Dasar Converter Dc-dc

7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc

1/51

BAB. IV. DASAR CONVERTER DC-DC

Konverter DC-DC ada 2 macam, yaitu:

1. Tipe linier

2. Tipe peralihan (switching

!enggunaan tegangan searah (DC pada sistem tenaga sangat di"utuh#an,

sehingga peralatan yang menghasil#an tegangan searah terus di#em"ang#an. $alah satu

apli#asi ele#troni#a daya adalah #onverter DC-DC atau yang la%im di se"ut DC Chopper.

&1'

Konverter DC-DC "er)ungsi untu# meng#onversi tegangan masu#an searah

#onstan men*adi tegangan #eluaran searah yang dapat divariasi#an "erdasar#an

peru"ahan duty cyclerang#aian #ontrol chopper-nya. Diagram "lo# #onverter DC-DCdapat dilihat pada gam"ar di"awah ini.

+am"ar 2.1 Diagram lo# Konverter DC-DC

Kele"ihannya terutama pada pengu"ah daya secara *auh le"ih e)isien dan pema#aian

#omponen yang u#urannya le"ih #ecil. !engu"ah daya DC-DC (DC-DC Converter tipe

peralihan atau di#enal *uga dengan se"utan DC Chopper diman)aat#an terutama untu#

penyediaan tegangan #eluaran DC yang "ervariasi "esarannya sesuai dengan permintaan

pada "e"an. Daya masu#an dari proses DC-DC terse"ut adalah "erasal dari sum"er daya

DC yang "iasanya memili#i tegangan masu#an yang tetap. Tegangan #eluaran DC yang

ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya wa#tu penghu"ungan antara sisi

#eluaran dan sisi masu#an pada rang#aian yang sama. Komponen yang diguna#an untu#

men*alan#an )ungsi penghu"ung terse"ut tida# lain adalah switch (solid state electronic

switch seperti misalnya Thyristor, /$0T, +T, +T/.

Chopper

DC

DC#onstan DC varia"el

Kontrol !3 DC-DC


2/51

4.1 Dc Chopper

$alah satu apli#asi ele#troni#a daya adalah #onverter DC-DC atau yang la%im di

se"ut DC Chopper.&1' Konverter DC-DC "er)ungsi untu# meng#onversi tegangan

masu#an searah #onstan men*adi tegangan #eluaran searah yang dapat divariasi#an

"erdasar#an peru"ahan duty cyclerang#aian #ontrol chopper-nya.

Dc chopper diguna#an untu# mengu"ah sum"er tegangan dc yang tetap men*adi

tegangan dc yang varia"el dengan mengatur #ondisi on-off (duty cycle rang#aian dc

choppermelalui rang#aian #ontrol !3,#omponen yang diguna#an untu# men*alan#an

)ungsi penghu"ung terse"ut tida# lain adalah switch (solid state electronic switch seperti

misalnya Thyristor, /$0T, +T, +T/.

$um"er tegangan dc dapat diperoleh dari "aterai, atau dengan menyearah#an sum"er

tegangan ac yang #emudian dihalus#an denganfilter#apasitor untu# mengurangi ria#.Kele"ihannya terutama pada pengu"ah daya secara *auh le"ih e)isien dan pema#aian

#omponen yang u#urannya le"ih #ecil.

lo# diagram dcchopperdapat dilihat pada gam"ar 2.1 di"awah ini.

+am"ar 2.1 lo# diagram sistem dc chopper&14

erdasar#an pada arah aliran arus dan tegangan. Dc chopper di#lasi)i#asi#an

men*adi ' #elas, yaitu: &12

1. Dc chopper#elas 5

2. Dc chopper#elas


3/51

. Dc chopper#elas C

6. Dc chopper#elas D

'. Dc chopper#elas

Kuadran operasi dari masing-masing #elas dc chopperdapat dilihat pada gam"ar

2.2 di"awah ini.

+am"ar 2.2 Klasi)i#asi dc chopper&12

2.1.1 Dc chopper Kelas A

Tegangan "e"an dan arus "e"an #eduanya positi) seperti terlihat pada gam"ar

2.2(a yang merupa#an dc chopper satu #uadran dan dapat di#ata#an "eroperasi seperti

penyearah.Dc chopper#elas 5 dilihat pada gam"ar 2. di"awah ini.

6


4/51

7

8

9

-

:s

i1

.ode 1

7

8

9

-

i2

.ode 2

" 7ang#aian e#ivalen

Dm

#T

i

i2

4 t

i1

(1 - #T

#T T

i1

i2 5rus "e"an

c entu# gelom"ang

t1

:o

:s

4 tT

t2

D1

S1 R

L

EVS v

L

+

-

iS

iL

a +am"ar rang#aian

Tegangan "e"an

+am"ar 2. Dc chopper#elas 5&12

Cara #er*a dc chopper dapat di"agi men*adi dua mode. $elama mode 1, dc

choppera#an on dan arus mengalir dari sum"er #e "e"an. $elama mode 2, dc chopper

a#an offdan arus "e"an terus mengalir melewati dioda freewheeling Dm #arena adanya

energi yang tersimpan dalam indu#tor. 7ang#aian e#ivalen untu# mode-mode ini

ditun*u##an pada gam"ar 2.(" sedang#an "entu# gelom"ang arus "e"an dan tegangan

#eluaran ditun*u##an pada gam"ar 2.(c. &12

Dengan mengasumsi#an arus indu#tor nai# secara linier dari I1#e I2pada wa#tu

t1, ma#a

11

12

t

IL

t

IILVV OL

=

=

( )

L

tV

L

tVVI OLS 21

.=

= dimana I = I2 I1 ;;;;; (2.1


5/51

2.1.2 Dc chopper Kelas B

5liran arus "e"an #eluar pada "e"an. Tegangan "e"an positi) tetapi arus "e"an

negati), seperti gam"ar 2.2(", ini *uga merupa#an dc chopper satu #uadran, tetapi

operasinya pada #uadran dua dan "eroperasi seperti inverter.Dc chopper#elas dapat

dilihat pada gam"ar 2.6 dimana "aterai ( adalah "agian pada "e"an dan mung#in e#f

"ali# pada motor dc. &12

+am"ar 2.6Dc chopper#elas &12

Keti#a sa#lar ($1 on, ma#a tegangan ( mengalir#an arus melalui indu#tor (8

dan tegangan "e"an (8 men*adi nol dan #eti#a sa#lar ($1 off, se*umlah energi yang

disimpan dalam indu#tor di#em"ali#an #e sum"er melalui dioda dan arus menurun. &12

Dengan mengasumsi#an arus indu#tor nai# secara linier dari I1#e I2pada wa#tu

t1,

11

12

t

IL

t

IILVL

=

=

SV

ILt =

1 ;;;;. (2.6

$edang#an arus indu#tor turun secara linier dariI2#eI1pada wa#tu t2,

22

21

t

IL

t

IILVV SL

=

=

SL VV

ILt

=2 ;;;; (2.'

Dengan I = I2 I1merupa#an arus ripplepunca# #e punca# indu#tor ma#a

( )

L

tVV

L

tVI SLS 21

. == ;;;; (2.=


6/51

k

V

t

VV SSL

==

12 ;;;;; (2.>

$edang#an arus masu#an rata-rata (IL" adalah&12

k

II LS

=

1 ;;;;; (2.?

2.1.3 Dc chopper Kelas C

5rus "e"an dapat positi) atau negati) sedang#an tegangan "e"an selalu positi)

seperti pada gam"ar 2.'(c. @al ini dise"ut chopperdua #uadran.Dc chopper#elas 5 dan

dapat di#om"inasi#an untu# mem"entu# dc chopper #elas C seperti pada gam"ar 2.'

di"awah ini.

+am"ar 2.'Dc chopper #elas C &12

$1dan D2"eroperasi seperti dc chopper#elas 5. $2dan D1"eroperasi seperti dc

chopper #elas . Tetapi harus di*aga untu# memasti#an dua sa#lar tida# "e#er*a secara

"ersamaan, "ila hal itu ter*adi sum"er (s mengalami hu"ung sing#at.Dc chopper#elas

C dapat "eroperasi se"agai penyearah (rectifier maupun pem"ali# (in$erter. &12

esarnya tegangan #eluaran rata-rata(VL" untu# dc chopper #elas C adalah

SL VkV = &14 ;;;;; (2.A

2.1.4 Dc chopperKelas D

5rus "e"an selalu positi). Tegangan "e"an dapat positi) atau negati), seperti pada

gam"ar 2.2(d. Dc chopper #elas D dapat *uga "eroperasi se"agai penyearah atau

pem"ali#, yang ditun*u##an pada gam"ar 2.= di"awah ini


7/51

+am"ar 2.=Dc chopper #elas D&12

Keti#a sa#lar ($1dan $6 on ma#a arus mengalir melalui "e"an, v8dan i8men*adi

positi) dan saat sa#lar ($1dan $6offma#a arus "e"an i8a#an a#an terus mengalir untu#

"e"an indu#ti) yang tinggi melalui dioda (D2 dan D dengan arah tetap tetapi tegangan

#eluaran (8 "er"ali# arah.

esarnya tegangan #eluaran rata-rata(VL" untu# dc chopper #elas D adalah

SL V

k

kV

=1

&14 ;;;;; (2.14

2.1.5 Dc chopperKelas E

5rus "e"an dan tegangan "e"an dapat positi) atau negati) seperti pada gam"ar

2.2(e. @al ini di#enal dengan dc chopperempat #uadran. Dua dc chopper #elas C dapat

di#om"inasi#an untu# mem"entu# chopper#elas , seperti pada gam"ar 2.>(a, polaritas

tegangan dan arus "e"an ditun*u##an pada gam"ar 2.>(". !eralatan yang "eroperasi pada

macam-macam #uadran ditun*u##an pada gam"ar 2.>(c. untu# operasi pada #uadran

#eempat, arah "aterai ( harus di"ali#. &12


8/51

:$

$1

$6

D2

D1

8

7

v8

9 -

i8

$2

$

D6

D

v8

" polaritas

nverting

v89v

e

i8-v

e

7ecti)ying

v89v

e

i89v

e

v8-v

e

i8-v

e

7ecti)ying

v8-v

e

i89v

e

nverting

i8

$2,D

6

D6,D

1

$1,$

6

D2,D

6

$,$

2

$2,D

6

$6,D

2

D2,D

c devais penghu"ung

a rang#aian

+am"ar 2.>Dc chopper#elas &12

esarnya tegangan #eluaran rata-rata(VL" untu# dc chopper #elas adalah

S

SS

L

kV

kVkV

VVV

2

(

=

=

= +

&14 ;;;;; (2.11

4.1 CONVERTER DC-DC NON ISOLATED

4.1.1. BUCK CONVERTER

tegangan #eluaran a#an le"ih rendah atau sama dengan tegangan masu#an.


9/51

+am"ar. (a $#ema "uc# converter (" entu# gelom"ang tegangan %witching

+am"ar. $#ema "uc# power stage


10/51

+am"ar. $tate "uc#.

+am"ar. !enam"ahan umpan "ali# untu# mengatur tegangan #eluaran.


11/51


12/51

(g Bo.DT o.(1-DT

g.DT-oDT oT B oDTg.DT oT og D


13/51


14/51

Keuntungan pada #on)igurasi uc# antara lain adalah e)isiensi yang tinggi, rang#aiannya

sederhana, tida# memerlu#an trans)ormer, ting#atan%tre%%pada #omponen switch yangrendah, ria# (ripple pada tegangan #eluaran *uga rendah sehingga penyaring atau )ilteryang di"utuh#an pun relati) #ecil.

Ke#urangan yang ditemu#an misalnya adalah tida# adanya isolasi antara masu#an dan

#eluaran, hanya satu #eluaran yang dihasil#an, dan ting#at ripple yang tinggi pada arus

masu#an. etoda uc# sering diguna#an pada apli#asi yang mem"utuh#an sistim yang"eru#uran #ecil.


15/51

4.1.2. BOOST CONVERTER

tegangan #eluaran yang dingin#an le"ih "esar dari tegangan masu#an


16/51

+am"ar. (a $#ema "oost converter (" entu# gelom"ang tegangan inductor dan arus

#apasitor


17/51


18/51

+am"ar. +ra)i# tegangan out-put vs duty ratio untu# "oost converter tida# ideal


19/51

+am"ar. +ra)i# e)isiensi vs duty ratio


20/51

oost *uga memili#i e)isiensi tinggi, rang#aian sederhana, tanpa trans)ormer dan ting#at

ripple yang rendah pada arus masu#an. Eamun *uga oost tida# memili#i isolasi antara

masu#an dan #eluaran, hanya satu #eluaran yang dihasil#an, dan ting#atan ripple yangtinggi pada tegangan #eluaran. 5pli#asi oost menca#up misalnya untu# per"ai#an

)a#tor daya (!ower 0actor, dan untu# penai#an tegangan pada "aterai

4.1.3. BUCK-BOOST CONVERTER

#om"inasi antara uc# dan oost, tegangan #eluaran dapat diatur men*adi le"ih tinggi

atau le"ih rendah dari tegangan masu#an


21/51


22/51


23/51


24/51

tegangan #eluaran memili#i tanda "erlawanan dengan tegangan masu#an. /leh #arena itumetoda ini pun ditemui pada apli#asi yang memerlu#an pem"ali#an tegangan (voltageinversion tanpa trans)ormer. 3alaupun memili#i rang#aian sederhana, metoda uc#-

oost memili#i #e#urangan seperti tida# adanya isolasi antara sisi masu#an dan #eluaran,

dan *uga ting#at ripple yang tinggi pada tegangan #eluaran maupun arus #eluaran.

4.1.4. H-BRIDGE CONVERTER

4.1.5. SEPIC CONVERTER


25/51

Ke#urangan yang ditemui misalnya tida# adanya isolasi antara sisi masu#an dan #eluaran

serta tegangan #eluaran memili#i riple yang tinggi. $!C sering diguna#an pada apli#asi

per"ai#an )a#tor daya (!ower 0actor.

4.1.6. CUK CONVERTER

tegangan #eluaran yang dihasil#an dapat diatur men*adi le"ih tinggi atau le"ih rendah

dari tegangan masu#an. Cu# *uga diguna#an pada apli#asi yang memerlu#an pem"ali#an


26/51

tegangan (voltage inversion tanpa trans)ormer, namun dengan #ele"ihan ting#at ripple

yang rendah pada arus masu#an maupun arus #eluaran.


27/51

4.2. CONVERTER DC-DC ISOLATED

In many DC-DC applications, multiple outputs are required and output isolation mayneed to be implemented depending on the application. In addition, input to output

isolation may be required to meet saftey standards and / or provide impedancematching.

TRAO PENGISOLASI.


28/51

T!a"# Pe$%sa&

/perasi dasar tra)o dalam #onverter daya dapat dimengerti dengan mengganti#an

tra)o dengan se"uah model sederhana seperti tampa# pada gam"ar 2.16 &26. odel ini

terdiri dari tra)o ideal ditam"ah dengan se"uah indu#tor shunt yang di#enal dengan

indu#tansi magneti#L&(#'gneti(ing induct'nce. ndu#tor ini memodel#an magnetisasiinti tra)o.

Keseim"angan $olt-%econd ($olt-%econd )'l'nce harus ter"entu# dalam

indu#tansi magneti#. $elan*utnya, #arena tegangan dari semua "elitan pada tra)o ideal

adalah se"anding, #eseim"angan volt-second harus ter"entu# pada masing-masing

"elitan. Kesalahan dalam pencapaian #eseim"angan $olt-%econd menga#i"at#an tra)o

saturasi dan dapat merusa##an #onverter. Tercapainya #eseim"angan vol-second

selan*utnya dise"ut se"agai me#anisme reset tra)o (tr'n%for#er re%et #ech'ni%#*

+am"ar 2.16 7ang#aian e#ivalen suatu tra)o dalam #onverter dc-dc off-line*

!erancangan tra)o daya pada regulator pensa#laran meliputi pemilihan inti yang

disesuai#an dengan nilai daya yang a#an disalur#an. 8ang#ah selan*utnya

adalah menentu#an *umlah "elitan primer hingga memenuhi nilai volt-second

(+- "erdasar#an si#lus tugas ma#simal (D#'k% yang direncana#an dan

)re#uensi pensa#laran pensa#laran (f% se"agai "eri#ut:

( ) ( )#in#'k%, VD1-f

1+

= (2.4


29/51

!ersamaan terse"ut mem"eri#an *awa"an dalam V-%.


30/51

4.2.1. OR'ARD CONVERTER (BUCK)

Dalam pengu"ah 0orward, trans)ormer diguna#an untu# mengisolasi sisi masu#an dari

#eluaran. $eperti uc#, tegangan #eluaran yang dihasil#an le"ih rendah atau sama

dengan tegangan masu#an.

Dalam topologinya, pengu"ah 0orward dapat mengguna#an satu switch seperti pada

+am"ar A atau dengan dua switch seperti pada +am"ar 14. Keduanya memili#i#ara#teristi# tegangan #eluaran yang ripplenya rendah, namun ripple arus masu#an yang


31/51

tinggi. Kon)igurasi 0orward dapat diguna#an pada apli#asi yang mem"utuh#an #eluaran

le"ih dari satu (multiple outputs.

+am"ar. 0orward converter dengan transistor (sa#lar tunggal

+am"ar. 0orward converter dengan transistor (sa#lar ganda.

4.2.2. PUSH-PULL CENTER TAP CONVERTER (BUCK)

!ada !ush-!ull, persamaan tegangan yang dipa#ai sama dengan persamaan untu# 0ullridge, namun "ila dilihat dari rang#aiannya, hanya dua switch yang diguna#an. Dengan

demi#ian !ush-!ull merupa#an alternati) yang le"ih murah dari 0ull ridge pada apli#asi

tegangan masu#an yang rendah. $ama halnya dengan 0ull ridge, pengu"ah !ush-!ull

memili#i tegangan #eluaran yang rendah ting#at ripplenya, namun cu#up tinggi ripplepada arus masu#annya.


32/51

4.2.3. PUSH-PULL BOOST CONVERTER

4.2.4. L*BACK CONVERTER

Gambar. Buc-boost converter


33/51

!he flybac converter can be developed as an e"tension of the Buc-Boost converter.#ig $%a sho&s tha basic converter' #ig $%b replaces the inductor by a transformer.

!he buc-boost converter &ors by storing energy in the inductor during the ()phase and releasing it to the output during the (## phase. *ith the transformer the

energy storage is in the magnetisation of the transformer core. !o increase the

stored energy a gapped core is often used.


34/51

+am"ar. 7e#on)igurasi )ly"ac# #onverter.

+am"ar. 0orward converter dengan #umparan tertiary

0ly"ac# memili#i ripple yang tinggi pada tegangan #eluarannya dan sering di*umpai padaapli#asi daya rendah, dan *uga pada apli#asi yang mem"utuh#an #eluaran "anya#

(multiple outputs.

4.2.5. ISOLATED SEPIC CONVERTER


35/51

4.2.5. ISOLATED CUK CONVERTER

4.2.6. BUCK CONVERTER +E,BATAN DENGAN PENGISOLASI

TRANOR,ATOR.

Kon)igurasi lain yang )ungsinya serupa dengan uc# namun memili#i isolasi antara sisi

masu#an dan #eluaran di#enal dengan @al) ridge dan 0ull ridge. !ada dasarnya,

rang#aian hal) "ridge mengguna#an dua switch sedang#an pada )ull "ridge mengguna#an

empat switch. Tegangan #eluaran yang dihasil#an 0ull ridge adalah dua #ali dari @al)

ridge pada )re#uensi peralihan dan Duty ratio yang sama

Kedua #on)igurasi terse"ut sering diman)aat#an dalam apli#asi tegangan masu#an tinggi,

tegangan #eluaran yang "ersih dari ripple dan *uga untu# apli#asi daya tinggi (high

power. $elain *umlah #omponen yang "ertam"ah di"anding#an dengan uc#, #edua#on)igurasi ini *uga memili#i arus masu#an yang ting#at ripplenya tinggi.

4.2.6.1. BUCK CONVERTER +E,BATAN PENUH.


36/51

4.2.6.2. BUCK CONVERTER SETENGAH +E,BATAN


37/51


38/51

4.3. R%/asa 0a!% ee!aa ##l#% DC-DC #e!e!

4.4. TOPOLOGI PENSAKLARAN PO'ER SUPLAI.

4.5. Ra/a%a K#!#l K#e!e! DC-DC

7ang#aian #onverter DC-DC diguna#an untu# mendapat#an tegangan #eluaran

searah (DC yang dapat diatur sesuai dengan yang diingin#an. Konverter mode


39/51

pensa#laran DC-DC mengguna#an satu atau le"ih sa#lar untu#

mentrans)ormasi#an tegangan searah dari satu level tegangan #e level tegangan

yang lain dengan cara mengu"ah-u"ah perioda wa#tu penyala padaman sa#lar

dengan perioda pensa#laran (Ts ton9 to)) adalah tetap atau #onstan. etoda

ini le"ih di#enal dengan istilah modulasi le"ar pulsa (ul%e 5idth &odul'tion.

&?

odulasi le"ar pulsa merupa#an suatu te#ni# modulasi dimana nilai sampel dari suatu

gelom"ang diguna#an untu# menentu#an le"ar sinyal pulsa setelah dilewat#an

pada #omparator. 7ang#aian ini mengu"ah tegangan masu#an men*adi pulsa-

pulsa dengan le"ar pulsa se"anding dengan "esarnya sinyal masu#an. !rinsip

dasar modulasi le"ar pulsa dapat dilihat pada gam"ar 2.2.

+

-

Tegangan

Referensi

Tegangan

Input

V CC

V EE

V O

+am"ar 2.2 lo# 0ungsional odulasi 8e"ar !ulsa

+

-

V

t

V

t

+V CC

-V EE

+V CC

R2

R1

+am"ar 2.21 7ang#aian !em"ang#it !ulsa Dengan 8e"ar !ulsa Dapat Diatur

7ang#aian dasar modulasi le"ar pulsa ini mengguna#an se"uah penguat operasional (Op-

/#p yang "er)ungsi se"agai #omparator atau pem"anding untu#

mem"anding#an tegangan re)erensi dengan tegangan pengendali. Tegangan

re)erensi diperoleh dari o%cill'tor pem"ang#it gelom"ang gigi gerga*i,


40/51

sedang#an tegangan pengendali "erasal dari #eluaran controller yang nilainya

dapat diatur dari minimum sampai ma#simum sesuai tegangan inputDC yang

dihu"ung#an pada controller.

5pa"ila se"uah gelom"ang gigi gerga*i (re) diumpan#an #e masu#an in$erting (- dari

se"uah #omparator dan sinyal modulasi (inp diumpan#an #e masu#an non

in$erting-nya (9, ma#a sinyal on diperoleh apa"ila tegangan #ontrol le"ih "esar

dari tegangan gigi gerga*i, se"ali#nya sinyal o)) diperoleh apa"ila tegangan

#ontrol le"ih #ecil dari tegangan gigi gerga*i.

$i#lus #er*a (duty cycle,D dide)inisi#an se"agai per"andingan antara wa#tu sa#lar on

terhadap perioda Ts. !er"andingan ini "iasanya dinyata#an dalam persentase.

$ecara matematis de)inisi terse"ut dapat ditulis#an se"agai "eri#ut :

G1443

tD

%

on= ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;... (2.1

dimana : D : si#lus #er*a (duty cycle

ton: wa#tu sa#lar on.

Ts : perioda pensa#laran.

!erioda Tsdide)inisi#an se"agai selang wa#tu antara dua titi# yang saling "erhu"ungan

pada satu gelom"ang penuh.

4.5.1. ,ODE KONTROL TEGANGAN


41/51

4.3.1. ,ODE KONTROL ARUS


42/51

2.3.1 T##l#% K#ee! DC-DC &26

Ra/a%a /#e!e! DC /e DC 0aa $ea& esa! eaa 0 7a

0aa $ea& #la!%as8a. K#$#e esa/la!a %asa 0%970/a 0ea

,OSET 0a8a: a$ /#$#e se$%/#0/#! esa/la!a see!% IGBT: B+T:

aa &8!%s#! 7a 0aa 0%a/a. Raa$ ##l#% /#e!e! DC /e DC see!%

0%e!l%&a/a a$a! 2.5 e!%/;


43/51

+am"ar 2.' 7agam 7ang#aian Konverter dc-dc eserta 7asio Konversinya

1. K#e!e!Buck.

K#e!e! %% $e&as%l/a eaa /ela!a Vo8a le%& /e%l 0a!%

eaa $as/a Vg.Ras%# /#e!s%M(D) = D. P#la!%as eaa /ela!a

sa$a 0ea eaa $as/a.2. K#e!e!Boost.

K#e!e! %% $e&as%l/a eaa /ela!a 8a le%& esa! 0a!% eaa

$as/a. Ras%# /#e!s%8a a0ala&M(D) = 1/(1-D). K#e!e! %% 7a

$e&as%l/a eaa # 0ea #la!%as 8a sa$a 0ea eaa

$as/a.

3. K#e!e!Buck-Boost:

K#e!e! %% 0aa $ea%//a aa $e!/a eaa 0ea !as%#

/#e!s%8aM(D) = -D/(1-D). D%sa$% % /#e!e! %% $e$al%/ #la!%as

eaa.

2.3.2 Rela#! B/ &1'

Fntu# mendapat#an tegangan #eluaran dc yang le"ih rendah di"anding tegangan

DC masu#an, diguna#an regulator )uck*7ang#aian regulator "uc# dengan mengguna#an

transistor "ipolar diperlihat#an seperti pada gam"ar 2.=. /perasi rang#aian dapat di"agi

dalam dua ragam. 7agam 1 "erawal #eti#a 61"eralih /E saat t 4. 5rus input yang


44/51

mening#at, mengalir melintas indu#tor )ilter L, #apasior )ilter C, dan tahanan "e"an4.

7agam dua "erawal #eti#a 61 "eralih /00 saat t t1. Dioda freewhelling D#

menghantar#an energi yang tersimpan dalam indu#tor dan arus indu#tor terus mengalir

melintasL, C, "e"an, dan diodaD#. 5rus indu#tor turun sampai transistor 61"eralih on

lagi dalam si#lus "eri#utnya. /perasi regulator "uc# dan "entu# gelom"ang tegangan dan

arus diperlihat#an pada gam"ar 2.>.

Kendali

B

e

b

a

n

+

!1

L

VC

iC"I

C iO"I#+

+

VC

iS" I

S

D%

+am"ar 2.= Diagram 7ang#aian 7egulator uc#

Tegangan yang melintas indu#torLdinyata#an dalam persamaan "eri#ut:

dt

diLeL = (2.A

dengan anggapan arus indu#tor mening#at secara liner dariI1#eI2dalam wa#tu t1,

11

21'%

t

IL

t

IILVV

=

= (2.14

atau

'% VV

LIt

=1 (2.11

dan arus indu#tor turun secara liner dariI2#eI1dalam wa#tu t2,

2

't

ILV

=

(2.12

atau: '2 V

LIt

=

(2.1

0%$aa I a0ala& a!as !%a/ a/ /e a/ 0a!% %0/#!L. N%la% I 0aa

0%a!% 0ea e!sa$aa 2.1< 0a 2.12 se&%a $e7a0% e!sa$aa e!%/;

( )

L

tV

L

tVVI 2'1'%

=

= (2.16


45/51

Dengan mengganti t1 k dan t2 (1-k, a#an men*adi#an tegangan output rata-

rata %' kVV = . Dengan anggapan transistor sa#lar tanpa rugi-rugi, ma#a

'%''%% IkVIVIV == dan arus rata-rata input , '% kII = .

!eriode pensa#laran dapat ditulis se"agai:

( )'%'

%

''%21 VVV

VLI

V

LI

VV

LI

ttf

1

=

+

=+==

(2.1'

men*adi#an nilai arus punca#-punca# dalam persamaan "eri#ut:

Beban

LIL

Raga& 2

IC I'(Ia

D%

Beban

+

VS

Raga& 1

i'(I

aiC

Lis(I

L

t

t

t

t

t

t

)T

)T

)T

)T

)T T

T

T

T

T

VD

iL

VC( VO

iS

iC

IL

I1

I2

I2

I1

I2- I

a

I1- I

a

*

*

*

*

*

VS

*

CV

I

Bentu) ,el'&bang

Ia

I'

Va

+

am"ar 2.> /perasi 7egulator uc#&16

( )%

'%'VLfVVVI

= (2.1=

atau( )

Lf

k1kVI %

= (2.1>

Dengan mengguna#an hu#um arus Kircho)), #ita dapat menyata#an arus "e"an se"agai

"eri#ut:


46/51

ocL iii +=


47/51

+am"ar 2.12 7ang#aian Konverter 0orward

Tra)o mengalami reset selama transistor 61 #eadaan o)). $elama transistor

menghantar, tegangan input Vg disalur#an melintasi "elitan primer tra)o. @al ini

menye"a"#an arus magnetisasi tra)o mening#at. $aat transistor 61"eralih o)), arus

magnetisasi tra)o mem"ias ma*u dioda D1, dan #emudian tegangan -Vg diumpan#an #e

"elitan se#under. Tegangan negati) ini menye"a"#an arus magnetisasi "er#urang. $aat

arus magnetisasi mencapai nol, dioda D1 "eralih o)). Keseim"angan volt-second

ter"entu# pada "elitan-"elitan tra)o *i#a arus magnetisasi mencapai nol se"elum a#hir

periode pensa#laran. @al terse"ut mem"atasi si#lus tugas dengan persamaan se"agai

"eri#ut:

1

2

1

1

n

nD

+

(2.2?

dan untu# n2 n1, persamaan men*adi:

2

1D

$ehingga disini si#lus tugas ma#simal di"atasi.


48/51

+am"ar 2.1 Konverter 0orward dengan Dua $a#lar /$0T

$etelah transistor "eralih o)), arus magnetisasi tra)o mem"ias ma*u dioda D1danD2dan

mengumpan#an tegangan Vg melintas "elitan primer, sehingga a#an mereset tra)o.

$i#lus tugas *uga di"atasi hingga DH4,'. Konverter ini mempunyai #euntungan yaitu

tegangan "lo#ing punca# dari transistor di"atasi sampai Vg . Tra)o daya le"ih sederhana

#arena me#anisme reset tra)o telah dila#u#an oleh diodaD1danD2. 7ang#aian ini sangat

popular pada catu daya dengan tegangan masu#an 264 ac.

Pee0al% Lea! Plsa

7ang#aian pengendali le"ar pulsa mengatur le"ar pulsa sehingga #eluaran

regulator tetap sta"il walupun ter*adi peru"ahan pada tegangan sum"er atau pada "e"an.

Terdapat dua macam pengendali le"ar pulsa yaitu pengendali ragam tegangan ( $olt'ge

#ode controller dan pengendali ragam arus (current #ode controller.

2.6.1 Pee0al% Raa$ Teaa

Dalam #endali ragam tegangan hanya tegangan #eluaran yang disensor untu#

mendapat#an ting#at tegangan yang diingin#an. $elan*utnya penguat #esalahan

mem"anding#an tegangan #eluaran terse"ut dengan tegangan acuan internal dan

menghasil#an tegangan #esalahan yang diumpan#an #e #omparator.Komparator mem"anding#an tegangan #esalahan dengan suatu gelom"ang

ramp yang di"entu# oleh osilator internal dan menghasil#an suatu gelom"ang

termodulasi le"ar pulsa (!3, dan selan*utnya #omparator ini dise"ut

#omparator !3. +elom"ang !3 #emudian mengemudi#an sa#lar daya

untu# "ergera# ono)).


49/51

Kendali ragam tegangan dengan )re#uensi tetap seperti diperlihat#an pada gam"ar

2.1=. Contoh rang#aian terpadau dengan tipe ini adalah C64=4, C61==, dan

T86A6. $elain itu *uga terdapat #endali mode tegangan dengan )re#uensi varia"el seperti

yang diguna#an dalam catu daya pensa#laran Iuasi-resonant. !engaturan le"ar pulsa

dengan wa#tu on tetap wa#tu o)) varia"el (J$, atau wa#tu on varia"el wa#tu o)) tetap

(JC$ Contoh rang#aian terpadu untu# #endali ragam tegangan )re#uensi varia"el adalah

C64====! (JC$ dan C64=>!(J$.

OSC

RE

Tegangan .&pan Bali)

+

+

/enguat

Kesala0an

K'&parat'r

/%

!1

+am"ar 2.1= Kendali 7agam Tegangan 0re#uensi Tetap

2.6.2 Pee0al% Raa$ A!s

Pee0al% !aa$ a!s a0a al%/as% !ela#!forward see!% 0%e!l%&a/a

a0a a$a! 2.1=. S%8al 0ea/ 0ea "!e/es% ea $ea0a% e!e/8alsa. Plsa e!a/&%! /e%/a a!s %0/#! $eaa% sa threshod 8a

0%ea/a s%8al e!#!. Dea a!a %% s%8al e!#! seea!8a $ee0al%/a a!s

a/ %0/#!. Hal %% saa e!e0a 0ea s/e$a 0asa! (!aa$ eaa)

0%$aa s%8al e!#! sea!a las $ee0al%/a lea! lsa aa

$e$e!&a%/a a!s %0/#!.

CLOCK

#uan/enguat

Kesala0an

L#TC3

S

R !

K'&parat'r

/%

VO.T

VCC

VO.T

RSE4SE

VERROR

Vt

Ga$a! 2.1= Ke0al% Raa$ A!s a0a Rela#! #!9a!0.


50/51

Bee!aa /ea 0%e!#le& 0a!% eaa /e0al% !aa$ a!s>?: 24: 26@ .

Pe!a$a: $e%/a8a /a!a/e!%s%/ $as/a eaa $a $a7. Ra/a%a

/e0al% 0ea se/e%/a $e/#!e/s% e!a&a eaa $as/a aa

$ea/a 7a/a& 0%a$%s ea /esala&a. Se&%a !elas% sal!a

saa a%/ 0a ea /esala&a &a8a 0%as/a see&8a /

$e/#!e/s% e!a&a ea.

Dala$ sa /#e!e! 0ea a!s /#0/#! /#%8: $ee0al%/aa!s a/ &a$%! sa$a 0ea $ee0al%/a a!s !aa-!aa. Se&%a /e%/a

/#e!e! $ee!a/a /e0al% !aa$ a!s: %0/#! 0aa 0%e!la//a seaa%

sa s$e! a!s 8a 0%/e0al%/a eaa /esala&a. Taaa "!e/es%

/e0al% /e /ela!a 0a #le 0a!% /#e!e! %% e!/!a $e7a0% aaa sa

#le (/aas%#! 0%a!a!el 0ea ea). Has%l 8a 0%0aa/a a0ala& /#$esas%

ea /esala&a 0aa 0%!aa / $e&as%l/a aaa %/al e!

0ea lea!%a eaa 8a le%& esa!. Pea!& a0a a 0a8a a0ala&

aaa e!&a0a e!a&a ea se$a/% ea.

Kompensasi #esalahan men*adi sederhana, seperti diperlihat#an pada gam"ar

2.1?. Kapasitor Ci dan resistor4i(pada gam"ar 2.1?(a menam"ah %ero )re#uensi rendah

yang mem"atal#an satu dari dua pole #endali #e #eluaran dari #onverter ragam tegangan.

Fntu# peru"ahan "e"an yang "esar, dimana tanggapan #onverter di"atasi oleh #ecepatan

indu#tor, penguat #esalahan a#an saturasi selama indu#tor menyesuai#an "e"an. $elama

wa#tu terse"ut, Cia#an termuati.. Keti#a arus indu#tor mencapai level yang diperlu#an,

tegangan pada Ci a#an menye"a"#an #esalahan yang "erpengaruh pada tegangan

#eluaran. 3a#tu pemulihan adalah 4i(Ci yang cu#up pan*ang. Kendali ragam arus

mengganti#an pole indu#tor sehingga *aringan #ompensasi men*adi sederhana seperti

pada gam"ar 2.1?(". !ole yang ter"entu# dari 4fdan Cfdiguna#an untu# menggagal#an

%ero yang ter"entu# dari #apasitor tapis #eluaran dan tahanan seri e#ivalen #apasitor

terse"ut.

+

-E5#

VO

Ci

Ri6

Rip

Rd

Rf

Cf

Vref

VC

+

-E5#

VO

R1

Rd

Rf

Cf

Vref

VC

7a8 7b8

+am"ar 2.1? 7ang#aian Kompensasi Kesalahan


51/51

(a Kendali 7agam Tegangan (" Kendali 7agam 5rus

Dengan #endali ragam arus, pem"atasan arus sangat disederhana#an. !em"atasan

pulsa demi pulsa, tentu sudah mele#at pada s#ema #endali. $elan*utnya "atas atas arus

punca# ditetap#an secara sederhana dengan cl'#ping tegangan #esalahan. !em"atasan

arus yang a#urat ini mem"eri#an operasi elemen magneti# dan semi#ondu#tor yang

optimal sehingga rang#aian catu daya le"ih awet.

Kendali ragam arus *uga mempunyai "e"erapa #elemahan. Fmpan"ali# arus

sangat sensiti) terhadap noi%e yang tim"ul dalam operasi pensa#laran. Disamping itu

terdapatnya #etida#sta"ilan saat duty cycle di atas '4 G. +angguan yang tim"ul saat

operasi pensa#laran "erlangsung dengan duty cycle le"ih dari '4 G a#an menga#i"at#an

#eluaran le"ar pulsa "erosilasi. Eamun #etida#sta"ilan terse"ut dapat diatasi dengan

menam"ah#an suatu sinyal r'#p "uatan ('rtifici'l r'#p dengan #emiringan (%lopese"esar 4,' hingga 1 dari #emiringan sinyal arus saat o))&24, 2=. +am"ar 2.1A

memperlihat#an #etida#sta"ilan saat duty cycle =4 G.

Ga$a! 2.1 Ke%0a/sa%la saa D8 C8le 6<

Documents

Dasar Converter Dc-dc