chapter 7 power supply

7/21/2019 CHAPTER 7 power supply

1/22

POWERSUPPLY

Inverter

Dc to AC

FaseTunggal

Tiga Fase

Penyarah

AC to DC

Setengahelo!"ang

PenyearahSingle#Dio$a

elo!"ang Penuh

PenyarahDua Dio$a

PenyearahE!%at$io$a

PenyearahTiga Fasa

PenyearaEna! Fas

DC to DC&onverter

CHAPTER 7POWER SUPPLY INDUSTRI,INVERTER, DAN KONVERTER

7.1 MIND MAP

Gambar 7-1 Mi! Ma"

7.# PENDAHULUAN

Elektronik solid state telah terintegrasi ke dalam semua aspek dari power

supply industry, konverter, inverter, dan choppers. Power supply industri


2/22

digunakan dalam aplikasi berbagai tegangan yang diperlukan, seperti pada

prosesor PLC dan modul analog dan modul khusus lainnya. Power supply juga

digunakan dalam semua jenis tampilan digital dan pada tabung sinar katoda

(CR! layar warna. "ita dapat berasumsi bahwa kita akan menemukan power

supply di setiap perangkat listrik di lantai pabrik. #etiap peralatan yang memiliki

sirkuit elektronik di dalamnya harus mendapatkan suplai tegangan $C. "arena

semua tegangan yang bersasal dari pabrik adalah sumber tegangan %C, maka

harus digunakan konverter untuk mengkonversi listrik dari tegangan %C menjadi

teganan $C. Rangkaian ini disebut sebagai konverter yang mirip dengan

rangkaian penyearah menggunakan dioda.

&eberapa aplikasi industri seperti motor driver %C variabel'rekuensi dan

peralatan las memiliki bagian yang dapat mengubah tegangan %C menjadi $C

dan bagian yang lainnya dapt mengubah tegangan $C kembali menjadi tegangan

%C yang disebut dengan inverter. Rangkaian inverter diperlukan untuk mengubah

tegangan $C kembali ke tegangan %C karena rekuensi masukan tegangan %C

tetap pada )* + sedangkan bagian output dari drive harus dapat memberikan

rekuensi tegangan output antara * dan -* +.

7.$ RANGKAIAN PENYEARAH% PENGU&AH AC KE DC

7.$.1 P'('ara) *a+'-Ta

Rangkaian penyearah ase tunggal telah digunakan sejak munculnya

vakum'tube dioda. "arena sumber listrik $C berasal dari tegangan %C, maka

penyearah dioda digunakan untuk mengkonversi tegangan %C menjadi tegangan

$C.


3/22

Gambar 7-# /ara/0'ri+0i/ !i!a

$iode adalah komponen elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor silikonatau germanium yang berungsi mengalirkan arus searah ($C! saja. erdiri dari

dua unsur semikonduktor P / 0 dan dipisahkan oleh depletion layer yang terjadi

keseimbangan nilai elektron pada kedua kutub. #eperti teori elektron

menyebutkan bahwa arus listrik adalah pergerakan elektron dari kutub positi

menuju ke kutub negati. Perlu diingat bahwa diode hanya mengalirkan arus satu

arah saja, sehingga jika diode tersebut dialiri tegangan yang lebih besar pada

kutub P, maka elektron pada 0 akan mengalir menuju P (disebut orward bias!.

0amun sebaiknya jika kutub P diberi potensial lebih rendah dari 0 maka elektron

tidak akan bergerak (reverse bias!, pada kondisi inilah diode tidak mengalirkan

arus listrik.

1ambar 2'- menunjukkan contoh power supply yang menggunakan

penyearah dioda tunggal solid'state.


4/22

Gambar 7-$ Ra/aia "'m('ara) +a0 !i!' +'0'a) 'mba

#eperti yang telah dijelaskan sebelumnnya, diode memiliki dua keadan yang

disebut dengan panjar maju danpamjar mundur. Pada saat siklus posisti dati

tegangan sinusoidal melewati diode, maka diode akan berada pada keadaan

panjar maju yang berarti elektron pada 0 akan mengalir menuju P sehingga

tegangan dilwatkan oleh diode. #ebaliknya pada siklus negative dari tegangan

sinusoidal melewati diode maka diode berada pada keadaan panjar mundur yang

berarti tidak ada perpindahan electron dari 0 ke P sehingga tegangan pada siklus

negative tidak dilewatkan.

7.$.# P'('ara) *a+'-Ta G'mba-P') D'a Da

Di!a

#alah satu kelemahan dari penyearah single'dioda setengah

gelombang adalah rangkaian ini hanya menghasilkan keluaran dc setengah

gelombang. 3ika dioda kedua ditambahkan ke rangkaian ini dan transormator

center'tapped digunakan, maka gelombang tegangan keluaran akan menjadi dua


5/22


6/22

Gambar 7-4 Ra/aia "'('ara) 'm"a0 !i!' 'mba "')

"ita harus memperhatikan bahwa tegangan %C dari terminal atas transormator

yang digunakan pada rangkaian jembatan, di mana katoda dari dioda % dananoda pada diode & terhubung, dan pada terminal bawah transormator dimana

katoda dioda C dan anoda dari dioda $ terhubung. 7ni berarti bahwa tegangan %C

terhubung di mana anoda diode yang satu terhubung dengan katoda pada dioda

kedua. 8utput untuk rangkaian jembatan adalah tegangan $C positi pada titik di

mana katoda dari dioda & dan dioda $ terhubung, dan titik negati dari rangkaian

terletak pada titik pertemuan anoda dari dioda % dan dioda C yang terhubung,

titik ini jg di sebut sebagai ground.

7.$.2 P'('ara) G'mba-P') Tia-*a+a

#ebagian besar power supply industry untuk motor driver dan peralatan

pengelasan menggunakan tegangan %C tiga'asa. 7ni berarati bahwa rangkaian

penyearah harus menggunakan rangkaian jembaran tiga'asa, dengan


7/22

menggunakan enam diode untuk menghasilkan gelombang penuh yang bagus

(dua diode pada tiap baris dari tiga'asa!. 1ambar 2'9 menunjukkan diagran

listrik untuk penyearah jembatan tiga'asa.

Gambar 7-5 Diaram "'('ara) 6'mba0a 0ia-a+a

$ari gamabar ini, kita dapat melihat bahwa kumparan sekunder dari

transormator tiga ase terhubung ke dioda penyearah. :ase % dari tegangan

tiga ase transormator terhubung ke titik di mana katoda dari dioda -$

terhubung ke anoda dari dioda $. :ase & terhubung ke titik di mana katoda dari

dioda 5$ terhubung ke anoda dari dioda 6$, dan ase C terhubung ke titik di

mana katoda dari dioda 9$ terhubung ke anoda dioda )$. %noda dari dioda -$,

5$, dan 9$ dihubungkan bersama sebagai titik output negative terminal $C.

"atoda dari dioda $, 6$, dan )$ terhubung sebagai keluaran positi terminal

$C.3embatan penyearah gelombang'penuh tiga'asa digunakan pada

beberapa kebutuhan daya $C yang tinggi dan pada transormator dengan

eisiensi yang tinggi. "arena bentuk gelombang output dari setengah gelombang

tumpang tindih, yang memberikan persentase riak rendah.pada sirkuit ini, riak

keluaran adalah enam kali dari rekuensi input. "arena persentase riak rendah,

output tegangan $C dapat digunakan tanpa banyak penyaringan.


8/22

7.$.4 Ra/aia 3'mba0a G'mba-P') Eam-*a+a

Pada -;2*'an dan -;4*'an power supply membutuhkan arus dan

tegangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan dan arus yang dapat

dihasikkan oleh setiap diode pada rangkaian jembatan empat dioda. 3ika jumlah

arus atau tegangan yang dibutuhkan power supply lebih besar dari tegangn dan

arus yang dapat dihasilkan oleh setioa diode, maka dioda dapat dihubungkan

secara paralel untuk memberikan arus ekstra, dan diode juga dapat dihubungkan

secara seri untuk menghasilkan tegangan yang lebih tinggi. 1ambar 2')a

memperlihatkan contoh rangkaian yang menggunakan - dioda yang terhubung

secara paralel membentuk jembatan gelombang'penuh enam'ase untuk

menghasilkan arus yang tinggi. 1ambar 2')b memperlihatkan contoh ringkaian

- dioda dihubungkan secara seri yang membentuk rangkaian jembatan untuk

menghasilakn tegangan yang lebih tinggi dari spesiikasi untuk setiap dioda.

Gambar 7-7 Ra/aia 6'mba0a 'mba-"') 'am-a+a

"arena kedua jenis rangkaian ini menggunakan - dioda, maka jumlah riak di

bagian output berkurang menjadi sekitar -


9/22

tegangan input akan melewati empat dioda sehingga penurunan tagangan

terbagi dalam empat jalur.

7.$.5 P'aa Ka"a+i0r Da I!80r S'baai *i0'r Pa!a

P9'r S""(

:ilter atau tapis pada power supply merupakan bagian yang berungsi

untuk meratakan atau membuang riak gelombang hasil proses penyearahan

gelombang %C dari transormer oleh dioda penyearah. :ilter atau tapis yang

sering digunakan dalam sebuah power supply adalah ilter C, RC dan LC.

Gambar 7-: Diaram "'('ara) !'a i0'r m'a/a /a"a+i0r

!a i!/0r

1ambar 2.2 memperlihatkan diagram dari kapasitor dan inductor sebagai ilter

pada power supply. "apasitor dihubungkan secara paralel dengan beban, dan

induktor dihubungkan secara seri dengan terminal tegangan $C. "emampuan

induktor untuk menyimpan dan melepaskan energi dapat digunakan untuk proses


10/22

penyaringan. Reaktansi indukti sebanding dengan rekuensi dan induktansi

.

#ebuah induktor terdiri dari sebuah kumparan. +ukum araday tentang induksi

elektromagnetikmenyatakan bahwa induksi elektromagnetik menimbulkan Gaya

Gerak Listrik (11L! dengan arah yang berlawanan. +al ini disebabkan oleh

perubahan fluks magnetik yang lewat melalui jalur arus listrik.

=ntuk induktor yang terdiri dari kumparan dengan lilitan menghasilkan

11L ini bersiat seperti menahan laju arus listrik. #ehingga arus $C yang

memiliki potensi listrik konstan dan tidak membuat arus listrik berubah'ubah,

membuat induktor nampak seperti konduktor biasa, arus akan mengalir tanpa

hambatan (secara ideal!. 0amun arus %C yang berubah'ubah potensinya

(sehingga arus yang mengalirpun berubah'ubah arahnya! dengan rekuensi

tertentu, membuat reaktansi induktinya meningkat sebanding dengan

peningkatan rekuensi. #edangkan kapasitor digunakan untuk menjaga tegangan

keluaran pada harga yang konstan.

7.$.7 P'aa Di!' ;''r S'baai R'a0r T'aa

Power supply dalam industry sangat memerlukan tegangan output $C

yang memiliki beberapa jenis regulasi untuk menjaga agar tingkat tegangan

keluaran tetap konstan ketika tegangan input berluktuati. "ita dapat

menggunakan dioda ener pada bagian output catu daya untuk memberikan

pengaturan tegangan. $iode ener memiliki karakteristik yang mirip dengan

diode penyearah. Perbedaannya terletak pada daerah kerjanya. Pada diode

penyearah, daerah kerjanya berada pada daerah panjar maju (orward bias!

sedangkan pada diode ener, daerah kerjanya berada pada daerah panjar

mundur (reverse bias!. Pada ddaerah reverse bias, akan tercapai suatu keadaan

ketika tegangan hampir konstan untuk arus hampir berapapun (dalam batas
http://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Induktansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Kumparanhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_faraday&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Induksi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Induksi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gaya_Gerak_Listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gaya_Gerak_Listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Fluks_magnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_searahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_bolak-balikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Induktansihttp://id.wikipedia.org/wiki/Kumparanhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_faraday&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Induksi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Induksi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gaya_Gerak_Listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gaya_Gerak_Listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Fluks_magnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_searahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_bolak-balikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensi


11/22

kemampuan diode ener!. 1ambar 2'4 memperlihatkan karakteristik dari diode

ener.

Gambar 7-< Kara/0'ri+0i/ !i!' =''r

1ambar 2'; merupakan rangkaian dasar yang digunakan untuk penstabil

tegangan menggunakan diode ener yakni akan menghasilkan kurva

pembebanan sebagai berikut

Gambar 7-1> P'aa !i!' =''r !aam ra/aia


12/22

Gambar 7-11 Kr?a "'mb'baa "a!a !i!' =''r

seperti halnya resistor yang dispesiikasi oleh nilai hambatan dan daya, dioda

ener pun dispesiikasi oleh nilai tegangan breakdown dan daya maksimumnya,

misal ener 9>?@. Prinsip dari disain penstabil tegangan menggunakan dioda

ener ialah menyediakan tegangan sumber lebih tinggi dari tegangan ener dan

dengan melindungi ener ketika rangkaian tidak diberi beban (yakni arus

mengalir sepenuhnya ke ener!, maka dipasanglah resistor pelindung R#,

nilainya ialah selisih tegangan sumber dengan ener dibagi arus maksimum

ener,

dengan kata lain, penstabil ini mirip bak penampungan air untuk menjaga tinggi

air di bak penampungan tetap konstan.


13/22

7.2 APLIKASI POWER SUPPLY UNTUK INDUSTRI

&agian penyearah digunakan dalam semua jenis aplikasi industri. +ampir

setiap bagian dari peralatan industri yang memiliki sirkuit elektronik harusmemiliki bagian untuk mengubah tegangan %C ke tegangan $C. #istem ini

menggunakan rangkaian penyearah yang telah dibahas sebelumnya untuk

menghasilak daya $C. Rangkaian penyearah mencakup kapasitor dan induktor

sebagai ilter, dan sirkuit gabungan yang kemudian disebut power supply. Power

supply untuk industri akan sedikit berbeda dengan degna peralatan yang biasa

kita gunakan sehari'hari seperti pada radio, televisi, dan komponen elektronik

lainnya

Pada bagian ini kita akan membahas rangkaian power supply yang biasa

digunakan dalam industriA variabel'rekuensi motor %C drive dan peraltan

pengelasan. &agian ini juga akan menjelaskan pengoperasian uninterruptible

power supply (=P#! yang menyediakan tegangan cadangan ke komputer dan PLC

pada saat terjadi pemadaman listrik.

7.2.1 P9'r S""( 0/ ?ariab'-r'/'+i m0r !ri?'

1ambar 2'-- Benunjukkan diagram listrik variable'rekuensi motor drive

yang umum digunakan dalam aplikasi industri. Pada diagram ini kita dapat

melihat bahwa rangkaian drive menggunakan suplai tegangan tiga ase, sehingga

digunakan jembatan penyearah tiga'ase gelombang'penuh. Rangkaian ini juga

menggunakan metal'oide varistor (B8>s! untuk mengecek kondisi tegangan

berlebih yang datang.


14/22

Gambar 7-1# !iaram i+0ri/ ?ariab'-r'/'+i m0r !ri?'

7.2.# Ui0'rr"0ib' P9'r S""i'+

3enis lain yang populer catu daya yang digunakan dalam aplikasi industri

adalah uninterruptible power supply (=P#!. =P# menjadi sesuatu yang pentingdalam industri dan power supply komersil karena =P# dapat tetap memasok

listrik ke komputer dan programmable logic controller (PLC! pada saat terjadi

pemadaman listrik. 3ika pemadaman listrik terjadi ketika komputer atau PLC

sedang berjalan, maka akan menghentikan sistem dan proses harus diulang,

yang akan memakan waktu tambahan. "omponen'komponen utama dalam =P#A


15/22

&aterai

3enis baterai yang digunakan =P# umumnya berjenis lead'acid atau jenis

nikel'cadmium. &aterai ini umumnya mampu menjadi sumber tegangan

cadangan maksimal selama 5* menit. Rectiier D Penyearah

Penyearah atau Rectiier berungsi untuk mengubah arus %C menjadi arus $C

( direct current ! atau $C dari suplai listrik utama. +al ini bermanaat pada

saat pengisian baterai.

7nverter

"ebalikan dari penyearah, 7nverter berungsi untuk mengubah arus $C dari

baterai menjadi arus %C. +al ini dilakukan pada saat baterai pada =P#

digunakan untuk memberikan tegangan ke komputer.

ranser #witch

ranser #witch adalah saklar listrik yang menghubungkan sumber tenaga

listrik dari sumber utama ke sebuah sumber cadangan ( =P# !. #aklar ini

dapat dioperasikan secara manual atau secara otomatis. %utomatic ranser

#witch D %# sering dipasang di mana sebuah sumber daya cadangan

terletak, sehingga dapat memberikan daya listrik sementara jika sumber

listrik terputus.

Gambar 7-1$ S/'ma i0'rr"0ib' "9'r +""( @UPS

=P# bekerja berdasar kepekaan tegangan. =P# akan menemukan

penyimpangan jalur voltase (linevoltage! misalnya, kenaikan tajam, kerendahan,

gelombang dan juga penyimpangan yang disebabkan oleh pemakaian dengan

alat pembangkit tenaga listrik yang murah. "arena gagal, =P# akan berpindah ke


16/22

operasi on'battery atau baterai hidup sebagai reaksi kepada penyimpangan

untuk melindungi bebannya ( load !. 3ika kualitas listrik kurang, =P# mungkin

akan sering berubah ke operasi on'battery. "alau beban bisa berungsi dengan

baik dalam kondisi tersebut, kapsitas dan umur baterai dapat bertahan lama

melalui penurunan kepekaan =P#.

7.4 INVERTERS% PENGU&AH TEGANGAN DC KE TEGANGAN AC

7nverter adalah sirkuit khusus dirancang untuk mengubah tegangan $C

menjadi tegangan %C. #eperti yang kita ketahui, sistem seperti motor driver

variabel rekuensi dan uninterruptible power supplies (=P#! mengkonversi listrik

%C ke $C kembali ke %C. 7ni mungkin terdengar agak aneh, karean menyuplaitegangan %C sedangan tegangan asli dari rangkaian adalah tegangan %C, tetapi

dalam kasus penggerak motor variabel rekuensi, rekuensi tegangan suplai akan

menjadi 9* atau )* + dan output tegangan %C yang dibutuhkan kemungkinan

harus rekuensi antara - dan -* +. $alam kasus =P#, tegangan listrik %C perlu

diubah ke tegangan $C sehingga dapat disimpan dalam baterai untuk digunakan

kemudian. "arena tegangan diubah menjadi $C dan disimpan dalam baterai,

harus diubah kembali ke %C untuk digunakan. Pada =P#, rekuensi output akan

menjadi konstan pada )* +.

7.4.1 I?'r0'r *a+'-Ta

7nverter yang cukup sederhana untuk memahaminya adalah inverter satu

ase, yang membutuhkan tegangan input $C dan diubah ke tegangan %C satu

asa. "omponen utama dari inverter dapat berupa empat silikon controlled

rectiiers (#CR! atau transistor.


17/22

Gambar 7-12 Ra/aia i?'r0'r !'a 'm"a0 SCR+

$iagram pada gambar 2'-5 menunjukkan empat #CRs digunakan di sirkuit

inverter. $alam rangkaian ini #CR- dan #CR6 ditempatkan ke konduksi pada saat

yang sama untuk menghasilakan bagian positi dari gelombang %C dan #CR dan

#CR5 yang ditempatkan ke konduksi pada saat yang sama untuk menhasilkan

bagian negati dari gelombang %C. 1elombang output tegangan %C ditunjukkan

dalam gambar ini, dan kita dapat melihat bahwa gelombang itu adalah

gelombang %C persegi.

7.4.# I?'r0'r Tia-*a+a

7nverter tiga'ase yang jauh lebih eisien untuk aplikasi industri karena

dapat menghasilkan tegangan dan arus. Rangkaian dasar dan teori operasinya

mirip dengan inverter ase tunggal menggunakan transistor. 1ambar 2'-6menunjukkan diagram dari inverter tiga asa dengan tiga pasang transistor.


18/22

Gambar 7-14 Diaram !ari i?'r0'r 0ia a+a !'a 0ia "a+a

0ra+i+0r

#etiap pasang transistor beroperasi seperti pasangan dalam inverter satu

ase enam langkah. 7ni berarti bahwa setiap pasangan transistor yang terhubung

ke tegangan positi $C akan menghasilkan setengah siklus positi, dan transistor

yang terhubung ke tegangan negati $C akan menghasilkan setengah siklus

negati.

7.5 KONTROL DC-KE-DC @CONVERTERS DAN CHOPPERS

Pada awal -;2*'an dan -;4*'an, konversi tegangan $C ke tegangan $C

dengan nilai yang berbeda diperoleh dengan menggunakan rangkaian choopers.

Choopers awalnya dirancang khusus untuk mengkonversi tegangan $C tetap

menjadi tegangan primer $C yang digunakan untuk mengontrol kecepatan motor

$C. "arena tegangan $C tidak tersedia pada power supply indstri, maka

rangkaian ini bergantung pada rangkaian penyearah yang mengubah tegangan

%C ke $C. Pada bagian ini kita akan membahas bagian dimana tegangan $C

diberikan dari rangkaian penyearah. $alam hal ini, rangkaian akan

diklasiikasikan berdasarkan konverter $C'ke'$C.


19/22

#aat ini, konversi tegangan dari $C ke $C lebih banyak digunakan dalam

rangkaian listrik karena karena setiap bagian dari peralatan yang memiliki papan

ranakaian elektronik di dalamnya membutuhkan berbagai macam perlengkapan

tegangan $C. #etiap tegangan harus dipasok dari catu daya. 7ni berarti bahwa

komputer, PLC, dan semua peralatan elektronik lainnya perlu power supply $C.

#aat ini, rangkaian choopers telah dimodiikasi ke dalam teknologi power supply

baru dengan jenis terbaru dan rangkaian tersebut disebut konverter. #aat ini

rangkaian converter yang palong banyak ditemukan adalah switch'mode power

supplies (#BP#!.

7.5.1 P9'r S""( Li'ar

Power supply linear telah populer sejak awal elektronik vacuum'tube. Cara

operasinya sederhana, tetapi eisiensinya tidak bagus yaitu dalam kisaran 5*

chapter 7 power supply

Documents