DASAR ELEKTRONIKA DAYA

Pada Sistem Tenaga Listrik terdapat penggunaankomponen elektronika yang umumnya dipakaidalam rangkaian pengaturan motor-motor listrik . Komponen-komponen elektronika yang dipergunakan padasistem tenaga listrik pada prinsipnya harusmampu menghasilkan daya yang besar ataumampu menahan disipasi daya yang besar.

Elektronika daya meliputi switching,pengontrolan dan pengubah (konversi) blok-blok yang besar dari daya listrik denganmenggunakan sarana peralatan semikonduktor.Dengan demikian elektronika daya secara garisbesar terbagi menjadi 2 (dua) bagian yaitu :

1. Rangkaian Daya

2. Rangkaian kontrol

Rangkaian daya terdiri dari komponen Dioda,Thyristor dan Transistor Daya. Sedangkanrangkaian kontrol terdiri atas Dioda, Transistordan rangkaian terpadu (Integrated Circuit / IC).

Dengan menggunakan peralatan-peralatan yang serupa keandalan dankompatibilitas dari perlengkapan (sistem) akandapat diperbaiki. Elektronika daya merupakanbagian yang penting dalam industri-industri, yaitu dalam pengontrolan daya padasistem, proses elektronika dan lain-lain.

 DIODA

Dioda merupakan penyatuan dari lapisan P danN sebagaimana gambar struktur dan simbollapisan.

Syarat dioda dalam keadaan ON adalah Vakpositip sedangkan untuk OFF adalah Vak negatif.

Karateristik tersebut menggambarkan hubungan antara arus dioda (IR dan IF) agar Vak dalamkondisi menahan arus (OFF) maupun dalamkeadaan mengalir (ON). Dalam keadaan OFF,Vak = Vr = negatif, maka dioda menahan arusnamun terdapat arus bocor Ir yang kecil.

Dalam keadaan ON, Vak = Vf = positif, diodamengalirkan arus namun terdapat teganganjatuh pada dioda = ∆ Vf, dan jika ∆ Vf ini makinbesar untuk arus dioda yang makin tinggi,berarti rugi konduksi If * ∆ Vf naik. Terlihat pula pada karateristik dioda diatas bahwa bila Vrterlalu tinggi dioda akan rusak.

Karateristik Switching

Karateristik ini menggambarkan sifat kerja dioda dalam perpindahan keadaan ON ke OFF dansebaliknya.

Dioda akan segera melalukan arus jika Vr telahmencapai lebih dari Vf minimum dioda kondusifdan pada saat OFF terjadi kelambatan dari dioda untuk kembali mempunyai kemampuanmemblokir tegangan reverse. Dari gambar diatas tgerlihat adanya arus balik sesaat pada dioda,dimana arus balik ini terjadi pada saat peralihankeadaan dioda dari kondisi ON ke kondisimembloking tegangan reverse.

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

1. Dioda Cepat, yaitu dioda dengan kemapuansegera mampu membloking

tegangan reverse yang cepat, orde 200 nsterhitung sejak arus forward dioda

sama dengan 0 (nol).

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

Q32 > Qs1.

Terminologi karateristik dioda

Trr : Reverse Recovery Time, waktu yangdiperlukan dioda untuk bersifat memblokingtegangan forward.

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

Tbr : Waktu yang diperlukan daerah perbatasanJunction untuk membentuk zone bloking.

Qs : Jumlah muatan yang mengalir dalam arahreverse selama perpindahan status dioda ON keOFF.

Dioda jenis lambat banyak digunakan padarangkaian konverter dengan komutasi lambat/natural, seperti rangkaian penyearah. Sedangkan Dioda jenis Cepat dipergunakan pada konverterstatis dengan komutasi sendiri seperti misalnyapada DC Chopper, konverter komutasi sendiri dll.

Kemampuan Tegangan

Dioda bersifat memblokir tegangan reverse,ternyata mampu menahan tegangan tersebuttergantung pada karateristik tegangan itu sendiri.

VRWM = Puncak tegangan kerja normal.

VRRM = Puncak tegangan lebih yang terjadisecara periodik.

VRSM = Puncak tegangan lebih tidak periodik.

Kemampuan Arus Dioda

Adanya tegangan jatuh konduksi ∆ Vfmenyebabkan rugi daya pada dioda yang keluardalam bentuk panas. Temperatur junctionmaksimum terletak antara 110°C – 125°C. Panas yang melebihi dari temperatur iniakan menyebabkan dioda rusak. Temperaturmaksimum ini dapat dicapai oleh bermacam-macam pembebanan arus terhadap dioda.

If (AV) : Arus rata-rata maksimum yang diijinkan setiap harga arusrata-rata akan menghasilkan suatu harga temperaturakhir pada junction dioda. Batas If (AV) ini jugatergantung pada temperatur ruang dan jenissistem pendinginan (Heat-sink).

If (RMS) : Harga effektif maksimum arus dioda.Harga rata-rata yang di bawah If (∆V) maksimum, belummenjamin keamanan operasi dioda terutamaarus beban dioda dengan form factor yang tinggi. ( Rate Mean Square )

If (RM) : Harga puncak arus lebih periodik yangdiijinkan.

If (SM) : Harga puncak arus lebih non periodikyang diijinkan

T : Batas integral pembebanan arus dimanadioda masih mampu mengalaminya.

Besaran ini berlaku untuk ½ cycles atau 1 msdan merupakan pedoman dalam pemilihanpengaman 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°C/w