Elektronika daya mempunyai beberapa komponen yang dibutuhkan

1. TUGAS KESATU
KOMPONEN-KOMPONEN ELEKTRONIKA DAYA
Nama : Irfan Dwi Setiadi
NM : 5301413042
Prodi : Pendidikan Teknik Elektro
Mata Kuliah : Elektronika Daya
Dosen : Dr. Ir. Subiyanto, MIEEE
PTE, TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2016

2. 1. Definisi Elektronika Daya
Elektronika Daya (Power Electronics) didefinisikan sebagai sebuah
aplikasi elektronika yang menitikberatkan pada pengaturan peralatan listrik
yang berdaya besar dengan cara melakukan pengubahan parameter-
parameter listrik (arus, tegangan, daya listrik). Aplikasi elektronika disini
dimaksudkan rangkaian yang menggunakan peralatan elektronika terutama
semikonduktor yang difungsikan sebagai saklar (switching) untuk melakukan
pengaturan dengan cara melakukan pengubahan tipe sumber dari AC – AC,
AC – DC, DC – DC dan DC – AC. Peralatan semikonduktor yang digunakan
adalah solid-state electronics untuk melakukan pengaturan yang lebih efesien
pada sistem yang mempunyai daya dan energy yang besar.
2. Komponen Elektronika Daya
a. Dioda
Gambar Dioda
Simbol Dioda
Dioda merupakan semikonduktor (komponen) elektronika daya
yang memilki dua terminal, yaitu: anoda dan katoda. Dalam rangkaian

3. elektronika daya, dioda difungsikan sebagai sakelar. Sebagai sakelar,
dioda akan konduksi (ON) jika potensial pada anode lebih positif
daripada potensial pada katoda, dan dioda akan memblok (OFF) jika
potensial pada anoda lebih negatif daripada potensial pada katoda.
Karakteristik Dioda sebagai berikut. Bagian kiri bawah dari grafik
pada Gambar dibawah merupakan kurva karakteristik dioda saat
mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapatdua kurva, yaitu untuk
dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuhmundur (reverse
saturation current) Is untuk dioda germanium adalahdalam orde mikro
amper dalam contoh ini adalah 1 A. Sedangkan untukdioda silikon Is
adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 nA.
Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip
tersebut dinaikan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan
patah (breakdown) dimana arus Is akan naik den gan tiba-tiba. Pada
saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas
dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk
mengeluarkan elektron valensi dari atom. Kemudian elektron ini juga
dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga arusnya
semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini
selalu dihindari karena dioda bisa rusak.

4. b. Thyristor
Gambar Thyristor
Thyristor adalah komponen semikonduktor untuk
pensaklaran yang berdasarkan pada strukturPNPN. Komponen ini
memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan off serta memiliki
umpan-balik regenerasi internal. Thyristor memiliki kemampuan untuk
mensaklar arus searah (DC) yaitu jenis SCR, maupun arus bolak-balik
(AC), jenis TRIAC.
- Silicon Controlled Rectifier (SCR)
SCR merupakan jenis thyristor yang terkenal dan paling tua,
komponen ini tersedia dalam rating arus antara 0,25 hingga ratusan
amper, serta rating tegangan hingga 5000 volt. Struktur dan simbol
dari SCR dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah :

5. Gambar struktur dan simbol dari SCR
Sedangkan jika didekati dengan struktur transistor, maka struktur
SCR dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah :
Gambar Struktur SCR jika didekati dengan struktur transistor.
Kondisi awal dari SCR adalah dalam kondisi OFF (A dan K tidak
tersambung). Salah satu cara untuk meng-ON kan
(menyambungkan antara A dan K) adalah dengan memberikan
tegangan picu terhadap G (gate). Sekali SCR tersambung maka
SCR akan terjaga dalam kondisi ON (dapat dilihat pada struktur
transistor Gambar 2). Untuk mematikan sambungan A-K, maka yang
perlu dilakukan adalah dengan memberikan tegangan balik pada A-
K-nya, atau dengan menghubungkan G ke K.

6. Gambar Karakteristik SCR.
- Triac
Triac dapat dianggap sebagai dua buah SCR dalam struktur
kristal tunggal, dengan demikian maka Triac dapat digunakan untuk
melakukan pensaklaran dalam dua arah (arus bolak balik, AC).
Simbol dan struktur Triac adalah seperti ditunjukan dalam gambar
dibawah :
Gambar simbol dan struktur Triac.
Karena secara prinsip adalah ekivalen dengan dua buah SCR
yang disusun secara paralel dengan salah SCR dibalik maka Triac
memiliki sifat-sifat yang mirip dengan SCR. Gambar dibawah adalah
gambar karakteristik volt-amper dan skema aplikasi dari Triac.

7. Gambar Karakteristik Triac
Jika TRIAC sedang OFF, arus tidak dapat mengalir diantara
terminal-terminal utamanya (saklar terbuka). Jika TRIAC sedang
ON, maka dengan tahanan yang rendah arus mengalir dari satu
terminal ke terminal lainnya dengan arah aliran tergantung dari
polaritas tegangan yang digunakan (saklar tetutup). Arus rata-rata
yang dialirkan pada beban dapat bervariasi oleh adanya perubahan
harga waktu setiap perioda ketika TRIAC tersebut ON. Jika porsi
waktu yang kecil saat kondisi ON, maka arus rata-ratanya akan
tinggi.
Kondisi suatu TRIAC pada setiap perioda tidak dibatasi hingga
180o, dengan pengaturan picu dia dapat menghantarkan hingga 360o
penuh. Tegangan gate untuk pemicu buasanya diberi notasi VGT ,
dan arus gate pemicu dinotasikan dengan IGT.
Gambar Rangkaian picu TRIAC

8. Selama setengah perioda negative, muatan negative akan
berada pada plat bagian atas kapasitor dan jika tegangan yang
berada pada kapasitor telah mencukupi, maka TRIAC akan ON.
Kecepatan pengisian kapasitor diatur oleh hambatan R2, dimana
jika R2 bernilai besar, maka pengisisannya akan lambat sehingga
terjadi penundaan penyalaan yang panjang dan arus rata-ratanya
kecil. Jika R2 bernilai kecil, maka pengisian kapasitor akan cepat
dan arus bebannya tinggi.
Gambar DIAC sebagai pengendali TRIAC
Rangkaian tersebut menggunakan DIAC sebagai pengen dali
picu. Prinsip kerjanya, jika tegangan input berada pada setengah
periode positif, maka kapasitor akan terisi muatan melebihi beban
dan hambatan R. jika tegangan kapasitor mencapai tegangan
breakover DIAC, maka kapasitor mulai mengosongkan muatan
melalui DIAC ke gerbang (gate) TRIAC. Pulsa trigger TRIAC akan
menghantarkan TRIAC pada setengah perioda tadi dan untuk
setengah perioda berikutnya (negative) prinsipnya sama. Sekali
TRIAC dihidupkan, maka dia akan menghantarkan sepanjang arus
yang mengalir melaluinya tetap dipertahankan. TRIAC tidak dapat
dimatikan oleh arus balik layaknya suatu SCR. TRIAC dapat
dimatikan dan kembali pada kondisi menghambat, ketika arus beban
AC yang melewatinya berharga nol (0), sebelum setengah perioda
lainnya digunakan. Faktor ini akan membatasi frekuensi respon yang
dimiliki oleh TRIAC tersebut.
Bagi beban-beban resitif, waktu yang tersedia guna mematikan
suatu TRIAC akan lebih panjang dari titik ketika arus bebannya jatuh
hingga waktu dimana tegangan balik mencapai nilai yang dapat
menghasilkan arus latching yang dibutuhkan.

9. Sedangkan bagi beban-beban induktif komutasinya akan lebih
rumit lagi, dimana jika arus beban jatuh dan TRIAC berhenti
menghantar, maka tegangan masih ada pada piranti tersebut. Jika
tegangannya muncul terlalu cepat, maka akibat yang dihasilkan oleh
persambungan kapasitansi adalah tetap menghantarnya TRIAC
tersebut. Untuk itu maka sering digunakan rangkaian pengaman
yang dapat mengubah nilai perubahan (Range of Change) tegangan
TRIAC.
c. Transistor
Simbol Transistor
Gambar Transistor
Transistor merupakan komponen aktif dan dibuat dari bahan semi
konduktor, yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya
didalam bahan Transistor merupakan pengembangan dari Tabung
Hampa (Vacuum Tube). Fungsi utama dari sebuah transistor adalah

10. penguat sinyal dan sebagai saklar elektronik, mixer (pencampur) yaitu
pencampur sinyal yang ditangkap oleh penala dan frekuensi yang
dihasilkan oleh oscillator, yang terdapat pada televisi dan radio fm.
Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter,
daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu
NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter
dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah
transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu
dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda
kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor, Bagian emitter-
basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis
dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap
tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari
potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan
dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara
cepat.
Karakteristik Kolektor Transistor
Gambar Kurva Karakteristik Kolektor Transistor
Kurva karakteristik kolektor merelasikan IC dan VCE dengan
IB sebagai parameter. Parameter-parameter transistor tidaklah konstan,
meskipun tipe sama namun parameter dapat berbeda. Kurva kolektor

11. terbagi menjadi tiga daerah yaitu jenuh, aktif dan cut- off. Daerah jenuh
(saturasi) adalah daerah dengan VCE kurang dari tegangan lutut (knee)
VK.
Daerah jenuh terjadi bila sambungan emiter dan sambungan
basis berprasikap maju. Pada daerah jenuh arus kolektor tidak
bergantung pada nilai IB. Tegangan jenuh kolektor – emiter, VCE(sat) untuk
transistor silikon adalah 0,2 volt sedangkan untuk transistor germanium
adalah 0,1 volt.
Daerah aktif adalah antara tegangan lutut VK dan tegangan dadal
(break down) VBR serta di atas IBICO. Daerah aktif terjadi bila sambungan
emiter diberi prasikap maju dan sambungan kolektor diberi prasikap
balik. Pada daerah aktif arus kolektor sebanding dengan arus balik.
Penguatan sinyal masukan menjadi sinyal keluaran terjadi pada saat
aktif.
Daerah cut-off (putus) terletak dibawah IB = ICO. Sambungan
emiter dan sambungan kolektor berprasikap balik. Pada daerah ini IE =
0 ; IC = ICO = IB
d. GTO (Gate Turn Off) Thyristor
Gambar dan simbol GTO Thyristor
GTO merupakan anggota keluaran thyristor yang dapat di-on kan
dengan menerapkan signal gerbang yang positif da dapat dipadamkan
dengan pemberian signal gerbang yang negatif. GTO adalah perangkat
pembawa minoritas yg mengontrol arus (yaitu bipolar). GTO berbeda
dari thyristor konvensional, GTO dirancang untuk mematikan ketika arus

12. negatif megalir melewati gate (sehingga menyebabkan pembalikan arus
gate.
Secara relatif saat arus gate tinggi maka perlu untuk mematikan
perangkat dengan penguatan pada kisaran 4-5 Selama konduksi, pada
sisi lain, kerja perangkat seperti halnya sebuah thyristor dengan kondisi
ON yg sangat rendah serta drop tegangan stabil.
Seperti halnya thyristor, GTO juga terdiri dari empat lapisan p-n-
p-n dan tiga junction. Dalam rangka untuk mendapatkan efisiensi tinggi
emitor pada ujung katoda, lapisan katoda n+ dibuat dengan doped.
Akibatnya, fungsi tegangan breakdown terhadap J3 (junction ketiga)
rendah (biasanya 20-40V). Untuk menjaga efisiensi emitor tetap baik
pada tingkat doping ini , maka Lapisan harus rendah. Di sisi lain, dari
sudut pandang yang baik maka properties harus dimatikan. Secara
resistif lapisan ini harus serendah mungkin unyuk memenuhi tingkat
doping pada wilayah ini agar menjadi tinggi.
Oleh karena itu, tingkat doping lapisan ini sangat diperhitungkan.
Selain itu, dalam rangka mengoptimalkan kapasitas arus yg diputus,
junction gate katoda harus diubah menjadi lebih tinggi. 3000 Amp GTO
dapat terdiri dari hingga 3000 segmen katoda individu yang diakses
melalui kontak utama.
(a) Arus yg terpicu dari GTO jauh lebih tinggi daripada thyristor
dgn rating serupa. Arus bocor juga jauh lebih tinggi. Perlu
dicatat bahwa GTO dapat menghalangi tegangan forward
hanya saat gate membias negatif terhadap katoda.

13. (b) Zona antara kurva min dan max mencerminkan variasi
parameter antara masing-masing GTO. Karakteristik ini
berlaku untuk DC dan arus gate AC berfrekuensi rendah.
Pulsa ON dan OFF untuk GTO yang dikomunikasikan ke unit
masing-masing gate melalui kabel serat optik. Sinyal-sinyal optik
dikonversikan ke sinyal listrik oleh konverter sinyal optik-listrik. Sinyal-
sinyal listrik melalui kontrol logika kemudian menghasilkan keluaran
sinyal ON dan OFF yang berupa arus gate positif dan negatif yg mengalir
ke GTO.
Logika kontrol juga dapat mengawasi konduksi GTO dengan cara
memantau tegangan gate-katoda. Setiap kesalahan dikirim kembali
melalui kabel serat optik ke kontrol utama. Suplai daya untuk unit drive
gate berasal dari catu daya utama melalui frekuensi tinggi pengaturan
SMPS (Blok A, B & C).
Blok diagram, Rangkaian diagram keluaran

14. e. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT atau Transistor dwikutub gerbang-terisolasi adalah piranti
semikonduktor merupakan gabungan antara BJT dan MOSFET. Biasa
berfungsi sebagai komponen saklar untuk sebuah aplikasi daya. IGBT
merupakan komponen utama yang aplikasinya ada pada AC drive,
seperti Inverter, VSD, servo drive, vector drive, stepper drive, bahkan
sebagian besar power supply switching menggunakan komponen ini.
IGBT memiliki kesamaan dengan Transistor bipolar,
perbedaannya pada Transistor bipolar arus basis IB yang diatur.
Sedangkan pada IGBT yang diatur adalah tegangan gate ke emitor
UGE. Dari gambar karakteristik IGBT, pada tegangan UCE = 20 V dan
tegangan gate diatur dari minimum 8 V, 9 V dan maksimal 16 V, arus
Collector IC dari 2 A sampai 24 A.

15. f. MOSFET
Simbol Mosfet
Gambar Mosfet
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
adalah salah satu jenis transistor efek medan merupakan salah satu
jenis transistor yang memiliki impedansi masukan (gate) sangat tinggi.
Poin penting dalam prinsip pengoperasian MOSFET adalah alat
pengontrol tegangan mayoritas. Sesuai namanya, perpindahan
pembawa mayoritas dalam MOSFET yang dikontrol adalah tegangan
dengan menggunakan kontrol eletroda.

16. Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs)
secara maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan
maksimum dan membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi saturasi ini
MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON).
Pada daerah Cut-Off MOSFET tidak mendapatkan tegangan
input (Vin = 0V) sehingga tidak ada arus drain Id yang mengalir. Kondisi
ini akan membuat tegangan Vds = Vdd. Dengan beberapa kondisi diatas
maka pada daerah cut-off ini MOSFET dikatakan OFF (Full-Off). Kondisi
cut-off ini dapat diperoleh dengan menghubungkan jalur input (gate) ke
ground, sehingga tidaka ada tegangan input yang masuk ke rangkaian
saklar MOSFET
MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off (OFF).
Membuat tegangan Vds = 0 v. Pada kondisi saturasi ini MOSFET dapat
dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON). Membuat
tegangan Vds = Vdd. Dengan kondisi diatas maka pada daerah cut-off
ini MOSFET dikatakan OFF (Full-Off).

17. DAFTAR PUSTAKA
http://www.artikel.abajadun.com/2012/08/igbt-insulated-gate-bipolar-transistor.html
https://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/karakteristik-transistor/
http://www.learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_20.php
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Materi%20Elektronika%20Daya%20(Kompone
n%20Elektronika%20Daya%202).pdf
https://henryranu.files.wordpress.com/2007/12/karakteristik-transistor.pdf
http://www.slideshare.net/recouner/modul-5-111910201039rohmat-khoirul-sidiq
http://www.slideshare.net/Yazid-kho-anwar/ppt-modul-6
http://www.slideshare.net/jajakustija/igbt-38236758