BOOST CONVERTER• Hubungan antara arus dan tegangan• Asumsi-asumsi yang digunakan analisis :– Kondisi steady state– Periode pensaklaran T, saklar ditutup dengan waktu DT dan dibuka selama (1-D)T

– Arus induktor kontinyu (selalu positif)– Kapasitor sangat besar, dan tegangan keluaran bertahan konstan pada tegangan V

– Komponen-komponen adalah ideal

• Analisis pada kondisi saklar ditutup– Ketika saklar ditutup, diode mendapatkan tegangan balik dan dengan menggunakan hukum Kirchhoff tegangan :

– Laju perubahan arus konstan, sehingga arus naik secara linier pada saat saklar ditutup seperti terilhat pada gambar 6-7b

a

• Perubahan arus induktor dapat dihitung dengan :

yang menghasilkan delta-iL pada kondisi saklar ditutup

Analisa pada saat saklar terbuka• Ketika saklar dibuka, arus induktor tidak dapat berubah seketika sehingga diode mendapatkan tegangan maju. Dengan asumsi bahwa tegangan keluaran konstan, maka tegangan pada induktor :

• Laju perubahan arus induktor konstan, sehingga arus berubah secara linier. Perubahan arus induktor ketika saklar dibuka :

yang akan menghasilkan delta iL :

Operasi Steady State• Pada operasi steady state, total perubahan arus pada induktor adalah Nol.

yang akan menghasilkan Vo :

• Tegangan rata-rata induktor nol selama periode operasi, sehingga tegangan rata-rata induktor selama periode pensaklaran :

yang akan menghasilkan V0 sama dengan persamaan 6-21

Arus induktor rata-rata, maksimum dan minimum

• Daya Keluaran :

Daya masukan , dengan menggunakan persamaan 6-21 :

Atau IL dapat dinyatakan sebagai :

• Arus induktor maksimum dan minimum ditentukan dengan menggunakan nilai rata-rata dan perubahan arus pada persamaan 19

• Batas antara arus kontinyu dan tidak kontinyu pada induktor ditentukan dari :

atau

• Kombinasi minimum induktansi dan frekuensi pensaklaran pada arus kontinyu pada boost converter :

atau

• Boost converter dirancang untuk bekerja pada arus kontinyu akan mempunyai sebuah nilai induktor yang lebih besar dari Lmin .

Ripple Tegangan Keluaran• Dalam prakteknya, kapasitansi kapasitor yang sangat besar akan tetap menghasilkan fluktuasi pada tegangan keluaran (ripple)

• Tegangan ripple keluaran puncak-puncak dapat dihitung dari bentuk gelombang arus kapasitor gambar 6-7d. Perubahan muatan kapasitor dapat dihitung dari :

sehingga ripple nya adalah :

atau

dimana f adalah frekuensi pensaklaran (Hertz)

Contoh :

Buck-Boost Converter• Konsep dasar lain dari switched-

mode converter adalah buck-boost converter yang ditunjukkan pada gambar

• Hubungan antara tegangan dan arusAsumsi yang digunakan pada analisis :– Kondisi kerja rangkaian stedy state

– Periode pensaklaran T, saklar ditutup dengan waktu DT dan dibuka selama (1-D)T

– Arus induktor kontinyu (selalu positif)

– Kapasitor cukup besar, sehingga tegangan keluaran diasumsikan konstan

– Komponen pensaklaran nya ideal

Analisis untuk sakalar ditutup• Ketika saklar ditutup, tegangan pada induktor

• Laju perubahan arus induktor konstan, nampak bahwa arus induktor naik secara linier

• Yang menghasilkan solusi delta i ketika saklar ditutup

Analisis untuk saklar dibuka• Ketika saklar membuka, arus pada induktor tidak dapat berubah secara seketika, diode mendapatkan tegangan maju dan arus mengalir ke resistor dan kapasitor. Pada kondisi ini, tegangan induktor :

• Laju perubahan arus induktor konstan dan perubahan arusnya

yang menghasilkan delta iL

Dalam operasi steady state, total perubahan arus nol untuk satu periode

yang menghasilkan Vo :

• Duty cycle yang diperlukan untuk menentukan tegangan masukan dan keluaran dapat dinyatakan sebagai

• Tegangan induktor rata-rata adalah nol selama periode operasi :

• Dari persamaan 30 terlihat bahwa polaritas tegangan keluaran berlawanan terhadap tegangan sumber. Tampak bahwa besarnya tegangan keluaran buck-boost converter dapat lebih kecil dari sumber atau lebih besar dari sumber, tergantung pada duty cycle - D

• Bila duty cycle D>0,5 keluaran akan lebih besar dari masukan dan jika D<0,5 keluaran akan lebih kecil dari masukan, bentuk gelombang ditunjukkan pada gambar

• Tampak bahwa pada buck-boost converter, sumber tidak pernah terhubung langsung dengan beban. Energi yang tersimpan pada induktor ketika saklar ditutup dan dipindahkan ketika saklar dibuka, sehingga konverter ini dikenal sebagai indirect converter

• Daya yang diserap beban harus sama dengan yang dicatu sumber, dimana :

Hubungan arus rata-rata sumber dengan arus rata-rata induktor :

yang menghasilkan

Substitusi VO menggunakan persamaan 30, menghasilkan solusi IL :

• Arus induktor maksimum dan minimum dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 28 dan 31 :

• Pada kondisi arus kontinyu, arus pada induktor harus selalu positif. Untuk menentukan batas antara arus kontinyu dan arus tidak kontinyu, maka Imin dalam persamaan 33 di set dengan nilai nol

atau

dimana f adalah frekuensi pensaklaran (Hertz)

Ripple Tegangan Keluaran• Ripple tegangan keluaran pada buck-boost converter, dapat ditentukan dengan mengacu bentuk gelombang kapasitor gambar 9.d

Solusi delta Vo :

atau

• Contoh

CUK CONVERTER• Toplogi Cuk switching (pensaklaran cuk) ditunjukkanpada gambar 13

• Besarnya tegangan keluaran dapat lebih besar atau lebih kecil dari masukan, dan terjadi pembalikan polaritas keluaran

• Induktor pada masukan digunakann sebagai filter dari masukan DC, untuk mencegah kandungan harmonisa yang tinggi

• Tidak seperti pada konverter yang lain, transfer energi pada Cuk converter tergantung pada kapasitor C1

• Asumsi yang digunakan :– Kedua induktor sangat besar, sehingga arusnya kontinyu

– Kedua kapasitor sangat besar, sehingga tegangannya konstan

– Rangakaian bekerja pada kondisi steady state

– Duty cycle D, saklar ditutup selama DT dan dibuka selama (1-D)T

– Saklar dan diode ideal• Tegangan rata-rata pada induktor nol pada kondisi kerja steady state, menghasilkan :

• Ketika saklar ditutup, diode akan padam dan arus kapasitor C1 adalah :

• Ketika saklar dibuka, arus induktor L1 dan L2 memaksa diode konduksi. Arus kapasitor C1 menjadi :

• Pada operasi periodik arus rata-rata kapasitor nol. Dengan saklar ditutup selama DT dan dibuka selama (1-D)T

• Substitusi persamaan 37 dan 38

atau• Daya rata-rata yang dicatu oleh sumber harus sama dengan daya rata-rata yang diserap beban :

• Hubungan antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan adalah :

tanda negatif menunjukkan bahwa polaritas antara keluaran dan masukan berlawanan

• Terlihat bahwa komponen pada keluaran (L2 ,C2 , dan R) adalah sama dengan konfigurasi buck converter, sehingga arus induktornya sama dengan buck converter. Oleh karena ripple tegangan keluaran sama dengan buck converter

• Ripple tegangan pada C1 diperoleh dengan menghitung perubahan vc1 dalam interval ketika saklar membuka dan arus iL1 dan iC1 sama

• Dengan asumsi bahwa arus pada L1 konstan pada nilai IL1 :

atau

Contoh