DC Chopper (Konverter DC-DC)

  Tegangan searah (DC) pada sistem tenaga listrik saat ini sangat dibutuhkan. Hal ini dapat kita ditemui pada berbagai macam peralatan rumah tangga disekitar kita. Salah satu aplikasi yang berhubungan dengan tegangan searah (DC) tersebut adalah konverter DC-DC.

  Konverter DC-DC merupakan salah satu jenis rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk mengkonversi tegangan masukan searah konstan menjadi tegangan keluaran searah yang dapat divariasikan berdasarkan perubahan duty cycle rangkaian kontrolnya. Sumber tegangan dc dari konverter DC-DC dapat diperoleh dari baterai, atau dengan menyearahkan sumber tegangan ac yang kemudian dihaluskan dengan filter kapasitor untuk mengurangi riak (ripple).

Secara garis besar, konverter DC-DC dibagi menjadi 2 macam, yaitu:

1. Tipe linier
2. Tipe peralihan (switching)

Berikut adalah diagram blok dari konverter DC-DC :

Blok Diagram Konverter DC-DC

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO.

Berikut adalah blok diagram dari DC Chopper beserta sumber masukannya :

Diagram Blok DC Chopper Beserta Sumber Masukan

Berdasarkan pada arah aliran arus dan tegangan. DC Chopper diklasifikasikan menjadi 5 kelas, yaitu:

• DC Chopper kelas A

   Tegangan beban dan arus beban keduanya positif seperti terlihat pada gambar dibawah ini yang merupakan dc chopper satu kuadran dan dapat dikatakan beroperasi seperti penyearah. 

Kuadran DC Chopper Kelas A

Berikut adalah gambar DC Chopper kelas A dibawah ini.

Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas A

Prinsip Kerja DC Chopper Kelas A

Cara kerja DC Chopper Kelas A dapat dibagi menjadi dua mode. Selama mode 1, saklar akan 'on' dan dioda freewheeling akan 'off'. Arus mengalir dari sumber ke beban lalu ke sumber lagi. Selama mode 2, saklar akan 'off' dan dioda freewheeling akan 'on'. Energi yang tersimpan dalam induktor selama mode 1 adalah berupa arus. Arus induktor tersebut mengalir melewati dioda freewheeling kemudian kembali lagi ke induktor. Rangkaian ekivalen untuk mode-mode ini ditunjukkan pada gambar (b) sedangkan bentuk gelombang arus beban dan tegangan keluaran ditunjukkan pada gambar (c).

• DC Chopper kelas B

   Aliran arus beban keluar pada beban. Tegangan beban positif tetapi arus beban negatif, seperti  gambar dibawah. Kelas ini juga merupakan DC Chopper satu kuadran, tetapi operasinya pada kuadran dua dan beroperasi seperti inverter. 

Kuadran DC Chopper Kelas B

Berikut adalah gambar rangkaian DC Chopper kelas B

Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas B

DC Chopper kelas B dapat dilihat pada gambar (a) dimana baterai (E) adalah bagian pada beban dan mungkin emf  balik pada motor DC.

Prinsip Kerja DC Chopper Kelas B

Ketika saklar (S1) on, maka dioda (D1) akan off. Tegangan (E) mengalirkan arus melalui induktor (L) dan tegangan beban (VL) menjadi nol. Ketika saklar (S1) off, dioda (D1) akan on. Sejumlah energi yang disimpan dalam induktor dikembalikan ke sumber melalui dioda dan arus menurun.

• DC Chopper kelas C

Arus beban dapat positif atau negatif sedangkan tegangan beban selalu positif seperti pada gambar dibawah ini. Hal ini disebut chopper dua kuadran. DC Chopper kelas A dan B dapat dikombinasikan untuk membentuk DC Chopper kelas C.

Kuadran DC Chopper Kelas C

Berikut adalah rangkaian DC Chopper kelas C :

Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas C

Prinsip Kerja DC Chopper Kelas C

S1 dan D2 beroperasi seperti DC Chopper kelas A. Sedangkan S2 dan D1 beroperasi seperti DC Chopper kelas B. Tetapi harus dijaga untuk memastikan dua saklar tidak bekerja secara bersamaan, bila hal itu terjadi sumber (Vs) mengalami hubung singkat. DC Chopper kelas C dapat beroperasi sebagai penyearah (rectifier) maupun pembalik (inverter).

Besarnya tegangan keluaran rata-rata (VL) untuk DC Chopper kelas C adalah

• DC Chopper kelas D

Arus beban selalu positif. Tegangan beban dapat positif atau negatif, seperti pada gambar dibawah ini. 

Kuadran DC Chopper Kelas D

Dc chopper kelas D dapat juga beroperasi sebagai penyearah atau pembalik, yang ditunjukkan pada gambar rangkaian berikut

Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas D

Prinsip Kerja DC Chopper Kelas D

Ketika saklar (S1 dan S4) on maka arus mengalir melalui beban, vL dan iL menjadi positif dan saat saklar (S1 dan S4) off maka arus beban iL akan akan terus mengalir untuk beban induktif yang tinggi melalui dioda (D2 dan D3) dengan arah tetap tetapi tegangan keluaran (VL) berbalik arah.

Besarnya tegangan keluaran rata-rata (VL) untuk DC Chopper kelas D adalah

• DC Chopper kelas E 

Arus beban dan tegangan beban dapat positif atau negatif seperti pada gambar dibawah ini. Hal ini dikenal dengan DC Chopper empat kuadran. 

Kuadran DC Chopper Kelas E

Dua DC Chopper kelas C dapat dikombinasikan untuk membentuk Chopper kelas E, polaritas tegangan dan arus beban ditunjukkan pada gambar (b). Peralatan yang beroperasi pada macam-macam kuadran ditunjukkan pada gambar (c). Untuk operasi pada kuadran keempat, arah baterai (E) harus dibalik.

Gambar rangkaian DC Chopper Kelas E

Prinsip Kerja DC Chopper Kelas E

Prinsip kerja dari DC Chopper kelas E dapat dilihat pada gambar C diatas.

Besarnya tegangan keluaran rata-rata(VL) untuk DC Chopper kelas E adalah

Kelebihannya dari DC Chopper adalah terutama pada pengubah daya secara jauh lebih efisien dan pemakaian komponen yang ukurannya lebih kecil. Namun, penggunaan switching pada DC Chopper ini menimbulkan adanya harmonisa pada sisi sumber maupun pada sisi keluarannya.

Video Youtube Terkait :

Four Quadrant DC to DC Converter

Sumber Gambar :  pantechsolutions.net