Latihan Soal

1.       Tipe buck-boost, tegangan masukan = 1.2 Volt, duty cycle = 0.25, fs = 25 kHz, L = 150 Uh,  C= 220 Uf, Ia=1.25 A. Ditanya :a.       Va

b.      Ripple Tegangan Output

c.       Ripple Arus Output

Jawab :

a.       Va   = (-Va x k) / (1-k)

= (-12V x 0.25) / ( 1 – 0.25)

= -4 V

b.      ∆Vc = ( Ia x k) / (f x c)

= (1.25 x 0.25) / (25.10³ x 220.10^-6)

= 56.8 mV

c.       ∆I    = (Va x k) / (f x L)

= ( 12 x 0.25) / (25.10³ x 150.10^-6)

= 0.8 A

Energy Storage Component (L & C) for temporary

Komponen penyimpanan energi sementara dalam catu daya yaitu: L dan C. Kehadiran komponen dapat meningkatkan efisiensi catu daya tersebut. Catu daya harus bekerja pada pensaklaran, Switching Mode Power Supply (SMPS). Komponen tersebut terhubung dengan dioda.

Contoh soal:

1.    Gambar pertama, terdiri dari dioda D, tahanan R, dan capasitor C yang terhubung seri dengan sebuah saklar S1. Tegangan mula (initial voltage) pada kapasitor sebesar 220 V pada saat t = 0, saklar ditutup tentukan:

a.      Arus puncak atau peak diode current (ip) yang mengalir pada dioda.

b.      Energi yang diserap oleh R menjadi panas (disipasi)

c.       Tegangan kapasitor pada saat t = 2 us.

Jawab:

a.      ∑V = 0

V₀ = i . R

220 volt = i . 44 Ω
i =  5A

b.      W = 0.5 . C . V₀²

W = 0.5 . 0.1 . 10^-6 . 220²

W = 0.00242 Joule

c.       Untuk Rc = 0.1 x 44 = 4.4 us

t1 = 2 us maka: Vc (t = 2 us) = 220 x e^-2/4.4 = 139.64 Volt

2.    Gambar kedua, berawal dari rangkaian seri dioda D1, L dan R terhubung melalui saklar S1. Kemudian dipasang dioda freewheeling, untuk mengamankan dioda D1. Kemudian R dilepas, sehingga rangkaian seperti pada gambar, maka:

a.      Gambarkan bentuk gelombang arus jika saklar ditutup pada t1 = 100 us.

b.      Tentukan energi yang tersimpan pada L (induktor beban).

Jawab:

 a. 

b.      Energi yang disimpan L ketika saklar tertutup, arus beban Y₁ naik secara linear adalah:

I (t) = Vs(t) / L

t = t1 = I₀ = Vs . t1/L

I₀ = 220 x 100/220 = 100 Ampere

Ketika saklar terbuka saat t = t1 arus beban mulai mengalir melalui dioda (ON) karena tidak ada elemen terdisipasi pada rangkaian, maka arus beban bernilai konstan dengan i₀ = 100 Ampere dan energi yang disimpan pada induktor adalah 0.5 L I₀² = 1.1 Joule

3.    Pada gambar ketiga, terdapat (mutual induktansi) Lm yang merupakan  pengganti dari step down transformer dengan perbandingan lilitan a = N2/N1 = 100/10 = 10. Tegangan sumber Vs = 220 volt pada t = 50 us dengan keadaan saklar ditutup (ON), maka:

a.      Tentukan tegangan mundur (reverse voltage) dioda D1.

b.      Tentukan arus primer maksimum (peak value).

c.       Tentukan arus sekunder maksimum (peak value).

d.      Waktu kondukti dari dioda D1.

e.      Berapa energi yang dicatu oleh sumber (energy supplied by source).

Jawab:

a.      V_D = 220 x (1+10) = 2420 Volt

b.      I₀ = 220 x 5/250 = 44 Ampere

c.       I₀` = 44/10 = 4.4

d.      E₂ = 250 x 44 x 10/220 = 500 us

e.      W = 0.5 Lm . I₀²

W = 0.5 . 250 . 10^-6 . 44²

W = 0.202 Joule

TUGAS ELEKTRONIKA DAYA

1.    Apakah yang dimaksud dengan elektronika daya?

Elektronika daya adalah ilmu dalam sistem kelistrikan untuk konversi daya listrik. Elda menghubungkan ilmu Teknik Tenaga ( Power), Ilmu Kendali (Control), dan Ilmu elektronika. Ilmu elektronika daya didasarkan menggunakan pensaklaran (switching) komponen (device) semikonduktor. Aplikasi elektronika daya dengan mudah dapat dilihat dari tempat-tempat yang cukup penting dari teknologi modern dan sekarang digunakan dalam begitu banyak variasi produk-produk daya tinggi, mencakup pengendalian suhu, pengontrolan pencahayaan, pengendalian motor, catu daya sistem propulsi dan sistem-sistem High-Voltage-Direct-Current (HVDC) (arus langsung tegangan tinggi)

2.   Jelaskan dengan gambar cara kerja thyristor! Sebutkan macam-macam thyristor!

Cara kerja thyristor :

 Thyristor mempunyai tiga buah terminal, anode, katode dan gate. Ketika suatu arus kecil melewati terminal gate ke katode, thyristor akan tersambung jika terminal tegangan anode lebih tinggi dari katode . Begitu katode berada pada mode tersambung itu, rangkaian gate tidak memegang kendali dan thyristor akan tetap tersambung. Ketika thyristor berada pada mode tersambung, tegangan jatuh majunya sangat kecil, berkisar pada 0.5 sampai dengan 2V. Thyristor yang tersambung dapat dimatikan dengan membuat tegangan anode sama atau lebih kecil dari tegangan katode. ­Line-commutated thyristor dapat dimatikan melalui sifat sinusoidal dari tegangan masukan dan forced-commutated thyristor dapat dimatikan dengan rangkaian khusus yang disebut commutation circuitry.  

Macam- macam thyristor :

-          Forced-commutated thyristor

-          Line-commutated thyristor

-          Gate-turn-off thyristor (GTO)

-          Reverse-conducting thyristor (RCT)

-          Static induction thyristor (SITH)

-          Gate-assisted thyristor (GATT)

-          Light-activated silicon-controlled rectifier (LASCR)

-          MOS-controlled thyristor (MCT)

3. Persyaratan apa saja yang menyebabkan thyristor mengalirkan arus ( turn on)?

Syarat-syarat thyristor agar turned-on adalah :

1.       Panas

Jika suatu thyristor cukup tinggi, akan terjadi peningkatan jumlah pasangan electron-hole, sehingga arus bocor meningkat.

2.       Cahaya

Jika cahaya mengenai sambungan thyristor, pasangan electron-hole akan meningkat dan thyristor mungkin akan on. Cara ini dilakukan dengan membiarkan cahaya mengenai silicon wafer dari thyristor.

3.       Tegangan tinggi

Jika tegangan forward anode ke katode lebih besar dari tegangan maju breakdown VBO, arus bocor yang dihasilkan cukup untuk membuat thyristor on.

Untuk membuat thyristor menjadi ON kita harus memberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Caranya dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada gambar di bawah. Karena letaknya yang dekat dengan katoda, pin gate ini bisa juga disebut pin gatekatoda (cathode gate).

Pada kurva karakteristik thyristor dibawah ini tertera tegangan breakover V_bo, yang jika tegangan forward SCR mencapai titik ini, maka SCR akan ON. Lebih penting lagi adalah arus I_g yang dapat menyebabkan tegangan Vbo turun menjadi lebih kecil. Pada gambar ditunjukkan beberapa arus I_g dan hubungannya dengan tegangan breakover. Pada datasheet SCR, arus trigger gate ini sering ditulis dengan notasi I_GT (gate trigger current). Pada gambar ditunjukkan juga arus I_h, yaitu arus holding yang mempertahankan SCR tetap ON. Jadi, agar SCR tetap ON, arus forward dari anoda menuju katoda harus berada di atas parameter ini.

4.  Bagaimana thyristor dapat “turned off”?

      Satu-satunya cara untuk membuat thyristor atau Silicon Controlled Rectifier (SCR) menjadi OFF adalah dengan membuat arus anoda-katoda turun di bawah arus I_h (holding current). Pada gambar kurva SCR, jika arus forward berada di bawah titik I_h, maka SCR kembali pada keadaan OFF. Berapa besar arus holding ini umumnya ada di dalam datasheet SCR. Cara membuat SCR menjadi OFF adalah dengan menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah SCR atau thyristor pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk aplikasi tegangan AC, karena SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan AC berada di titik nol.

5. Apa yang dimaksud dengan komutasi sendiri (line commutated)?

Thyristor dapat mejadi OFF jika terdapat rangkaian eksternal (external crcuit) yang menyebabkan anoda menjadi bias negatif (negatively biased) dan dikenal dengan metode natural atau komutasi sendiri (line commutated).

6.  Apa yang dimaksud dengan komutasi paksa (force commutated)?

Pada beberapa penggunaan pensaklaran (switching) thyristor kedua untuk pengosongan kapasitor di katoda pada thyristor pertama. Metode ini dikenal dengan komutasi paksa (forced commutated).

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.

8. Apakah itu konverter?

Konverter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari satu bentuk ke bentuk daya listrik lainnya.

9. Bagaimana prinsip kerja dari konversi AC ke DC?

Pengkonversi tegangan AC ke DC disebut juga sebagai rectifier atau penyearah gelombang.

Komponen utama dalam rectifier adalah diode yang dikonfigurasikan secara forward bias. Dalam sebuah power supply tegangan AC rendah, sebelum tegangan AC tersebut diubah menjadi tegangan DC, maka tegangan AC tersebut perlu diturunkan menggunakan trafo step-down. Ada 3 bagian utama penyearah gelombang pada power supply, yaitu transformer, diode, dan kapasitor. Penyearah gelombang ini dibagi menjadi 2, yaitu :

1.       Penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier)

Rectifier ini menggunaka 1 buah komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsip kerjanya adalah mengambil sisis sinyal positif dari gelombang AC  dari transformator. Pada saat transformator memberikan outout sisi positif daari gelombang AC, maka diode dalam keadaan forward bias sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat  transformator memberikan sinyal sisi negative, gelombang AC maka diode dalam posisi reverse bias, sehingga sisi negative tegangan AC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan.

2.       Penyearah Gelombang Penuh ( Full Wave Rectifier )

Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh ini  adalah menggunakan 4 dioda. Pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1,D4 pada posisi forward bias dan D2,D3 pada posisi reverse bias. Kemudian paada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negative, maka D2,D4 pada posisi forward bias dan D1,D2 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi negative tersebut dialirkan melalui D2,D4.

10.   Bagaimana prinsip kerja dari konversi AC ke AC?

Konverter AC ke AC biasa disebut juga cyclo-converter. Konverter ini digunakan untuk memperoleh tegangan keluaran ac variable dari sumber ac tetap dan converter satu fasa dengan suatu triac.

Konverter AC-AC bisa juga didesain dengan menggabungkan 2 buah atau lebih jenis konverter, yang sering disebut dengan istilah konverter matrik. Konverter matrik ini sering digunakan sebagai pengganti cycloconverter karena memiliki topologi yang lebih sederhana, biasanya berupa sistem rectifier-inverter yang berbasis pada saklar GTO/IGBT. Sayangnya karena terbatasnya komponen saklar ini, masih sedikit perusahaan yang mampu memproduksinya dan memasarkannya. Keunggulan teknologi konverter matrik AC-AC ini adalah sudah mampu mengatasi masalah harmonisa dan faktor-daya. Frekuensinya keluaran yang lebih tinggi dari sumber juga bisa dengan mudah dihasilkan.

1.       Cyclo-converter satu fasa

Secara sederhana rangkaian elektronika daya cycloconverter satu phasa dapat dilihat pada gambar 2(a). Untuk lebih mudah memahami kerja rangkaian ini dapat dibayangkan dengan cara membagi topologi ini menjadi 2 buah rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian konverter tyristor-N paralel yang nantinya bekerja secara bergantian. Konverter tyristor-P bekerja untuk membentuk arus keluaran AC pada saat periode positip-nya, sedangkan konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus keluaran AC pada periode negatifnya.

2.      Cyclo-converter tiga fasa

Bentuk gelombang keluaran cycloconverter akan lebih baik menyerupai sinus dengan cara menambah jumlah pulsa sumbernya, seperti terlihat pada gambar. Gambar (a) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC tiga fasa. Sedangkan Gambar (b) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC enam fasa. Gelombang AC enam fasa dapat dihasilkan dengan cara menjumlahkan gelombang AC tiga fasa dengan gelombang AC tiga fasa tersebut yang digeser sudutnya sejauh 30 derajat dengan menggunankan trafo tiga phasa hubungan wye-delta (trafo penggeser fasa).

11.   Bagaimana prinsip kerja dari konversi DC ke DC?

Konverter dc-dc dikenal juga sebagai dc-chopper atau pensaklaran regulator dan suatu rangkaian transistor chopper. Tegangan keluaran rata-rata dikendalikan dengan mengubah-ubah conduction time (t) dari transistor.  DC-Chopper dibagi menjadi dua, yaitu step-down chopper dan step-up chopper.

1.       Step-Down Chopper

Jika saklar SW ditutup pada saat t1, maka tegangan Vs akan melalui beban, Jika saklar dimatikan saat t2, tegangan yang melewati beban adalah nol. Bentuk gelombang output dan arus beban ditunjukkan pada gambar (b).

2.       Step-Up Chopper

Cjopper ini biasa digunakan untuk menaikkan tegangan DC. Prinsip kerja menurut gambar dibawah adalah apabila saklar SW ditutup pada saat t1, arus akan mengalir pada inductor dan akan menyimpan energy pada inductor tersebut. Jika saklar terbuka pada saat t2, energy yang tersimpan pada inductor dialirkan ke beban.

12.   Bagaimana prinsip kerja dari konversi DC ke AC?

Konverter dc-ac dikenal juga sebagai inverter. Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada gambar dibawah. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on, maka akan mengalir arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan. Apabila yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengair aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa atau yang disebut Pulse Width Modulation dalam proses konversi tegangan DC menjadi AC.

Source :

http://m-edukasi.net/online/2008/thyristor/sumateth.html

http://elektronika-dasar.com/artikel-elektronika/inverter-dc-ke-ac/

http://pendidikanelektro.blogspot.com/2012/02/thyristor.html

http://ml.scribd.com/doc/35994381/DC-Chopper

http://eki.blog.ittelkom.ac.id/blog/

http://elektronika-dasar.com/teori-elektronika/konsep-dasar-penyearah-gelombang-rectifier/