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
Mô-đun IGBT 1,2kV thế hệ mới, giảm tổn thất biến tần tới 19%

Mô-đun IGBT 1,2kV thế hệ mới, giảm tổn thất biến tần tới 19%

Mitsubishi Electric vừa giới thiệu thế hệ mô-đun IGBT 1,2kV mới nhằm nâng cao hiệu suất cho các hệ thống biến tần công nghiệp. Theo hãng, dòng sản phẩm thế hệ thứ tám này có thể giúp giảm tới 19% tổn thất điện năng, qua đó tối ưu hiệu quả vận hành cho robot công nghiệp, máy công cụ và các hệ truyền động động cơ công suất lớn.
Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để đổi mới toàn diện ngành giáo dục

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để đổi mới toàn diện ngành giáo dục

Thứ trưởng Lê Quân, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) vừa có buổi làm việc với Tập đoàn iFLYTEK và Viện Phát triển chuyển đổi xanh, chuyển đổi số Việt Nam (IGD) về các giải pháp ứng dụng trí tuệ nhân tạo, nhằm thúc đẩy phát triển toàn diện ngành giáo dục số.
Công nghệ cao, AI và kinh tế tuần hoàn mở hướng phát triển mới cho nông nghiệp Việt Nam

Công nghệ cao, AI và kinh tế tuần hoàn mở hướng phát triển mới cho nông nghiệp Việt Nam

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, yêu cầu giảm phát thải carbon và áp lực nâng cao chất lượng nông sản ngày càng gia tăng, nông nghiệp công nghệ cao đang trở thành xu hướng phát triển tất yếu của nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, quá trình chuyển đổi từ mô hình sản xuất truyền thống sang nông nghiệp sinh thái, tuần hoàn và số hóa đang diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt thông qua sự hợp tác giữa các viện nghiên cứu, doanh nghiệp công nghệ và đối tác quốc tế.
90% nhà sản xuất coi chuyển đổi số là ưu tiên bắt buộc

90% nhà sản xuất coi chuyển đổi số là ưu tiên bắt buộc

Rockwell Automation vừa công bố báo cáo thường niên lần thứ 11 về tình trạng sản xuất thông minh, cho thấy các nhà sản xuất toàn cầu hiện không còn tranh luận về việc có nên áp dụng công nghệ số hay không, mà chuyển sang tập trung vào cách triển khai, mở rộng quy mô và tạo ra giá trị thực tế từ các công nghệ này.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/5/2026: Tuổi Dậu rất phát triển, tuổi Hợi cẩn thận đồng nghiệp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/5/2026: Tuổi Dậu rất phát triển, tuổi Hợi cẩn thận đồng nghiệp

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 23/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 22/5: Áp lực chốt lời lan rộng, VN-Index đứt mạch tăng 8 tuần liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 22/5: Áp lực chốt lời lan rộng, VN-Index đứt mạch tăng 8 tuần liên tiếp

Sau chuỗi tăng kéo dài suốt 8 tuần liên tiếp, thị trường chứng khoán Việt Nam đã bước vào nhịp điều chỉnh mạnh khi áp lực chốt lời gia tăng trên diện rộng, đặc biệt tại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. Dù lực cầu bắt đáy xuất hiện ở cuối phiên giúp VN-Index thu hẹp đáng kể đà giảm, chỉ số vẫn mất hơn 44 điểm sau một tuần giao dịch đầy biến động, phản ánh tâm lý thận trọng ngày càng rõ nét của nhà đầu tư ở vùng đỉnh.
Phát động Cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ IX

Phát động Cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ IX

Sáng ngày 20/5/2026, tại Hà Nội, Tạp chí Thanh niên phối hợp cùng Học viện Báo chí và Tuyên truyền, Hội Bảo trợ người khuyết tật và trẻ mồ côi Việt Nam tổ chức phát động Cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ IX.
Giải thưởng “Việt Nam hạnh phúc - Happy Vietnam năm 2026” khẳng định sâu sắc quyền con người Việt Nam

Giải thưởng “Việt Nam hạnh phúc - Happy Vietnam năm 2026” khẳng định sâu sắc quyền con người Việt Nam

Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch vừa phối hợp với Đài Truyền hình Việt Nam và Hội Nghệ sĩ Nhiếp ảnh Việt Nam tổ chức phát động Giải thưởng truyền thông về quyền con người “Việt Nam hạnh phúc - Happy Vietnam 2026”.
Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch có Thứ trưởng mới

Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch có Thứ trưởng mới

Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng vừa ký Quyết định số 919/QĐ-TTg ngày 21/5/2026 về việc tiếp nhận, bổ nhiệm giữ chức Thứ trưởng Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch đối với ông Nguyễn Huy Dũng.
BAH Group và KCI Hàn Quốc tăng cường chuẩn hóa ISO-ESG cho doanh nghiệp Việt Nam

BAH Group và KCI Hàn Quốc tăng cường chuẩn hóa ISO-ESG cho doanh nghiệp Việt Nam

Trong bối cảnh các yêu cầu về phát triển bền vững, minh bạch dữ liệu và giảm phát thải đang trở thành điều kiện bắt buộc trong chuỗi cung ứng toàn cầu, việc xây dựng hệ thống quản trị ESG theo chuẩn quốc tế không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu chiến lược đối với doanh nghiệp Việt Nam. Hợp tác giữa BAH Group và Korea Compliance Initiative (KCI - Hàn Quốc) được xem là một bước đi đáng chú ý nhằm thúc đẩy quá trình chuẩn hóa ESG theo hướng thực thi thực chất, gắn với công nghệ quản trị và chuyển đổi vận hành doanh nghiệp.
vn-web
song-gia-tri