ELDA II

Baterai

Links:

• https://batteryuniversity.com/

• https://www.panasonic.com/global/consumer/battery/academy/knowledge.html

• https://www.batterystuff.com/kb/articles/battery-articles/battery-basics.html

• https://arena.gov.au/renewable-energy/battery-storage/

• https://www.youtube.com/playlist?list=PLY1rn9AjOKu3wUuDJ3QKevfJJVuS9UvvW

• https://www.youtube.com/playlist?list=PLY1rn9AjOKu1VCMsj2Ezq6I6Xt0uDyYMf

Materi tentang sel dan baterai mengawali pelajaran tentang sistem daya DC. Ini penting setidaknya untuk dua hal:

1. Sel/baterai adalah salah satu penyimpan energi listrik yang paling banyak dipergunakan. Dalam bahasan informal, baterai adalah sumber energi.

2. Sel/baterai dipakai sebagai acuan pembanding untuk catu daya DC yang akan dipelajari berikutnya. Terutama berkaitan dengan stabilitas dan noise.

Pengantar Catu Daya

Di materi kuliah sebelumnya, telah disampaikan mengenai teknologi baterai. Selain karena memang banyak dipergunakan, juga karena dipergunakan sebagai pembanding unjuk kerja dari catu daya (AC-DC Converter dan DC-DC Converter.

Jika sumber energi listrik diperoleh dari sistem jala-jala AC, maka diperlukan sistem penyearah (rectifier) untuk mendapatkan dasar sistem DC. Setelah tapis sederhana dengan kapasitor (beberapa dengan kombinasi kapasitor-induktor), sering masih dipergunakan pengatur tingkat tegangan keluaran.

Catu daya DC-ke-DC yang dipergunakan untuk mengatur level tegangan umumnya dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa faktor. Salah satu faktor yang paling umum adalah berdasarkan cara pengendalian aliran arus listrik. Berdasarkan hal ini catu daya dapat dikelompokkan ke dalam dua kelompok besar yaitu catu daya linier dan catu daya tersakelar.

Kedua kelompok jenis catu daya ini memiliki ciri/karakteristiknya masing-masing, termasuk keunggulan dan kekurangan. Untuk banyak keperluan praktis sudah cukup banyak sistem alat/modul catu daya komersial yang siap pakai yang bisa dibeli. Maka pertanyaan yang penting adalah kapan catu daya linier lebih dipilih untuk dipergunakan daripada catu daya tersakelar? Begitu pula berlaku sebaliknya, kapan tipe catu daya tersakelar lebih baik untuk dipergunakan daripada catu daya linier?

Dari sudut pandang kestabilan tegangan keluaran (catu) maka tipe catu daya yang baik adalah yang semakin mendekati sel baterai. Ini berarti bahwa tegangan keluaran catu daya itu tidak berubah (atau secara praktis tidak banyak berubah). Sama seperti baterai, tegangan yang dihasilkan catu daya diharapkan tidak banyak mengandung noise. Kekurangan sel baterai adalah karena keterbatasan kemampuan menyimpan energi listrik. Sehingga sekalipun level tegangannya stabil saat cadangan energinya cukup, tetapi seiring penggunaan maka semakin lama tingkat tegangannya akan semakin turun. Hal inilah yang coba diatasi dengan mempergunakan catu daya DC yang bersumber dari sistem AC ataupun sumber lain yang berkesinambungan untuk jangka waktu yang lama.

Salah satu contoh mengapa kestabilan level tegangan catu daya DC diperlukan adalah karena ADC di mikrokontroler memerlukan tingkat tegangan acuan yang stabil. Jika tingkat tegangan acuan berubah-ubah maka hasil pembacaan ADC (konversi) akan tidak akurat dan bahkan menjadi kacau.

Catu daya linier 1

Dalam kondisi normal, kestabilan tegangan pada sel dan/atau baterai adalah contoh dan tolok ukur bagi sumber tegangan DC lainnya. Bukan berarti sel baterai tanpa noise sama sekali, hanya saja nilainya secara umum sangat kecil sehingga dalam kondisi normal dapat secara praktis diabaikan.

Sekalipun stabil, kondisi tegangan sel baterai akan dapat diduga pasti mengalami penurunan. Bisa dalam jangka waktu detik, menit, jam dan seterusnya. Hal ini terjadi karena cadangan energi dalam sel baterai yang terbatas yang akan berkurang jika tidak diisi kembali. Karena alasan inilah catu daya DC diperlukan, baik catu daya linier maupun catu daya tersakelar.

Untuk setiap pilihan engineering, terdapat tradeoff/trade-off. Catu daya tersakelar akan berpotensi menghasilkan noise yang lebih besar daripada catu daya linier yang sepadan. Karena itu catu daya tersakelar memerlukan satu bentuk atau lainnya dari tapis/filter.

Sedangkan catu daya linier akan menghasilkan panas yang lebih besar dari catu daya tersakelar di rating daya yang sama. Demikian pula ukuran dan bobot fisiknya akan lebih besar dari catu daya tersakelar. Keunggulan noise rendah dan rangkaian yang sederhana membuat catu daya tipe ini masih banyak dipergunakan terutama untuk sistem berdaya rendah.

Di banyak sistem rangkaian elektronik, catu daya linier (termasuk variasinya) masih dipergunakan untuk meregulasi tegangan ke sistem pengendali utama seperti mikroprosesor.

Di file "3rd_wk_II_PE v002.pdf" yang telah dibagikan untuk kuliah terdapat beberapa keterangan yang bisa menjadi dasar untuk mengenal lebih jauh mengenai catu daya linier sederhana dan ukuran unjuk kerjanya.

Gambar 1.

Sebagaimana dapat dilihat di Gambar 1, pada intinya tegangan DC tidak hanya berupa tegangan DC ideal yang tidak memiliki variasi nilai tegangan. Dengan kata lain pada tegangan DC ideal nilainya konstan. Sementara, pada kenyataannya terdapat tegangan DC yang nilainya berubah-ubah, kadang disebut sebagai pulsating DC.

Unsur AC di gelombag DC dengan unsur periodik dapat lebih mudah dilihat jika menerapkan tapis/filter.

Istilah line regulation dan load regulation dapat dijumpai di beberapa keterangan mengenai catu daya. Maka perlu diperhatikan mengenai maksud istilah-istilah tersebut.

Untuk tahap berikutnya, silakan mengacu bahan/materi pada Google Classroom sebagai dasar.

BJT sebagai sakelar elektronik

Topik: BJT sebagai sakelar elektronik.

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu sub-rumpun dari keluarga komponen transistor. MOSFET adalah contoh tipe komponen transistor lain dari sub-rumpun keluarga transistor. Saat ini ditulis, MOSFET jauh lebih populer dipergunakan di dalam IC (seperti mikroprosesor) daripada BJT. Secara umum teknologi MOSFET silikon mampu bekerja untuk keperluan dengan rentang frekuensi yang lebih tinggi daripada BJT. Meskipun, untuk komponen yang sepadan komponen BJT dapat lebih cepat daripada komponen MOSFET karena efek kapasitansi di kaki-kaki MOSFET lebih besar daripada BJT.

[ Klik gambar untuk memperbesar tampilan. Sumber gambar : https://unitedsic.com/rediscovering-the-perfect-switch-with-sic-fets/]

BJT dapat dipergunakan sebagai sakelar elektronik untuk pengendalian suplai arus DC ke peralatan elektronika. Untuk arus dan tegangan yang relatif bernilai kecil (daya kecil) penggunaan BJT sering lebih efektif dan efisien daripada menggunakan MOSFET. Secara umum teknologi BJT lebih murah dan di banyak tempat masih lebih mudah didapatkan daripada MOSFET. Untuk pengaturan dengan mikrokontroler (dengan tegangan 5 V atau 3 V) penggunaan BJT untuk interfacing masih lebih mudah daripada MOSFET. Karena untuk penyakelaran yang efisien (atau bahkan efektif), diperlukan MOSFET dengan level tegangan yang sesuai. Pilihan lain adalah dengan mempergunakan komponen lain untuk interfacing antara mikrokontroler dengan MOSFET (yaitu berada antara mikrokontroler dan MOSFET).

Untuk di dalam catu daya tersakelar, umumnya yang dipergunakan adalah teknologi sakelar MOSFET, bukan BJT. Namun sebagaimana yang disampaikan di paragraf sebelumnya, BJT masih sangat banyak dimanfaatkan untuk keperluan penyakelaran beban DC. Perlu diingat kembali esensi ilmu elektronika daya antara lain adalah pengaturan tegangan, arus (dan beberapa juga termasuk frekuensi) dari sumber ke beban. Sehingga mencakup lebih luas daripada hanya catu daya dengan konversi AC ke DC semata.

Beberapa bahan kuliah telah tersedia untuk dibaca dan disimak untuk dipelajari mengenai BJT ini. Untuk kuliah sebagai awalan bisa dibaca di buku APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK yang disusun oleh Muhamad Ali. Bisa dimulai dari halaman 18 sampai 22, halaman 59.

Kemudian dilanjutkan dengan membaca tulisan di LAPORAN TUGAS AKHIR zeka v1.7.pdf. Kecuali mengenai format penulisan yang perlu mengacu pada pengaturan terbatu dari tim TA, karya ini bisa menjadi salah satu pembanding untuk mengerjakan TA dan Skripsi. Lihatlah di Google Classroom untuk tautan ke file ini.

Dengan dasar-dasar tadi, silakan melanjutkan dengan mempelajari "5th_wk_II_PE v003.pdf". Perhatikan kata-kata kunci (keywords) yang terdapat di file tersebut. Praktikkan prinsip belajar 5W1H, manfaatkan juga Internet dengan baik. Karena setelah lulus kuliah, saat bekerja, ada cukup banyak permasalahan science/engineering/technology yang bersifat global yang solusinya bisa ditemukan di Internet. Sebagian perlu modifikasi, sebagian lainnya malah bisa langsung diterapkan. Kemampuan dan keterampilan untuk mencari dan membandingkan informasi yang bersifat publik, perlu terus dilatih. Terutama saat masih menjadi mahasiswa.

*Jika setelah membaca dengan baik dan mengikuti langkah-langkah belajar masih ada yang perlu ditanyakan, silakan melalui Telegram.

MOSFET & IGBT sebagai sakelar elektronik

Dalam internal IC digital umumnya MOSFET lebih lazim dipakai daripada BJT. Beberapa mikroprosesor memiliki jutaan MOSFET di dalamnya. Secara umum teknologi MOSFET silikon dikatakan lebih cepat daripada teknologi BJT. Meskipun untuk komponen yang setara, beberapa sumber menyatakan bahwa komponen BJT dapat lebih cepat daripada komponen MOSFET.

Sebagaimana BJT pada bahasan sebelumnya, komponen diskrit MOSFET pun bisa dan biasa dipakai sebagai sakelar elektronik. Secara 'tradisional' umumnya nilai tegangan pemicuan untuk MOSFET relatif jauh lebih tinggi daripada nilai pemicuan untuk kaki basis dari BJT. Agar sebagai sakelar, MOSFET dapat menutup penuh di taraf nilai tegangan pemicu gerbang (gate) yang lebih rendah/kecil, maka diproduksilah tipe mosfet yang sentuk tegangan logic level. Tetapi harganya masih lebih mahal dan belum tentu tersedia secara merata di banyak tempat penjualan komponen elektronika.

Meskipun begitu, MOSFET yang bahkan dalam bentuk komponen diskrit memiliki cukup banyak keunggulan yanberbeda dari BJT. Karena itu, sebagaimana banyak hal lain dalam bidang engineering, pemilihan komponen sakelar elektronik pun adalah suatu proses tradeoff (trade-off). Artinya kita memilih komponen berdasarkan keunggulan yang kita perlukan dan menghindari atau meminimalkan faktor kerugiannya.

Secara umum untuk keperluan sakelar diskrit, MOSFET lebih dipilih daripada BJT jika diperlukan penyakelaran yang rutin dalam waktu yang cepat dan kemampuan penangan daya yang relatif lebih besar, terutama untuk sistem DC-DC. MOSFET dapat bekerja tanpa arus pemicu yang besar secara konstan dari sumber (bila dibandingkan dengan BJT). Keberadaan kapasitor parasitik di terminal/kaki-kaki MOSFET dapat membantu menyimpan energi listrik sementara. Tetapi fakor adanya unsur parasitik ini juga yang kadang perlu diperhatikan dalam desain. Semakin kritis fungsi pemicuan, maka semakin perlu lebih detail proses desain.

[ Gambar 1.

Klik gambar untuk memperbesar tampilan. Sumber gambar : https://www.tutorialspoint.com/basic_electronics/basic_electronics_types_of_transistors.htm ]

Sebagaimana terlihat di Gambar 1, MOSFET sebenarnya adalah salah satu anggota keluarga FET, dan merupakan anggota dari keluarga besar transistor. Ini penting diketajui karena ada beberapa sumber yang merujuk kata transistor hanya untuk BJT. Tetapi juga ada banyak sumber yang mempergunakan kata transistor untuk satu rumpun keluarga komponen yang besar, seperti di Gambar 1. Maka cari tahu terlebih dahulu maksud perkataan 'transistor' di satu sumber bacaan/rujukan.

Untuk kuliah sebagai awalan bisa dibaca di buku APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK yang disusun oleh Muhamad Ali. Bisa disimak di bagian 2.4 Transistor Efek Medan (FET). Kemudian silakan membaca karya skripsi dari Novan Enardo Wijanarko. Di karya ini sudah bisa dibaca ketidakidealan komponen MOSFET dalam bentuk diskrit. Beberapa contoh tipe MOSFET yang bisa dipakai di Indonesia juga sudah disampaikan di karya ini.

Simulasi LTspice bisa (dan silakan) dilakukan untuk berlatih dan membandingkan antara dugaan dengan teori. Komponen fisik yang berfungsi normal biasanya tidak akan jauh berbeda dengan model komponennya di simulasi berbasis SPICE. Dengan pengecualian beberapa rentang operasi yang ekstrim.

Karena MOSFET umumnya adalah komponen yang dipakai untuk SMPS (catu daya tersakelar) maka beberapa ketidakidealan komponen yang merupakan pengetahuan umum, patut (setidaknya untuk) dibaca.

Mulailah dengan mengikuti panduan ringkasan operasi dasar MOSFET dalam artikel ini: https://sunupradana.info/pe/2016/03/19/simulasi-mosfet-sebagai-sakelar/. Bisa dibandingkan bagaimana perbedaan antara operasi model MOSFET dan operasi untuk model sakelar ideal. Bisa diperhatikan pula kesamaannya.

Berikutnya, bisa memperhatikan bagaimana penjelasan mengenai adanya untuk parasitik di komponen MOSFET. Bacalah artikel berikut ini.

Selanjutnya simak alternatif cara uji coba penggunaan MOSFET sebagai sebuah sakelar elektronik. Perhatikan ini adalah penggunaan metode Manhattan untuk rangkaian elektronik, biasanya cara ini dipakai untuk rangkaian frekuensi tinggi (RF).

IGBT

IGBT (https://www.google.com/search?q=%22IGBT%22) merupakan konsekuensi logis dari upaya perbaikan/peningkatan dari unjuk kerja BJT dan MOSFET. Dalam dunia engineering hal semacam ini lazim dilakukan. Yaitu jika ada suatu permasalahan/tantangan, maka akan diupayakan solusinya secara sistematis berdasarkan sains dan teknologi. Bahkan jika belum terdapat pengetahuan dari sains dan belum terdapat teknologi yang bisa dipakai untuk mengupayakan solusi, maka terlebih dahulu diupayakan memajukan pengetahuan sains dan teknologi yang relevan.

Teknologi BJT memiliki sejumlah keunggulan dan juga kekurangan, begitu pula dengan teknologi MOSFET. Keberadaan teknologi IGBT adalah salah satu contoh bagimana secara 'sederhana' konsep memadukan sejumlah teknologi untuk mencoba menyesaikan masalah.

Teknologi MOSFET pada saat itu dikenal memiliki kemampuan kecepatan penyakelaran yang lebih tinggi daripada teknologi BJT. MOSFET juga tidak secara konstan memerlukan arus yang besar untuk penyakeralaran rutin. Secara umum MOSFET secara sederhana dikenal sebagai komponen sakelar yang berbasis tegangan (di terminal/pin/kaki gate), sedangkan BJT berbasis arus (di basis). Tetapi BJT mampu melakukan penyakelaran dengan tegangan pemicu yang rendah dan pula mampu menangani arus saturasi ke beban dengan biaya teknologi yang lebih murah. Upaya untuk mendapatkan kombinasi keunggulan keduanya (BJT & MOSFET silikon) menghasilkan teknologi IGBT.

Saat ini IGBT masih dioptimalkan untuk dipergunakan hanya di sistem yang memerlukan pengendalian arus (dan daya besar) dengan kecepatan penyakelaran yang tinggi. Sementara di luar itu, umumnya masih diupayakan untuk memanfaatkan teknologi yang lebih murah dan mudah didapatkan seperti BJT dan MOSFET.

Awalan penjelasan IGBT bisa dibaca di buku APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK yang disusun oleh Muhamad Ali. Bisa disimak di bagian 2.9 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) dan 4.3.2. Rangkaian Pemicu IGBT.

Selanjutnya, silakan membaca karya Tugas Akhir dari Muhyi Bayu Krisno. Untuk contoh simulasi penyakelaran bisa dilihat dan dibaca di https://sunupradana.info/pe/2016/03/22/simulasi-igbt-sebagai-sakelar/.

Untuk file Skripsi dan TA yang dimasksud sudah disediakan di Google Classroom.

Pengantar

Bagian berikut adalah bagian pembahasan topik, "Pengendalian BJT, MOSFET dan IGBT sebagai sakelar". Berbeda dari topik-topik sebelumnya, bagian ini disampaikan dalam beberapa tab. Silakan tab dibuka satu-per-satu, dari bagian kiri ke arah kanan.

Dasar

Pembahasan di topik ini dilakukan setelah diasumsikan mahasiswa telah mempelajari kembali tentang cara kerja, dasar operasi dari komponen sakelar elektronik di topik-topik sebelumnya. Yaitu tentang BJT, MOSFET, dan IGBT, baik melalui buku maupun karya Tugas Akhir dan Skripsi dari kakak tingkat yang sudah diberikan.

Artikel

Terdapat beberapa artikel yang telah disusun untuk membantu arah belajar dan sebagai pengantar dari banyak sekali bahan belajar bagus yang sebenarnya sudah dapat dengan mudah diakses di Internet. Sebagaimana kepatutannya, artikel ini diurut dari mulai bagian yang paling sederhana. Sebab tidak terdapat keperluan khusus untuk sengaja melewatkan/melompati bagian-bagian yang sederahana (fundamental).

• https://sunupradana.info/pe/2016/03/28/simulasi-sakelar-untuk-sistem-dc/

• https://sunupradana.info/pe/2019/05/11/frekuensi-duty-cycle-pwm/

• https://sunupradana.info/pe/2019/05/13/pwm-average-rms/

• https://sunupradana.info/pe/2019/05/15/praktik-dasar-pwm-dengan-arduino/

uC

Di simulasi dengan LTspice, kita bisa menggunakan sumber tegangan ideal sebagai generator sinyal. Dengan begitu Anda hampir bisa melakukan penyakelaran terhadap transistor (semisal BJT NPN) sesuka pikiran Anda, dengan pembatasan pada (kemampuan) model komponen yang dipergunakan.

Simulasi seperti ini nantinya umumnya dapat diwujudkan dengan mempergunakan signal generator yang memadai. Untuk PWM, generator dapat memanfaatkan IC mikroprosesor/mikrokontroler, baik tunggal maupun yang sudah menjadi bagian dari sebuh papan sistem (seperti papan Arduino atau Raspberry Pi).

Di beberapa TA dan Skripsi yang telah diberikan sebagai contoh, selain mengenai dasar karakteristik dan operasi komponen, dapat juga diperhatikan bagaimana Arduino berfungsi juga sebagai pengendali sakelar elektronik (BJT/MOSFET/IGBT). Di sana juga dapat dibaca bagimana kadang-kadang driver khusus diperlukan agar Arduino dapat melakukan penyakelaran transistor dengan baik. Silakan dilihat kembali di Google Classroom.

555

Berikut adalah contoh operasi IC keluarga x555.

Jauh sebelum era populernya microcontroller dengan kemudahan cara pemrograman yang modern seperti sekarang ini, IC tipe 555 telah banyak digunakan (antara lain) sebagai timer. IC ini masih bisa didapatkan dan dipergunakan, meskipun bisa jadi memerlukan lebih banyak komponen eksternal daripada IC mikrokontroler modern. Selalu ada plus dan minus di pemilihan komponen elektronik.

Berikut adalah beberapa kata kunci (keywords) yang bisa dipakai jika nanti perlu untuk mempelajari penggunaan IC 555. Keywords: astable, monostable, one-shot, multivibrator, oscillator, timer, NE555, LM555.

• https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_timer.html

• https://technologystudent.com/elec1/5555.htm

• https://www.build-electronic-circuits.com/555-timer/

• https://www.electroschematics.com/dim-light-bulb-555/

• https://www.edn.com/555-timer-drives-multiple-leds-from-one-nimh-cell/

Buck converter #1

Pada bagian yang lalu telah dipelajari mengenai beberapa komponen utama pembentuk catu daya tersakelar, yaitu transistor. Sebelumnya Anda telah mempelajari berulang kali mengenai dasar-dasar karakteristik dan operasi komponen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor.

Pada topik kali ini dengan topik "Buck Converter (bagian 1)" Anda akan melihat bagaimana bangunan dasar dari salah satu tipe catu daya tersakelar, yaitu buck converter.

https://sunupradana.info/pe/materi-kuliah-elda-2/

Untuk dapat memahami dasar operasi suatu buck converter, silakan dimulai dengan membaca kembali mengenai bagaimana prinsip dasar suatu penyakelaran untuk menurunkan suatu level tegangan. Dimulai dengan menggunakan transistor BJT lalu kemudian dengan transistor MOSFET.

Kemudian silakan membaca mengenai kondisi komponen pasif yang lebih mendekati kondisi riil, yaitu dengan adanya sejumlah unsur parasitik. Untuk catu daya tersakelar, adanya unsur parasitik semacam ini sudah perlu dikenal. Bahkan sekalipun Anda tidak sedang melakukan perancangan suatu buck converter. Setelah belajar topik ini, Anda seharusnya memiliki pemahaman dan apresiasi yang berbeda dan lebih baik mengenai ketidakidealan komponen elektronik dan potensi pengaruhnya pada opearasi rangkaian dan sistem elektronik. Di pelajaran ini Anda mengenal dengan lebih baik mengenai kondisi yang lebih riil dari resistor, kapasitor, dan induktor.

Setelah memahami dasar operasi rangkaian catu daya tersakelar tipe buck converter dengan komponen diskrit, berikutnya dilanjutkan dengan mempelajari contoh-contoh buck converter dengan IC. Misalnya LT1074, LM2596, MP2307, dan keluarga XL. Sepintas bagian ini akan lebih mudah bagi pengguna, karena sebagian besar bersifat praktis (kecuali untuk perancangannya). Tetapi akan lebih baik jika sudah memahami dasar operasi dengan komponen transistor diskrit. Maka jika ragu, ulangi kembali membaca bagian sebelumnya.

Jangan lupa download software Powerstage Designer (PSD) di https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER. Lalu coba pelajari cara penggunaan perakat lunak PSD tersebut. Pastikan software tersebut sudah dapt dipergunakan secara normal hari ini (minggu ini) di komputer Anda, supaya pada minggu berikutnya tidak lagi membuang waktu dan Anda sudah bisa lancar mempergunakannya.

Buka, baca dan pelajari karya tugas akhir dari Faisal (lihat di Google Classroom) untuk upaya perwujudan dasar dari suatu buck converter. Di sana telah cukup lengkap disampaikan dasar dari perancangan dan pembuatan suatu buck converter open-loop. Termasuk contoh penggunaan PSD untuk melakukan perancangan.expo

Silakan baca juga buku "Aplikasi Elektronika Daya Pada Sistem Tenaga Listrik" oleh Muhamad Ali di bagian "7.2 Rangkaian Chopper Step-Down".

Buck converter #2

Bagian dua dari materi mengenai buck converter ini merupakan lanjutan dari materi yang sebelumnya. Materi bahasan buck converter diberikan jatah dua kali lebih banyak dari tipe SPMS (switched-mode power supply) karena merupakan awalan dari tipe konverter yang lain. Jika komponen dan dasar operasi sistem penyakelaran pada bagian ini sudah dipahami, maka akan relatif lebih mudah untuk memahami operasi sistem konverter tersakelar yang lain.

Pastikan bahwa minggu ini Anda cukup banyak mencoba-coba menggunakan aplikasi PSD yang sudah diberikan minggu lalu. Untuk Ujian Akhir Semester nanti, kelancaran Anda memergunakan PSD akan sangat membantu menghemat waktu pengerjaan soal.

Untuk bagian bahasan mengenai unsur parasitik pada komponen, silakan dibaca ulang kembali. Pahami bahwa ada kemungkinan unsur parasitik akan menjadi lebih besar dan bahkan dominan. Setelah mencoba dengan komponen model ideal, cobalah melakukan simulasi di LTspice dengan mulai menggunakan skenario adanya komponen parasitik. Misalnya adalah adanya parasitik di komponen kapasitor. Simulasikan pengaruh adanya komponen parasitik di komponen yang dipakai di sistem rangkaian buck converter.

Kemudian lanjutkan dengan menyaksikan beberapa video dalam Bahasa Indonesia dan dalam Bahasa Inggris yang sudah saya buatkan ke dalam playlist Youtube berikut ini.

Selanjutnya cobalah mencari contoh-contoh buck converter komersial yang telah banyak dijual di toko-toko online di marketplace. Misalnya cobalah mencari di Tokopedia, Bukalapak, Shopee, Lazada, Blibli. Sisi praktis semacam ini tetap perlu dicoba agar bisa memanfaatkan pengetahuan dasar mengenai operasi dasar buck converter. Lihat spesifikasi alat (buck converter/DC-DC step down) di toko-toko tersebut dan bandingkan dengan materi pelajaran serta bandingkan dengan datasheet komponen.

Boost converter

Seperti buck converter, boost converter adalah bagian dari catu daya tersakelar. Bedanya, suatu boost converter (seperti penamaannya) berfungsi untuk menaikkan level tegangan DC. Misalnya untuk sebuah sistem elektronika berdaya rendah, Anda memerlukan tegangan 12 volt sementara baterai yang tersedia adalah baterai 9 volt. Untuk keperluan ini, Anda memerlukan suatu bentuk boost converter.

Suatu boost converter adalah bentuk yang istimewa dari keluarga catu daya tersakelar. Catu daya linier tidak memiliki kemampuan untuk menaikkan level tegangan seperti ini. Hanya SMPS (switched-mode power supply) yang memiliki tipe konverter yang mampu melakukan hal seperti ini.

Untuk mempelajari penaikkan tegangan dengan konverter ini, bisa dimulai dari buku APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK yang disusun oleh Muhamad Ali, bagian 7.3 Rangkaian Chopper Step-Up

Buck-boost, SEPIC, Flyback converter

Pada kuliah kali ini, Anda akan mempelajari tentang dasar beberapa “DC-DC konverter” selain “buck converter” dan “boost converter”. Ada tiga koverter lanjutan yang diperkenalkan kepada Anda di kuliah ini, “buck-boost converter", SEPIC, dan “flyback converter”.

Ketiga konverter ini akan relatif lebih mudah dipelajari jika memang fondasi saat belajar “buck converter” yang terdahulu sudah cukup memadai. Sekalipun tentu terdapat variasi cara kerja di semua konverter ini, tetapi prinsip dasar penyekelaran tetap sama sebagaimana untuk “buck converter”. Jika mengalami kesulitan belajar, coba kembali mempelajari mengenai “buck converter” terlebih dahulu.

Karena cakupan bahan yang cukup luas maka cara belajar mengenai ketiga konverter ini mengikuti pola dasar, ‘APA’ baru kemudian ‘BAGAIMANA’. Dari sejumlah materi tertulis (tercetak), kenali ‘APA’ fungsi dasar dari masing-masing konverter. Kemudian baru ‘BAGAIMANA’ cara kerjanya. Misalnya bagaimana cara kerja konverter SEPIC berbeda dengan cara kerja konverter ‘flyback’. Dari sejumlah bahan ini, tips-nya adalah dengan memulai belajar dari yang paling umum dan sederhana, baru kemudian masuk lebih dalam ke bagian detail.

Dengan prinsip-prinsip yang sudah disampaikan di paragraf sebelum ini, silakan mempelajari materi yang sudah disiapkan. Materi tersebut sudah melalui proses kurasi sehingga ‘dosisnya’ (baca:cakupannya) memadai dan cukup.

Mulailah dari buku APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK yang disusun oleh Muhamad Ali, bagian 7.4 Rangkaian Chopper Step-Down/Up. Lalu kemudian silakan membaca "Materi kuliah Buck Boost Converter 2018 v02.pdf".

Berlikutknya, silakan menggunakan tautan di https://sunupradana.info/pe/materi-kuliah-elda-2/ untuk membaca materi berikut (gunakan teknik skimming dan scanning):

• Contoh penggunaan Buck Boost converter

• Kurasi video mengenai dasar operasi ‘buck-boost converter’

Berikutnya lanjutkan untuk memepelajari mengenai konverter 'SEPIC' (tautan ada di halaman yang sama):

• Pengerjaan contoh soal SEPIC dari buku Daniel W. Hart dengan PSDT 4.0, PSIM, dan LTspice

• Beberapa alternatif simulasi pemicuan sakelar di PSIM (student version)

• Contoh simulasi SEPIC dengan menggunakan LTspice

• Penggunaan parameter sweep di LTspice untuk simulasi rangkaian open loop SEPIC

• Penggunaan coupled inductors di rangkaian SEPIC

• Belajar dari bahan di situs perusahaan pembuat induktor

• Uji penggunaan Micro-Cap 12 dan SIMplex/SIMPLIS dengan rangkaian SEPIC

• Video YouTube: SEPIC

Pengenalan untuk sistem konverter 'flyback' bisa dibaca menalui tautan di halaman yang sama:

• Double winding inductor (flyback transformer)

• Dasar operasi power stage dari flyback converter tolopogy

• Perhitungan operasi power stage dari flyback converter

• Simulasi power stage flyback converter

LED

Kuliah ini adalah mengenai : Light Emitting Diode (LED).

Setelah mempelajari dengan lebih mendalam mengenai sakelar elektronik DC (BJT, MOSFET, IGBT) dan juga catu daya (linier dan tersakelar/SMPS) maka kali ini Anda akan mempelajari salah satu contoh penerapan/aplikasi baik dari sistem penyakelaran beban maupun contoh beban dari catu daya.

Silakan membuka halaman materi ELDA 2 dan mencari bagian LED.

• https://sunupradana.info/pe/materi-kuliah-elda-2/

LED dipilih sebagai contoh aplikasi karena beberapa pertimbangan. Antara lain, bahwa sudah sejak beberapa tahun, LED telah banyak diterapkan di sistem penerangan untuk menggantikan CFL maupun lampu bohlam pijar. Bahkan di sistem elektronik pun LED telah lebih lama lagi dipakai sebagai salah satu indikator kerja sistem alat. LED pada dasarnya adalah sebuah diode, yang prinsip dasarnya mendekati kerja diode penyearah. Sehingga pengetahuan tentang diode bisa dimanfaatkan untuk mempelajari LED dengan lebih mudah.

Mempelajari LED adalah mempelajari tentang cahaya (setidaknya dasar-dasar mengenai cahaya). Karena itu silakan menyaksikan dan menyimak sejumlah video yang sudah dipilih dan disiapkan di 'playlist' di YouTube.

Setelah mempelajari penyakelaran dan penyediaan energi listrik dengan mempergunakan catu daya, silakan materi Anda perluas dengan mencari sumber-sumber informasi mengenai bagaimana cara praktis untuk memasang instalasi LED komersial. Ada cukup banyak bahan yang bisa diperbandingkan, misalnya di YouTube. Lalu setelah itu coba pelajari bagaimana pengaruh sistem LED (termasuk dan terutama sistem catu daya tersakelar yang banyak dipakai di sistem LED) terhadap sistem kelistrikan secara umum.

Inverter

Setelah mempelajari konverter AC-ke-DC, AC-ke-AC, dan DC-ke-DC, maka kali ini Anda akan mempelajari mengenai konverter DC-ke-AC. Konverter jenis ini lazim disebut sebagai inverter.

Mulailah dengan membaca buku APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK yang disusun oleh Muhamad Ali, "BAB 8 RANGKAIAN INVERTER DAN APLIKASINYA".

Berikutnya bacalah bagian inverter di halaman ELDA II (https://sunupradana.info/pe/materi-kuliah-elda-2/). Sudah dicantumkan beberapa ringkasan di link di Medium mengenai inverter, silakan dibaca. Setelah itu, saksikan & simak tayangan video yang sudah disampaikan di playlist YouTube, dari kumpulan tautan yang juga sudah disediakan.

Energi terbarukan (photovoltaics)

Di semester 5 (ELDA I) Anda sudah belajar mengenai ‘rectifier’. Sistem konverter ini diperlukan karena umumnya PLN dan penyedia layanan penyaluran engergi listrik mempergunakan AC, sedangkan kebanyakan peralatan memerlukan listrik dalam format DC. Sebaliknya, di semester 6 (ELDA II) Anda sudah diajak untuk belajar (terutama dengan cara membaca) mengenai tipe konverter lain, yaitu ‘inverter’. Tipe konverter ini dikembangkan di elektronika daya karena memang terdapat kondisi bahwa catu daya yang tersedia adalah dalam format DC sedangkan beban memerlukan catu dalam format AC.

Sel baterai dan ‘solar cell’ adalah dua contoh sumber energi listrik DC yang sudah umum tersedia. Untuk beban DC, cukup menggunakan catu daya linier atau ‘dc-to-dc converter’ tersakelar. Sedangkan untuk beban yang memerlukan energi listrik dalam format AC, diperlukan konverter berupa ‘inverter’. Contoh perenapan komersial penyimpanan energi yang bisa dihubungkan dengan sistem inverter adalah sistem ‘powerwall+’ (https://www.tesla.com/support/energy/powerwall/learn/how-powerwall-works) dari Tesla. Konverter tipe inverter ini sudah dipelajari pada materi yang lalu.

Untuk sistem energi terbarukan di lingkungan dengan beban yang masih banyak berupa beban AC, maka diperlukan ‘inverter’. Misanya pada sistem ‘solar panel’, energi listrik dari suplai DC perlu diubah untuk dapat mencatu beban AC. Maka pengenalan dasar ‘inverter’ di materi pelajaran yang lalu dimanfaatkan lebih lanjut dan diterapkan di sistem PV (photovoltaics) ini.

Selain sistem inverter, sejumlah pelajaran lain terdahulu di elektronika daya pun diterapkan dalam sistem energi terbarukan (dalam hal ini sistem PV). Pemahaman terhadap cara kerja diode dan sakelar berupa MOSFET, diterapkan di sistem PV. Begitu pula mengenai sel dan baterai.

Silakan memulai membaca dari artikel ini. Kemudian, jika tertarik dan/atau perlu Anda bisa membaca sendiri isi materi lanjutan mengenai sistem PV dari beberapa sumber yang tautannya sudah dicantumkan di artikel itu. Sumber-sumber lain (termasuk dalam format audiovisual) untuk bahasan tercantum di halaman ini di bagian PV.

Perkembangan teknologi elektronika daya

Dalam kuliah Elektronika Daya selama dua semester, mahasiswa berpeluang untuk benar-benar belajar mengenai berbagai jenis konverter yang umum dipergunakan. Begitu pula materi lain yang mendukung operasi konverter dan pengendalian pemanfaatan energi listrik secara umum.

Sebagaimana yang disampaikan di bagian awal semester 5, ilmu elektronika daya ('power electronics') merupakan suatu cabang ilmu yang bersifat interdisiplin (gabungan/hasil bentukan dari beberapa cabang ilmu lain). Selain itu elektronika daya juga secara dinamis terus menerus berkembang, membentuk dan mengikuti perkembangan zaman.

Di bagian akhir kuliah Elektronika Daya (https://sunupradana.info/pe/materi-kuliah-elda-2/) ini, akan disampaikan dua perkembangan utama ELDA (PE). Yang pertama pemanfaatan ‘power electronics’ di ‘power systems’. Yang kedua mengenai perkembangan komponen elektronik yang dipakai di sistem elektronika daya.

Silakan mulai belajar dengan membaca bagian halaman ini. Lalu berikutnya silakan dilanjutkan dengan halaman dan sumber lain yang sudah dibuatkan daftarnya di halaman ini. Anda tidak diharapkan untuk dapat langsung menguasai semua materi bagian ini secara mendalam. Sebaliknya, bagian ini bersifat pengenalan, yang bisa Anda perdalam sendiri nantinya jika diperlukan.