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
Từ đồ án AI đến bài toán nhà máy: Một thế hệ kỹ sư tự động hóa đang được hình thành

Từ đồ án AI đến bài toán nhà máy: Một thế hệ kỹ sư tự động hóa đang được hình thành

Tại HUTECH Techshow 2026, những cánh tay robot tự hành, hệ thống đóng gói có khả năng nhận diện sản phẩm lỗi bằng AI cho thấy trí tuệ nhân tạo đang dịch chuyển từ một công nghệ bổ trợ thành một thành phần ngày càng quan trọng trong các hệ thống tự động hóa.
Ba đại học Việt Nam đăng ký phát triển thành đại học tinh hoa

Ba đại học Việt Nam đăng ký phát triển thành đại học tinh hoa

Hiện tại có 3 đại học đăng kí trở thành đại học tinh hoa là Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia TPHCM và Đại học VinUni.
Khởi động Tech Circle: Kết nối AI với bài toán thực tế của doanh nghiệp miền Trung

Khởi động Tech Circle: Kết nối AI với bài toán thực tế của doanh nghiệp miền Trung

Tech Circle #01 Launch & Talk sẽ diễn ra ngày 12/8 tại Đà Nẵng, với chủ đề “AI đi vào vận hành: Cơ hội tăng trưởng mới cho doanh nghiệp miền Trung”, hướng tới kết nối doanh nghiệp, chuyên gia, trường đại học, startup và các tổ chức công nghệ trong khu vực.
Tech Circle: Kiến tạo “khoảng giữa” công nghệ và doanh nghiệp để tạo ra giá trị thực

Tech Circle: Kiến tạo “khoảng giữa” công nghệ và doanh nghiệp để tạo ra giá trị thực

Công nghệ không thiếu, chuyên gia không thiếu, nhưng giữa công nghệ và nhu cầu thực tế của doanh nghiệp vẫn còn một khoảng trống kết nối. Tech Circle được đề xuất để lấp đầy khoảng trống đó, tạo nên một không gian nơi doanh nghiệp, chuyên gia, trường đại học, startup và các đơn vị công nghệ có thể gặp nhau, cùng chia sẻ và tìm kiếm những giải pháp phù hợp với bài toán thực tiễn. Đây là sáng kiến mà ông Nguyễn Mạnh Cường - Thành viên HĐQT phụ trách Đổi mới sáng tạo và Đầu tư mạo hiểm Công ty Cổ phần đầu tư TECHPRO tâm huyết.
An ninh mạng trở thành tiêu chí mới khi đầu tư tự động hóa kho thông minh

An ninh mạng trở thành tiêu chí mới khi đầu tư tự động hóa kho thông minh

Khi các trung tâm phân phối ngày càng phụ thuộc vào robot, phần mềm điều khiển và nền tảng số, an ninh mạng đang trở thành một yếu tố quan trọng không kém năng suất hay hiệu quả vận hành. Theo Cimcorp - doanh nghiệp chuyên về giải pháp xử lý vật liệu bằng robot - khách hàng hiện không chỉ đánh giá các hệ thống tự động hóa dựa trên tốc độ hay độ chính xác mà còn quan tâm đến khả năng chống chịu trước các cuộc tấn công mạng, phục hồi sau thảm họa và duy trì hoạt động kinh doanh.
Lenovo ra mắt laptop 1,4 kg, pin hơn 33 giờ, dùng chip Snapdragon X2, giá từ 29 triệu đồng

Lenovo ra mắt laptop 1,4 kg, pin hơn 33 giờ, dùng chip Snapdragon X2, giá từ 29 triệu đồng

Chỉ nặng khoảng 1,4 kg nhưng IdeaPad 5 2-in-1 14Q8Y11 sở hữu chip Snapdragon X2 Plus, hai khe SSD và thời lượng pin được Lenovo công bố lên tới hơn 33 giờ.
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/8: Có thể quay lại vị thế mua trong các phiên tới

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/8: Có thể quay lại vị thế mua trong các phiên tới

VN-Index ghi nhận phiên tăng điểm thứ hai liên tiếp, với diễn biến tích cực hơn cả về thanh khoản, độ rộng thị trường và mức độ lan tỏa của dòng tiền. Xu hướng hồi phục được kỳ vọng tiếp tục trong những phiên tới, mở ra cơ hội để nhà đầu tư quay lại vị thế mua sau giai đoạn thận trọng.
Điểm chuẩn cao nhất của Đại học Công nghiệp Hà Nội thuộc về ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Điểm chuẩn cao nhất của Đại học Công nghiệp Hà Nội thuộc về ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mức điểm xét tuyển đại học năm nay của Đại học Công nghiệp Hà Nội cho thấy tăng ở hầu hết các ngành kỹ thuật công nghệ.
“Quay về đi” giữa mùa Vu Lan: Duyên 8 kể câu chuyện về mẹ bằng âm nhạc, ký ức và những lá thư

“Quay về đi” giữa mùa Vu Lan: Duyên 8 kể câu chuyện về mẹ bằng âm nhạc, ký ức và những lá thư

Tối 9/8, tại không gian Hồ Văn (Văn Miếu - Quốc Tử Giám, Hà Nội), Duyên 8 trở lại với chủ đề “Quay về đi - Gặp lại Thanh xuân của mẹ”, mang đến một đêm nghệ thuật giàu cảm xúc trong khuôn khổ chương trình văn hóa cộng đồng Đạo hiếu - Đạo học.
Thị trường chứng khoán ngày 10/8: Sắc xanh lan rộng toàn thị trường, VN Index tăng gần 9 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 10/8: Sắc xanh lan rộng toàn thị trường, VN Index tăng gần 9 điểm

Chịu sức ép đáng kể ở đầu phiên, VN Index đã nhanh chóng rút chân và giữ vững đà tăng điểm để đưa mốc 1.800 điểm trở lại tầm ngắm. Tuy nhiên, thanh khoản chưa bùng nổ đang đặt ra câu hỏi về sức mạnh của nhịp tăng tiếp theo.
song-gia-tri