHM và VRE đồng loạt tăng trần, đóng góp khoảng 31 điểm cho chỉ số, trong khi ngân hàng, chứng khoán và bất động sản cũng giao dịch tích cực.
Kết nối hợp tác châu Á - Thái Bình Dương, thúc đẩy ứng dụng AI trong sản xuất

Kết nối hợp tác châu Á - Thái Bình Dương, thúc đẩy ứng dụng AI trong sản xuất

Sự kiện tại Đài Loan (Trung Quốc) ngày 20/10 quy tụ đại diện các hiệp hội công nghệ, tự động hóa và doanh nghiệp trong khu vực, hướng tới chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), tháo gỡ rào cản triển khai và tìm kiếm cơ hội hợp tác trong lĩnh vực sản xuất thông minh.
Kết nối giao thương, mở rộng cơ hội tham gia chuỗi cung ứng ngành cơ khí - điện

Kết nối giao thương, mở rộng cơ hội tham gia chuỗi cung ứng ngành cơ khí - điện

“Tuần lễ kết nối giao thương và giới thiệu sản phẩm ngành cơ khí, điện và công nghệ số năm 2026” khai mạc ngày 20/10 tại TP. Hồ Chí Minh đặt ra bài toán đưa cơ hội giao thương thành đơn hàng thực tế thông qua nâng cao năng lực kỹ thuật, chất lượng sản phẩm và hiệu quả vận hành.
Ngành Cơ khí - Điện trước xu thế chuyển đổi xanh

Ngành Cơ khí - Điện trước xu thế chuyển đổi xanh

Song song với cơ hội, quá trình chuyển đổi xanh cũng đặt ra thách thức không nhỏ cho ngành Cơ khí, nhất là với khối doanh nghiệp nhỏ và vừa do hạn chế về nguồn vốn, nhân lực, công nghệ và khả năng tiếp cận chính sách. Do đó, việc tạo lập các kênh đối thoại để cung cấp thông tin chuẩn xác, giải pháp công nghệ khả thi và kết nối các nguồn lực tài chính phù hợp là điều kiện then chốt để tháo gỡ điểm nghẽn cho doanh nghiệp.
BIDV - Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG

BIDV - Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG

Vừa qua, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) được vinh danh trong Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG tại Việt Nam năm 2026.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/10: Hạ tỷ trọng trong các nhịp hồi kỹ thuật

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/10: Hạ tỷ trọng trong các nhịp hồi kỹ thuật

VN-Index hồi phục nhẹ trong phiên 20/10 nhờ lực cầu bắt đáy cuối phiên, nhưng các chỉ báo kỹ thuật vẫn cho thấy xu hướng ngắn hạn suy yếu. Nhà đầu tư được khuyến nghị tận dụng các nhịp hồi kỹ thuật để cơ cấu danh mục, hạ tỷ trọng cổ phiếu và hạn chế sử dụng đòn bẩy khi thị trường chưa xác nhận tạo đáy.
Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index thoát hiểm cuối phiên nhưng dòng tiền vẫn dè dặt

Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index thoát hiểm cuối phiên nhưng dòng tiền vẫn dè dặt

Tưởng chừng thị trường tiếp tục chìm trong sắc đỏ khi VN Index có lúc mất hơn 10 điểm, nhưng lực cầu cuối phiên đã kéo chỉ số trở lại. Cổ phiếu thép và xây dựng đồng loạt khởi sắc, dù dòng tiền vẫn chưa đủ mạnh để tạo cú bứt phá.
master