DC to DC Converter (Chopper)

Tugas Elektronika Daya

DC CHOPPER

→Pengertian

Dc Chopper atau DC to DC Converter adalah suatu alat elektronika daya, untuk menghasilkan tegangan dc dari sumber dc, dengan prinsip switching (pensaklaran). Step-down (Buck) converter: where the output voltage of the converter is lower than the input voltage. Step-up (Boost) converter: where the output voltage is higher than the input voltage. Step-down/step-up (Buck-Boost) converter.

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe pensaklaran atau dikenal dengan sebutan DC Chopper  dimanfaatkan untuk menghasilkan tegangan keluaran DC yang bervariasi sesuai dengan beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan yang tetap. 

Macam-macam topologi DC Chopper

a.       Buck (menurunkan tegangan)

b.      Boost (menaikan tegangan)

c.       Buck-Boost (menaik-turunkan)

d.      Cuk (menaik-turunkan)

e.       Zeta (menaik-turunkan)

f.        SEPIC (menaik-turunkan)

g.      Two Quadrant Converters

h.      Full Bridge Converter

→ Prinsip Dasar

  Pada tipe linier, pengaturan tegangan keluaran dicapai dengan menyesuaikan arus pada beban yang besarannya tergantung dari besar arus base-nya transistor:  V₀ = I_L . R_L 

Dengan demikian pada tipe linier, fungsi transistor menyerupai tahanan yang dapat diubah ubah besarannya.

Pada tipe pensaklaran, 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

   ↣ Tipe Buck 

. Dalam metode 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 

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. Metode Buck sering digunakan pada aplikasi yang membutuhkan sistim yang berukuran kecil.

   ↣ Tipe Boost

Jika tegangan keluaran yang dinginkan lebih besar dari tegangan masukan, maka rangkaian Boost dapat dipakai

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

↣ Tipe Buck-Boost

Metode Buck-Boost tidak lain adalah kombinasi antara Buck dan Boost yang mana tegangan keluaran dapat diatur menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan masukan. Dalam operasi CCM, persamaan tegangan yang dipakai adalah:

            Yang menarik untuk dicatat dari Buck-Boost adalah bahwa tegangan keluaran memiliki tanda berlawanan dengan tegangan masukan. Oleh karena itu metode ini pun ditemui pada aplikasi yang memerlukan pembalikan tegangan (voltage inversion) tanpa transformer. Walaupun memiliki rangkaian sederhana, metode 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.

↣ Tipe Boost-Buck atau Cuk

Cara lain untuk mengkombinasikan metode Buck dan Boost dapat dikenal dengan nama Boost-Buck atau Cuk. Seperti halnya metode 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. Metode 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. 

            

            ↣ Tipe Sepic

             Jika kombinasi Buck dan Boost diinginkan tanpa adanya proses pembalikan tegangan, maka salah satu pilihannya adalah dengan konfigurasi SEPIC. Persamaan tegangan CCM yang dipakai untuk SEPIC adalah:

Keuntungan pada SEPIC dapat disebut misalnya memiliki arus masukan dengan tingkat ripple rendah, tidak memakai transformer, penjagaan kerusakan pada rangkaian melalui kapasitor jika switch gagal berfungsi (capacitive isolation). Kekurangan yang ditemui misalnya tidak adanya isolasi antara sisi masukan dan keluaran serta tegangan keluaran memiliki riple yang tinggi. SEPIC sering digunakan pada aplikasi perbaikan faktor daya (Power Factor).

↣ Tipe Flyback

Jika kombinasi yang diinginkan adalah seperti Buck-Boost namun menggunakan isolasi antara sisi masukan dan keluaran, maka konfigurasi yang dapat dipakai adalah Flyback. Persamaan tegangan CCM yang digunakan:

             Flyback memiliki ripple yang tinggi pada tegangan keluarannya dan sering dijumpai pada aplikasi daya rendah, dan juga pada aplikasi yang membutuhkan keluaran banyak (multiple outputs).