Upload
solich-ichin
View
274
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
7/24/2019 Dasar Converter 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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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.=
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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 $6offma#a arus "e"an i8a#an a#an terus mengalir untu#
"e"an indu#ti) yang tinggi melalui dioda (D2 dan D dengan arah tetap tetapi tegangan
#eluaran (8 "er"ali# arah.
esarnya tegangan #eluaran rata-rata(VL" untu# dc chopper #elas D adalah
SL V
k
kV
=1
&14 ;;;;; (2.14
2.1.5 Dc chopperKelas E
5rus "e"an dan tegangan "e"an dapat positi) atau negati) seperti pada gam"ar
2.2(e. @al ini di#enal dengan dc chopperempat #uadran. Dua dc chopper #elas C dapat
di#om"inasi#an untu# mem"entu# chopper#elas , seperti pada gam"ar 2.>(a, polaritas
tegangan dan arus "e"an ditun*u##an pada gam"ar 2.>(". !eralatan yang "eroperasi pada
macam-macam #uadran ditun*u##an pada gam"ar 2.>(c. untu# operasi pada #uadran
#eempat, arah "aterai ( harus di"ali#. &12
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
8/51
:$
$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.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
9/51
+am"ar. (a $#ema "uc# converter (" entu# gelom"ang tegangan %witching
+am"ar. $#ema "uc# power stage
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
10/51
+am"ar. $tate "uc#.
+am"ar. !enam"ahan umpan "ali# untu# mengatur tegangan #eluaran.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
11/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
12/51
(g Bo.DT o.(1-DT
g.DT-oDT oT B oDTg.DT oT og D
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
13/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
15/51
4.1.2. BOOST CONVERTER
tegangan #eluaran yang dingin#an le"ih "esar dari tegangan masu#an
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
16/51
+am"ar. (a $#ema "oost converter (" entu# gelom"ang tegangan inductor dan arus
#apasitor
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
17/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
18/51
+am"ar. +ra)i# tegangan out-put vs duty ratio untu# "oost converter tida# ideal
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
19/51
+am"ar. +ra)i# e)isiensi vs duty ratio
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
21/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
22/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
23/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
25/51
Ke#urangan yang ditemui misalnya tida# adanya isolasi antara sisi masu#an dan #eluaran
serta tegangan #eluaran memili#i riple yang tinggi. $!C sering diguna#an pada apli#asi
per"ai#an )a#tor daya (!ower 0actor.
4.1.6. CUK CONVERTER
tegangan #eluaran yang dihasil#an dapat diatur men*adi le"ih tinggi atau le"ih rendah
dari tegangan masu#an. Cu# *uga diguna#an pada apli#asi yang memerlu#an pem"ali#an
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
26/51
tegangan (voltage inversion tanpa trans)ormer, namun dengan #ele"ihan ting#at ripple
yang rendah pada arus masu#an maupun arus #eluaran.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
27/51
4.2. CONVERTER DC-DC ISOLATED
In many DC-DC applications, multiple outputs are required and output isolation mayneed to be implemented depending on the application. In addition, input to output
isolation may be required to meet saftey standards and / or provide impedancematching.
TRAO PENGISOLASI.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
28/51
T!a"# Pe$%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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
29/51
!ersamaan terse"ut mem"eri#an *awa"an dalam V-%.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
32/51
4.2.3. PUSH-PULL BOOST CONVERTER
4.2.4. L*BACK CONVERTER
Gambar. Buc-boost converter
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
36/51
4.2.6.2. BUCK CONVERTER SETENGAH +E,BATAN
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
37/51
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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,
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
41/51
4.3.1. ,ODE KONTROL ARUS
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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!%/;
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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:
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
46/51
ocL iii +=
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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)).
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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$.
OSC
RE
Tegangan .&pan Bali)
+
+
/enguat
Kesala0an
K'¶t'r
/%
!1
+am"ar 2.1= Kendali 7agam Tegangan 0re#uensi Tetap
2.6.2 Pee0al% Raa$ 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'¶t'r
/%
VO.T
VCC
VO.T
RSE4SE
VERROR
Vt
Ga$a! 2.1= Ke0al% Raa$ A!s a0a Rela#! #!9a!0.
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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
7/24/2019 Dasar Converter Dc-dc
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<