Pulse Width Modulation (PWM) DC-DC ConvertersFlyback DC-DC Converter

Tofan Bimatara21060112120020

A. Analisis DC pada PWM Flyback Converter untuk CCM1. Fungsi Transfer dari konverter dengan rugi-rugi untuk CCMKomponen DC dari arus input adalahSehingga didapat fungsi transfer arus, Dengan menggunakan persamaan efisiensi Didapat fungsi transfer teganganDari fungsi transfer tegangan didapat persamaan duty cycle untuk converter dengan rugi rugi2. Desain Flyback Converter untuk CCMUntuk mendesain converter flyback CCM diperlukan data data seperti tegangan input, frekuensi input, tegangan output dan arus output yang diinginkan, serta perbandingan tegangan ripple dan tegangan outputnya.Langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan daya maksimum dan minimum output, kemudian menentukan hambatan beban maksimum dan minimum, kemudian tegangan maksimum dan minimum dari input, kemudian akan didapatkan fungsi transfer tegangan maksimum dan minimum. Dengan mengasumsikan efisiensi dan duty cycle maksimum, dapat ditentukan rasio belitan trafo, nilai duty cycle minimum maksimum serta akhirnya didapat induktansi magnetis minimal yang diperlukan. Setelah melakukan perhitungan pada langkah ini dapat ditentukan spesifikasi trafo yang diperlukan.Langkah kedua adalah menentukan parameter untuk pemilihan semikonduktor yang digunakan (MOSFET dan DIODA). Diperlukan perhitungan arus komponen AC peak to peak yang melalui induktansi magnetis. Kemudian perlu dihitung arus input maksimum yang melalui induktansi magnetis. Dari 2 komponen tersebut kemudian dapat dihitung arus dan tegangan maksimal yang harus mampu ditahan oleh komponen semikonduktor sehingga semikonduktor yang akan digunakan dapat dipilih. Langkah ketiga dilakukan untuk menentukan besarnya kapasitor minimal yang diperlukan. Pertama harus dihitung tegangan ripple dari perbandingan tegangan ripple dan tegangan output. Dari data tersebut dapat diperoleh kapasitansi minimal yang diperlukan. Langkah keempat adalah menetukan efisiensi dari konverter. Untuk melakukan hal ini perlu dihitung rugi rugi konduksi MOSFET, rugi rugi pada trafo (bagian primer dan sekunder), rugi rugi switching, rugi rugi pada dioda, rugi rugi karena adanya Rf, rugi rugi karena adanya Vf dan rugi rugi pada kapasitor. 3. Analisis DC pada PWM Flyback Converter untuk DCM

Gambar 1. Rangkaian ekuivalen PWM flyback converter untuk DCM. (a) rangkaian ekuivalen saat switch on dan dioda off. (b) rangkaian ekuivalen saat switch off dan dioda on. (c) rangkaian ekuivalen saat switch off dan dioda off

Gambar 2. Gelombang arus dan tegangan pada PWM flyback converter untuk DCM

Pada kondisi (a) arus pada Lm = 0.Saat t=0 saklar dinyalakan sehingga dioda off, tegangan diantara Lm = Vi dan arus yang melalui Lm akan meningkat. Pada saat t = Dt, saklar dibuka dan dioda di on kan (kondisi b). Maka tegangan antara Lm = -Vo dan arus yang melalui Lm akan turun. Saat arus yang melalui dioda mencapai nilai 0, maka dioda akan off(kondisi c). Arus yang melalui Lm akan tetap bernilai nol sampai saklar dinyalakan kembali. 1. Interval Waktu 0 < t DTPada interval ini switch pada posisi on dan dioda pada posisi off. Rangkaian ekuivalen ditunjukan pada Gambar 1(a). Arus yang mengalir melalui dioda dan sisi sekunfer trafo adalah 0, sehingga i1 = -i2/n = 0 yang melalui sisi primer. Tegangan pada insuktansi magnetis Lm adalah Dan arus yang melalui induktansi magnetis adalah Interval ini berakhir saat switch dimatikan oleh driver.2. Interval Waktu DT < t (D+D1)TRangkaian ekuivalen pada kondisi ini ditunjukan pada Gambar 1(b). Pada kondisi ini switch off san dioda on sehingga, iS = 0 dan VD = 0. Karena V2 = 0. Tegangan pada induktansi magnetis Lm dan kumparan primer trafo adalah arus pada induktansi magnetisdari persamaan diatas didapat arus yang mengalir pada dioda dan kumparan sekunder trafo,interval ini berakhir saat arus pada dioda mencapai nilai nol.3. Interval Waktu (D+D1)T < t TPada interval ini switch dan dioda pada posisi off. Rangkaian ekuivalen ditunjukan oleh Gambar 1(c). Pada rangkaian ini berlaku iD =i2 = 0, sehingga i1 = 0, iS = 0 dan iLm = 0. SehinggaKarena V1 = 0, maka V2 = 0, VS = V1, dan VD = -V0.Interval ini berakhir saat switch dinyalakan oleh driver.4. Fungsi Transfer Tegangan untuk DCMMetode IDengan berdasarkan gambar 2 dan menggunakan kesetimbangan tegangan ke dua dari VLM, didapat persamaan,dengan menggunakan arus input didapat fungsi transfer tegangankarena induktansi magnetis sebanding dengan trafo sisi sekunder maka,pada hubungan CCM/DCM,

Metode IIPada metode ini komponen DC dari arus input sama dengan komponen DC dari arus switch,sehingga didapat persamaan daya DC input,dan persamaan daya DC output,dengan mensubstitusikan persamaan daya output dan daya input DC didapat fungsi transfer tegangan berikut5. Induktansi Magnetis Maksimum untuk DCMInduktansi magnetis maksimum didapat saat arus puncak yang melalui Lm pada kondisi hubungan CCM/DCM adalah minimum. Hal ini tercapai saat D = DBmax. Sehingga arus minimum,

arus DC yang melalui Lm, saat kondisi CCM/DCM adalah

energi yang ditransfer dari sumber ke Lm pada satu siklus adalah

sehingga didapat daya output DC,

Dari daya output didapat

6. Tegangan Ripple pada Flyback Converter untuk DCMTegangan ripple perlu diketahui untuk menentukan kapasitor filter yang diperlukan untuk konverter. Penentuan besarnya kapasitansi minimal filter diawali dengan perhitungan arus peak-peak yang melalui kapasitor,

sehingga tegangan peak-peak diantara tahanan dalam capasitor rC adalah

Sehingga tegangan diantara kapasitor adalah

Qmak merupakan pengurangan muatan yang terjadi selama interval 0 sampai DT. Jika persamaan atas dibentuk ulang didapat,

7. Rugi-rugi dan Efisiensi dari flyback converter untuk DCMSama halnya dengan CCM, pada DCM perlu dihitung rugi rugi pada tiap tiap komponen yang ada pada rangkaian. Pada rangkaian terdapat rugi rugi konduksi pada MOSFET,

rugi-rugi kumparan primer trafo,

rugi-rugi switching,

rugi-rugi pada dioda,

rugi-rugi pada kumparan sekunder trafo,

rugi-rugi pada induktor,

Sehingga dapat dihitung rugi-rugi total,

Setelah menyelesaikan perhitungan rugi-rugi pada semua komponen, dapat dihitung efisiensi konverter sesuai dengan persamaan berikut