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
Kỳ 9: Xuất khẩu một mô hình xanh

Kỳ 9: Xuất khẩu một mô hình xanh

Bán một chiếc xe ra nước ngoài đã khó. Mang cả một mô hình di chuyển xanh qua biên giới còn khó hơn. Bởi khi Green SM, VinFast hay V-Green bước vào Indonesia, Philippines, Lào, Ấn Độ hay Kazakhstan, họ không chỉ gặp khách hàng mới. Họ gặp những hệ thống mới - luật taxi, điện lưới, bãi đỗ, văn hóa đi lại, khí hậu, cạnh tranh và sự thận trọng của thị trường.
Lexus ES thế hệ mới sắp ra mắt: Đủ bản thuần điện và Hybrid

Lexus ES thế hệ mới sắp ra mắt: Đủ bản thuần điện và Hybrid

Dữ liệu từ Cục Đăng kiểm Việt Nam ghi nhận sự xuất hiện của mẫu sedan thuần điện Lexus ES 500e CG do Công ty ô tô Toyota Việt Nam nhập khẩu.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/9: Chờ đợi kết quả kinh doanh quý III

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/9: Chờ đợi kết quả kinh doanh quý III

Sau nhịp điều chỉnh và thanh khoản suy giảm, thị trường chứng khoán đang chuyển trọng tâm sang triển vọng kinh tế vĩ mô và kết quả kinh doanh quý III/2026. Dòng tiền có xu hướng chọn lọc, tập trung vào những nhóm ngành được kỳ vọng duy trì tăng trưởng lợi nhuận.
499 sản phẩm của 227 doanh nghiệp đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam 2026

499 sản phẩm của 227 doanh nghiệp đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam 2026

Bộ Công Thương công nhận 499 sản phẩm của 227 doanh nghiệp đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam năm 2026. Đây là kỳ xét chọn lần thứ 10, trong đó lần đầu tiên áp dụng các quy định mới về Chương trình Thương hiệu quốc gia Việt Nam.
Dự báo lợi nhuận doanh nghiệp bất động sản nhà ở quý III/2026: Vinhome tăng trưởng vượt trội

Dự báo lợi nhuận doanh nghiệp bất động sản nhà ở quý III/2026: Vinhome tăng trưởng vượt trội

Trong nhóm 5 doanh nghiệp bất động sản nhà ở được đánh giá, Vinhomes có mức dự báo tăng trưởng lợi nhuận cao nhất đạt 243%, tương ứng lợi nhuận sau thuế đạt hơn 15.200 tỷ đồng.
Thị trường chứng khoán ngày 29/9: VN-Index giảm nhẹ, dòng tiền tìm đến dầu khí và cao su

Thị trường chứng khoán ngày 29/9: VN-Index giảm nhẹ, dòng tiền tìm đến dầu khí và cao su

Thị trường chứng khoán ngày 29/9, VN-Index tiếp tục rung lắc mạnh khi áp lực bán gia tăng tại nhiều nhóm cổ phiếu, trong khi thanh khoản trên HoSE xuống mức thấp trong nhiều tháng. Dòng tiền có xu hướng thu hẹp và phân hóa, tập trung vào nhóm dầu khí, cao su và một số cổ phiếu riêng lẻ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/9/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/9/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ nên tránh nóng vội

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 30/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Ngân hàng MB chuyển giao toàn bộ vốn tại Bảo hiểm AAA sang MB Capital

Ngân hàng MB chuyển giao toàn bộ vốn tại Bảo hiểm AAA sang MB Capital

MB Capital là công ty quản lý quỹ thuộc hệ sinh thái MB, tính đến ngày 30/6/2026, ngân hàng MB nắm 90,77% vốn tại doanh nghiệp này.
Nhà trường - doanh nghiệp: Cùng đào tạo nhân lực công nghệ

Nhà trường - doanh nghiệp: Cùng đào tạo nhân lực công nghệ

Diễn đàn hợp tác Nhà trường - Doanh nghiệp 2026 đặt ra một vấn đề cấp thiết trong kỷ nguyên AI: doanh nghiệp không chỉ cần thêm nhân lực, mà cần nhân lực có thể thích ứng với công nghệ, giải quyết vấn đề và tạo ra giá trị trong môi trường làm việc thực tế.
Chi phí cao của dữ liệu không chính xác trong tự động hóa xử lý nước thải

Chi phí cao của dữ liệu không chính xác trong tự động hóa xử lý nước thải

Các đô thị đang đẩy mạnh phân tích dữ liệu, tự động hóa và mô hình song sinh kỹ thuật số nhằm dự báo nguy cơ tràn, tối ưu dòng chảy nước mưa và quản lý mạng lưới thu gom nước. Tuy nhiên, độ chính xác của những hệ thống này phụ thuộc trực tiếp vào dữ liệu từ các cảm biến hiện trường. Một phép đo sai có thể kéo theo phân tích sai, làm giảm giá trị của cả hệ thống tự động hóa.