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

vaa
Tin bài khác
Tập đoàn IDEA: Chung tay đào tạo nhân lực tự động hóa

Tập đoàn IDEA: Chung tay đào tạo nhân lực tự động hóa

Trong bối cảnh nhiều doanh nghiệp sản xuất đang “khát” nhân lực kỹ thuật chất lượng cao nhưng lại e ngại chi phí và thời gian đào tạo lại sau tuyển dụng, mô hình liên kết đào tạo trực tiếp tại nhà máy do doanh nghiệp dẫn dắt đang nổi lên như một xu hướng tất yếu. Mới đây, Tập đoàn Công nghệ IDEA đã chính thức hợp tác cùng Công ty TNHH CITARES triển khai khóa đào tạo “Kỹ sư Tự động hóa Thực chiến”, hướng tới mục tiêu rút ngắn tối đa thời gian hòa nhập công việc cho đội ngũ kỹ sư trẻ.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/1: Nhà đầu tư ngắn hạn duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/1: Nhà đầu tư ngắn hạn duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải

Thị trường phiên 8/1 ghi nhận sự phân hóa rõ nét cùng áp lực chốt lời tại nhóm vốn hóa lớn, khiến VN-Index rung lắc và đối mặt với vùng kháng cự ngắn hạn. Trong bối cảnh động lượng tăng vẫn duy trì nhưng rủi ro điều chỉnh đang hiện hữu, giới phân tích khuyến nghị nhà đầu tư ngắn hạn duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải.
Trí tuệ nhân tạo tái định nghĩa điều phối chuỗi cung ứng trong kỷ nguyên bất định

Trí tuệ nhân tạo tái định nghĩa điều phối chuỗi cung ứng trong kỷ nguyên bất định

Trong bối cảnh kinh tế toàn cầu liên tục biến động, chuỗi cung ứng không còn vận hành theo những tuyến cố định và dễ dự báo. Thay vào đó, chúng đã trở thành các mạng lưới phức hợp, nơi nhà cung cấp, hệ thống công nghệ và đối tác kinh doanh phải phối hợp chặt chẽ trong điều kiện rủi ro thường trực. Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp vẫn đang xử lý sự phức tạp này bằng các quy trình phản ứng rời rạc, thiếu tính liên thông. Thách thức cốt lõi hiện nay không nằm ở việc thiếu dữ liệu, mà ở khả năng điều phối thông minh toàn bộ chuỗi giá trị.
Siemens và NVIDIA hợp tác chiến lược, kiến tạo Hệ điều hành AI cho công nghiệp

Siemens và NVIDIA hợp tác chiến lược, kiến tạo Hệ điều hành AI cho công nghiệp

Siemens và NVIDIA vừa công bố mở rộng quan hệ đối tác chiến lược nhằm đưa trí tuệ nhân tạo (AI) từ môi trường số ra thế giới thực, với mục tiêu tái định hình toàn bộ chuỗi giá trị công nghiệp - từ thiết kế, kỹ thuật, sản xuất đến vận hành và chuỗi cung ứng, thông qua việc xây dựng Hệ điều hành AI cho công nghiệp.
Học sinh Hà Nội tích cực lan toả lối sống xanh trong môi trường học đường

Học sinh Hà Nội tích cực lan toả lối sống xanh trong môi trường học đường

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết, nhiều hoạt động ý nghĩa đã được triển khai trong môi trường học đường nhằm nâng cao ý thức bảo vệ môi trường cho học sinh. Nổi bật trong số đó là sự kiện Ngày đổi giấy thuộc chuỗi chương trình Green Life, do Câu lạc bộ Green Hanoi - Amsterdam (THPT chuyên Hà Nội - Amsterdam) tổ chức.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/1/2026: Tuổi Mão rất khó tập trung, tuổi Hợi vượng duyên

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/1/2026: Tuổi Mão rất khó tập trung, tuổi Hợi vượng duyên

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 9/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 8/1: Chốt lời ồ ạt cuối phiên, VN Index điều chỉnh sau khi tiến gần vùng 1.900 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 8/1: Chốt lời ồ ạt cuối phiên, VN Index điều chỉnh sau khi tiến gần vùng 1.900 điểm

Thị trường hưng phấn đầu phiên, có lúc tiến gần vùng 1.900 điểm, nhưng đà tăng không kéo dài khi áp lực chốt lời bùng lên mạnh mẽ vào cuối ngày. VN Index đảo chiều giảm điểm với thanh khoản vượt 40 nghìn tỷ đồng, trong đó nhiều cổ phiếu Vin lao dốc trở thành tâm điểm chú ý của thị trường.
HUST triển khai kiểm định chất lượng cơ sở giáo dục theo tiêu chuẩn QAA

HUST triển khai kiểm định chất lượng cơ sở giáo dục theo tiêu chuẩn QAA

Chiều 8/1, Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) thông báo sẽ triển khai đánh giá ngoài chất lượng cơ sở giáo dục theo tiêu chuẩn QAA (của Vương quốc Anh) từ 13 - 15/1/2026. HUST là cơ sở giáo dục đại học đầu tiên trong nước thực hiện kiểm định theo bộ tiêu chuẩn này.
CES 2026 khai mạc tại Mỹ: AI trở thành nền tảng trung tâm của công nghệ tiêu dùng

CES 2026 khai mạc tại Mỹ: AI trở thành nền tảng trung tâm của công nghệ tiêu dùng

Ngay từ ngày đầu khai mạc, CES 2026 đã cho thấy sự dịch chuyển mạnh mẽ của công nghệ tiêu dùng, khi AI được tích hợp sâu vào sản phẩm, còn robot hình người như Atlas của Hyundai - Boston Dynamics tiến gần hơn tới các ứng dụng thực tế trong sản xuất và dịch vụ.
Nhận định phiên giao dịch ngày 8/1: VN-Index vượt kháng cự then chốt, kỳ vọng nhịp tăng mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 8/1: VN-Index vượt kháng cự then chốt, kỳ vọng nhịp tăng mới

VN-Index có phiên bứt phá mạnh khi tăng hơn 45 điểm, chính thức vượt vùng kháng cự then chốt 1.800 điểm cùng sự cải thiện rõ rệt của thanh khoản. Diễn biến này cho thấy xu hướng tăng ngắn hạn đang được củng cố, mở ra kỳ vọng về một nhịp tăng mới của thị trường.
song-gia-tri