3. DEFINE DC TO DC CONVERTER (CHOPPER)

KEMENTERIAN BAHAGIAN PENDIDIKAN TEKNIK DAN VOKASIONAL,
PENDIDIKAN KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA,
MALAYSIA ARAS 5&6, BLOK E14, PARCEL E,

PUSAT PENTADBIRAN KERAJAAN PERSEKUTUAN,
62604 PUTRAJAYA.

NOTA KULIAH

SEMESTER SEMESTER 4 DVM SESI 22001290
JABATAN
PROGRAM JABATAN TEKNOLOGI ELEKTRIK DAN ELEKTRONIK

TEKNOLOGI ELEKTRIK

KOD / KURSUS DEA 4232 POWER ELECTRONIC AND DEVICE

KOMPETENSI DEFINE DC TO DC CONVERTER (CHOPPER)

KOMPETENSI UNIT 1. Explain the principle of DC to DC converter.
2. Explain the operation of DC to DC converter.
HASIL PEMBELAJARAN
Upon completion of the course, students will be able to:
PENTAKSIRAN 1. Discuss power electronic semiconductor device and symbol (C2,PLO1)
TARIKH 2. Construct operation, principle of power electronic converter.

(P3,PLO2)
3. Explain waveform of the power electronics converters. (A3,PLO5)

NOTA KULIAH PERATUS
KESELURUHAN

MASA

NO KOD DEA 4232/K01/ EDISI MARKAH MARKAH PERATUS DIPEROLEH
JUN/2019 PENUH DIPEROLEH

MAKLUMAT CALON

NAMA

NO. KAD ANGKA KEPUTUSAN PENILAIAN
PENGENALAN GILIRAN

DISEDIAKAN OLEH: DISAHKAN OLEH:

KOMPETEN

_____________________________ _____________________________ BELUM
(MUHAMMAD KHAIROL NIZAM BIN) (NAZRUL AIMI BIN YUSOF) KOMPETEN

AHMAD ZULPAKARI TARIKH: (SILA TANDAKAN √ PADA RUANGAN YANG

TARIKH: DISEDIAKAN)

Pengenalan

Penukar AT-AT ( Pemenggal / Chopper ) adalah litar elektronik kuasa yang menukarkan
satu aras voltan AT kepada satu aras voltan AT yang lain, biasanya dengan keluaran yang teratur.
Rajah 1 menunjukkan gambarajah blok bagi penukar AT-AT .

Voltan AT Masukan Voltan AT Keluaran

Rajah 1

Penukar AT-AT digunakan secara meluas dalam bekalan kuasa ragam pensuisan ( SMPS
, Switched Mode Power Supply ) seperti yang terdapat dalam komputer, penerima TV , pengecas
bateri dan pemacu motor AT.

Rajah 2 (a) menunjukkan pengatur linear yang merupakan penukar AT-AT. Transistor
digunakan dalam mod aktif linear dimana Vo = Vin – VCE. Litar (b) merupakan litar setara bagi litar
(a). Kuasa keluaran, Po adalah tinggi apabila beroperasi pada arus tinggi menyebabkan
kecekapan pengatur adalah rendah. Pengatur ini juga tidak dapat menghasilkan keluaran yang
lebih tinggi daripada masukan.

(a) (b) Po = IL2 x RL

Rajah 2

Rajah 3 (a) menunjukkan pengatur pensuisan yang lebih tinggi kecekapannya daripada
pengatur linear. Transistor akan berkendali dalam mod pensuisan iaitu dalam keadaan tepu ( suis
tutup ) dan keadaan potong ( suis buka ).

Rajah 3 (b) adalah litar setara bagi bagi pengatur pensuisan. Apabila suis dibuka, tiada
arus mengalir ke beban dan apabila suis ditutup, tiada voltan susut pada suis. Kehilangan kuasa ,
Po = IV pada suis ( unggul ) ialah sifar kerana semua kuasa telah dipindahkan kepada beban RL.
Kecekapan ialah 100% kerana tiada kehilangan kuasa berlaku.

(a) (b)
Rajah 3

Rajah 4 menunjukkan voltan keluaran, Vo apabila suis dibuka dan ditutup dalam pengatur
pensuisan. Nilai purata voltan keluaran ialah ;

Kitar tugas ( Duty cycle ) D, bergantung kepada tempoh pensuisan,Ts. Pengatur
pensuisan ini merupakan asas kepada penukar AT-AT.

Ts ON T s ON

D , Kitar Tugas = =

Ts Ts ON +Ts OFF

Rajah 4

Jenis penukar asas AT-AT

Terdapat beberapa jenis penukar AT-AT iaitu ;

1. Penukar langkah turun ( Penukar Buck )
2. Penukar langkah naik ( Penukar Boost )

3. Penukar langkah turun dan naik ( Penukar Buck-Boost )

Penukar Langkah Turun (Buck)

Penukar buck adalah penukar langkah turun yang menghasilkan voltan keluaran lebih
rendah daripada atau sama dengan voltan masukannya.Voltan keluaran yang dihasilkan oleh litar
ini adalah voltan keluaran berdenyut dan memadai untuk sesetengah penggunaan. Namun begitu,
kebanyakan penggunaan memerlukan voltan keluaran AT yang lebih tulin. Satu cara untuk
mendapatkan voltan keluaran AT yang lebih tulin adalah dengan memasukkan penapis lulus
rendah LC kepada penukar asas berkenaan. Pemuat C bertindak mengurangkan riak voltan
merentasinya sementara pearuh L melicinkan arus melaluinya.

Arus pearuh akan menentukan ragam kendalian bagi penukar . Terdapat dua jenis ragam
pengaliran iaitu ragam pengaliran berterusan dan ragam pengaliran tak berterusan. Analisis yang
dibuat adalah dalam ragam pengaliran berterusan ( CCM – continuous conduction mode )

Litar Asas Penukar langkah turun ( Penukar Buck )

Rajah 5 menunjukkan litar penukar Buck.

S

L

Vg D Vo

C

RL

Rajah 5

Kendalian Litar ; iL + VL -
i. Semasa suis S ditutup,
L +
S + Vo

Vg VD RL -
C

-

 Diod D dipincang balikan
 Arus mengalir ke pearuh, L dan beban RL.
 Arus pearuh, IL meningkat secara linear
 Voltan merentasi pearuh ialah VL = Vg – Vo

ii. Bila suis S dibuka , iL + VL - +
Vo
S L -
Vd
Vg

C

 Tenaga yang disimpan dalam pearuh L menyebabkan arus pearuh terus mengalir ke

beban RL.
 Diod D dipincang hadapan
 Arus mengalir ( Freewheeling ) melalui diod D
 Voltan merentasi pearuh ialah VL = - Vo

Analisis Litar Buck ( Vg = Vd )

Suis Buka :

Suis Tutup ;

Hubungan antara voltan keluaran dengan voltan masukan, Vo/Vg.
Dalam keadaan ideal, gelombang VL akan berulang dari satu kitar ke kitar yang

berikutnya. Oleh itu, pengkamilan voltan VL terhadap masa bagi selang masa T adalah
bersamaan dengan sifar. Berasaskan prinsip ini, kita akan memperolehi hubungan antara voltan
keluaran purata dengan voltan masukan.

Riak arus pearuh, ΔiL.

Riak puncak ke puncak bagi arus pearuh boleh diperolehi melalui hubungan ;

Daripada ΔiL kita boleh mendapatkan arus peraruh minimum, iL,min dan arus pearuh
maksimum, iL, mak.

Bagi litar Buck, arus pearuh purata adalah bersamaan arus beban berasaskan anggapan
bahawa arus pearuh mengalir melalui beban,

Riak Voltan keluaran, ΔVo dan factor riak,r

Hubungan antara masukan dengan keluaran.
Dengan menganggap litar tanpa kehilangan, kuasa masukan Pg sama dengan kuasa

keluaran Po,

Oleh itu ,

Penukar Langkah Naik ( Boost )

Penukar Boost ialah penukar langkah turun yang menghasilkan voltan keluaran yang lebih
tinggi daripada voltan masukan. Rajah 6 menunjukkan litar asas penukar.

Vg

Rajah 6

Kendalian Litar ;
i. Bila suis S ditutup ,

Vg

 Arus mengalir ke pearuh
 Pearuh menyimpan tenaga , VL = Vg
 Diod D dipincang balikan menyebabkan bahagian keluaran terasing dengan bahagian

masukan.
ii. Bila suis S dibuka ,

Vg

 Diod D dipincang hadapan.
 Keluaran menerima tenaga dari masukan dan juga tenaga yang disimpan dalam pearuh
 Oleh itu, voltan keluaran,Vo lebih besar dari voltan masukan, Vg dan VL = Vg – Vo
 Pemuat C mengekalkan voltan keluaran Vo

Analisis Litar Boost

Suis Tutup ;

Suis Buka ;

Voltan Keluaran, Vo
Dengan menganggap litar adalah ideal dan pengkamilan Voltan VL terhadap masa untuk

selang masa T adalah sifar, maka ;

Arus pearuh – Purata , Max dan Min
Kecekapan litar ialah 100% dimana kuasa masukan Pg bersamaan kuasa keluaran Po,

Pi = Po

Oleh itu ,

Arus Pearuh ialah :

Riak Arus Pearuh ;
Pengiraan Nilai Pearuh , Riak Voltan merentasi pemuat dan faktor riak ,r

Merujuk kepada Hukum Kirchcoff Arus ;
Cas , Q ialah ;
Dengan menggunakan rumus luas setiga ;

Oleh itu riak Vo dan faktor riak ialah ;

Dari rumus factor riak , riak pada Vo boleh dikurangkan dengan meningkatkan ;
 Frekuensi pensuisan
 Nilai pemuat
 Nilai pearuh

Penukar Langkah Turun dan Naik ( Buck-Boost Converter )

Penukar Buck-Boost boleh menaikkan dan menurunkan voltan tetapi kekutuban voltan
keluaran adalah berlawanan dengan voltan masukan. Voltan keluaran bergantung kepada Kitar
Tugas, D ;

D > 0.5 , Voltan keluaran menjadi lebih besar dari V masukan ( boost )
D < 0.5 , Voltan keluaran menjadi lebih besar dari V masukan ( buck )
Litar Asas Penukar langkah-turun naik (Penukar Buck Boost)
Rajah 6 menunjukkan litar asas penukar Buck Boost.

Rajah 6

Kendalian Litar ;
i. Semasa suis S ditutup ,

 Diod D dipincang balikan
 Arus mengalir ke pearuh, L .
 Arus pearuh, IL meningkat secara linear. VL = Vd

ii. Semasa suis S dibuka ,

 Diod D dipincang hadapan
 Tenaga yang disimpan dalam pearuh L akan dipindahkan ke beban RL
 Voltan merentasi pearuh ialah VL = - Vo

Analisis Litar Buck Boost

Suis Tutup ;

Suis Buka ;

Voltan
keluaran, Vo

Arus pearuh – Purata , Max dan Min
Dengan menganggap kecekapan litar ialah 100%, dimana kuasa masukan, Ps bersamaan

kuasa keluaran Po,
Arus pearuh ;

Nilai Pearuh ialah :

Riak Voltan Keluaran dan Faktor Riak, r

Ringkasan Penukar Buck, Boost dan Buck-Boost

Rajah 7 ialah ringkasan penerangan mengenai ketiga-tiga jenis penukar AT- AT.

Rajah 7

Aplikasi Litar Penukar

Penukar AT – AT berfungsi seperti pengubah dalam litar AU . Seperti pengubah, penukar
AT – AT boleh menaikkan atau menurunkan voltan AT. Kendalian litar penukar untuk
mendapatkan voltan AT yang berbeza ialah dengan mengawal kelajuan komponen pensuisan
yang digunakan. Rajah 8 menunjukkan beberapa penggunaan litar penukar AT – AT.

 Kawalan Motor
IGBT ialah komponen pensuisan bagi litar kawalan motor.

 Pengecas Bateri
Litar pengecas menggunakan tenaga dari solar panel. Penukar AT-AT digunakan

untuk mengubah voltan AT kepada nilai yang dikehendaki.

Rajah 8

Rujukan

 Power Electronics. J.S. Chitode. Technical Publications Pune.
 Muhammad H. Rashid, power Electronics Circuits, Devices and Applications (Third

Edition). Prentice Hall 2004.