elektronika daya-

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

17

UJT mempunyai resistansi negatif yang terletak antara titik puncak dan titik lembah.

Dimana nilai tegangan puncak UJT tergantung pada tegangan antar basis ( VBB ) sesuai

dengan persamaan berikut:

VP = η VBB + VD

Dimana : η = Eta/Intrinsic standoff ratio

VD = tegangan setara emitor dioda 0,5 V pada suhu 250 C, yang nilainya

tergantung pada type UJT dan temperatur kerjanya.

Pengujian pengukuran dengan menggunakan Ohm-meter antara lain :

1. Antara B1 dan B2 yaitu Rbnya.

2. Antara E dengan B1 dengan kondisi arah maju

3. Antara E dengan B1 dengan kondisi arah mundur (balik).

4. Antara E dengan B2 dengan kondisi arah maju.

5. Antara E dengan B2 dengan kondisi arah mundur (balik).

Dari hasil pengukuran di atas maka untuk kondisi arah balik mungkin menghasilkan

pengukuran nilai yang tak terhingga. Sedangkan untuk pengukuran arah maju

menhasilkan pengukuran tahanan yang relatif kecil dan pengukuran RB, yaitu tahanan

antara basis akan memberikan nilai tahanan yang cukup besar ( UJT berkisar 10.000

ohm atau 10 KΩ.


16

B1

B1

0 RB1 RB1

E 1 RB2

RB2

B2

B2

Rangkaian ekivalen UJT bekerja bila posisi 1 Rangkaian ekivalen dari UJT utk Pada saklar dan tidak bekerja pada posisi 0 (nol) pengujian dgn OHM meter

B1

E

B2

Konstruksi dasar UJT

Konstruksi diatas menunjukkan bahwa Emitor dan Basis1 biasanya dipakai sebagai

Pengatur/Pengontrol. Sedangkan untuk Basis2 digunakan sebagai kompensasi suhu dan

sebagai terminal untuk tegangan muka maju

Antara B2 dan B1 terdapat suatu nilai tahanan yang biasa disebut tahanan antara basis

RB, yang merupakan jumlah dari dua buah tahanan yaitu RB1 dan RB2 disebut eta ( η )

atau biasa disebut Intrinsic Standoff Ratio ( 0,51 : 0,82 ).

Besarnya Eta biasanya 0,6.

RB1 RB1

η = ----------- = --------------

RB RB1 + R2

P N


15

V. UJT ( Uni-Juntion Transistor )

Uni junction transistor adalah komponen yang dapat digunakan untuk mentrigger

thyristor. Komponen tersebut mempunyai 3 (tiga) terminal, yaitu Emitor (E), Basis satu

(B1) dan Basis Dua (B2) sebagaimana gambar di bawah ini.

VE B1

VP

E B1

VBB

VE B2 VV

IP IV

\ IE

Cut Off R-Neg Saturation region IE

Region

Simbol Kurva Karateristik UJT

Pada kurva karateristik tersebut antara B1 dan B2 terdapat resistansi antara basis (RBB)

Yang bernilai 7 K : 9,1 K Ohm pada suhu 250 C.

Jika tegangan VE lebih kecil dari tegangan acak emitor ( UJT ) yaitu VP, maka emitor

akan Reverse Bias dan hanya ada arus bocor IE0 yang harganya cukup kecil.

Juka VE sama dengan VP dan arus emitor IE lebih besar dari IP, maka UJT akan

Turn-ON. Pada kondisi ini resistansi antara Emitor dan Basis satu sangat rendah dan

arus emitor yang mengalir akan dibatasi oleh resistansi yang dipasangkan seri antara

Emitor dan Basis satu diluar rangkaian.

Rangkaian pengganti atau ekivalen dari UJT sebagaimana gambar berikut di bawah ini

yang dihubungkan dengan saklar sebagai pengatur kondisi bekerja atau tidak.


14

A1 A1

A2 A2

Simbol DIAC

Adakalanya kombinasi TRIAC dan DIAC dijadikan satu dalam satu IC (Integrated Circuit)

atau lebih terkenal dengan DI-TRIAC.

Sebagai contoh jenis TRIAC

Pabrik : BBC

Type : BS 6 – 02 A

UH12 , UH21 : 200 volt

IT (RMS) : 6 Amp ( at Tj 85 0 C )

IT SM : 48 Amp

ID : < 2 mA ( voltage forward current )

VT : 3,2 volt ( Conducting voltage drop ) pada IT = 17 A

VGT : 3 volt

IGT : 50 mA


13

juga terjadi. Rangkaian Snubber diperlukan disini untuk membatasi rangkaian dv/dt saat

arus TRIAC nol.

IV. DIAC ( Bilateral Trigger Dioda )

DIAC adalah merupakan dioda pentrigger dua arah yang terdiri dari 2 buah

thyristor yang dihubungkan saling bertolak belakang dan digunakan secara bersama-

sama TRIAC. Oleh karena itu DIAC memiliki 2 buah tegangan penyalaan yaitu disatu

pihak tegangan maju ( + VBO) dan dilain pihak lagi tegangan baliknya ( - VBO). Berikut ini

adalah simbol dan karateristik DIAC.

Kurva Karateristik DIAC

IG

IH

- VBO + VBO - IG


12

Besaran-besaran pembatas (arus, tegangan, thermis dll) dari triac sama halnya dengan

SCR kecuali batas tegangan reverse yang tidak terdapat pada triac. Besaran Holding

Current ( IH) juga berlaku bagi triac.

Triac dapat dipandang sebagai saklar elektronis untuk tegangan dan arus bolak-balik.

Triac mampu membloking tegangan pada kedua arahnya dan mampu pula mengalirkan

arus pada kedua arahnya.

Daerah kerja triac dan polaritas Vg.

KUADRAN TERMINAL

1 2 3 4

- H T1 + - - +

G + + - -

- H T2 Titik referensi

Pada gambar berikut ini menunjukkan karateristik statis dari komponen TRIAC.

Misalnya TRIAC bekerja pada kwadran 1 IT mengalir arah dari T1 ke T2. TRIAC akan

lebih baik dan sensitif bila dioperasikan pada kwadran 1 dan 3 dengan pulsa trigger

Positif dan Negatif.

Keadaan yang berbahaya bagi TRIAC adalah pada operasi beban induktif, arus

TRIAC akan = 0 tetapi VT - T2 ≠ 0 maka penyalaan kembali tanpa pulsa penyala dapat

IT

2 1 (Kwadran) Ig2 Ig1 Ig0 IH ∆VF VAK Ig0 Ig1 Ig2 3 - IT 4


11

Keterangan:

Vfbo = Tegangan forward ( Vak + ) minimum dimana scr dapat konduktif tanpa Ig

Vdsm = Tegangan lebih sesaat non periodik yang dapat ditahan oleh scr

Vdrm = Tegangan lebih sesaat periodik yang dapat ditahan oleh scr.

Vdwm = Tegangan kerja normal scr tanpa gejala transien.

Dalam operasinya scr bekerja pada tegangan jala-jala normal dan juga kemungkinan

tegangan-tegangan transien yang lebih tinggi. Adanya tegangan lebih tinggi itu tdk

dapat dihindarkan dan scr harus diperhitungkan untuk dapat terjadi dalam operasinya.

Untuk membantu mengamankan scr dari bahaya tegangan lebih maka dipasangkan

rangkaian snubber R-C seri yang dipasangkan paralel dengan scr.

C = kondensator bertugas utk meredam puncak dan kecuraman tegangan lebih saat scr

turn-off dengan cara menyerap muatan listrik, sehingga energinya terperangkap

pada kapasitansinya.

R = Resistor bertugas untuk membantasi arus discharge dari C ketika SCR dinyalakan

kembali.

III. TRIAC ( Trioda Alternating Current Switch )

TRIAC merupakan komponen thyristor dua arah atau analoginya sama dengan

penggabungan 2 (dua) buah SCR yang terhubung secara anti paralel. Dapat

dipergunakan untuk menggantikan SCR untuk daya arus bolak-balik, misalnya

pada pengaturan motor atau pada pengaturan cahaya dan lampu (Dimmer

lamps).TRIAC memiliki kemampuan di bawah 100 A dan kurang dari 1000 watt.

A T1 Gate T2 P1 G T1 T2 K Struktur Ekivalen SCR Simbol


10

Keterangan:

Td : Time delay, waktu tunda terhitung dari Ig= 10 % hingga tegangan Vak sampai

harga 90 %.

Tr : Rise time, waktu terhitung dari Vak berharga 90 % menjadi 10 % kembali.

Ton : td + tr

Ton akan lebih singkat bila d Ig/dt dan Ig puncak +, serta temperatur junction

SCR makin tinggi. Pada saat turn-OFF setelah If=0. SCR memerlukan tegangan

negatif pada anoda-katodanya.

Tq : Waktu yang diperlukan oleh SCR untuk memperoleh sifat membloking tegangan

mundur (reverse recovery time ). Tq akan lebih lama apabila It : dtdIt

, Vak + dan

juga bila Vak – terlalu rendah.

Dari besarnya tq yang diperlukan, terdapat 2 jenis SCR :

• SCR lambat ( phase control low speed SCR ) dengan tq > 100 us

• SCR Cepat ( High Speed SCR ) dengan tq < 100 us

Pada jenis SCR pertama di atas biasanya digunakan pada rangkaian/sirkuit penyearah

dan jenis kedua digunakan pada rangkaian converter SCR dengan komutasi paksa.

Pemaksaan pemadaman SCR itu bertujuan untuk menekan It hingga sama dengan 0

(nol). Kemudian memberikan tegangan Vak yang negatif selama t ≥ tq SCR.

5. Kemampuan Tegangan SCR

SCR harus mampu menahan tegangan pada kedua arahnya sebagaimana gambar

berikut ini.

Kemampuan Tegangan SCR

VFBO

VDRM

VDWM

VRWM

VWSM

VRSM

VF

VR


9

Karateristik Penyalaan SCR

4. Karateristik Switching SCR

Setiap komponen semikonduktor mempunyai karateristik sendiri-sendiri dalam proses

switchingnya.

SCR yang bekerja sebagai elektronis switching, pemeriksaan apakah kerja switching

komponen ini sudah baik atau belum perlu untuk dilaksanakan.

Karateristik Switching SCR

90% dVAK / dt It 10% td tr Ig ton

AK (-) Ig Vg 10 %

Ig Ig Maks Vg Maks Daerah Penyalaan Pasti Daerah Penyalaan Mungkin utk Tj = 240 C Daerah Penyalaan tdk mungkin menyala Vg


8

Karateristik Statis SCR

3. Karateristik Penyalaan SCR

Dalam pengoperasian SCR harus dipastikan bahwa SCR bekerja sesuai dengan rencana.

Salah satu faktor yang sangat diperhitungkan adalah karateristik arus gate yang secara

pasti menyalakan SCR.

Beberapa kemungkinan sinyal pulsa yang masuk rangkaian gate SCR yaitu:

• Pulsa gate secara pasti menyalakan SCR.

• Pulsa gate mungkin menyalakan SCR.

• Pulsa gate pasti tidak menyalakan SCR.

• Pulsa gate terlalu besar dan mungkin dapat merusak SCR pada lintasan junction

G-K.

Setiap SCR akan mempunyai karateristik tersendiri dan berbeda untuk Tj yang lain.

Dengan mengetahui karateristik SCR melalui data sheetnya, harga Vg dan Ig yang tepat

dapat ditentukan, yaitu harga Vg dan Ig yang memberikan penyalaan yang pasti dan

aman untuk semua kondisi kerja SCR.

IF Ig1 < Ig2 < Ig3 IH VR ∆VF VBO3 VBO2 VBO1 VBO VF Ig3 Ig2 Ig1 IR


7

Analogi SCR dengan 2 transistor ( NPN – PNP )

Struktur terbentuknya SCR adalah mirip dengan penyatuan 2 (dua) buah transistor,

dimana pada Gate diberikan pulsa trigger, maka transistor Q2 akan ON dengan Ic2 =

Ib1 dan ini akan meng-ON-kan Q1 pula. Q1 mencatu arus base Q2 dan Q2 mencatu

arus base Q1 dalam keadaan seperti ini. Q1 dan Q2 akan tetap ON meskipun pulsa

trigger pada gate (Ig) dihilangkan, asalkan Vak cukup besar sehingga I1 = Ic2 > Iff –

SCR.

2. Karateristik Statis SCR

Karateristik SCR pada gambar berikut ini menunjukkan hubungan antara tegangan dan

arus. Tanpa arus gate, SCR menahan tegangan pada dua arahnya. Dengan arus gate,

SCR mengalirkan arus pada input tegangan forward dan penyalaan SCR tersebut makin

cepat untuk harga Ig yang semakin besar.

Holding current ( Ih ) merupakan batas minimal arus SCR, dimana SCR akan tetap ON

ketika Ig dibuka.

A Ia A Ib1=Ic2 Q1 (PNP) G Ib Ic1 Q2 (NPN) G G Ib2 K Ic2 K

P

N N

P

N

P


6

II. SCR ( Silicon Controlled Rectifier )

SCR merupakan komponen power semiconductor yang memiki 4 lapis (four

layer) yaitu P-N-P-N dengan terminal ketiga dikenal sebagai GATE (gerbang)

yang berfungsi untuk menerima sinyal Trigger pengatur saat konduktif.

Struktur dan Simbol SCR

1. Prinsip Kerja SCR

SCR mampu melakukan bloking terhadap kedua arah tegangan Vak (tegangan

maju Vf maupun tegangan reverse Vr). Bila arus gate tidak diberikan, untuk status

Turn-OFF ke status turn-ON.

• Vak pada SCR harus bernilai positif

• Ig (pulsa/trigger) diberikan cukup, baik dilihat dari segi lebar pulsa penyala

maupun daya penyalaannya.

SCR akan tetap dalam keadaan ON walaupun Ig di NOL-kan asalkan If > Ih (current

holding ). Bilamana If < Ih maka SCR akan bersifat non konduktif (OFF) lagi, penyalaan

gagal. Hal ini sering terjadi pada kondisi beban induktif, tentunya dengan pulsa penyala

yang terlalu pendek.

Untuk Turn ON ke OFF dengan syarat sebagai berikut :

• If harus NOL ampere terlebih dahulu.

• Vak harus negative selama waktu t minimal =tg – SCR

Analogi SCR yang terdiri dari susunan 2 (dua) buah transistor yang terbentuk

sebagaimana gambar di bawah ini.

A A P G G K

N

P

P

N


5

Bentuk Pembebanan Arus Pada Dioda

If (AV) : Arus rata-rata maksimum yang diijinkan setiap harga arus rata-rata akan

menghasilkan suatu harga temperatur akhir pada junction dioda. Batas If

(AV) ini juga tergantung pada temperatur ruang dan jenis sistem pendinginan

( Heat-sink).

If (RMS) : Harga effektif maksimum arus dioda. Harga rata-rata yang di bawah If ( ∆V )

maksimum, belum menjamin keamanan operasi dioda terutama arus beban

dioda dengan form factor yang tinggi. ( Rate Mean Square )

If (RM) : Harga puncak arus lebih periodik yang diijinkan.

If (SM) : Harga puncak arus lebih non periodik yang diijinkan.

T : Batas integral pembebanan arus dimana dioda masih mampu mengalaminya.

Besaran ini berlaku untuk ½ cycles atau 1 ms dan merupakan pedoman

dalam pemilihan pengaman arus.

Contoh data Fast Dioda Type MF 70

Maximum repetitive peak reverse voltage, Vdrm = 1200 Volt.

Mean forward current, If (AV) = 70 A

RMS forward current, Irms max = 110 A

Non repetitive forward current, If (ms) = 700 A

Forward V-Drop, Vfm=V, pada Ifm = 210 A

Peak reverse current, Irm = 5 mA

Reverse recovery time, trr = 200 ns

Stored, charger, Qrr = T µc (Qs)

Thermal resistance, Rth-jc = 0,37 0C/w

IF IFSM IFRM VL IF (RMS) IF (AV)


4

Qs : Jumlah muatan yang mengalirdalam arah reverse selama perpindahan statusdioda

ON ke OFF.

Dioda jenis lambat banyak digunakan pada rangkaian konverter dengan komutasi

lambat/natural, seperti rangkaian penyearah.

Sedangkan Dioda jenis Cepat dipergunakan pada konverter statis dengan komutasi

sendiri seperti misalnya pada DC Chopper, konverter komutasi sendiri dll.

Kemampuan Tegangan

Dioda bersifat memblokir tegangan reverse, ternyata mampu menahan tegangan

tersebut tergantung pada karateristik tegangan itu sendiri.

Pembebanan Tegangan Pada Dioda

VRWM = Puncak tegangan kerja normal.

VRRM = Puncak tegangan lebih yang terjadi secara periodik.

VRSM = Puncak tegangan lebih tidak periodik.

Kemampuan Arus Dioda.

Adanya tegangan jatuh konduksi ∆ Vf menyebabkan rugi daya pada dioda yang keluar

dalam bentuk panas. Temperatur junction maksimum terletak antara 110 0C : 125 0C.

Panas lebih dari temperatur ini akan menyebabkan dioda akan rusak. Temperatur

maksimum ini dapat dicapai oleh bermacam-macam pembebanan arus terhadap dioda.

IF VRWM VRRM VRSM VR ∆VF VF t IR


3

Karateristik Switching

Karateristik ini menggambarkan sifat kerja dioda dalam perpindahan keadaan ON ke

OFF dan sebaliknya.

∆

Dioda akan segera melalukan arus jika Vr telah mencapai lebih dari Vf minimum dioda

kondusif dan pada saat OFF terjadi kelambatan dari dioda untuk kembali mempunyai

kemampuan memblokir tegangan reverse. Dari gambar diatas tgerlihat adanya arus

balik sesaat pada dioda, dimana arus balik ini terjadi pada saat peralihan keadaan dioda

dari kondisi ON ke kondisi membloking tegangan reverse.

Dengan adanya sifat arus balik, maka diperoleh dua jenis penggolongan dioda yaitu :

1. Dioda Cepat, yaitu dioda dengan kemapuan segera mampu membloking

tegangan reverse yang cepat, orde 200 ns terhitung sejak arus forward dioda

sama dengan 0 (nol).

2. Dioda Lambat, yaitu untuk hal yang sama dioda memerlukan waktu lebih lama,

Q32 > Qs1.

Terminologi karateristik dioda

Trr : Reverse Recovery Time, waktu yang diperlukan dioda untuk bersifat membloking

tegangan forward.

Tjr : Waktu yang diperlukan oleh Juction P-N untuk bersifat membloking.

tBR : Waktu yang diperlukan daerah perbatasan Junction untuk membentuk zone

bloking.

VS t t QS 10% Tjr tbr trr


2

merupakan bagian yang penting dalam industri-industri, yaitu dalam pengontrolan daya

pada sistem, proses elektronika dan lain-lain.

I. DIODA

Dioda merupakan penyatuan dari lapisan P dan N sebagaimana gambar struktur dan

simbol lapisan.

- A A

P N

+

K K

Syarat dioda dalam keadaan ON adalah Vak positip sedangkan untuk OFF adalah Vak

negatif.

Karateristik Statis dioda

Karateristik tersebut menggambarkan hubungan antara arus dioda ( IR dan IF ) agar

Vak dalam kondisi menahan arus ( OFF ) maupun dalam keadaan mengalir ( ON ).

Dalam keadaan OFF, Vak = Vr = negatif, maka dioda menahan arus namun terdapat

arus bocor Ir yang kecil.

Dalam keadaan ON, Vak = Vf = positif, dioda mengalirkan arus namun terdapat

tegangan jatuh pada dioda = ∆ Vf, ∆ Vf ini makin besar untuk arus dioda yang makin

tinggi yang berarti pula rugi konduksi If * ∆ Vf naik. Terlihat pula pada karateristik dioda

diatas bahwa bila Vr terlalu tinggi dioda akan rusak.

IF ON OFF VF IR


1

BAB I

P E N D A H U L U A N

Pada sistem tenaga listrik terdapat penggunaan komponen elektronika yang

umumnya dipakai dalam rangkaian pengaturan motor-motor listrik. Komponen-

komponen elektronika yang dipergunakan pada sistem tenaga listrik pada prinsipnya

harus mampu menghasilkan daya yang besar atau mampu menahan disipasi daya yang

besar.

Elektronika daya meliputi switching, pengontrolan dan pengubah ( konversi )

blok-blok yang besar dari daya listrik dengan menggunakan sarana peralatan

semikonduktor. Dengan demikian elektronika daya secara garis besar terbagi menjadi 2

(dua) bagian yaitu :

1. Rangkaian Daya

2. Rangkaian kontrol

Pada gambar berikut menunjukkan hubungan antara kedua rangkaian diatas yang

terintegrasi menjadi satu, dimana keduanya banyak memanfaatkan peralatan

semikonduktor

Rangkaian daya terdiri dari komponen Dioda, Thyristor dan Transistor Daya. Sedangkan

rangkaian kontrol terdiri atas Dioda, Transistor dan rangkaian terpadu ( Integrated

Circuit / IC ).

Dengan menggunakan peralatan-peralatan yang serupa keandalan dan

kompatibilitas dari perlengkapan ( sistem ) akan dapat diperbaiki. Elektronika daya

Supplai Daya

Rangk. Daya

Beban

Rangk. Kontrol

elektronika daya-

Documents