Pengkonversi DC-DC (Pemotong)

Pengkonversi DC-DC (Pemotong)
Definisi :
Mengubah masukan DC tidak teratur ke keluaran DC terkendali dengan level tegangan
yang diinginkan.
Diagram blok yang umum :
Aplikasi :
-
Mode saklar penyuplai daya, pengontrol motor DC, chargers baterai
Regulator Linier
-
Transistor dioperasikan pada mode aktif linier.
Regulator Linier
-
Tegangan keluaran
-
Transistor akan bekerja seperti variabel resistor, seperti berikut ;
Rangkaian ekuivalen
-
Kerugian dayanya tinggi pada arus yang tinggi juga :
atau
Regulator Pensaklaran
Regulator pensaklaran
Rangkaian ekuivalen
Tegangan keluaran
Transistor dioperasikan pada mode pensaklaran :
-
Saklar tertutup :
On penuh (saturasi)
Saklar terbuka :
Off penuh (cut-off)
Jika saklar terbuka, tidak ada arus yang melewatinya
Jika saklar tertutup, tidak ada tegangan yang melewatinya
Ketika P = V.I, tidak ada rugi-rugi yang terjadi pada saklar.
-
Daya terkirim 100% dari sumber ke beban.
Rugi-rugi dayanya nol (untuk saklar ideal).
Regulator pensaklaran adalah dasar dari semua pengkorversi DC-DC
Konverter Buck (step down)
Rangkaian dari konverter buck
Rangkaian jika saklar tertutup
Rangkaian jika saklar terbuka
Saklar ON (tertutup)
-
Dioda di bias mundur.
Saklar menghantar arus induktor.
Hasilnya di tegangan induktor positif :
-
Itu karena penambahan arus konduktor secara linier :
Saklar mati (terbuka)
-
Karena penyimpanan energi secara induktif, iL dapat mengalir.
Dioda di bias maju.
Arus mengalir tanpa hambatan melewati dioda.
Tegangan induktor akan menjadi :
Analisa
Jika saklar tertutup (on) :
Sehingga iL tetap positif. Oleh karena itu iL akan meningkat secara linier.
Dari gambar :
Untuk saklar terbuka ;
Operasi Penetapan
Arus tidak stabil
Arus rusak
Arus tetap
Operasi penetapan diperlukan ketika iL pada akhir dari saklar edaran sama pada awal
dari edaran berikutnya. Perubahan iL lebih dari satu periode adalah nol ;
Arus Induktor Rata-rata, Maksimum dan Minimum
Arus induktor rata-rata = Arus rata-rata pada RL
Arus maksimum :
Riak arus konduktor :
Mode Arus Berkelanjutan
Dari analisa sebelumnya :
Untuk operasi berkelanjutan , I min ≥ 0,
Ini adalah arus induktor minimum untuk memastikan mode berkelanjutan dari operasi.
Secara normal L dipilih untuk >> L min.
Riak Tegangan Keluaran
KCL, arus kapasitor :
Bebannya akan menjadi :
Penggunaan rumus pada area segitiga :
Tegangan riak (Peak-to peak)
Jadi, faktor riaknya:
Catatan: Riak akan dikurangi oleh :
1) Peningkatan frekuensi pensaklaran
2) Peningkatan ukuran induktor
3) Peningkatan ukuran kapasitor
Prosedur desain dasar
Menghitung D untuk memperoleh tegangan keluaran yang diinginkan
Pilih peralatan dan frekuensi pensaklaran yang teliti
-
terutama f > 20 KHz untuk penyerap nois diabaikan
akibat frekuensi lebih tinggi di L dan C yang kecil. Tetapi berakibat di rugi-rugi
yang lebih tinggi. Mengurangi efisiensi, menambah pemanasan.
Perangkat yang tepat : MOSFET, IGBT, dan BJT. MOSFET daya rendah akan
mencapai jarak MHz.
Menghitung L min. Pilih L >> 10 L min
Menghitung C untuk keperluan faktor riak.
-
Nilai kapasitor :
 Harus menahan tegangan keluaran puncak
 Harus melewatkan arus yang dibutuhkan. Catatan arus RMS untuk segitiga w/f
adalah Ip/3, dimana Ip adalah arus kapasitor puncak yang diberikan oleh ΔiL/2.
 ECAP akan digunakan.
Pertimbangan ukuran kawat :
-
Nilai normal di RMS. Tetapi iL diketahui puncaknya. Nilai RMS untuk iL diberikan
juga :
Konverter penaik (step-up)
Rangkaian Konverter Penaik
Rangkaian jika saklar tertutup
Rangkaian jika saklar terbuka
Analisa Penaik : saklar tertutup
Saklar terbuka
Operasi penetapan
Konverter penaik menghasilkan tegangan keluaran lebih besar atau sama dengan
tegangan masukan.
Keterangan alternatif :
-
Ketika saklar tertutup, dioda dibias mundur. Jadi keluarannya terisolasi. Input
menyuplai energi ke induktor.
Ketika saklar terbuka, keluaran menerima energi dari masukan juga dari induktor.
Kerena itu keluarannya besar.
Tegangan keluaran adalah tetap oleh sifat dari C yang besar.
Arus Induktor Rata-rata, Maksimum, dan Minimum
Daya masukan = Daya keluaran
Arus induktor rata-rata :
Arus induktor maksimum :
Arus induktor minimum :
Nilai L dan C
Konferter Buck