Elektonika Daya

Dr. Ir. Subiyanto, MIEEE

P

E

A

3

2

2

)

(

P

E

A

3

2

2

Elektronika Daya

Pendahuluan

Untuk mengkonversi, yaitu untuk memproses dan mengontrol aliran listrik

2

mengontrol aliran listrik dengan menyediakan tegangan dan arus dalam bentuk yang optimal cocok untuk beban pengguna.

Diagram Blok Dasar

PowerProcessor

Sistem Elektronika Daya

Untuk mengkonversi energi listrik dari satu bentuk ke bentuk lainnya, yaitu dari sumber ke beban dengan: Efisiensi tertinggi,

Ketersediaan tertinggi

Kehandalan tertinggi

Biaya terendah, Biaya terendah,

Ukuran terkecil

Paling berat.

Aplikasi Statis Melibatkan non-berputar atau bergerak komponen mekanis.

Contoh: DC Power supply, daya Un-interruptible supply, Power generasi dan transmisi (HVDC), Electroplating, welding, Pemanas, Pendingin, ballast elektronik

Aplikasi Drive

Terkait dengan komponen mesin bergerak atau berputar seperti motor.

Contoh: kereta listrik, kendaraan listrik, Airconditioning System, Pompa, Compressor, Conveyer Belt (otomatisasi System, Pompa, Compressor, Conveyer Belt (otomatisasi pabrik)

CYCLOCONVERTER

Aplikasi Elektronika Daya

Industrial

Transportation

Utility systems

Power supplies for all kinds of electronic equipment

Residential and home appliances

Space technology

Other applications

Aplikasi Industri

Motor drives

Electrolysis

Electroplating

Induction heating Induction heating

Welding

Arc furnaces and ovens

Lighting

Aplikasi Transportasi

Trains & locomotives

Subways

Trolley buses

Magnetic levitation Magnetic levitation

Electric vehicles

Automotive electronics

Ship power systems

Aircraft power systems

Aplikasi Sistem Utilitas

High-voltage dc transmission(HVDC)

Flexible ac transmission(FACTS)

Static var compensation & harmonics suppression: TCR, harmonics suppression: TCR, TSC, SVG, APF

Custom power & power quality control

Supplemental energy sources :

wind, photovoltaic, fuel cells

Energy storage systems

Catu daya Peralatan Elektronik

Telecommunications

Computers

Office equipment serverservercomputercomputer

Office equipment

Electronic instruments

Portable or mobile electronics

serverservercomputercomputer

TelecommunicationTelecommunication

Peralatan Rumah Tangga

Lighting

Heating

Air conditioning

Refrigeration & freezers Refrigeration & freezers

Cooking

Cleaning

Entertaining

Aplikasi Teknologi Luar Angkasa

Spaceship power systems

Satellite power systems

Space vehicle power Space vehicle power systems

Aplikasi Lain

Nuclear reactor control

Power systems for particle acceleratorsparticle accelerators

Environmental engineering

DC to DC CONVERTER(DC CHOPPER)

Buck converter

Boost converter

Pada Umumnya

Boost converter

Buck-Boost converter

Cuk Converter

DC Chopper

Definisi: Pengkonversi masukan DC tidak teregulasi menjadi keluaran DC terkontrol dengan tingkat tegangan yang diinginkan.

Diagram block umum:

Aplikasi

Switched-mode power supply (SMPS),

DC motor control,

battery chargers

DC Power conditioner

Maximum power point tracking (MPPT) media Maximum power point tracking (MPPT) media

Regulator Linier

Transistor dioperasikan dalam mode linier (aktif)

Tegangan keluaran

ceino VVV =

Regulator Linier

Rangkaian ekuivalen dari rangkaian regulator linier diatas adalah sbb

Resistor dimodelkan sebagai variable resistor

Rugi daya tinggi pada arus tinggi dikarenakan:

atauTLo RIP =2

Lceo IVP =

Regulator Tersaklar

Rangkaian regulator tersaklar Rangkaian ekuivalennya

Tegangan Keluaran

Regulator Tersaklar

Transistor dioperasikan dalam mode tersaklar: Saturated maupun cut-off

S tertutup: tidak ada tegangan drop

S terbuka: tidak ada rus mengalir

Regulator Tersaklar (switching regulator) merupakan dasar Regulator Tersaklar (switching regulator) merupakan dasar dari semua DC-DC converter

Ideal switch: tidak ada rugi (loss) dalam proses pensaklaran, semua daya ditransfer dari sumber ke beban (P= VI)

Buck Converter

Menurunkan tegangan DC

Rangkaian Buck Converter

Buck Converter

Saklar

Saklar tertutupSaklar tertutup

Saklar terbuka

Buck converter, saklar tertutup

Diode: reversed biased Arus mengalir melaui induntor Tegangan induktor positip

Arus dalam induktor naik secara liniierodL VVv =

== dtvLi

dtdiLv LLLL

1

Buck converter, saklar terbuka

Karena Induktor menyimpan energi, iLmasih kontinyu mengalir

Diode: forward biased (penghantar) Arus mengalir melaui diode Tegangan di induktor diberikan sbg:

oL Vv =

Analisis Buck Converter Lanjut Ketika S tertutup (on)

Derivativ iL positip konstan. Karena itu iLnaik secara linier

LVV

dtdi

dtdiLVVv odLLodL

===

LVV

DTi

t

idtdi odLLL

=

=

=

Ketika S terbuka

DTL

VVclosedi

LDTtdtod

L

=

)(

LV

dtdi

dtdiLVv oLLoL

===

TDLV

openi

LV

TDi

t

idtdi

oL

oLLL

)1()(

)1(

=

=

=

=

Operasi Kondisi Tunak (Steady State)

Dalam operasi ini arus iL pada akhir siklus pensaklaran adalah sama pada awal siklus berikutnya. Sehingga total perubahan arus dalam satu periode adalah nol.

ood

LL

TDVDTVVopenediclosedi

=

+

=+

0)1(

0)()(

do

So

Sod

DVV

TDLVDT

LVV

=

=

+

0)1(

Arus Induktor Rerata, Maximum dan MinimumiL

Imax iLILImin

t

Arus Induktor Rerata = arus rata-rata di R L

Ripple arus InduktorR:

Arus Induktor Rerata = arus rata-rata di R L

= VoI = IL R RArus Maximum:

Arus Minimum:

Continuous Current Mode (CCM)iL

Imax

tImin 0

Dari analisa sebelumnya,Dari analisa sebelumnya,

Untuk Operasi Kontinyu, Imin 0,

Dari analisa diatas untuk memastikan operasikontinu arus induktor minimum,Biasanya L dipilih >> LBiasanya L dipilih >> Lmin

Ripple tegangan output

Arus kapasitor, KCL:

Muatan Kapasitor:

Dengan rumus seitiga

RippleTegangan(peak-peak)

Faktor Ripple:

Catatan: Ripple dapat dikurangi dengan: Catatan: Ripple dapat dikurangi dengan:

1) Meningkatkan frekuensi switching2) Meningkatkan ukuran nilai induktor3) Meningkatkan ukuran nilai kapasitor

Latihan

1. Sebuah buck konverter disuplai dari sumber baterai 50V. Misal L = 400H, C = 100F, R = 20 Ohm, f = 20KHz dan D = 0,4. Hitung: (a) tegangan output

(b) arus induktor maksimum dan minimum, (c) ripple tegangan keluaran.

2. Sebuah buck konverter memiliki tegangan input 50V dan output25V. Frekuensi switching 10 kHz. Daya output 125 W. 25V. Frekuensi switching 10 kHz. Daya output 125 W. (a) Tentukan duty cycle, (b) nilai L untuk membatasi arus puncak induktor 6.25A, (c) nilai kapasitansi untuk membatasi faktor ripple tegangan output 0,5%.

3. Desainlah buck konverter sehingga tegangan output 28V ketika input 48V. Beban 8 Ohm. Desain konverter sedemikian rupa sehingga akan berada dalam mode aktif kontinyu. Ripple tegangan keluaran harus tidak lebih dari 0,5%. Tentukan frekuensi dan nilai masing-masing komponen.