Elektronika daya adalah ilmu yang mempelajari teknologi elektronika untuk pengendalian konversi daya listrik.
Dari pernyataan diatas, terdapat kata konversi. Hal dibawah ini merupakan alasan mengapa energi listrik harus dikonversikan.
• Hampir semua
peralatan listrik bekerja kurang efisien atau tidak bisa bekerja pada sumber
energi (daya) elektrik yang tersedia.
• Banyak
pembangkit energi (daya) elektrik
nonkonvensional
mempunyai bentuk yang tidak kompatibel dengan sumber energi (daya) elektrik lainnya.
Elektronika daya itu sendiri menggabungkan ilmu teknik tenaga (power), ilmu kendali (kontrol), dan ilmu elektronika.
THYRISTOR
Thyristor
adalah komponen semikonduktor untuk pensaklaran yang berdasarkan pada
struktur PNPN. Komponen ini memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan
off serta memiliki umpan-balik regenerasi internal. Thyristor memiliki
kemampuan untuk mensaklar arus searah (DC) yaitu jenis SCR, maupun arus
bolak-balik (AC), jenis TRIAC.
cara kerja thyristor
Struktur dasar
thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang ditunjukkan pada
gambar-1a. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah struktur
junction PNP dan NPN yang tersambung
di tengah seperti pada gambar-1b. Ini tidak lain adalah dua buah transistor PNP
dan NPN yang tersambung pada masing-masing kolektor dan base. Jika
divisualisasikan sebagai transistor Q1 dan Q2, maka struktur thyristor ini
dapat diperlihatkan seperti pada gambar-2 yang berikut ini.
Terlihat di sini kolektor transistor Q1
tersambung pada base transistor Q2 dan sebaliknya kolektor transistor Q2
tersambung pada base transistor Q1. Rangkaian transistor yang demikian
menunjukkan adanya loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bahwa Ic =
b Ib, yaitu
arus kolektor adalah penguatan dari arus base.
Jika misalnya ada arus sebesar Ib yang
mengalir pada base transistor Q2, maka akan ada arus Ic yang
mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor ini merupakan arus base Ib pada
transistor Q1, sehingga akan muncul penguatan pada pada arus kolektor
transistor Q1. Arus kolektor transistor Q1 tdak lain adalah arus base bagi
transistor Q2. Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari
thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang. Tertinggal hanyalah
lapisan P dan N dibagian luar.
Jika keadaan ini tercapai, maka struktur yang demikian
todak lain adalah struktur dioda PN (anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada
saat yang demikian, disebut bahwa thyristor dalam keadaan ON dan dapat
mengalirkan arus dari anoda menuju katoda seperti layaknya sebuah dioda.
Bagaimana kalau pada thyristor ini kita beri beban
lampu dc dan diberi suplai tegangan dari nol sampai tegangan tertentu seperti
pada gambar 3. Apa yang terjadi pada lampu ketika tegangan dinaikkan dari nol.
Ya betul, tentu saja lampu akan tetap padam karena lapisan N-P yang ada
ditengah akan mendapatkan reverse-bias
(teori dioda). Pada saat ini disebut thyristor dalam keadaan OFF karena tidak ada arus yang bisa mengalir atau sangat kecil sekali.
Arus tidak dapat mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang menyebabkan sambungan NP
ini jenuh dan hilang. Tegangan ini disebut tegangan breakdown dan
pada saat itu arus mulai dapat mengalir melewati thyristor sebagaimana dioda
umumnya. Pada thyristor tegangan ini disebut tegangan breakover Vbo.
Macam - macam Thyristor
- SCR (Silicon Controlled Rectifier)
- DIAC
- TRIAC (Triode AC Switch)
- PUT (Programmable Uni-junction Transistor)
- UJT (Uni-Junction Transistor )
- GTO (Gate Turn Off Thyristor)
- DB-GTO (Distributed Buffer – Ggate Turn-off Thyristor)
- LASCR (Light Activated Silicon Controlled Rectifier)
- RCT (Reverse Conduction Thyristor)
- SITH (Static Induction Thyristor)
- MOS-Controlled Thyristor (MCT)
- IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)
- MOS Composite Static Induction Thyristor/CSMT
- MCT (MOS Controlled Thyristor)
Line Commutated dan Forced Commutated
Thyristor dapat mejadi OFF jika terdapat rangkaian eksternal (external crcuit) yang menyebabkan anoda menjadi bias negatif (negatively biased) dan dikenal dengan metode natural atau komutasi sendiri (line commutated).
Pada beberapa penggunaan pensaklaran (switching) thyristor kedua untuk pengosongan kapasitor di katoda pada thyristor pertama. Metode ini dikenal dengan komutasi paksa (forced commutated).
Perbedaan Thyristor dan Triac
Thyristor mempunyai 3 kaki yaitu Anoda
(A), Katoda(K) dan Gate (G). Dalam kondisi normal Antara Anoda dan Katoda tidak
menghantar seperti dioda biasa. Anoda dan Katoda akan terhubung setelah pada
Gate diberi trigger minimal sebesar 0.6Volt lebih positif dari Katoda.
Thyristor akan tetap menghantar walaupun trigger pada Gate telah dilepas.
Thyristor akan kembali ke kondisi tidak menghantar setelah masukan tegangan pada
Anoda dilepas.
TRIAC kepanjangan dari TRIode
Alternating Current. TRIAC dapat digambarkan seperti Thyristor (SCR) yang
disusun bolak-balik. TRIAC dapat melewatkan arus bolak-balik. Dalam
pemakaiannya TRIAC digunakan sebagai saklar AC tegangan tinggi (diatas
100Volt). TRIAC bisa juga disebut SCR bi-directional. Untuk memberi trigger
pada TRIAC dibutuhkan DIAC sebagai pengatur level tegangan yang masuk.
Konverter
Konverter daya adalah mengkonversi energi listrik dari satu bentuk ke bentuk lain, konversi Antara AC dan DC , atau hanya mengubah tegangan atau frekuensi , atau beberapa kombinasinya. Converter adalah sebuah Listrik atau perangkat elektromekanis untuk konversi energi listrik. Seperti transformator mengubahtegangan dari AC listrik. Istilah lain juga bisa merujuk seperti mesin Listrik yang digunakan mengkonversi salah satu frekuensi dari arus bolak-balik frekuensi menjadi lain.
Konverter AC ke DC
Diode – diode
semikonduktor banyak ditemukan dalam berbagai aplikasi bidang rekayasa
elektronika. Diode secara luas juga digunakan dalam aplikasi rangkaian
elektronika untuk mengkonversi daya elektrik. Beberapa rangkaian diode yang
sering digunakan dalam rangkaian elektronika daya untuk pemrosesan daya antara
lain adalah rangkaian penyearah setengah gelombang satu phasa, penyearah penuh
gelombang satu phasa, juga pada tiga phasa, dan banyak aplikasi lainnya. Secara
umum diode digunakan untuk mengkonversi sinyal ac ke dc, pengubah atau
konverter sinyal ac ke dc dikenal dengan istilah Rectifier atau penyearah.
Bentuk penyearah konvensional dapat dilihat pada Gambar
Koverter AC ke AC
Konverter AC-AC bisa juga didesain dengan menggabungkan 2 buah atau lebih jenis konverter, yang sering disebut dengan istilah konverter matrik. Konverter matrik ini sering digunakan sebagai pengganti cycloconverter karena memiliki topologi yang lebih sederhana, biasanya berupa sistem rectirfier-inverteryang berbasis pada saklar GTO/IGBT. Sayangnya karena terbatasnya komponen saklar ini, masih sedikit perusahaan yang mampu memproduksinya dan memasarkannya. Keunggulan teknologi konverter matrik AC-AC ini adalah sudah mampu mengatasi masalah harmonisa dan faktor-daya. Frekuensinya keluaran yang lebih tinggi dari sumber juga bisa dengan mudah dihasilkan.
Konverter DC ke DC
Suatu rangkaian yang digunakan untuk mengubah sumber tegangan DC tetap menjadi sumber tegangan DC yang dapat dikendalikan/diatur. Listrik arus searah diubah menjadi arus searah juga namun dengan besaran yang berbeda.
Konverter DC ke AC (Inverter)
Inverter adalah alat elektronika yang berfungsi mengubah tegangan DC menjadi AC, output dari invereter merupaka tegangan Ac sinusoidal (Sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi. Sumber tegangan Dc didapat ari battery, tenga surya, atau tegangan DC yang lain. Inverter untuk mengubgah tegangan DC dan AC memerlukan transformator step up.
Prinsip kerja inverter dapat di jelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti di tunjukan pada gambar diata. bila sakelar S1 dan S2 dalan kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 makan akan mengalirkan arus DC ke beben R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi pulsa (Pulse Width Modulation- PWM) dalam proses conversi tegangan DC menjadi tegangan AC.
