Proposal Snubber

1. Tema Perbaikan Performa dan Proteksi Untuk Panel Praktikum Chopper Multifungsi

2. Pendahuluan 2.1. Latar Belakang Chopper merupakan jenis konverter dc-dc modus saklar (Dc-Dc Switch Mode Converter). Konverter ini berfungsi sebagai rangkaian yang mengkonversikan tegangan input DC menjadi tegangan keluaran yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Konverter dc-dc modus saklar memiliki beberapa jenis konverter yang biasa digunakan, seperti konverter penurun tegangan (Buck Converter), konverter peningkat tegangan (Boost Converter), konverter penurun dan peningkat (Buck-Boost Converter), Flyback Converter, dan Forward Converter. Panel praktikum chopper multifungsi yang telah dibuat, telah mencapai tuntutan fungsi tetapi tidak mencapai tuntutan performa. Hal ini ditandai dengan adanya ketegangan (stress) pada MOSFET akibat lonjakan tegangan (voltage spike) pada saat MOSFET turn-off dan lonjakan arus pada saat MOSFET turn-on. Kejadian ini adalah pengaruh induktansi liar dan pemulihan balik dioda. Gambar di bawah ini mengilustrasikan kejadian ini.

3

1

2

Gambar 1 Bentuk gelombang tegangan drain-source vds pada MOSFET yang mengalami lonjakan tegangan.

1

Gambar 2 Bentuk gelombang arus yang terpengaruh oleh pemulihan balik dioda

Selain itu, pada panel praktikum chopper multifungsi yang telah dibuat, tidak terdapat rangkaian proteksi terhadap arus dan tegangan berlebih. Hal ini meningkatkan resiko kerusakan pada komponen saklar elektronik ketika terjadi arus berlebih karena hubung singkat atau ketika terjadi tegangan berlebih. Untuk meningkatkan performa panel praktikum chopper multifungsi, perlu ditambahkan rangkaian snubber turn-off dan turn-on pada MOSFET, sehingga pengaruh induktansi liar dan pemulihan balik dioda dapat dihilangkan. Sedangkan untuk memberikan proteksi, maka digunakan rangkaian crowbar, baik terhadap arus berlebih atau teganagan berlebih.

2.2. Identifikasi Masalah Masalah yang mempengaruhi performa dari chopper multifungsi adalah: 1. Pemulihan Balik Dioda (Diode Reverse Recovery). 2. Induktansi Liar (Stray/leakage inductance). 3. Rentan terhadap tegangan dan arus yang berlebih.

2.3. Batasan Masalah Agar Tugas Akhir ini terfokus kepada permasalahan tertentu dan masalah tugas akhir ini tidak meluas, maka batasan masalah meliputi: 1. Perbaikan karakteristik pensaklaran MOSFET. 2. Stress pada diode diabaikan karena stress yang terjadi pada diode jauh di bawah voltage rating dari diode. 3. Proteksi terhadap MOSFET meliputi proteksi terhadap tegangan dan arus yang berlebih. 4. Tidak merubah mode arus dari chopper.

2

2.4. Rumusan masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam karya tulis ini adalah: 1. Analisa lonjakan tegangan dan lonjakan arus pada MOSFET. 2. Pembuatan rangkaian snubber turn-off dan rangkaian snubber turn-on, untuk memperbaiki performa. 3. Pembuatan rangkaian crowbar untuk proteksi terhadap arus dan tegangan berlebih pada driver MOSFET.

2.5. Tujuan Tujuan pembuatan karya tulis ini adalah dihasilkan suatu rangkaian snubber pada panel praktikum chopper multi fungsi dan peningkaan performa pada panel praktikum chopper multi fungsi.

3. Tinjauan Pustaka Tugas Akhir ini adalah kelanjutan dari Tugas Akhir yang berjudul “PENGEMBANGAN PROTOTIPE PANEL PRAKTIKUM CHOPPER MULTIFUNGSI” yang disusun oleh Raden Imam Mugni Subarkah pada tahun 2006. Tugas akhir ini menitikberatkan pada perbaikan performa chopper dan proteksi MOSFET dari tegangan dan arus yang berlebih. Untuk memperbaiki performa chopper, maka ditambahkan rangkaian snubber turn-on dan rangkaian snubber turn-off. Rangkaian snubber berfungsi untuk mengurangi stress pada saklar elektronik ketika proses pensaklaran, dengan cara:

1. Membatasi tegangan pada saklar elektronik ketika peralihan turn-off (turn-off transient) 2. Membatasi arus pada saklar elektronik ketika peralihan turn-on (turn-on transient) 3. Membatasi tingkat kenaikan arus (di/dt) pada saat turn-on 4. Membatasi tingkat kenaikan tegangan(dv/dt) ketika turn-off 5. Membentuk trayek pensaklaran (switching trajectory) ketika turn-on dan turn-off

Terdapat tiga tipe dasar rangkaian snubber untuk transistor:

1. Turn-off snubber 2. Turn-on snubber 3. Overvoltage snubber

3

Berikut ini adalah contoh dari converter penurun tegangan dengan stress akibat induktansi liar dan pemulihan balik diode(diode reverse recovery)

L1 + L2 +L3 = Lσ Lσ = Induktansi liar total Irr = Arus pemulihan balik

Gambar 3 Bentuk gelombang arus dan tegangan ketika turn-on dan turn-off.

a. Turn-off Snubber Untuk mengurangi tingkat kenaikan tegangan (dv/dt) ketika MOSFET turnoff, digunakan Turn-off Snubber dalam bentuk rangkaian RCD (Resistor Capacitor Diode). Dengan RCD Snubber diharapkan tegangan tetap 0 (untuk kasus Ideal) selama transisi arus menuju 0 (t0 – t3), sehingga Switching Loss dapat diminimalisir.

4

Gambar 4 Rangkaian Snubber RCD.

(a)

(b)

Gambar 5 Bentuk gelombang arus dan tegangan ketika turn-off:(a)Ketika Cs=Ccrit (b) Ketika Cs>Ccri

5

Gambar 6 Gambar Switching Trajectory.

b.Turn-on Snubber Snubber Turn-on digunakan untuk membatasi kenaikan arus pada MOSFET ketika MOSFET turn-on. Diharapkan arus tetap 0 selama transisi tegangan menuju 0 (t5-t6). Snubber Turn-on menggunakan rangkaian RLD (Resistor Induktor Diode).

Gambar 7 Rangkaian Snubber RLD.

6

(a)

(b)

Gambar 8 Bentuk gelombang arus dan tegangan ketika turn-on:(a)Ketika Ls kecil (b) Ketika Ls besar

c. Overvoltage Snubber Overvoltage Snubber digunakan untuk mengurangi lonjakan tegangan akibat induktansi liar.

Untuk memberikan proteksi pada MOSFET terhadap arus dan tegangan berlebih, digunakan rangkaian crowbar.

Gambar 9 Gambar rangkaian crowbar untuk perlindungan tegangan berlebih.

7

Gambar 10 Gambar rangkaian crowbar untuk perlindungan arus berlebih.

4. Nama dan Biodata Anggota Kelompok Nama

: Abdan Shidqi

TTL

: Bandung, 4 Mei 1988

NIM

: 205135026

Jurusan

: Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika

5. Nama dan Biodata Dosen Pembimbing Pembimbing I Nama

: Noval Lilansa, Dipl.Ing, MT

NIP/NRP

: 132 143 039

Jurusan

: Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika

Pembimbing II Nama

: Nur Wisma Nugraha, ST.

NIP/NRP

: 132 303 735

Jurusan

: Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika

6. Rencana Kerja Lihat lampiran.

8

7. Estimasi Biaya Mencari Data dan Referensi

Rp. 200.000

Biaya pembelian komponen dan PCB

Rp. 300.000

Biaya tak terduga

Rp. 200.000

Jumlah biaya

Rp.700.000

9

LAMPIRAN

Agenda Kegiatan Pencarian Tema dan Dosen Pembimbing Pembuatan Proposal dan Pengajuan tema Bimbingan Pencarian Data dan literatur Studi literatur Analisa Panel Chopper Penyusunan Karya Tulis (BAB I dan BAB II) Perancangan Rangkaian Snubber Pembuatan Rangkaian Snubber Pengujian Rangkaian Snubber Analisa dan Perbaikan Rangkaian Snubber Penyusunan Karya Tulis (BAB III, BAB IV, dan BAB V)

September Oktober November Desember Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: Minggu Ke: 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

10