Pengkonversi DC-DC (Pemotong)

Definisi : Mengubah masukan DC tidak teratur ke keluaran DC terkendali dengan level tegangan yang diinginkan.

Diagram blok yang umum :

Aplikasi : Mode saklar penyuplai daya, pengontrol motor DC, chargers baterai

Regulator Linier

-

Transistor dioperasikan pada mode aktif linier.

Regulator Linier Tegangan keluaran Transistor akan bekerja seperti variabel resistor, seperti berikut ;

Rangkaian ekuivalen Kerugian dayanya tinggi pada arus yang tinggi juga :

atau

Regulator Pensaklaran

Regulator pensaklaran

Rangkaian ekuivalen

Tegangan keluaran Transistor dioperasikan pada mode pensaklaran : Saklar tertutup : On penuh (saturasi) Saklar terbuka : Off penuh (cut-off) Jika saklar terbuka, tidak ada arus yang melewatinya Jika saklar tertutup, tidak ada tegangan yang melewatinya

Ketika P = V.I, tidak ada rugi-rugi yang terjadi pada saklar. Daya terkirim 100% dari sumber ke beban. Rugi-rugi dayanya nol (untuk saklar ideal).

Regulator pensaklaran adalah dasar dari semua pengkorversi DC-DC Konverter Buck (step down)

Rangkaian dari konverter buck

Rangkaian jika saklar tertutup

Rangkaian jika saklar terbuka

Saklar ON (tertutup)

-

Dioda di bias mundur. Saklar menghantar arus induktor. Hasilnya di tegangan induktor positif : Itu karena penambahan arus konduktor secara linier :

Saklar mati (terbuka)

-

Karena penyimpanan energi secara induktif, iL dapat mengalir. Dioda di bias maju. Arus mengalir tanpa hambatan melewati dioda. Tegangan induktor akan menjadi :

Analisa

Jika saklar tertutup (on) :

Sehingga iL tetap positif. Oleh karena itu iL akan meningkat secara linier.

Dari gambar :

Untuk saklar terbuka ;

Operasi Penetapan

Arus tidak stabil

Arus rusak

Arus tetap Operasi penetapan diperlukan ketika iL pada akhir dari saklar edaran sama pada awal dari edaran berikutnya. Perubahan iL lebih dari satu periode adalah nol ;

Arus Induktor Rata-rata, Maksimum dan Minimum

Arus induktor rata-rata = Arus rata-rata pada RL

Arus maksimum :

Riak arus konduktor :

Mode Arus Berkelanjutan

Dari analisa sebelumnya :

Untuk operasi berkelanjutan , I min 0,

Ini adalah arus induktor minimum untuk memastikan mode berkelanjutan dari operasi. Secara normal L dipilih untuk >> L min.

Riak Tegangan Keluaran

KCL, arus kapasitor :

Bebannya akan menjadi :

Penggunaan rumus pada area segitiga :

Tegangan riak (Peak-to peak)

Jadi, faktor riaknya:

Catatan: Riak akan dikurangi oleh : 1) Peningkatan frekuensi pensaklaran 2) Peningkatan ukuran induktor 3) Peningkatan ukuran kapasitor

Prosedur desain dasar

Menghitung D untuk memperoleh tegangan keluaran yang diinginkan Pilih peralatan dan frekuensi pensaklaran yang teliti terutama f > 20 KHz untuk penyerap nois diabaikan akibat frekuensi lebih tinggi di L dan C yang kecil. Tetapi berakibat di rugi-rugi yang lebih tinggi. Mengurangi efisiensi, menambah pemanasan. Perangkat yang tepat : MOSFET, IGBT, dan BJT. MOSFET daya rendah akan mencapai jarak MHz.

Menghitung L min. Pilih L >> 10 L min Menghitung C untuk keperluan faktor riak. Nilai kapasitor : Harus menahan tegangan keluaran puncak Harus melewatkan arus yang dibutuhkan. Catatan arus RMS untuk segitiga w/f adalah Ip/3, dimana Ip adalah arus kapasitor puncak yang diberikan oleh iL/2. ECAP akan digunakan.

Pertimbangan ukuran kawat : Nilai normal di RMS. Tetapi iL diketahui puncaknya. Nilai RMS untuk iL diberikan juga :

Konverter penaik (step-up)

Rangkaian Konverter Penaik

Rangkaian jika saklar tertutup

Rangkaian jika saklar terbuka

Analisa Penaik : saklar tertutup

Saklar terbuka

Operasi penetapan

Konverter penaik menghasilkan tegangan keluaran lebih besar atau sama dengan tegangan masukan. Keterangan alternatif : Ketika saklar tertutup, dioda dibias mundur. Jadi keluarannya terisolasi. Input menyuplai energi ke induktor. Ketika saklar terbuka, keluaran menerima energi dari masukan juga dari induktor. Kerena itu keluarannya besar. Tegangan keluaran adalah tetap oleh sifat dari C yang besar.

Arus Induktor Rata-rata, Maksimum, dan Minimum

Daya masukan = Daya keluaran

Arus induktor rata-rata :

Arus induktor maksimum :

Arus induktor minimum :

Nilai L dan C

Konferter Buck