Tugas Elektronika Daya 

1. Definisi Elektronika Daya

Elektronika Daya merupakan salah satu bidang ilmu yang mempelajari dan membahas aplikasi elektronika yang berkaitan dengan  peralatan listrik yang berdaya cukup besar. Berbagai macam  peralatan dan  aplikasi  nyata di industri  yang menggunakan sumber listrik memiliki kapasitas daya yang sangat besar seperti motor listrik, pemanas, pendingin, fun, kompresor, pompa, conveyor dan aplikasi-aplikasi lainnya.

2. Jenis-jenis Thyristor

Thyristor merupakan devais semikonduktor 4 lapisan berstruktur pnpn dengan tiga pn-junction. Devais ini memiliki tiga terminal yaitu  anode, katode, dan gerbang. Thyristor biasanya digunakan sebagai saklar/bistabil, beroperasi antara keadaan non konduksi ke konduksi. Pada banyak aplikasi thyristor dapat diasumsi sebagai saklar ideal, akan tetapi dalam prakteknya thyristor memiliki batasan dan karakteristik tertentu. Jenis-jenis thyristor yaitu :

• Silicon Controlled Rectifier (SCR)
  SCR adalah dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Thyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebutTherystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda. Simbol SCR :

• Fast-Switching Thyristor

Biasanya thyristor ini digunakan pada penerapan teknologi pensaklaran kecepatan tinggi dengan forced-commutation. Thyristor jenis ini memiliki waktu turn off yang cepat, umumnya dalam 5 sampai 50 µs bergantung pada daerah tegangannya. Tegangan jatuh forward pada keadaan on bervarasi kira-kira seperti fungsi invers dari trun off time tq, dikenal juga sebagai thyristor inversi. 

• Gate-Turn-Off Thyristor (GTO)  

Gerbang ini dapat dihidupkan dengan memberikan sinyal gerbang positif dan dapat dimatikan dengan memberikan gerbang sinyal negative. GTO dihidupkan dengan memberikan sinyal pulsa pendek positif pada gerbang dan dimatikan dengan memberikan sinyal pulsa pendek negative pada gerbang. GTO memiliki penguatan rendah selama turn-off dan memerlukan pulsa arus negative yang relative besar untuk turn-off. Tegangan keadaan on untuk rata-rata GTO 550 A, 1200 V besarnya 3,4 V.

• Bidirectional Triode Thyristor (TRIAC)  

Triac dapat dianggap sebagai dua buah SCR dalam struktur kristal tunggal, dengan demikian maka Triac dapat digunakan untuk melakukan pensaklaran dalam dua arah (arus bolak balik, AC). 

• Reverse-Conducting Thyristor (RCT)

Suatu RCT dapat dipandang sebagai suatu kompromi antara karakteristik devais dan kebutuhan dari rangkaian RCT dapat dianggap sebagai suatu thyristor  dengan built-in diode anti paralel. RCT juga dikenal sebagai aymmetrical thyristor (ASCR). Tegangan forward blocking berfariasi antara 400 sampai dengan 2000 V dan rating arus bergerak hingga 500 A. Tegangan blocking reverse biasanya sekitar 30 sampai dengan 40 V. karena rasio arus maju yang melalui thyristor terhadap arus reverse dari diode tetap untuk suatu devais, aplikasinya dibatasi oleh perancangan rangkaian tertentu.

• Static Induction Thyristor (SITH)  

SITH biasanya dihidupkan dengan memberikan tegangan gerbang positif seperti thyristor biasa dan dimatikan dengan memberikan tegangan negatif pada gerbangnya. SITH merupakan devais dengan pembawa muatan minoritas. Akibatnya, SITH memiliki resistansi/tegangan jatuh keadaan on yang rendah dan dapat dibuat dengan rating tegangan dan arus yang lebih tinggi.SITH memiliki kecepatan switching yang tinggi dengan kemampuan dv/dt dan di/dt yang tinggi. Waktu switchingnya berada pada orde 1 sampai dengan 6 µs. Rating tegangan dapat mencapai 2500 V dan rating arus dibatasi 500 A. Devais ini sangat sensitive terhadap proses produksi, gangguan kecil pada proses produsi akan menghasilkan perubahan yang besar pada karakteristik devais.

• Light-Activated Silikon-Controlled Rectifier (LASCR)

LASCR digunakan untuk pemakaian arus dan tegangan yang tinggi. LASCR menyediakan isolasi elektris penuh antara sumber cahaya pen-trigger dan devais switching dari converter daya, dengan potensial mengambang tinggi hingga beberapa kilovolt. Rating tegangan dari LASCR dapat setinggi 4 kV, 1500 A dengan daya cahaya pen-trigger kurang dari 100 mW. Di/dt yang umum adalah 250 A/µs dan dv/dt dapat setinggi 2000 V/µs.

•  FET-Controlled Thyristor (FET-CTH)

Devais ini mengkombinasikan MOSFET dan Thyristor secara paralel. Jika tegangan tertentu diberikan pada pada gerbang dari MOSFET biasanya, 3 V arus pen-trigger dari thyristor akan dibangkitkan secara internal.

• MOS-Controlled Thyristor (MCT)  

MOS Controlled Thyristor (MCT) adalah tegangan yang sepenuhnya  dikontrol thyristor. MCT serupa yang beroperasi dengan thyristor GTO, tetapi telah dikendalikan dengan terisolasi tegangan gerbang.MCT dapat beroperasi sebagai devais yang dikontrol oleh gerbang jika arusnya lebih kecil dari arus maksimum yang dapat dikontrol. Usaha untuk membuat MCT off pada arus yang melebihi itu akan mengakibatkan kerusakan devais, untuk arus yang tinggi thyristor harus dimatikan sebagaimana thyristor biasa.

3.  Thyristor ON

Suatu thyristor dihidupkan dengan meningkatan arus anoda. Hal ini dapat dicapai dengan salah satu langkah berikut.

• Panas. Jika suhu thyristor cukup tinggi,akan terjadi peningkatan jumlahpasangan elektron-hole,sehingga arus bocor meningkat. Peningkatan ini akan menyebabkan α 1 dan α 2 meningkat.karena aksi regeneratif akan menuju ke nilai satuan dan thyristor mungkin akan on. Cara ini dapat menyebabkan thermal runaway dan biasanya dihindari.
• Cahaya. Jika cahaya diizinkan mengenai sambungan thyristor, pasangan elektron-hole akan meningkat dan thyristor mungkin akan on.Cara ini dilakukan dengan membiarkan cahaya mengenai silicon wafer dari thyristor.
• Tegangan Tinggi. Jika tegangan forward anode ke katode lebih besar dari tegangan maju breakdown VBO, arus bocor yang dihasilkan cukup untuk membuat thyristor on. Cara ini merusak dan harus dihindari.
• dv/dt. Jika kecepatan peningkatan tegangan anode-katode cukup tinggi,arus pengisian sumber kapasitor mungkin cukup untuk membuat thyristor on.Nilai arus pengisian yang tinggi dapat merusak thyristor,dan devais harus diproteksi melawan dv/dt yang tinggi.
• Arus gerbang. Jika suatu thyristor diberi tegangan bias forward, injeksi arus gerbang dengan menerapkan tegangan gerbang positif antara terminal gerbangdan katode akan membuat thyeistor on. Ketika arus gerbang ditingkatkan, tegangan forward blocking akan menurun

4. Thyristor OFF

Thyristor yang berada dalam keadaan on dapat dimatikan dengan mengurangi arus maju ke tingkat di bawah arus holding IH.Ada beberapa variasi teknik untuk membuat thyristor off.Pada semua teknik komutasi,arus anode dipertahankan di bawah arus holding cukup lama,sehingga semua kelebihan pembawa muatan pada keempat layer dapat dikeluarkan.

5. Pengertian komutasi sendiri (line commutated)

Tegangan masukannya bersifat bolak – balik, tegangan balik muncul pada thyristor seketika setelah arus maju menuju ke nol.

 
6. Komutasi paksa (force commutated)



7. Perbedaan Thyristor dan TRIAC

Pada prinsipnya thyristor atau disebut juga dengan istilah SCR (Silicon Controlled Rectifier) adalah suatu dioda yang dapat menghantar bila diberikan arus gerbang (arus kemudi). Arus gerbang ini hanya diberikan sekejap saja sudah cukup dan thyristor akan terus menghantar walaupun arus gerbang sudah tidak ada. Ini berbeda dengan transistor yang harus diberi arus basis terus menerus. Triac adalah thyristor yang bekerja untuk AC

8. Pengertian Konverter

Converter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari satu bentuk ke bentuk daya listrik lainnya.
Converter terbagi menjadi 5 jenis:

• Konverter AC – DC (Rectifier) 
• Konverter AC – AC (Cycloconverter)
• Converter DC – DC (DC Chopper)
• Konverter DC – AC (Inverter)
• Penyearah: rangkaian penyearah diode mengubah tegangan ac ke tegangan dc tetap. Tegangan masukan ke penyearah dapat bersifat satu fasa ataupun tiga fasa

9. Prinsip kerja dari konversi AC ke DC

Nilai rata – rata dari tegangan output dapat dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time dari thyristor satu sudut firing delay, α. Inputnya dapat berupa sumber satu atau tiga fasa. Converter – converter ini juga dikenal sebagai penyearah control. 

10. Prinsip kerja dari konversi AC ke AC

Converter ini digunakan untuk memperoleh tegangan keluaran ac  variable dari sumber ac tetap dan converter satu fasa dengan suatu TRIAC. Tegangan keluaran dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time dari TRIAC atau sudut delay penyalaan, α. Tipe converter ini dikenal juga sebagai controller tegangan ac. 

11. Prinsip kerja dari konversi DC ke DC

Converter dc – dc juga dikenal sebagai dc chopper atau pensaklaran regulator dan suatu rangkaian transistor chopper. Tegangan keluaran rata – rata dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time t dan transistor Q₁. Jika T adalah periode chopping, maka t₁ = δT. δ dikenal sebagai sebagai duty cycle dari chopper-nya.

12. Prinsip kerja dari konvesi DC ke AC

Converter dc – ac dikenal juga sebagai inverter. Jika transistor M₁ dan M₂ tersambung pada setengah periode, dan M₃ dan M₄ tersambung pada setengah periode lainnya, keluaran akan berbentuk tegangan ac. Tegangan keluaran dapat dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time dari transistor. 

CONTOH LATIHAN TIPE BUCK BOOST : 

Tugas Elda :