KOMPONEN-KOMPONEN ELEKTRONIKA DAYA

kali ini admin akan menjelaskan tentang KOMPONEN-KOMPONEN ELEKTRONIKA DAYA

Simbol saklar elektronik

Komponen-komponen elektronika daya adalah alat-alat semikonduktor, seperti dioda, thyristors, transistors, dan sebagainya yang digunakan dalam rangkaian daya (power circuit) dari sebuah konverter. Dalam elektronika daya, mereka digunakan dalam mode switching non-linier (mode on/off) dan bukan sebagai amplifier linier. Dengan kata lain, alat-alat ini berprilaku seperti sebuah saklar (switch) elektronik.
Sebuah saklar elektronik menghubungkan atau memutuskan secara elektronik sebuah sirkuit AC atau DC dan biasanya bisa di-switch ON dan/atau OFF. Konduksi biasanya dibolehkan dalam satu arah saja.

Komponen-komponen berikut adalah alat-alat yang umumnya digunakan sebagai saklar elektronik dalam konverter elektronika daya. Perkembangan dalam teknologi semikonduktor telah membuat komponen-komponen elektronika daya ini lebih kecil, lebih handal, lebih efisien (rugi-rugi lebih rendah), lebih murah, dan mampu beroperasi pada tegangan, arus, dan frekuensi yang jauh lebih tinggi. Prinsip-prinsip operasi ideal dari komponen-komponen ini bisa digambarkan dalam ekspressi matematik sederhana.
 Dioda
 Thyristor
 GTO
 MOS-controlled thyristor (MCT)
 Bipolar junction transistors (BJT) power
 Field effect transistors (FET, MOSFET)
 Insulated gate bipolar transistor (IGBT)
 Resistors (resistansi)
 Reactors or chockes (induktansi)
 Kapasitor (kapasitansi).


 Dioda
Dioda adalah saklar on/off power semikonduktor yang memungkinkan aliran arus dalam satu arah, bergantung pada sambungannya adalah alat semikonduktor dua terminal.
Kedua terminal dari sebuah dioda dinamakan anoda (A) dan katoda (K). nama-nama ini diperoleh dari saat-saat ketika katup-katup umumnya digunakan.
Menurut konstruksinya mempunyai sebuah persambungan (junction) P-N. Terdiri dari sebuah layer (wafer) silikon dua lapis yang dipasang pada dasar tembaga substansial. Dasar tersebut bertindak sebagai heat sink, suatu dukungan untuk penyangga (enclosure) dan salah satu terminal elektrik dioda. Permukaan lainnya dari layer (wafer) disambungkan ke terminal elektrik lainnya. Enclosure menutup wafer silikon dari atmosfer dan memberi isolasi yang memadai di antara kedua terminal dioda.

Dioda Ideal :
 Forward conduction: lebih sedikit resistansi
 Reverse blocking: lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
 switch on/off time: Sesaat
Ini merupakan forward-biased (arah maju), bila anoda positif, relatif pada katoda dan dioda mengkonduksi arus, yakni, saklar tertutup. Reverse-biased (arah mundur), bila anoda negatif, relatif pada katoda dan aliran arus dihambat, yakni, saklar terbuka. Kemampuan dioda ini, untuk menghambat aliran arus dalam satu arah, membuatnya cocok untuk aplikasi penyearah, di mana diperlukan untuk membiarkan aliran arus dalam satu arah saja.
Tergantung pada keperluan suatu aplikasi, tipe-tipe dioda berikut tersedia:
Dioda Schottky. Dioda-dioda ini digunakan bilamana penurunan tegangan forward rendah, biasanya 0,4 V, dibutuhkan untuk sirkuit tegangan output rendah. Dioda-dioda ini mempunyai kapabilitas tegangan penghambatan terbatas 50-100 V.
Dioda recovery cepat (Fast recovery diodes). Dioda-dioda ini didesain untuk digunakan dalam sirkuit di mana waktu-waktu recovery cepat diperlukan, misalnya, dalam kombinasi dengan saklar-saklar terkontrol dalam sirkuit-sirkuit berfrekuensi tinggi. Dioda-dioda seperti itu mempunyai waktu recovery (tRR) kurang dari beberapa microsecond.
Line-frekuency diodes. Tegangan on-state dioda-dioda ini didesain serendah mungkin untuk menjamin bahwa mereka switch on secara cepat dalam aplikasi-aplikasi bridge rectifier. Sayangnya, waktu recovery (tRR) panjang, tetapi ini layak untuk aplikasi penyearah line-frekuensi. Dioda-dioda ini tersedia dengan rating tegangan blocking beberapa kV dan rating arus beberapa ratus kA. Selain itu, mereka dapat disambungkan secara seri atau secara paralel untuk memenuhi keperluan arus atau tegangan tinggi.
10
 Thyristor
Thyristor kadang-kadang disebut sebagai SCR (silicon-controlled rectifiers). Ini adalah nama yang awalnya diberikan pada piranti ini ketika ditemukan oleh General Electric (USA) sekitar tahun 1957. Tetapi nama ini tidak pernah diterima dan digunakan secara universal.
Nama thyristor adalah istilah generik, yang dipakai pada satu keluarga piranti semikonduktor yang mempunyai karakteristik-karakteristik switching regeneratif. Ada banyak piranti dalam keluarga Thyristor termasuk thyristor power, GTO, field controlled thyristor (FCT), Triac, dll. Yang mempunyai dua terminal, yang dinamakan anoda (A) dan katoda (K), serupa dengan sebuah dioda, dan sebuah terminal kontrol ketiga yang dinamakan Gate (G), yang digunakan untuk mengontrol sudut konduk (penyalaan) thyristor.
Secara operasional sama dengan dioda, kecuali diperlukan satu pulsa tegangan positif sementara (momentary), pada terminal gate, untuk konduksi bila disambungkan dalam arah maju. Sebuah thyristor terdiri dari sebuah layer (wafer) silikon empat lapisan dengan tiga junction P-N. Thyristor bertegangan tinggi dan ber-daya tinggi kadang juga mempunyai sebuah terminal keempat, yang dinamakan katoda pembantu (auxiliary). Ini digunakan untuk sambungan ke sirkuit pemicu. Ini mencegah sirkuit untuk mengganggu sirkuit gate.
Penampilan dan konstruksi thyristor sangat mirip dengan dioda, kecuali bahwa terminal gate diperlukan untuk memicu thyristor ke dalam mode konduksi.
Gambar 3-3. Simbol thyristor.
11
Thyristor Ideal :
 Forward conduction: lebih sedikit resistansi
 Forward blocking: Lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
 Reverse-blocking : lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
 Switch on/off time: Sesaat
Thyristor dimatikan (turn off) bila menjadi reverse-biased dan/atau arus forward jatuh di bawah arus holding. Ini harus dikontrol secara eksternal dalam sirkuit power. Sebagian besar SCRs mempunyai sebuah heat sink untuk mendissipasi panas yang dihasilkan selama operasi.
3.3 Triacs
Triac dalah piranti yang berbeda dari kategori thyristor. Menurut konstruksinya terdiri dari dua buah SCR yang disambungkan anti-paralel satu sama lainnya. SCR mengkonduksi dalam arah forward saja, tetapi Triac mengkonduksi dalam kedua arah. Karena itu, jika output dari sebuah dioda adalah arus DC bisa disambungkan dalam sirkuit AC, output dari sebuah Triac adalah arus AC, bukan arus DC. Triac mempunyai tiga terminal yang dinamai MT1, MT2, dan Gate. Triac dapat konduksi pada arah manapun dengan pulsa gate, baik positif atau negatif. Triac dapat digunakan untuk mengubah-ubah tegangan AC rata-rata yang mengarah ke beban dengan mengubah sudut konduknya (penyalaan).
3.3.1 Gate-controlled piranti elektornika daya
Sejumlah alat yang dikontrol pada gerbang (gate) telah tersedia dalam dekade terakhir. Ini cocok untuk digunakan sebagai saklar bi-stable pada inverter daya untuk VFD. Ini dapat dibagi ke dua kelompok utama komponen-komponen berikut:
 Komponen yang didasarkan pada teknologi Thyristor seperti GTO dan FCT
12
 Komponen yang didasarkan pada teknologi transistor seperti BJT, FET, dan IGBT.
Gate turn-off thyristor (GTO)
Thyristor GTO adalah anggota lain dari keluarga thyristor. Penampilan dan performanya sangat mirip dengan thyristor normal, dengan satu fitur tambahan penting yakni bahwa ia dapat dimatikan (turn off) dengan mengaplikasi pulsa arus negatif pada gate. Thyristor GTO mempunyai kapabilitas tegangan dan arus tinggi dan umumnya digunakan untuk konverter yang lebih besar. Ini terutama bila komutasi sendiri (self-commutation) diperlukan.
Gambar 3-4. Simbol Thyristor GTO.
Thyristor GTO Ideal
 Forward conduction: lebih sedikit resistansi
 Forward blocking: Lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
 Reverse blocking : lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
 Waktu switch on/off: Sesaat
Performa dari GTO sama dengan thyristor normal. Konduksi arah maju dihambat hingga satu pulsa positif diaplikasi ke terminal gate. Bila GTO telah dihidupkan, maka berprilaku seperti thyristor dan terus mengkonduksi bahkan setelah pulsa gate dihilangkan, jika arus itu lebih tinggi dibanding arus holding. GTO mempunyai penurunan tegangan forward lebih tinggi biasanya 3-5 V. Arus latching dan arus holding juga sedikit lebih tinggi.
13
Perbedaan penting adalah bahwa GTO bisa dimatikan dengan satu pulsa arus negatif yang diaplikasi pada terminal gate. Fitur penting ini memungkinkan GTO untuk digunakan dalam sirkuit inverter berkomutasi sendiri. Magnitudo pulsa off besar dan bergantung pada magnuitudo arus dalam sirkuit power. Biasanya arus gate harus 20% dari arus anoda. Akibatnya, sirkuit pemicu harus cukup besar dan ini mengakibatkan kehilangan komutasi tambahan. Seperti thyristor, konduksi dihambat dalam arah reverse-biased atau jika arus holding jatuh di bawah satu level tertentu.
Karena GTO adalah satu tipe khusus thyristor, sebagian besar karakteristik lain dari sebuah thyristor yang dicakup di atas juga berlaku pada GTO. Konstruksi mekanik GTO sangat mirip dengan thyristor normal dengan tipe-tipe stud umum untuk unit-unit yang lebih kecil dan tipe-tipe disk umum untuk unit-unit yang lebih besar. Thyristor GTO biasanya digunakan untuk aplikasi-aplikasi arus dan tegangan tinggi dan lebih kokoh dan toleran pada over-current, over-voltage dibanding power transistor . GTO tersedia untuk rating hingga 2500 A dan 4500 V. Kelemahan utama adalah arus gate tinggi yang diperlukan untuk mematikan GTO dan penurunan volt forward tinggi.
Field controlled thyristor (FCT)
Walaupun GTO mungkin mempertahankan dominasinya untuk aplikasi-aplikasi konverter berdaya tinggi dan ber-komutasi sendiri selama beberapa waktu, tipe-tipe baru thyristor sedang dikembangkan di mana gate dikontrol dengan tegangan. Turn-on dikontrol dengan mengaplikasi sinyal tegangan positif pada gate dan turn-off dikontrol dengan tegangan negatif. Alat seperti itu dinamakan FCT. Nama itu mempengaruhi kesamaan dengan FET. FCT diharapkan pada akhirnya menggantikan GTO karena ia mempunyai sirkuit kontrol sederhana di mana biaya dan kerugian bisa dikurangi cukup besar.
14
Bipolar junction transistors (BJT)
Transistor secara tradisional telah digunakan sebagai alat-alat amplifikasi (penguat), di mana kontrol basis arus digunakan untuk membuat transistor konduktif hingga derajat yang lebih besar atau lebih kecil. Hingga baru-baru ini, mereka tidak banyak digunakan untuk aplikasi power elektronik .
Alasan utama adalah karena sirkuit-sirkuit protektif dan kontrol jauh lebih rumit dan mahal, dan transistor tidak tersedia untuk aplikasi berdaya tinggi. Mereka juga tidak mempunyai kapasitas overload thyristor dan untuk melindungi transistor dengan sekering tidak layak.
Transistor NPN, yang dikenal sebagai BJT, adalah alat hemat biaya untuk digunakan dalam konverter elektronika daya. BJT modern biasanya disuplai dalam sebuah modul yang dipadatkan dan masing-masing BJT mempunyai dua terminal power, yang dinamakan kolektor (C) dan emitter (E), dan satu terminal kontrol ketiga yang dinamakan base (B).
Gambar 3-5. Simbol Transistor.
TransistorIdeal
 Forward conduction: lebih sedikit resistansi
 Forward blocking: Lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
 Reverse blocking: lebih sedikit kehilangan (tidak ada arus bocor)
 Waktu switch on/off: Sesaat
Sebuah transistor tidak selalu merupakan alat bi-stable (on/off). Untuk membuat sebuah transistor sesuai untuk kondisi-kondisi dalam sebuah
15
sirkuit elektronika daya di mana diperlukan untuk men-switch dari keadaan blocking (tegangan tinggi, arus rendah) ke keadaan konduksi (tegangan rendah, arus tinggi) ia harus digunakan dalam kondisi-kondisi ekstrim—sepenuhnya off atau sepenuhnya on. Ini potensial menekan transistor dan trigger, dan sirkuit-sirkuit pelindung harus dikordinir, untuk menjamin transistor tidak dibolehkan beroperasi di luar area operasi amannya. Konduksi forward dihambat hingga arus positif diaplikasi pada terminal gate dan ia mengkonduksi sepanjang tegangan diaplikasi. Selama konduksi forward, juga memperlihatkan penurunan tegangan forward, yang menyebabkan kerugian dalam sirkuit power. BJT bisa dimatikan (turn off) dengan mengaplikasi arus negatif pada gate.
Gambar 3-6. Batas-batas V-I yang diinginkan ketika men-switch sebuah BJT
Sirkuit-sirkuit kontrol dan protektif telah dikembangkan untuk melindungi transistor terhadap over-current ketika dihidupkan dan terhadap over-voltage ketika ia dimatikan (Gambar 3-6). Bila dihidupkan, sirkuit kontrol harus menjamin bahwa transistor tidak muncul dari saturasi, kalau tidak akan disyaratkan untuk mendissipasi power tinggi. Dalam prakteknya, sistem kontrol telah terbukti hemat biaya, efisien, dan handal.
Berikut ini adalah kelebihan-kelebihan BJT sebagai sebuah saklar:
 Memerlukan tegangan driving yang sangat rendah
 Bisa beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi
16
 Bisa dihidupkan dan dimatikan dari terminal base, yang membuat mereka cocok untuk sirkuit inverter berkomutasi sendiri
 Kapabilitas penanganan power yang baik
 Penurunan teangan konduksi forward rendah.
Berikut ini adalah kelemahan BJT sebagai saklar:
 Dianggap kurang kokoh dan kurang toleran terjadi overload dan ‗spikes‘ dibanding thyristor
 Tidak mentolerir reverse voltage
 Waktu switching relatif lambat dibanding alat lain
 Area operasi aman yang buruk
 Mempunyai persyaratan driver gate terkontrol arus yang kompleks.

demikian artikel tengtang KOMPONEN-KOMPONEN ELEKTRONIKA DAYA  yang bisa saya sampaikan .. SEMOGA BERMANFAAT !!
TERIMA KASIH :)