dc chopper

TUGAS

ELEKTONIKA DAYA

DC Chopper

Kelompok

Muharmy Kurniawan (76564/2006)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2008

P a g e | 1

© 2008 Teknik Elektro FT UNP � �

DC Choppers

1. Pendahuluan

DC Choppers umumnya banyak digunakan pada aplikasi – aplikasi industri,

ini dikarenakan DC Choppers dapat mengubah sumber tegangan DC yang tetap

menjadi tegangan DC yang variabel. Karena DC Choppers mengubah secara

langsung dari tegangan DC ke DC dan biasa disebut DC – DC Converter.

Penggunaan chopper sangat luas mulai dari pengontrolan putaran motor,

kereta troli, pengangkat sauh kapal, truk pengangkat barang, dll. Alat – alat yang

digunakan ini umumnya harus memiliki pengontolan akselarasi yang bagus,

efisiensi yang tinggi dan respon yang cepat.

2. Prinsip Kerja Step – Down Choppers

Prinsip kerja step – down choppers dapat dijelaskan dengan gambar 1a. Jika

saklar SW ditutup pada saat t1, maka tegangan Vs akan melalui beban. Jika sakalar

kemudian dimatikan pada saat t2, tegangan yang melewati beban adalah nol.

Betuk gelombang output dan arus beban ditunjukan pada gambar 1b. penggunaan

saklar pada chopper dapat implementasikan dengan menggunakan, Power BJT,

Power MOSFET, GTO atau SCR.

Gambar 1. Step – Down Copper degan beban resistif

P a g e | 2


Tegangan output rata – rata dapat dihitung dengan:

Dan arus beban rata – rata, Ia = Va/R = k Vs/R, dimana T adalah perioda, k = t1/T,

dan f adalah frekuensi. Nilai RMS pada tegangan output adalah :

=

Daya pada input sama dengan daya output :

Pi =

Tahanan input efektif dapat diasumsikan dengan,

Ri =

3. Prinsip Kerja Step – Up Choppers

Chopper ini biasa digunakan untuk menaikan tegangan DC rangkaian step –

up chopper dapat dilihat pada gambar 2a. Jika saklar SW ditutup pada saat t1,arus

kan mengalir pada inductor dan akan menyimpan energy pada inductor tersebut.

Jika saklar terbuka pada saat t2, energy yang tersimpan pada pada inductor

dialirkan kebeban, betuk gelombang yang dihasilkan arus inductor dapat dilihat

pada gambar 2b.

Jika chopper di On kan, tegangan akan mengalir melalui inductor

VL = L

dan akan member arus puncak ke puncak pada inductor tersebut

P a g e | 3


Gambar 2. Susunan Ster – Up Chopper

Jika kapasitor CL dihubungkan parallel melalui beban seperti gambar 2a,

tegangan output akan mengalir melalui CL, dan tegangan V0 tidak akan sama

dengan Vs.

Prinsip ini dapat diterpakan untuk mentransfer energy dari satu tegangan

sumber ke tegangan sumber yang lain seperti diperlihatkan pada gambar 3.

Rangkaian ekivalen untuk berbagai macam jenis operasinya ditunjukan oleh

gambar 3b, dan bentuk gelomabang ditunjukan pada gambar 3c. Untuk arus

inductor pada operasi 1didapatkan dengan rumus:

Jika I1 adalah aus awal pada mode 1. Selama mode 1, arus harus dinaikan

dan kondisi seperlunya.

P a g e | 4


atau Vs > 0

Gambar 3. Susunan untuk pentransferan energi

Arus pada mode 2 dapat dijelaskan dengan ;

Vs = L

I2(t)=

Jika I2 adalah aus awal pada mode 2. Untuk menstabilkan system, arus harus

dikurangi pada kondisi seperti ini.

atau Vs < E

P a g e | 5


4. Klasifikasi Chopper

Step – down chopper hanya diperbolehkan mengalirkan arus dari sumber ke

beban, hal ini disebut chopper tipe A.berdasarkan arah arus dan tegangan, chopper

dapat diklasifikasikan atas 5 jenis yaitu:

a. Chopper Tipe A

b. Chopper Tipe B

c. Chopper Tipe C

d. Chopper Tipe D

e. Chopper Tipe E

a. Chopper Tipe A

Arus beban akan mengalir masuk menuju beban. Kedua tegangan beban

dan arus beban adalah positif, ditunjukan dengan ganbar 4a. Ini adalah

kuadran pertama dari chopper dan biasa disebut juga sebagaioperasi

penyearah.

Gambar 4. Klasifikasi Chopper

P a g e | 6


b. Chopper Tipe B

Arus beban mengalir keluar dari beban. Tegangan beban positif, tetapi

arus beban negative, gambar 4b. Tipe B juga disebut chopper kuadran

pertama, namun pada kuadran kedua dan dikatakan seperti operasi pada

inverter.

Gambar 5. Chopper Tipe B

Gambar diatas menunjukan chopper tipe B dimana baterai (E) adalah

bagian dari beban dan akan memungkinakan mengirim kembali emf dari

motor DC. Jika saklar S1 di On kan, tegangan E akan mengatur inductor (L)

dan tegangan beban VL akan menjadi nol.

c. Chopper Tipe C

Arus beban pada tipe ini salah satunya positif atau negatif, hal ini

ditunjukan oleh gambar 4c. Tegangan beban selalu positif. Hal Ini disebut

juga chopper kuadran keduar. Chopper jenis ini adalah gabungan dari chopper

tipe A dan chopper tipe B seperti yang terlihat pada gambar 6. S1 dan D2

dioperasikan seperti chopper tipe A, S2 dan D1 dioperasikan seperti chopper

tipe B

Gambar 6. Chopper Tipe C

P a g e | 7


d. Chopper Tipe D

Arus beban selau positif. Tegangan pada beban dapat berupa tegangan

positif maupun negatif, seperti yang ditunjukan oleh gambar 4d. chopper tipe

D ini dapat bekerja sebai penyearah (rectifier) atau sebagai inverter,ditunjukan

pada gambar 7. Jika saklar S1 dan S4 di On kan, VLdan iL akan megalir

tegangan positif. Jika S1 dan S4 di Off kan, arus pada beban iL akan positif dan

arus tersebut kan mengalir ke beban induktif.

Gambar 7. Copper Tipe D

e. Chopper Tipe E

Arus pada beban salah satunya positif atau negatif, ini dapat dilihat pada

gambar 4e. Tegangan pada bebab salah satunya berupa positf atau negative.

Hal ini disebut juga dengan chopper kuadran keempat. Dua buah chopper tipe

C digabungkan sehingga membentuk copper tipe E seperti pada gambar 8a.

Polaritas pada tegangan beban dan arus beban ditunjukan oleh gambar 8b.

untuk operasi empat kuadran, posisi dari baterai harus terbalik.

Gambar8. Chopper Tipe E

P a g e | 8


5. Saklar Pengatur (Switching – Mode Regulator)

DC chopper dapat digunakan sebagai saklar pengatur untuk megubah

tegangan DC, unregulated normal, digunakan untuk mengatur tegangan output.

Pegaturan normal ini dilakukan dengan mengatur lebar pulsa pada fekuensi yang

tetap dan biasanya digunakan komponen – komponen switching seperti, BJT,

MOSFET, atau 2GBT. Bagian – bagian dari switching regulator dapat dilihat

pada gambar 9a. Ada empat dasar switching regulator;

a. Buck Regulator

b. Boost Regulator

c. Buck - Boost Regulator

d. Cúk Regulator

Gambar 9. Bagian – bagian swiching mode regulator

P a g e | 9


a. Buck Regulator

Pada buck regulator tegangan, tegangan output rata – rata Va, lebih kecil

dari tegangan input Vs. Pada buck regulator digunakan BJT sebagai

komponen switchingnya dapat dilihat pada gambar 10a, regulator ini bekerja

pada 2 mode. Mode 1 dimulai pada saat Q1 switching On saat t = 0, arus input

akan mengalir ke filter inductor L, filter kapasitor C, dan beban resistor R.

Mode 2 dimulai pada saat Q1 switching Off saat t = t1.

Arus yang melalui inductor L dirumuskan dengan, , dapat

diasumsikan bahwa arus induktor akan naik dari I1 ke I 2 pada saat waktu t1,

Vs – Va = L atau

dan jika arus induktor berkurang dari I2 ke I1 pada saat t2,

atau

Gambar 10. Buck Regulator

P a g e | 10


b. Boost Regulator

Boost regulator memiliki tegangan output yang lebih tinggi dari

tegangan output. Rangkaian ini menggunakan power MOSFET sebagai

komponen switchinya seperti yang ditunjukan gambar11a. Rangkaian ini

bekerja pada 2 mode. Mode 1 dimulai jika transistor M1 di On kan pada t = 0.

Arus input akan naik ketika melewati inductor L dan transistor. Mode 2

dimulai pada saat transistor M1 Off pada saat t = t1, arus akan tetap melewati

transistor dan juga akan melewati L, C, beban, dan diode Dm.

Arus yang melewati induktor dapat diasumsikan naik dari I1 ke I2 pada

waktu t1,

Vs = L atau

dan arus yang melewati induktor dapat diasumsikan turun dari I2 ke I1 pada

waktu t2

atau

P a g e | 11


c. Buck – Boost Regulator

Buck – boost regulator menghasilkan tegangan output yang lebih tinggi

atau lebih rendah dari tegangan output. Pada tegangan output polaritasnya

berbeda dengan polaritas tegangan input. Regulator seperti ini biasanya

Gambar 11. Boost Regulator

P a g e | 12


disebut regulator inverting. Skema rangkaian buck – boost regulator dapat

dilihat pada gambar 12a.

Rangkaian ini juga dapat bekerja dalam 2 mode. Selama mode 1

transistor Q1 akan On dan diode Dm akan mendapakan bias mundur (reverse

biases). Arus input akan naik, arus kan mengalir ke induktor L dan transistor

Q1 Pada waktu mode 2, transistor Q1 akan Off begitu pula denga inductor L

arus tidak akan mengalir

Arus yang melewati induktor dapat diasumsikan naik dari I1 ke I2 pada

waktu t1,

Vs = L atau

dan arus yang melewati induktor dapat diasumsikan turun dari I2 ke I1 pada

waktu t2

P a g e | 13


atau

d. Cúk Regulator

Umumnya rangkaian cúk regulator mengunakan power BJT sebagai

komponen switching seperti terlihat pada gambar 13a. Seperti halnya buck –

boost regulator, cúk regulator juga menghasilkan tegang output yang tinggi

dan juga rendah dari pada input, tapi polaritas tegangan output sama dengan

polaritas tegangan input.

Rangkaian ini juga dapat bekerja dengan 2 mode. Mode 1 dimulai ketika

transistor Q1 di On kan pada saat t = 0. Arus pada induktor L1 akan naik, pada

Gambar 12. Buck - Boost Regulator

P a g e | 14


saat yang bersamaan tegangan pada kapasitor C1 akan memberikan bias

mundur pada diode Dm. Kapasitor C1 akan mengisi kembali energi ysng telah

melewati C1, C2, beban, dan L2.

Mode 2 dimulai ketika transistor Q1 di Off kan pada saat t = t1. Kapasitor

C1 akan terisi langsung dari suplai input, dan energi akan disimpan pada

induktor L2 yang kemudian dialirkan kebeban

Arus yang melewati inductor L1 dapat diasumsikan naik dari IL11 ke IL12

pada waktu t1,

Vs = L1 atau

dan selama kapasitor C1 melakukan pengisian, arus pada inductor turun dari

IL12 ke IL11 pada waktu t2

Vs – Vc1 =

P a g e | 15


Gambar 13. Cúk Regulator

dc chopper

Documents