Elektronika Daya Materi 4dc

Tiristor(SiliconControlledRectifier)

M.Khairul Amri RosaProgramStudi Teknik Elektro Universitas Bengkulu

Karakteristik Tiristor Tiristor merupakan salah satu divais

semikonduktor yangpenting. Tiristor beroperasi sebagai sakelar

bistable,beroperasi dari keadaan tidakkonduksi ke keadaan konduksi.

Tiristor adalah divaissemikonduktor yangterdiri atas 4lapisanpnpn dan memiliki 3sambungan pn.

Ada 3terminalpadatiristor:anoda,katoda,dan gate.

Karakteristik Tiristor Arus latching(IL):Arus anoda minimumyangdiperlukan untuk

mempertahankan tiristor pada keadaan onbegitu tiristor diONkan dan sinyal gatedihilangkan.

Arus holding(IH):Arus anoda minimumyangdiperlukan agartiristor tetap ON.

Tegangan maju breakover (VBO): Jika tegangan maju VAKdinaikkan melewati VBO,tiristor dapat ONtanpa sinyal gate.Tapicara ini dapat merusak.Tegangan maju perlu dijaga tidak melebihiVBO dan tiristor dinyalakan dengan memberikan sinyal gatepositifantara gatedan katoda.

Arus bocor (IR):Ketika katoda lebih positif daripada anoda akanmengalir arus mundur yangkecil,sambungan J2 dibias majusedangkan sambungan J1 dan J3 dibias mundur dan tiristor OFF

ModelTiristor Dua TransistorTiristor dapat dianggap sebagai dua transistoryangberpasangan.

Persamaan umum:

Untuk Q1

Dimana 1 adalah gainarusdan ICBO1 adalah arus bocorpada transistorQ1.

Serupa untuk arus kolektor pada transitor Q2

ModelTiristor Dua Transistor Ketika arus gate(IG)diaplikasikan kepada tiristor:

Gainarus 1 berubah dengan perubahan arus emiter IA =IE1 2 berubah dengan perubahan arus emiter IE2 =IK.

Kurva tipikal perubahan gainarus dengan arus emiter

ModelTiristor Dua Transistor Kenaikan kedua nilai 1 dan 2 akan menambah kenaikan nilai arus

anoda IA yangmerupakan efek umpan balik positif atau regeneratif.

Pada kondisi transien,kapasitansi darisambungan pn,seperti diperlihatkanpada gambar,akan mempengaruhikarakteristik tiristor.

Jika tiristor dalam keadaan blocking,kenaikan tegangan yangcepat yangdiberikan kepada tiristor akanmenyebabkan arus yangtinggi mengalirmelalui kapasitorkapasitor sambungan.Arus yangmelalui kapasitor Cj2 dapatdinyatakan dengan:

ModelTiristor Dua Transistor Jika laju kenaikan tegangan dv/dt besar,maka ij2 menjadi besar dan

menyebabkan kenaikan arus bocor ICBO1 dan ICBO2. Nilai ICBO1 dan ICBO2 yangcukup besar dapat menyebabkan nilai

(1 +2)mendekati satu yanghasilnya penyalaan tiristor yangtidak diharapkan.

Harus dicatat bahwa arus yangtinggi yangmelalui kapasitorsambungan bisa menyebabkan kerusakan divais tersebut.

Penyalaan TiristorTiristor dinyalakan (ON)dengan cara menaikkan arus anoda.Ini dapatdilakukan dengan caracara berikut: Termal Cahaya Tegangan tinggi dv/dt Arus gate

Penyalaan TiristorTermal Jika temperatur tiristor tinggi jumlah pasangan elektronhole

meningkat sehingga menaikkan arus bocor. Ini akan menyebabkan arus anoda naik dan hasilnya (1 +2)

bertambah.Akibat aksi regeneratif,penjumlahan (1 +2)dapatmendekat satu dan tiristor dapat menyala.

Carapenyalaan ini dapat menyebabkan ketakterkendalian termaldan biasanya dihindari.

Cahaya Jika cahaya dibiarkan mencapai sambungan tiristor,jumlah

pasangan elektronholeakan bertambah dan dapat menyebabkantiristor menyala.

Lightactivatedthyristor dinyalakan dengan melewatkan cahayamencapai lapisan silikon.

Penyalaan TiristorTegangan tinggi Jika tegangan VAK dinaikkan melebihi tegangan breakover maju

VBO,arus bocor akan mengalir dan akan memulai penyalaanregeneratif.

Caraini bersifat merusak dan harus dihindari.dv/dt Jika VAK tinggi,arus pengisian pada sambungan kapasitif dapat

menjadi cukup tinggi untuk menyalakan tiristor. Arus yangtiggi dapat menyebabkan kerusakan dan semestinya

dihindari. Karenanya,tiristor harus diproteksi terhadap dv/dt yangtinggi dan

dioperasikan dalam batasbatas yangdiijinkan oleh pabrik.

Penyalaan TiristorArus gate Ketika tiristor dibias maju,injeksi arus gatedengan memberikan

tegangan gatepositif antara terminalgatedan katoda akanmenyalakan tiristor.

Kenaikan arus gatemenyebabkan tegangan blockingmaju turun.

Penyalaan Tiristor:Arus Gate Waktu penyalaan (ton)

didefinisikan sebagai intervalwaktu antara 10%arus gatesampai 90%arus ONtiristorsteadystate.

Waktu tunda (td)didefinisikan sebagai intervalwaktu antara 10%arus gatesampai 10%arus ONtiristor.

Waktu naik (tr)didefinisikan sebagai waktu yangdiperlukan arus anoda naik dari10%arus ONsampai 90%arus ON.

Penyalaan Tiristor:Arus GateHalhal berikut harus diperhitungkan dalam merancang rangkaiankontrol gate: Sinyal gateharus dihilangkan begitu tiristor ON.Sinyal kontinu

akan meningkatkan rugi daya pada. Ketika tiristor dibias mundur,tidak boleh ada sinyal gatekarena

dapat menyebabkan kegagalan tiristor akibat naiknya arus bocor. Lebar pulsa gate,tG,harus lebih besar daripada waktu yang

diperlukan arus anoda naik sampai IH.Secara praktik,lebar pulsatG biasanya dibuat lebih besar dari ton.

Proteksi di/dt Tiristor membutukan waktu minimumuntuk menyebarkan

konduksi arus secara seragam ke seluruh sambungan. Jika laju kenaikan arus anoda sangat tinggi dibanding kecepatan

penyebaran saat penyalaan,dapat memicu pemanasan titik yangterlokalisir dan divais menjadi gagal akibat pemanasan berlebih.

Ketika tiristor T1 OFF,dioda freewheelingDm mengalirkan arusbeban.Jika tiristor dinyalakanketika dioda Dm masih konduksi,di/dt bisa sangat tinggi.Untukmengurangi di/dt yangtinggi,sebuah induktor LS dipasang seri pada rangkaian.di/dtmaju diberikan oleh:

Proteksi dv/dt Laju kenaikan tegangan dv/dt yang

tinggi dapat merusak tiristor. dv/dt dapat dibatas dengan

menghubungkan kapasitor Cs paraleldengan tiristor (Gambar a).

Ketika tiristor T1 dinyalakan,aruspelepasan kapasitor dibatas olehtahanan Rs (Gambar b).

Dengan rangkaian RC yangdisebutrangkaian snubber,tegangan yangmelalui tiristor akan bertambah secaraeksponensial seperti Gambar c,danperkiraan dv/dt rangkaian dapatdihitung dengan:

Proteksi dv/dt Nilai konstanta waktu snubber dapat

dihitung dari dv/dt yangdiketahui.Danuntuk arus pelepasan ITD yangdiketahui,nilai tahanan Rsdapat dihitung dengan:

Dapat juga menggunakan lebih dari 1tahanan untuk dv/dt dan pelepasanmuatan (Gambar d).dv/dt dibatasi oleh R1dan Cs.(R1 +R2)membatasi arus pelepasansedemikian sehingga:

Beban dapat juga dipasang seri dengankomponen snubber seperti Gambar e.

Komutasi Tiristor Tiristor dapat dimatikan (komutasi tiristor)dengan menurunkan

arus anoda IA sampai suatu nilai dibawah arus holdingIH selamaselang waktu yangcukup sehingga muatan berlebih dalamkeempat lapisan hilang atau terekombinasi.Komutasi tiristordapat dilakukan melalui komutasi alami dan komutasi paksa.

Jenisjenis Tiristor1.PhaseControlThyristors (SCRs)2.FastSwitchingThyristors (SCRs)3.GateTurnoffThyristors (GTOs)4.BidirectionalTriodeThyristors (TRIACs)5.ReverseConductingThyristors (RCTs)6.StaticInductionThyristors (SITHs)7.LightActivatedSiliconControlledRectifiers(LASCRs)8.FETControlledThyristors (FETCTHs)9.MOSControlledThyristors (MCTs)

Tiristor Terhubung Seri Tiristor dihubungkan secara seri

untuk meningkatkan ratingtegangan.

Harus ada komponenpembantu ditambahkan padatiristor seri untuk menjaminoperasi yangtepat.

Pada kurva terlihat jelas bahwa arus keadaan OFFsamasedangkan tegangan keadaan OFFberbeda.

Tiristor Terhubung Seri Rangkaian pembagian tegangan diperlukan pada kondisi mundur dan

keadaan OFF.Tahanan paralel dengan tiristor digunakan untukpembagian tegangan tiristor seri.

Tahanan pembagi teganganuntuk n tiristor terhubung seridiperlihatkan pada gambardi samping.

Untuk pembagian tegangan yangsama,arus keadaan OFFberbedaseperti pada gambar berikut