Pengubah Buck Rangkaian Peralihan

Pengubah Buck

Gambar 4 menunjukkan rangkaian dasar dalam metoda Buck. Dalam metoda ini, tegangan keluaran akan lebih rendah atau sama dengan tegangan masukan. Disamping itu, jika pada pengoperasiannya arus yang mengalir melalui induktor selalu lebih besar dari nol (CCM - Continuous Conduction Mode), maka hubungan antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan adalah sebagai berikut:

V₀ = D . V_in (4)

 
Gambar 4. Pengubah Buck

Keuntungan pada konfigurasi Buck antara lain adalah efisiensi yang tinggi, rangkaiannya sederhana, tidak memerlukan transformer, tingkatan stress pada komponen switch yang rendah, riak (ripple) pada tegangan keluaran juga rendah sehingga penyaring atau filter yang dibutuhkan pun relatif kecil. Kekurangan yang ditemukan misalnya adalah tidak adanya isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkat ripple yang tinggi pada arus masukan. Metoda Buck sering digunakan pada aplikasi yang membutuhkan sistim yang berukuran kecil.

Pengubah Boost

Jika tegangan keluaran yang dinginkan lebih besar dari tegangan masukan, maka rangkaian Boost dapat dipakai. Topologi Boost terlihat pada Gambar 5. Pada operasi CCM, tegangan keluaran dan tegangan masukan diekspresikan seperti:

 (5)

 
Gambar 5. Pengubah boost

Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa transformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Namun juga Boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi pada tegangan keluaran. Aplikasi Boost mencakup misalnya untuk perbaikan faktor daya (Power Factor), dan untuk penaikan tegangan pada baterai

Pengubah Buck-Boost

Metoda Buck-Boost tidak lain adalah kombinasi antara Buck dan Boost, seperti terlihat pada Gambar 6, dimana tegangan keluaran dapat diatur menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan masukan. Dalam operasi CCM, persamaan tegangan yang dipakai adalah:

 (6)

 
Gambar 6. Pengubah Buck-Boost

Yang menarik untuk dicatat dari Buck-Boost adalah bahwa tegangan keluaran memiliki tanda berlawanan dengan tegangan masukan. Oleh karena itu metoda ini pun ditemui pada aplikasi yang memerlukan pembalikan tegangan (voltage inversion) tanpa transformer. Walaupun memiliki rangkaian sederhana, metoda Buck-Boost memiliki kekurangan seperti tidak adanya isolasi antara sisi masukan dan keluaran, dan juga tingkat ripple yang tinggi pada tegangan keluaran maupun arus keluaran.

Pengubah Boost-Buck atau Cuk

Cara lain untuk mengkombinasikan metoda Buck dan Boost dapat dilihat pada Gambar 7 dan dikenal dengan nama Boost-Buck atau Cuk. Seperti halnya metoda Buck-Boost, tegangan keluaran yang dihasilkan dapat diatur menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan masukan. Persamaan tegangan yang berlaku pada CCM pun sama dengan Buck-Boost (persamaan 6). Metoda Cuk juga digunakan pada aplikasi yang memerlukan pembalikan tegangan (voltage inversion) tanpa transformer, namun dengan kelebihan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan maupun arus keluaran.

Gambar 7. Pengubah Cuk

Prinsip dasar Pengubah DC-DC Tipe Peralihan

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

Untuk lebih memahami keuntungan dari tipe peralihan, kita lihat kembali prinsip pengubahan daya DC-DC tipe linier seperti terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Pengubah tipe linier

Pada tipe linier, pengaturan tegangan keluaran dicapai dengan menyesuaikan arus pada beban yang besarannya tergantung dari besar arus pada base-nya transistor:

V₀ = I_L . R_L (1)

Dengan demikian pada tipe linier, fungsi transistor menyerupai tahanan yang dapat diubah ubah besarannya seperti yang juga terlihat dalam Gambar 1. Lebih jauh lagi, transistor yang digunakan hanya dapat dioperasikan pada batasan liniernya (linear region) dan tidak melebihi batasan cutoff dan selebihnya (saturation region). Maka dari itu tipe ini dikenal dengan tipe linier. Walau tipe linier merupakan cara termudah untuk mencapai tegangan keluaran yang bervariasi, namun kurang diminati pada aplikasi daya karena tingginya daya yang hilang (power loss) pada transistor (V_CE*I_L) sehingga berakibat rendahnya efisiensi. Sebagai alternatif, maka muncul tipe peralihan yang pada prinsipnya dapat dilihat pada Gambar 2. 
 
Gambar 2. Pengubah tipe peralihan

Pada tipe peralihan, terlihat fungsi transistor sebagai electronic switch yang dapat dibuka (off) dan ditutup (on). Dengan asumsi bahwa switch tersebut ideal, jika switch ditutup maka tegangan keluaran akan sama dengan tegangan masukan, sedangkan jika switch dibuka maka tegangan keluaran akan menjadi nol. Dengan demikian tegangan keluaran yang dihasilkan akan berbentuk pulsa seperti pada Gambar 3.

Gambar 3. Tegangan keluaran

Besaran rata rata atau komponen DC dari tegangan keluaran dapat diturunkan dari persamaan berikut:

 (2)

Dari persamaan diatas terlihat bahwa tegangan keluaran DC dapat diatur besarannya dengan menyesuaikan parameter D. Parameter D dikenal sebagai Duty ratioyaitu rasio antara lamanya waktu switch ditutup (t_on) dengan perioda T dari pulsa tegangan keluaran, atau (lihat Gambar 3):

 (3)

dengan 0 £ D £ 1. Parameter f adalah frekuensi peralihan (switching frequency) yang digunakan dalam mengoperasikan switch. Berbeda dengan tipe linier, pada tipe peralihan tidak ada daya yang diserap pada transistor sebagai switch. Ini dimungkinkan karena pada waktu switch ditutup tidak ada tegangan yang jatuh pada transistor, sedangkan pada waktu switch dibuka, tidak ada arus listrik mengalir. Ini berarti semua daya terserap pada beban, sehingga efisiensi daya menjadi 100%. Namun perlu diingat pada prakteknya, tidak ada switch yang ideal, sehingga akan tetap ada daya yang hilang sekecil apapun pada komponen switch dan efisiensinya walaupun sangat tinggi, tidak akan pernah mencapai 100%.

Rangkaian Peralihan

PENDAHULUAN

Dalam kehidupan sehari-hari, jika kita menyalakan ataupun mematikan lampu, tentunya jikadiperhatikan ada jeda waktu antara saat saklar dinyalakan hingga lampu menyala dari agak redup,kemudian menjadi terang.  Atau yang lebih mudah diamati adalah saat menyalakan atau mematikankipas angin. Contoh, ketika kipas angin dimatikan, tentunya putaran baling-baling pada kipas tidakserta-merta langsung berhenti seketika, tapi perlahan-lahan menjadi pelan hingga akhirnya baling-baling   berhenti.   Mengapa   begitu?   Itulah   yang   disebut   peralihan   atau   bias   disebut   juga“TRANSIEN”.Lalu jika kita mengamati dan membandingkan lampu rumah kita, yakni membandingkanlampu kamar mandi dan lampu kamar tidur. Lampu mana yang lebih awet menyala? Lampu kamartidur atau kamar mandi? Pada umumnya pasti kalian menjawab lampu kamar mandi. Mengapabegitu? Karena dibandingkan lampu kamar tidur yang hanya di nyala-matikan saat malam hari,lampu kamar mandi lebih sering di nyala-matikan, yaitu setiap kali sebelum-sesudah menggunakankamar mandi. Ternyata hal tersebut terjadi karena adanya pengaruh TRANSIEN. Memang pada kenyataannya transien hanya terjadi secara singkat, tetapi dengan memahamitransien pada suatu  rangkaian   atau alat, kita akan memahami efek  gejala   listrik yang sangatmempengaruhi kekuatan suatu alat/rangkaian sehingga dapat meminimalisir efek gejala listrik yangdapat menyebabkan kerusakan pada alat.Oleh karena itu, penting sekali bagi kita untuk memahami apa itu transien, dan gejala-gejalayang terjadi ketika transien. Pada resume 4 kali ini, kami akan menjelaskan Pengertian dasarTransien dan Gejala-gejala yang terjadi pada rangkaian RL (Resistor-Induktor) pada arus searah(DC) ketika TRANSIEN