Komponen-Komponen Elektronik Daya 3
Field effect transistor (FET)
BJT yakni alat yang digerakkan arus. Arus mengalir melalui kontrolkontrol base dan anutan arus yakni antara kolektor dan emitter. FET Gate dikontrol oleh tegangan. FET yakni tipe khusus transistor yang terutama cocok untuk aplikasi switching berkecepatan tinggi.
Kelebihan utamanya yakni bahwa Gate dikontrol oleh tegangan, bukan dikontrol oleh arus. Ia berprilaku menyerupai resistansi yang dikontrol tegangan dengan kapasitas untuk performa berfrekuensi tinggi.
FET tersedia dalam sebuah konstruksi khusus yang dikenal sebagai MOSFET. MOS yakni akronim dari metal oxide silicon. MOSFET yakni alat tiga terminal dengan terminal-terminal yang dinamakan source (S), drain (D), dan gate (G), koresponden dengan emitter, kolektor, dan gate dari transistor NPN.
FET Ideal :
- Forward conduction: lebih sedikit resistansi
- Forward blocking: Lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
- Reverse blocking: lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
- Waktu switch on/off: Sesaat
Performa menyeluruh dari sebuah FET serupa dengan sebuah power transistor, kecuali bahwa gate dikontrol oleh tegangan. Konduksi forward dihambat kalau tegangan gate rendah, biasanya kurang dari 2 V. Bila tegangan nyata Vgs diaplikasi ke terminal gate, FET mengkonduksi dan arus naik dalam FET ke level yang bergantung pada tegangan gate. FET akan mengkonduksi sepanjang tegangan gate diaplikasikan. FET sanggup dimatikan dengan menghilangkan tegangan yang diaplikasi ke terminal gate atau dengan membuatnya negatif.
MOSFETs yakni alat pembawa mayoritas, sehingga mereka tidak diperburuk oleh waktu-waktu switching lama. Dengan waktu switching mereka yang sangat singkat, kehilangan switching rendah. Akibatnya, mereka paling cocok untuk aplikasi switching berfrekuensi tinggi. Satu karakteristik performa biasa dari FET ditunjukkan dalam Gambar 3-9.
Awalnya, switching berkecepatan tinggi bukan satu persyaratan penting untuk aplikasi konverter AC. Dengan perkembangan inverter PWM, switching berfrekuensi tinggi telah menjadi satu fitur yang diinginkan untuk memberi bentuk gelombang arus output smooth. Akibatnya, FET power tidak banyak dipakai sampai sekarang.
Kini FET hanya dipakai untuk konverter berfrekuensi PWM kecil. Rating tersedia dari sekitar 100 A pada 50 V sampai 5 A pada 1000 V, tetapi untuk aplikasi VSD, MOSFET perlu dalam range 300-600 V. Kelebihan dan kekurangan MOSFET nyaris merupakan kebalikan dari BJT.
Kelebihan utama MOSFET power diberi di bawah:
- Kapabilitas switching berkecepatan tinggi (10 – 100 ns)
- Sirkuit santunan relatif sederhana
- Gate driver terkontrol tegangan yang relatif sederhana dengan arus gate rendah.
Kelemahan atau kekurangan utama MOSFET power adalah:
- Kapabilitas penanganan power relatif rendah
- Penurunan forward voltage relatif tinggi, yang mengakibatkan kehilangan lebih tinggi dibanding GTO dan BJT, membatasi penggunaan MOSFET untuk aplikasi power lebih tinggi.
Insulated gate bipolar transistor (IGBT)
IGBT yakni upaya untuk menyatukan fitur-fitur terbaik teknologi BJT dan teknologi MOSFET. Konstruksi IGBT serupa dengan MOSFET dengan satu lapisan suplemen untuk memperlihatkan modulasi konduktivitas, yang merupakan alasan untuk tegangan berkonduksi rendah BJT.
Piranti IGBT memiliki satu forward blocking yang baik tetapi memiliki kemampuan reverse blocking yang sangat terbatas. Yang sanggup beroperasi pada intensitas arus lebih tinggi dibanding BJT atau MOSFET dengan memungkinkan ukuran chip yang lebih kecil.
IGBT yakni piranti tiga terminal. Terminal-terminal daya dinamakan emitter (E) dan kolektor (C), dengan memakai terminologi BJT, sementara terminal kontrol dinamakan gate (G), dengan memakai terminologi MOSFET.
IGBT Ideal :
- Forward conduction: lebih sedikit resistansi
- Forward blocking: Lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
- Reverse blocking: lebih sedikit kerugian (tidak ada arus bocor)
- Waktu switch on/off: Sesaat
Rangkaian ekivalen dari IGBT memperlihatkan bahwa IGBT bisa dianggap sebagai piranti hybrid (campuran), serupa dengan konfigurasi transistor Darlington, dengan sebuah pengendali MOSFET, dan sebuah transistor PNP bipolar. Walaupun simbol sirkuit di atas memperlihatkan bahwa piranti tersebut terkait dengan transistor NPN.
Karakteristik gate input dan persyaratan gate drive sangat menyerupai dengan MOSFET daya. Tegangan ambang batas (threshold) biasanya yakni 4V. Turn-on memerlukan tegangan 10-15 V dan membutuhkan waktu sekitar 1 μs. Turn-off membutuhkan waktu sekitar 2 μs dan bisa diperoleh dengan mengaplikasi 0 V ke terminal gate. Waktu turn-off bisa dipercepat, bila perlu, dengan memakai tegangan drive negatif. Alat-alat IGBT bisa dihasilkan dengan waktu switching yang lebih cepat dengan akhir penurunan tegangan forward yang meningkat.
IGBT kini tersedia dalam batasan mulai dari beberapa amps sampai 500 A pada 1500 V, yang cocok untuk AC VSDs tiga fase yang dibatasi daya sampai sekitar 500 kW pada tagangan 380V/415V/480V. Ini sanggup dipakai pada frekuensi switching sampai 100 kHz. BJTs masa kini sebagian besar telah digantikan dengan IGBTs untuk AC VSDs.
Berikut ini yakni kelebihan utama IGBT:
- Kapabilitas penanganan daya yang baik
- Penurunan tegangan konduksi forward rendah 2-3 V, yang lebih tinggi dibanding untuk BJT tetapi lebih rendah dibanding untuk MOSFET dari rating serupa.
- Tegangan ini meningkat seiring dengan temperatur yang menciptakan alat tersebut gampang dioperasikan secara paralel tanpa ancaman instabilitas termal.
- Kapabilitas switching berkecepatan tinggi
- Gate driver terkontrol tegangan yang relatif sederhana
- Arus gate rendah.
Beberapa fitur penting lain IGBT adalah:
- Tidak ada breakdown sekunder dengan IGBT, yang memberi area operasi kondusif yang baik dan kehilangan switching rendah.
- Hanya snubbers kecil diperlukan
- Kapasitansi inter-elektroda tidak sepenting dalam MOSFET, sehingga mengurangi feedback Miller.