Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
1. Deskripsi IGBT
IGBT merupakan singkatan dari Insulated Gate Bipolar Transistor. Dari sini dapat kita ketahui bahwa IGBT merupakan salah satu jenis Transistor. Bedanya dengan transistor, IGBT memiliki impedansi input yang sangat tinggi sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya (atau sering disebutrangkaian driver). Kemudian disisi output, IGBT memiliki tahanan(Roff) yang sangat besar pada saat tidak menghantar, sehingga arus bocor sangat kecil. Sebaliknya pada saat menghantar, tahanan pensaklaran (Ron) sangat kecil, mengakibatkan tegangan jatuh (voltage drop) lebih kecil daripada transistor pada umumnya. Disamping itu, IGBT memiliki kecepatan pensaklaran/frekuensi kerja yang lebih tinggi dibanding transistor lainnya. Oleh sebab itulah mengapa IGBT sering digunakan dalamdrive(alat penggerak motor) yang membutuhkan arus yang besar dan beroperasi di tegangan tinggi, karena memiliki efisiensi yang lebih baik dibanding jenis transistor lainnya.
Selain memiliki kelebihan seperti diatas, IGBT juga memiliki kekurangan. Diantaranya, harganya lebih mahal dibanding transistor biasa, sehingga jarang dipakai dalam alat elektronika rumah tangga, seperti Amplifier. Toh amplifier tidak butuh komponen dengan spek setinggi itu(frekuensi kerja tinggi, sebab hanya diaplikasikan untuk audio dengan frekuensi rendah 20Hz20kHz, tegangan kerja juga kecil, sedang untuk masalah arus bocor, tidak masalah, toh yang dipakai juga tidak besar sekali). Berbeda dengan drive penggerak motor listrik yang membutuhkan arus besar hingga ratusan bahkan ribuan ampere. Selain itu IGBT juga rentan rusak pada saat standby(tidak menghantar) apabila tegangan pengendali (tegangan antara gate dengan source/emitor) hilang(=0v), maka IGBT bisa jebol/short. Oleh sebab itu meskipun sedang tidak bekerja/menghantar input/gate IGBT harus diberi tegangan standby sekitar 2-15V tergantung spesifikasi IGBT.
1
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Gambar a. IC IGBT TO-247
Elektronika Industri II
Gambar b. Persamaan rangkaian IGBT
Gambar c. Simbol IGBT
Gambar d. Penampang umum transistor IGBT
Gambar e. Struktur fisik dan Bentuk kemasan
Untuk jumlah kaki pada dasarnya memiliki jumlah kaki sama dengan transistor yakni 3. Terdiri darigate, di transistor disebut basis, lalu drain atau sering disebut collector pada transistor, dan terakhirsource atau sering disebut emitor. Seperti gambar di atas, yang pertama IGBT sedang yang kedua transistor yang biasa kita temui. IGBT memiliki 2 type, kalau di transistor ada NPN dan PNP, maka di IGBT ada tipe N dan tipe P. Sebagaimana gambar dibawah.
2
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
Selain dalam bentuk satuan IGBT juga sering dibentuk dalam 1 pack berisi 2,3,6,12 biji. Sehingga memudahkan dalam pemasangan/tidak perlu repot memasang satu per satu, serta irit tempat, karena lebih kecil dibanding harus memasang secara per biji. Seperti gambar dibawah ini
Gambar IGBT isi 12
IGBT IGBT isi 2
Lalu untuk pengecekannya bagaimana? Untuk pengecekannya dapat kita gunakan multimeter analog. Sedikit berbeda dengan mengecek transistor, kalau di transistor ada 2 arah dioda, yakni antara basis terhadap emitor dan basis terhadap collector, di IGBT tidak ada. Seperti yang kita lihat pada symbol paling atas, antara gate terhadap drain dan source terdapat 3
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
penyekat atauinsulated. Meskipun demikian, di IGBT kalau kita ukur pakai multimeter tetap ada arah diodanya karena antara source dan drain ada dioda pengaman, apabila drain terhadap source dibolak
balik
short,
berarti
IGBT
rusak.
Sedang
untuk
mengetes
kemampuan
pensaklarannya(bias pada transistor, peng-gate-an pada IGBT) dapat kita gunakan multimeter analog dengan posisi ohmmeter x10K. Setelah kita ketahui arah dioda antara drain dan source(forward), kita balik posisi probe(jika sebelumnya drain dapat merah dan source dapat hitam, kita balik drain dapat hitam, source dapat merah). Lalu kalau jarum pada multimeter tidak menyimpang(menunjuk nilai tak terhingga) berarti OK. Jika menunjuk nilai tertentu coba pindahkan sebentar probe pada source(merah) ke pin gate lalu kembalikan lagi ke source dengan kondisi probe satunya lagi masih menempel di pin drain, lalu lihat jarum multimeter, kalau menunjuk nilai tak terhingga(tidak menyimpang) berarti Ok, kalau masih menyimpang berarti bocor. Apabila bagus coba kita tes gate, masih pada posisi probe awal(posisi reverse arah dioda source-drain) kita pindah sebentar probe hitam pada drain ke gate lalu kita kembalikan lagi ke drain dimana probe merah masih menempel pada source, apabila jarum menyimpang mengarah ke 0 ohm berarti OK, dan perlu diketahui bahwa meskipun kita melepas semua probe lalu ditempelkan lagi, posisi jarum menyimpan ini akan terus bertahan. Lalu cara untuk mengembalikan ke posisi tak terhingga(mengkosongkan) dengan cara memindah sebentar probe merah pada source ke gate, maka akan kita dapatkan jarum menunjuk ke nilai tak terhingga lagi.
2. Cara kerja IGBT
IGBT
adalah
lapisan
perangkat
NPNP
empat
dengan
saluran
MOS-gated
menghubungkan dua N-tipe daerah. Dalam mode normal operasi dari suatu IGBT, tegangan
4
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
positif diterapkan pada. anoda (A) relatif terhadap katoda (K). Ketika gerbang (G) adalah di potensial nol sehubungan dengan K, tidak ada arus IA anoda untuk tegangan anoda V A di tingkat breakdown V BF. Ketika V A
3. Karakteristik IGBT Sesuai dengan namanya, peranti baru ini merupakan peranti yang menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Saluran gerbang dari IGBT, sebagai saluran kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (isolator) sebagaimana pada MOSFET. Masukan
dari
IGBT
adalah
terminal Gerbang dari
MOSFET,
sedang
terminal Sumber dari MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus cerat keluar
dan
dari
MOSFET
akan
menjadi arus
basis dari
BJT.
Karena
besarnya resistansi masukan dari MOSFET, maka terminal masukan IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus cerat sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan jenuh. Dengan gabungan sifat kedua unsur tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang dikendalikannya.
5
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali dan penggerak dari IGBT. Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan peranti BJT, meskipun lebih rendah dari peranti MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitor) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai resistansi-hidup ( menyerupai
) dari IGBT sangat kecil,
pada BJT.
Dengan demikian bila tegangan jatuh serta borosan dayanya pada saat keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).
IGBT memiliki kesamaan dengan Transistor bipolar, perbedaannya pada Transistor bipolar arus basis IB yang diatur. Sedangkan pada IGBT yang diatur adalah tegangan gate ke emitor UGE. Dari gambar-10.19 karakteristik IGBT, pada tegangan UCE = 20 V dan tegangan gate diatur dari minimum 8 V, 9 V dan maksimal 16 V, arus Collector IC dari 2 A sampai 24 A.
Gambar 10.19 : Karakteristik Output IGBT
6
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
Gambar. Bentuk Gelombang IGBT
4. Sifat-sifat IGBT Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya dewasa ini adalah saklar peranti padat yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti transistor dwikutub (BJT), transistor efek medan (FET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam penggunaan elektronika daya akan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1. pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil 2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar ( ) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya borosan daya yang terjadi, dan kecepatan pensaklaran yang tinggi.
Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor yang sangat kecil.
7
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitor, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin dengan membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh.
Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan pensakelaran, MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai peranti yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas, pada MOSFET tidak dijumpai arus penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.
Apakah beda antara Power Bipolar-transistor, MOSFET, dan IGBT ?
Transistor-bipolar membutuhkan “arus” yang besar untuk mendrive Basis atau
berarti daya (watt) yang besar, mempunyai “slow turn-off” sehingga hanya dapat bekerja pada frekwensi terbatas, mudah panas (thermal runaway)
MOSFET hampir tidak membutuhkan arus untuk mendrive Gate (hanya membutuhkan
tegangan), tidak mudah panas, mampu bekerja pada frekwensi yang lebih tinggi.
IGBT mempunyai karakteristik gabungan antara MOSFET dengan Transistor-bipolar.
IGBT umumnya mempunyai kamampuan arus yang lebih besar dibanding dengan MOSFET maupun Transistor-bipolar. Sebagai contoh transistor-bipolar C6090 hanya mampu dilalui arus yang berbentuk pulsa maskimum 25A, maka IGBT G30N60D mampu dilalui arus pulsa maksimum hingga 160A.
8
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
5. Aplikasi Rangkaian IGBT LT3485 - Photoflash Capacitor Chargers with Output Voltage Monitor and Integrated IGBT Drive ( LT3485 – Photoflash pengisi kapasitor dengan keluaran tegangan monitor dan terintegrasi operasi IGBT). Fitur Terintegrasi Operasi IGBT
Tegangan output monitor
Menggunakan Transformers Kecil: 5.8mm × 5.8mm × 3mm
Beroperasi dari Dua Baterai AA, Single your Li-Ion atau Any Pasokan dari 1.8V hingga 10V
Tidak ada output Divider Tegangan Dibutuhkan
Tidak ada Eksternal Schottky Diode Diperlukan
Pengisian Setiap Ukuran Photoflash Capacitor
Tersedia dalam 10-Lead (3mm × 3mm) DFN Aplikasi Rangkaian IGBT
9
Nama : Muhammad Rashif Naufan NIM / Kelas : 111311059 / 2B Teknik Elektronika DIII
Elektronika Industri II
Deskripsi LT3485 keluarga photoflash pengisi sangat terintegrasi IC yang mengandung charger lengkap dan fungsi beroperasi IGBT. Teknik kontrol dipatenkan dari LT3485-x memungkinkan untuk menggunakan transformator sangat kecil. Deteksi tegangan keluaran tidak memerlukan sirkuit eksternal. Ternyata rasio transformator kontrol tegangan tagihan akhir. Saat pengisian, tegangan output pada kapasitor dapat dipantau oleh mikrokontroler dari pin memantau. Setiap perangkat berisi tegangan tinggi NPN saklar daya on-chip, yang dapat menahan tegangan negatif pada saklar pin tanpa dioda Schottky eksternal. Perangkat ini memiliki pin VBAT, yang memungkinkan penggunaan dua sel AA untuk mengisi kapasitor. Sirkuit internal beroperasi dari pin VIN. The LT3485-0 memiliki batas arus primer dari 1.4A, sedangkan LT3485-3, LT3485-2, dan LT3485-1 memiliki batas arus 2A, 1A dan 0.7A masing-masing. Ini batas saat ini yang berbeda menghasilkan arus masukan dikontrol ketat. CHARGE pin memberikan kontrol penuh dari bagian kepada pengguna. Operasi CHARGE rendah menempatkan bagian dalam shutdown. DONE pin menunjukkan ketika bagian telah selesai pengisian. LT3485 serangkaian bagian disimpan dalam paket DFN leadless (3mm × 3mm).
Aplikasi
Kamera Digital dan Cell Phone flash Charger
10