Tanya Jawab Elektronika Daya

1. Apa itu elektronika daya?

Elektronika daya dapat didefinisikan sebagai penerapan elektronika solid-state untuk pengendalian dan konversi tenaga elektrik.

2. Sebutkan macam-macam thyristor!

Thyristor adalah suatu bahan semikonduktor yang tersusun atas 4 lapisan (layer) yang berupa susunan P-N-P-N junction.

Tergantung pada konstruksi fisiknya, dan perilaku turn on dan turn off, thyristor dapat secara umum diklasifikasikan menjadi sembilan kategori:

1.   Phase-control Thyristor (SCR)

2.   Fast-switching thyristor (SCR)

3.   Gate-turn-off thyristor (GTO)

4.   Bidirectional triode thyristor (TRIAC)

5.   Reverse-conducting thyristor (RCT)

6.   Static induction thyristor (SITH)

7.   Light-activated silicon-controlled rectifier (LASCR)

8.   FET-controlled thyristor (FET-CTH)

9.   MOS-controlled thyristor (MCT)

3. Persyaratan apa yang menyebabkan thyristor ON?

Gambar Karakteristik Thyristor

Thyristor memiliki 3 keadaan atau daerah, yaitu:

·      Keadaan pada saat tegangan balik (daerah I)

·      Keadaan pada saat tegangan maju (daerah II)

·      Keadaan pada saat thyristor konduksi (daerah III)

Pada daerah I, thyristor sama seperti dioda, dimana pada keadaan ini tidak ada arus yang mengalir sampai dicapainya batas tegangan tembus (Vr), pada daerah II, terlihat bahwa arus tetap tidak akan mengalir sampai dicapainya batas tegangan penyalaan (Vbo). Apabila tegangan mencapai tegangan penyalaan, maka tiba-tiba tegangan akan jatuh menjadi kecil dan ada arus mengalir. Pada daerah ini thyristor mulai konduksi dan ini merupakan daerah III. Arus yang terjadi pada saat thyristor konduksi, dapat disebutkan sebagai arus genggam (I_H = holding current). Arus I_H ini cukup kecil yaitu dalam orde miliampere. Pada saat ini thyristor ON.

4. Bagaimana Thyristor dapat off?

Untuk membuat thyristor kembali off, dapat dilakukan dengan menurunkan arus thyristor tersebut sedikit di bawah arus genggamnya (I_H), selanjutnya thyristor tidak akan menyala (ON) kembali, sebelum diberikan tegangan penyalaan.

5. Apa itu komutasi sendiri?

Komutasi sendiri atau natural commutation merupakan teknik yang jika sumber tegangannya AC, arus thyristor akan bergerak melalui angka nol dan tegangan balik akan muncul sepanjang thyristor. Devais akan secara otomatis menjadi off karena sifat natural dari tegangan sumbernya.

6. Apa itu komutasi paksa?

Komutasi paksa atau forced-commutation merupakan teknik yang pada banyak rangkaian thyristor, tegangan inputnya DC dan arus forward dari thyristor dipaksa menjadi nol dengan menambahkan rangkaian yang disebut commutation circuit untuk membuat thyristor off.

7. Apa perbedaan thyristor dengan TRIAC?

SCR adalah thyristor yang uni-directional (satu arah), karena ketika ON hanya bisa melewatkan arus satu arah saja, yaitu dari anoda menuju katoda. Struktur TRIAC sebenarnya sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua gate-nya disatukan. Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar di bawah. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional (dua arah)

Triac merupakan komponen thyristor dua arah atau analoginya sama dengan penggabungan dua buah thyristor yang terhubung secara anti parallel.

TRIAC diaplikasikan pada AC daya rendah, aplikasi TRIAC digunakan pada semua tipe kendali panas sederhana, kendali penerangan, kendali motor, dan saklar AC. Karakteristik dari TRIAC mirip dengan dua thyristor dihubungkan dalam hubungan inverse parallel dengan hanya mempunyai satu terminal gate.

TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus dua arah. Kurva karakteristik dari TRIAC seperti tampak pada gambar berikut ini. Pada data sheet akan lebih rinci diberikan besar parameter-parameter seperti V_bo dan -V_bo, lalu I_GTdan -I_GT, I_h serta -I_h dan sebagainya. Umumnya besar parameter ini simetris antara yang plus dan yang minus. Dalam perhitungan desain, bisa dianggap parameter ini simetris sehingga lebih mudah dihitung.

             Karakteristik TRIAC

8. Apa itu converter?

Converter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari satu bentuk ke bentuk daya listrik lain.

Converter terdiri dari 4 jenis, yaitu:

·      Converter AC-DC (Rectifier)

·      Converter AC-AC (Cycloconverter)

·      Converter DC-DC (DC Chopper)

·      Converter DC-AC (Inverter)

Dua bagian utama dari converter elektronika daya adalah rangkaian daya (power circuit) dan rangkaian control (control circuit), rangkaian trigger atau rangkaian driver untuk mengatur pensaklaran (switching).

9. Bagaimana prinsip kerja dari konversi AC ke DC?

Untuk konversi dari listrik AC ke DC, ada dua metode yang mungkin digunakan. Pertama dengan linear power supply. Ini adalah rangkaian AC ke DC yang sangat sederhana. Setelah listrik AC dari line input di-stepdown oleh transformer, kemudian dijadikan DC secara sederhana dengan rangkaian empat diode penyearah. Komponen tambahan lain adalah kapasitor untuk meratakan tegangan.
Tambahan komponen yang mungkin disertakan adalah linear regulation, yang bertugas menjaga tegangan sesuai yang diinginkan, meski daya output yang dibutuhkan bertambah. Linear power supply dapat Anda temukan pada DC power adapter sederhana. Ia memungkinkan untuk diproduksi dengan ongkos yang minimum. Kelemahan utamanya pada tingkat power conversion dengan efisiensi yang rendah. Berikutnya adalah dibutuhkannya ukuran transformer yang besar, untuk daya ampere yang besar. Tingkat efi siensi konversi yang rendah (sekitar 50%), juga menyebabkannya mengeluarkan panas yang besar saat beroperasi.

10.      Bagaimana prinsip kerja dari konversi AC ke AC?

Cycloconverter adalah rangkaian elektronika daya yang dapat mengubah gelombang masukan AC dengan frekuensi tertentu ke gelombang keluaran AC dengan frekuensi yang berbeda.

1. Cycloconverter satu phasa

Cara kerja cycloconverter satu phasa yaitu dengan membagi topologi ini menjadi 2 buah rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian konverter tyristor-N yang bekerja secara bergantian, seperti terlihat pada gambar di bawah ini:

Konverter tyristor-P bekerja untuk membentuk arus keluaran pada saat periode positip-nya, sedangkan konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus keluaran pada periode negatif arus keluaran.

2. Cycloconverter tiga phasa

Gambar berikut adalah rangkaian daya cycloconverter tiga phasa berikut bentuk gelombang yang terjadi pada sisi keluarannya tiap fasa.

11.      Bagaimana prinsip kerja dari konversi DC ke DC?

Konversi DC-DC adalah mengkonversikan input DC yang tidak dapat dikontrol menjadi sebuah keluaran DC yang dapat dikontrol sesuai dengan level tegangan yang diinginkan.

Secara umum, ada tiga rangkaian (topologi) dasar konverter dc-dc, yaitu buck, boost, dan buck-boost. 

1.       Konverter Buck

Konverter jenis buck merupakan jenis konverter yang banyak digunakan dalam industri catu-daya. Konverter ini akan mengkonversikan tegangan dc masukan menjadi tegangan dc lain yang lebih rendah (konverter penurun tegangan).
Rangkaian ini terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET) dan satu saklar pasif (diode). Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif sering diganti dengan saklar aktif sehingga susut daya yang terjadi bisa dikurangi. Kedua saklar ini bekerja bergantian. Setiap saat hanya ada satu saklar yang menutup. Nilai rata-rata tegangan keluaran konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan saklar aktif terhadap periode penyaklarannya (faktor kerja). Nilai faktor kerja bisa diubah dari nol sampai satu. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan keluaran selalu lebih rendah dibanding tegangan masukannya.
Beberapa konverter buck bisa disusun paralel untuk menghasilkan arus keluaran yang lebih besar. Jika sinyal ON-OFF masing-masing konverter berbeda sudut satu sama lainnya sebesar 360o/N, yang mana N menyatakan jumlah konverter, maka didapat konverter dc-dc N-fasa. Konverter buck N-fasa inilah yang sekarang banyak digunakan sebagai regulator tegangan mikroprosesor generasi baru. Dengan memperbanyak jumlah fasa, ukuran tapis yang diperlukan bisa menjadi jauh lebih kecil dibanding konverter dc-dc satu-fasa. Selain digunakan sebagai regulator tegangan mikroprosesor, konverter buck multifasa juga banyak dipakai dalam indusri logam yang memerlukan arus dc sangat besar pada tegangan yang rendah.

Perlu dicatat bahwa arus masukan konverter buckc selalu bersifat tak kontinyu dan mengandung riak yang sangat besar. Akibatnya pada sisi masukan, konverter buck memerlukan tapis kapasitor yang cukup besar untuk mencegah terjadinya gangguan interferensi pada rangkaian di sekitarnya. Konverter dc-dc jenis buck biasanya dioperasikan dengan rasio antara teganan masukan terhadap keluarannya tidak lebih dari 10. Jika dioperasikan pada rasio tegangan yang lebih tinggi, saklar akan bekerja terlalu keras sehingga keandalan dan efisiensinya turun. Untuk rasio yang sangat tinggi, lebih baik kalau kita memilih versi yang dilengkapi trafo.

2.      Topologi Boost

Topologi boost bisa menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dibanding tegangan masukannya (penaik tegangan). Jika saklar MOSFET ditutup maka arus di induktor akan naik (energi tersimpan di induktor naik). Saat saklar dibuka maka arus induktor akan mengalir menuju beban melewati dioda (energi tersimpan di induktor turun). Rasio antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan konverter sebanding dengan rasio antara periode penyaklaran dan waktu pembukaan saklar. Ciri khas utama konverter ini adalah bisa menghasilkan arus masukan yang kontinyu.
Pada saat ini, topologi boost banyak dipakai dalam penyearah yang mempunyai faktor-daya. Saklar dikendalikan sedemikian rupa sehingga gelombang arus induktor mempunyai bentuk seperti bentuk gelombang sinusoidal yang disearahkan. Dengan cara ini, arus masukan penyearah akan mempunyai bentuk mendekati sinusoidal dengan faktor-daya sama dengan satu. Pengendali konverter semacam ini sekarang tersedia banyak di pasaran dalam bentuk chip.

3.      Topologi Buck-Boos
Jika saklar MOSFET ditutup maka arus di induktor akan naik, Saat saklar dibuka maka arus di induktor turun dan mengalir menuju beban. Dengan cara ini, nilai rata-rata tegangan beban sebanding dengan rasio antara waktu pembukaan dan waktu penutupan saklar. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan beban bisa lebih tinggi maupun lebih rendah dari tegangan sumbernya.
Masalah utama dari konverter buck-boost adalah menghasilkan riak arus yang tinggi baik di sisi masukan maupun sisi keluarannya. Akibatnya, diperlukan tapis kapasitor yang besar di kedua sisinya. Inilah salah satu alasan mengapa konverter buck-boost jarang dipakai di industri.
Dalam industri, topologi yang sering dipakai adalah turunan buck-boost yang lebih popular disebut konverter flyback. Pada konverter ini, energi tersimpan di trafo akan naik saat saklar MOSFET ditutup. Saat saklar dibuka, energi tersimpan di trafo akan dikirim ke beban melalui dioda. Konverter ini sering dipakai untuk menghasilkan banyak level tegangan keluaran dengan menggunakan beberapa belitan sekunder trafo.
Konverter flyback biasa dipakai untuk daya sampai 100 Watt. Keuntungan utama dari konverter flyback adalah menggunakan komponen yang paling sedikit dibanding konverter jenis lainnya. Kelemahan utama dari topologi ini adalah tingginya tegangan yang dirasakan oleh saklar.

Read more at: http://konversi.wordpress.com/2009/01/07/topologi-konverter-dc-dc/

12.      Bagaimana prinsip kerja dari konversi DC ke AC?

Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent).
Prinsip kerja Inverter:

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation – PWM) dalam proses conversi tegangan DC menjadi tegangan AC.

Read more at: http://elektronika-dasar.com/artikel-elektronika/inverter-dc-ke-ac/
Copyright © Elektronika Dasar