Double winding inductor (flyback transformer)

[ [ images & links ] ]

Di antara topologi dasar konverter yang umum dipelajari, flyback converter memiliki keunikan tersendiri. Pertama, dalam bentuk dasarnya ini adalah konverter yang memiliki galvanic isolation. Output dan input dipisahkan dengan sebuah transformer (mutual inductance). Meskipun menurut beberapa sumber penggunaan istilah transformer untuk komponen mutual inducance di flyback ini sebenarnya ‘bermasalah‘. Namun untuk sementara ini demi penyederhanaan proses belajar, istilah transformer (trafo) masih dapat dipergunakan. Nanti kita akan kembali dengan singkat ke masalah ini di bagian lain.

Gambar 1. Penyederhanaan.

Keunikan kedua adalah bahwa flyback converter tidak hanya dapat diterapkan di sistem dc-dc converter yang bertegangan sangat rendah. Beberapa sistem flyback converter dirancang untuk dapat bekerja di level tegangan yang lebih tinggi, level tegangan jala-jala/utilitas. Hanya diperlukan diode penyearah dan filter/tapis, tidak diperlukan trafo tambahan sebagai penurun tegangan di sisi input suatu sistem flyback converter.

[ Semua gambar di bawah ini dapat dilihat versi tampilan yang lebih besar dengan cara melakukan klik-kanan di gambar lalu memilih “Open image in new tab” pada browser. ]

Sebelum mempelajari tentang cara kerja (theory of opearation/mode of operation) ada baiknya sejenak mengulang tentang dot convention di transformer. Bahan dan tautan yang lebih banyak terdapat di artikel ini.

Gambar 2. Tegangan sisi primer satu fase dengan sisi sekunder.

Gambar 3. Tegangan sisi sekunder berbalik fase dari sisi primer.

Gambar 4. Simulasi dot convention dengan gelombang sinus di LTspice.

Semua transfomer dari Gambar 2 sampai Gambar 4 masih secara electrical terhubung dengan adanya ground node bersama. Ini hanya dipakai sekadar untuk memudahkan penunjukkan polaritas saja, yaitu menggunakan gnd acuan bersama. Dalam praktik ada banyak aplikasi yang benar-benar memisahkan kelistrikan sisi primer dengan sisi sekunder trafo. Cara kerja trafo flyback yang dipergunakan untuk menyimpan sementara dan memindahkan energi tidaklah sama persis dengan transformer (mutual inductance) yang biasa ditemui di sistem penyearah untuk bekerja di jala-jala utilitas (PLN). Di flyback converter, inti ‘transformer’ memang dirancang untuk memiliki kemampuan menyimpan energi (dengan adanya celah udara). Namum demikian prinsip dot convention tetap berlaku dan penting dipahami untuk mengerti cara kerja topologi flyback converter. Selain di artikel sebelumnya, kutipan dari textbook ini juga penting diketahui {{1}}.

The dot convention is used to indicate relative polarity between the two windings. When the voltage at the dotted terminal on one winding is positive, the voltage at the dotted terminal on the other winding is also positive. When current enters the dotted terminal on one winding, current leaves the dotted terminal on the other winding.Daniel W. Hart

Topologi flyback converter sebenarnya dikembangkan dari buck-boost converter topology. Topologi buck converter sangat bermanfaat karena memiliki efisiensi yang tinggi dibanding topologi yang lain, tetapi hanya bisa dipakai untuk menurunkan level tegangan. Topologi boost converter bermanfaat karena mampu menaikkan level tegangan keluaran dari level tegangan masukan. Tetapi konverter ini pun hanya bisa menaikkan, tidak bisa menurunkan tegangan. Karena itu, diperlukan suatu konverter yang mampu melakukan keduanya. Suatu buck-boost converter dibuat untuk bisa melakukan keduanya, sekalipun efisiensinya lebih rendah dari buck converter. Istilah buck-boost converter bisa bermakna luas sebagai rumpun konverter atau bisa juga bermakna sempit yaitu merujuk hanya pada salah satu bagian kelompok saja. Dalam pengertian luas, buck-boost converter terdiri dari sistem yang non-inverting dan sistem inverting. Dalam makna yang sempit, jika disebut buck-boost converter maka sebenarnya yang dimaksud adalah inverting buck-boost atau yang kadang disebut sebagai classical buck-boost converter. Sekalipun lebih versatile karena bisa menaikkan atau menurunkan tegangan, tetapi inverting buck-boost topology memiliki kekurangan. Sebagaimana namanya, polaritas tegangan keluaran akan selalu berkebalikan dari masukannya. Maka dari itu diperlukan perubahan tahap berikutnya, evolusi topologi masih dilanjutkan. Salah satu bentuk non-inverting buck-boost topology adalah rangkaian SEPIC. Evolusi buck-boost topology juga kemudian menjadi flyback topology yang tetap memiliki kemampuan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. Tipe ini berpotensi memiliki isolasi antara input dan output. Meskipun pada beberapa sistem, keberadaan umpan balik untuk pengendalian membuat isolasi ini tidak lagi sempurna.

Gambar 5. Evolusi dari buck-boost ke flyback [sumber].

Gambar 5 menunjukkan perubahan yang digambarkan secara bertahap, dari satu topologi ke topologi lainnya. Untuk bisa memahami mengapa pergeseran posisi diode dari (c) ke (d) di Gambar 5, perlu kembali mengingat tentang dot convention. Keterangan lebih rinci bisa dibaca di sumber gambar{{2}}.

Gambar 6. Model ‘flyback transformer’ dengan magnetizing inductance.

Model transformer di rangkaian di Gambar 5 (d) adalah bentuk rangkaian yang umum untuk menggambarkan sebuah topologi flyback converter. Namun demikian sebenarnya gambar itu tidak tepat karena model ‘transformer’ itu belumlah cukup untuk sebuah ‘flyback transformer’. Di Gambar 6 terlihat ada sebuah induktor lain di sebelah kiri model trafo dengan tulisan L_M. Notasi L_M atau L_m dipergunakan untuk menandai suatu magnetizing inductance, yang dipakai untuk mewakili kondisi magnetisasi inti (magnetization of the core) {{3}}. Yaitu kondisi yang menggambarkan magnetic flux (Φ_m) di inti, terutama saan sisi sekunder berada dalam kondisi open circuit. Sebelum melanjutkan bahasan, ada baiknya kita membandingkan beberapa sumber kutipan berbeda mengenai fenomena yang sama (yaitu magnetizing inductance). Selain itu sekaligus juga membandingkan kutipan dari textbook komersial (#fairUse, #educational) dengan kutipan dari sumber yang bebas diakses di Internet.

This inductance is termed as the magnetizing inductance because it is associated with the magnetizing current. Equation (2.34) indicates that the magnetizing inductance corresponds to the inductance that is evaluated at the primary side of the transformer with the secondary winding removed or unaccounted for, … The flyback converter utilizes the magnetizing inductance of the isolation transformer as its functional inductance. Therefore, the isolation transformer should be fabricated in such a way that could offer a controllable magnetizing inductance. One easy method to achieve this goal is to create a gap in the magnetic path of the transformer. This is commonly implemented by introducing an air gap between the magnetic cores, which effectively determines the magnetizing inductance of the isolation transformer. {{4}} Byungcho Choi

In some applications in this chapter, the ideal transformer representation is sufficient for preliminary investigation of a circuit. The ideal model assumes that the series resistances and inductances are zero and that the shunt elements are infinite. Asomewhat better approximation for power supply applications includes the magnetizing inductance Lm, as shown in Fig. 7-1d. The value of L_m is an important design parameter for the flyback converter… Energy is stored in L_m when the switch is closed and is then transferred to the load when the switch is open. {{5}}Daniel W. Hart

Mari bandingkan keterangan di textbook dengan akses yang sebenarnya terbatas di atas dengan beberapa sumber yang bisa bebas diakses sebagai berikut ini.

The behavior of most transformer-isolated converters can be adequately understood by modeling the physical transformer with a simple equivalent circuit consisting of an ideal transformer in parallel with the magnetizing inductance. The magnetizing inductance must then follow all of the usual rules for inductors; in particular, volt-second balance must hold when the circuit operates in steady-state. This implies that the average voltage applied across every winding of the transformer must be zero.The Flyback Converter, Lecture notes, ECEN4517

Kutipan dari ‘Lecture notes ECEN4517’ di atas dapat lebih mudah dipahami jika sambil sesekali melihat Gambar 6. Magnetizing inductance (L_M atau L_m) di sistem flyback akan berfungsi sebagai penyimpan energi sementara dari sisi primer sebelum nanti ada saatnya dipindahkan ke sisi sekunder.

Khusus di bagian berikut ini, kutipan berasal dari mata kuliah Green Electronics yang diampu oleh Prof. William Dally dari Standford.

Gambar 7. Model transformer [sumber]

The flyback converter is interesting because it uses the magnetizing inductance of the transformer for energy storage. This is fundamentally different than the other isolated converters for which the magnetizing inductance is a parasitic element.EE155/255 Course Notes

Unlike the transformers in other isolated converters, the transformer in a flyback converter stores energy. During the First half of each cycle, the primary winding stores energy in the magnetizing inductance. This energy is released during the second half of the cycle. Because its primary function is to store energy, a flyback transformer is designed like an inductor, not a transformer.EE155/255 Course Notes

Gambar 8. Magnetizing inductance dan air gap [sumber screenshot].

Gambar 9. Peran magnetizing inductance di topologi flyback [sumber].

Gambar 10. Fungsi dasar transformer [sumber]

The magnetizing inductance is solely a magnetic property of the core and is not at all effected by the load current drawn by the transformer secondaries..LECTURE 34 HIGH FREQUENCY TRANSFORMER

Khusus untuk bagian ini, semua kutipan berasal dari dokumen handbook karya Lloyd H. Dixon, Jr.

Gambar 11. Screenshot definisi trafo dan induktor.

Gambar 12. Screenshot, magnetic core.

Gambar 13. Screenshot, core limitations.

Gambar 14. Screenshot, energy storage.

Gambar 15. Magnetics in SMPS [sumber].

Gambar 16. Transformer.

Gambar 17. ‘Transformer’ w/energy storage.

Gambar 18. Operasi dari trafo.

Gambar 19. Flyback transformer.

Dari sejumlah pemaparan yang dikutip di atas dapat dimaklumi jika Slobodan Cuk menyetujui pendapat berikut ini:

“Really the ‘flyback transformer’ does not exist, it is a simple inductor where all the energy to be transferred is stored in GAP.”

Juga berpendapat sebagai berikut:

Definition of the COUPLED INDUCTORS is that once the coupling is removed that converter still must operate.

Di awal saya telah menuliskan clue bahwa sesungguhnya transformer yang dipergunakan di topologi flyback tidaklah persis sama dengan yang lebih umum secara awam ditemui untuk bekerja di sistem AC utilitas. Yaitu trafo yang dipakai untuk menaikkan/menurunkan tegangan dan melakukan isolasi. Berikutnya saya sampaikan simulasi trafo dalam bentuk yang paling sederhana sebagai komponen mutual inductance untuk baseline. Lalu dari sana saya cuplik bagaimana penggunaan model flyback transformer yang lebih mendekati kenyataan, di Gambar 5 dan Gambar 6. Di sana bisa dilihat keberadaan L_M atau L_m yang di flyback converter akan berperan penting. Untuk memahami magnetizing inductance saya tampilkan kutipan dari beberapa textbook komersial, ini berfungsi sebagai pembanding dan tolok ukur. Saya tampilkan sejumlah kutipan dokumen yang mengandung informasi yang diperlukan. Informasi ini dikutip dan bisa diperbandingkan satu sama lain dan terhadap kutipan dari textbook. Ini adalah contoh bagaimana kita bisa mengkonstruksi suatu pemahaman terhadap suatu hal dari sebaran kepingan informasi dari berbagai sumber. Menentukan batas kedalaman bahasan yang kita perlukan, menimbang mana saja bahan yang dipakai dan mana yang setidaknya untuk sementara belum dipakai. Ini adalah bagian dari membangun dan memperkuat literasi.

Di artikel ini dan beberapa artikel lain, kedalaman bahasan mengenai induktor dan transformator (transformer) akan dibatasi. Bagi yang belum mengenal sama sekali, pokok bahasan teori medan, hal-ihwal mengenai elektromagnetik, EMI/RFI, induktor, dan transformer berikut semua variasi/turunannya adalah bahasan yang pelik. Saya tidak bermaksud menulis di bagian ini untuk menakut-nakuti. Sebaliknya justru untuk memberi semangat jika ada generasi muda yang sedang belajar dan kebetulan ada beberapa hal/bahasan yang kemudian sulit/menyulitkan. Kalau memang diperlukan, kita masih selalu bisa belajar dari (pengalaman dan pemahaman) orang lain. Melalui Internet, kapan pun dan di mana pun orang-orang yang hidup di zaman sekarang lebih berpeluang untuk mendapatkan informasi dibanding mereka yang hidup seribu tahun lalu. Cara mencari informasi ini serupa dengan metode triangulasi yang dipakai untuk menentukan posisi. Bahkan kalaupun ternyata tetap sulit untuk dipahami, hikmah baiknya adalah kita tidak mudah untuk merasa sudah pintar dan menjadi enggan untuk terus belajar. Sebagai contoh yang bagus, anda bisa membaca artikel berikut ini atau jika ingin membaca versi yang lebih panjang ada di sini. Jangan lupa juga membaca bagian komentarnya (di masing-masing halaman tautan), ini ‘sangat disarankan’. Penulis artikel itu ‘bukanlah orang sembarangan’, beliau adalah salah seorang perintis di bidang elektronika daya (power electronics) yang karyanya menjadi salah satu bahan kajian di banyak textbook hingga saat ini. Beliau adalah seorang pensiunan profesor di Caltech dan masih aktif di bidangnya melalui TESLAco. Mereka yang menanggapi di bagian komentar pun ‘bukan orang sembarangan’ juga. Mereka juga ada yang merupakan akademisi, profesor, practicing engineer, dan penulis buku di bidang ini. Mereka juga pakar di bidang yang sama, sebagian nama bahkan mungkin anda kenal. Mereka bersilang pendapat mengenai definisi dan penerapannya di salah satu cabang bahasan mengenai transformer dan coupled inductors. Bandingkan juga dengan beberapa kutipan berikut ini:

A flyback transformer is a coupled inductor with a gapped core. During each cycle, when the input voltage is applied to the primary winding, energy is stored in the gap of the core. It is then transferred to the secondary winding to provide energy to the load. Flyback transformers are used to provide voltage transformation and circuit isolation in flyback converters.A Guide to Flyback Transformers

In its operation the arrangement of the two inductors is more correctly called a ‘magnetically-coupled inductor’. But because of the two separate windings, it is commonly referred to by designers as a ‘flyback transformer’. Strictly this is a misnomer, but for convenience this article will refer to it this way.Flyback transformer design: practical guidance on minimising losses

Transformers are a key component in many switching regulator designs, providing an isolation barrier in dangerous high power systems, allowing very high step-down or step-up ratios in high voltage designs and (with an extra winding) easily accommodating multiple or inverting outputs. Flyback, forward and SEPIC converters all make use of transformers. This article tells you what you need to know to add transformers to LTspice/SwitcherCAD III simulations.Using Transformers in LTspice/Switcher CAD III

Fenomena silang pendapat seperti ini bagi saya dapat membantu menjaga kewaspadaan (dan ‘kewarasan’), mengenai siapa saya dan batas kemampuan saya. Dari setiap yang kita ketahui, selalu masih sangat banyak yang tidak kita ketahui. Juga ada beberapa pendapat yang berbeda mengenai satu hal yang sama (beserta ketepatan berdasarkan kedalaman penggunaan). Dengan begitu saya terdorong untuk sedapat mungkin tidak berhenti belajar, selagi masih mampu. Hal yang sama juga disarankan kepada mahasiswa, orang-orang muda pewaris Bumi di masa depan. Teruslah belajar. Sebagai penutup bagian/blok ini bagi mahasiswa, orang-orang muda yang masih bersemangat untuk belajar, seperti yang disampaikan di awal bahasan tentang transformer ini memang sering sangat rumit. Terutama kalau pembahasan sudah semakin dalam (seperti layaknya semua hal lain dalam kehidupan) dan semakin banyak unsur ketidakidealan yang disertakan. Anda mungkin bahkan akan menemukan kata-kata black art untuk menggambarkannya.

In the design engineering community, transformer design and prototyping is generally regarded as a black art. To the uninitiated, the wide range of parameters affecting transformer performance – from selection of core material and size to the arrangement of the windings around the core – can appear confusing. In fact, the process of transformer design can be worked through in an orderly way by applying a small number of important equations, combined with a certain degree of trial and error, perhaps better described as ‘experienced guesswork’. Flyback transformer design: practical guidance on minimising losses

With rare exception, schools of engineering provide very little instruction in practical magnetics relevant to switching power supply applications. As a result, magnetic component design is usually delegated to a self-taught expert in this “black art“. Thereare many aspects in the design of practical, manufacturable, low cost magnetic devices that unquestionably benefit from years of experience in this field. However, the magnetics expert is unlikely to be sufficiently aware of the SMPS circuit problems caused by the various parasitic elements and the impact of the specific circuit locations of these elements. This often results in poor decisions in the magnetic component design. Magnetics Design for Switching Power Supplies

If many electronics engineers regard magnetics design as a black art, then it is also true that many transformer engineers regard pulse transformer design in the same way. Magnetic Components: Design and Applications

Despite the apparent simplicity of the block diagram shown, the reality is that there is nothing even remotely trivial about this technique. You can simplify the final design by not using active PFC, but there are still many serious challenges to overcome. The design of a switchmode transformer is almost a ‘black art‘, and achieving full isolation that complies with relevant safety standards is a feat unto itself. Ultimately, while it’s certainly likely to provide the highest efficiency of all the methods discussed, the circuit complexity (and the danger of working with live mains powered circuitry) means that it’s very hard to recommend as a DIY project. Power Supply Pre-Regulator Techniques

Since the seventies, switchmode power supply design has developed from a somewhat neglected “black art” to a precise engineering science. The rapid advances in electronic component miniaturization and space exploration have led to an ever-increasing need for small, efficient, power processing equipment. In recent years this need has caught and focused the attention of some of the world’s most competent electronic engineers. As a result of intensive research and development, there have been many new innovations with a bewildering array of topologies. Fundamentals of Switching Power Supplies

Kutipan di atas hanyalah sebagian kecil contoh saja, beberapa sumber mungkin menggunakan kata-kata yang berbeda tetapi sebenarnya menyampaikan maksud yang sama. Ini justru tidak dalam rangka mematahkan semangat tetapi ajakan untuk proporsional, ini memang bukan bidang yang teramat mudah untuk didalami. Bahasan tentang flyback converter topology akan dilanjutkan ke artikel berikutnya. Untuk seri artikel mata kuliah Elektronika Daya II, bisa dilihat di halaman ini. [[1]]D. W. Hart, Power electronics, 1st ed. New York: McGraw-Hill Higher Education, 2010.[[1]] [[2]]The Flyback Converter, Lecture notes, ECEN4517.[[2]] [[3]]P. C. Sen, Principles of electric machines and power electronics, 3rd ed. United States: Wiley, John & Sons, 2013.[[3]] [[4]]B. Choi, Pulsewidth modulated DC-to-DC power conversion: Circuits, dynamics, and control designs. United States: John Wiley & Sons, 2013.[[4]] [[5]]D. W. Hart, Power electronics, 1st ed. New York: McGraw-Hill Higher Education, 2010.[[5]]

font cache: Ψ α β π θ μ Φ φ ω Ω ° ~ ± ≈ ≠ ≡ ≤ ≥ ∞ ∫ • ∆

*Pengaturan footnote tidak dapat sepenuhnya sesuai dengan format pengutipan IEEE.

Belajar dari bahan di situs perusahaan pembuat induktor

[ [ kutipan singkat ] ]

Sebagiamana biasanya saya selalu mengemukakan bahwa ada banyak bahan belajar yang tersedia di zaman ini. Data-Informasi-Pengetahuan-Kebijaksanaan tersedia untuk dapat diakses dengan jauh lebih cepat dari zaman sebelumnya. Bahkan sering dikatakan bahwa kesulitan pada dekade terakhir ini seringkali bukanlah tentang bagaimana mencari informasi untuk banyak hal, tetapi justru bagaimana memilah data dan informasi yang jumlahnya besar sekali. Ini adalah lanjutan dari era ‘banjir informasi‘.

Ini juga berlaku untuk sumber pengetahuan di bidang elektro/elektronika. Banyak sekali informasi dari berbagai sumber yang bisa ditemukan dan disaring. Disesuaikan penggunaannya sebatas keperluan/kebutuhan. Sering kali persoalannya adalah apakah ada kemauan atau tidak untuk mencari dan mempelajarinya. Selain dari textbook, mahasiswa juga bisa mencari dari berbagai lecture notes/course notes di perguruan tinggi ternama di bidang ini di dunia. Misalnya dari MIT, Rose-Hulman, UoS, Calpoly, UTK, CU Boulder, CMU, Stanford. Alternatif lain adalah dengan mencari di MOOC seperti edX, Coursera, Udacity, MIT OCW. Pilihan lainnya lagi adalah dengan mencari informasi di sejumlah website perusahaan yang bergerak di bidang elektronika. Belum lagi bahwa mahasiswa bisa mengakses sejumlah besar tutorial yang tersedia di sejumlah majalah (Design News, Planet Analog, EETimes, EDN, EEWeb), Instructables, Medium, WordPress, Blogspot, dan Youtube. Meskipun tidak semua sumber tersebut bisa langsung dikutip begitu saja ke dalam karya Tugas Akhir/Skripsi, tetapi tetap bagus dan berharga sebagai bahan belajar.

Di artikel ini akan dicoba dicontohkan bagaimana beberapa bahan dari beberapa sumber dapat dipergunakan untuk membantu lebih memahami tentang komponen dan sistem elektronika daya. Sebagai contoh, dipergunakan lingkup bahasan DC-DC Converter (terutama SEPIC) dan komponen induktor (terutama coupled inductor).

Perusahaan-perusahaan yang memproduksi komponen IC regulator/controller biasanya cukup banyak memberikan sejumlah informasi yang bisa dipakai sebagai bahan belajar. Dari datasheet (data-sheet), application note, user guide, user manual sampai yang whitepapers. Misalnya perusahaan seperti Littelfuse, STMicroelectronics, Texas Instruments, Microchip, Analog Devices, Maxim, Infineon, Renesas, Vishay, Bourns. Beberapa dari perusahaan itu bahkan tidak hanya memproduksi komponen aktif tetapi juga komponen pasif. Sehingga pengguna bisa mendapatkan informasi yang lebih banyak dari satu tempat.

Untuk DC-DC Converter sendiri, komponen pasif yang terpenting adalah induktor. Berbeda dari masa-masa sebelumnya, sekarang sudah semakin banyak variasi komponen induktor siap pakai yang bisa didapatkan. Ada perusahaan-perusahaan yang memiliki fokus untuk memproduksinya, di sampaing beberapa perusahaan produsen komponen elektronika yang umum. Dua yang menurut saya paling mengemuka adalah Coilcraft dan Würth Elektronik. Beberapa yang lain yang juga memproduksi induktor (yang di antaranya) untuk keperluan sistem elektronika daya; Murata, API Delevan, TDK Electronics, Vishay, Bourns, dan TT Electronics.

Perusahaan adalah entitas bisnis, yang kemunculan, keberadaan, serta kemampuannya untuk tetap bertahan adalah berasal dari upaya penyelesaian masalah yang dihadapi oleh pihak lain. Sistem elektronika semakin banyak yang memerlukan komponen induktor, ini adalah kebutuhan yang perlu dipenuhi. Perusahaan-perusahaan yang mampu bertahan sebagai produsen induktor yang dipercaya adalah perusahaan yang bukan hanya mampu memberikan harga produk yang kompetitif. Tetapi lebih dari itu, ada banyak hal lain yang menyumbang kesuksesannya sebagai perusahaan. Antara lain adalah customer education. Setiap perusahaan berlomba untuk mempermudah para pelanggan. Misalnya dari segi distribusi, dari segi pemilihan komponen, bantuan desain sampai dengan ketersediaan informasi.

Di lain artikel akan saya coba untuk menunjukkan contoh bagaimana perusahaan-perusahaan itu menyediakan perangkat lunak seperti simulator, kalkulator, atau setidaknya semacam parametric based selector untuk mempermudah pembeli dan calon pembeli. Tetap kali ini yang akan dicontohkan adalah informasi yang disediakan perusahaan-perusahaan itu. Kalaupun ada kendala mengenai bahasa pengantar, sekarang ini sudah sangat mudah untuk mempergunakan Google Translate atau Bing Microsoft Translator. Keduanya sudah sangat mudah untuk dipergunakan, berbeda dengan saat kuliah S1 saya dahulu. Saat itu layanan online yang tersedia bebas pakai hanyalah layanan Babelfish dari Altavista.

Würth Elektronik

Ada beberapa informasi dari Würth yang cukup bagus sebagai bahan bacaan, berkenaan dengan dc-dc converter atau induktor. Tulisan yang pertama adalah tentang perbandingan sejumlah topologi SMPS {{1}}. Tulisan singkat ini diawali dengan perbandingan antara catu daya linier dengan catu daya tersakelar. Lalu dilanjutkan dengan penjelasan singkat mengenai tipe-tipe/topologi catu daye tersakelar. Di halaman ini juga terdapat link ke file SMPSChart.

Tulisan yang kedua sama singkatnya dengan tulisan yang pertama tadi. Topologi SEPIC dibahas dengan lebih dalam. Dilengkapi dengan gambar tata letak (layout) komponen SEPIC di simulator LTspice{{2}}. Di tulisan ini dikemukakan argumentasi untuk memilih mempergunakan coupled inductors.

[intense_blockquote color=”#f7f4ff” author=”Würth Elektronik”]

You might be asking yourself why you would use a coupled inductor instead of two inductors. Here are the main advantages:

Less space on PCB
Less cost
Input ripple current cancellation (resulting in smaller input capacitor and simpler EMI input filter)
Increased efficiency (due to smaller inductor value [half of uncoupled SEPIC] and therefore less DCR and less winding losses)

[/intense_blockquote]

Artikel ketiga menunjukkan dengan lebih spesifik mengenai coupled inductors {{3}}. Dilengkapi dengan video yang juga dapat dilihat via Youtube, dan topologi rangkaian penyakelar di Gambar 1 berikut.

Gambar 1. Topologi tahapan penyakelar daya.

Artikel yang terakhir ini menyampaikan alternatif cara untuk menentukan nilai induktor yang dipergunakan dalam sistem dc-dc converter{{4}}. Di sini disebutkan tentang fasilitas online yang disediakan, REDEXPERT. Perangkat ini akan coba saya tampilkan di lain artikel. Berikutnya, di tulisan singkat ini disampaikan juga argumentasi yang lebih panjang tentang keutamaan penggunakan coupled inductors bila dibandingkan dengan dua induktor terpisah.

Coupled Inductor vs. Single Inductors

After calculating the SEPIC converter topology, the program suggests the inductors that best fit electronically into the circuit. This list can then be further optimized by taking DCR or mechanical dimensions into consideration.

In this example, a coupled inductor pre-setting shows an example using two single inductors. The inductance value of the coupled inductor is exactly half of the single inductor. This clearly shows that by choosing a coupled inductor, the DCR can be reduced significantly (67 mOhm vs. two 72 mOhm).

Würth Elektronik

Coilcraft

Artikel pertama di situs Coilcraft yang saya kutip mengenalkan tentang komponen induktor{{5}}. Ini adalah artikel yang bagus untuk mengingat kembali tentang induktor. Misalnya yang saya kutip di Gambar 2 berikut ini adalah salah satu fungsi induktor di suatu rangkaian daya. Di bagian bawah setiap artikel di Coilcraft, terdapat beberapa tautan yang menarik. Baik yang menuju ke artikel lain maupun ke sejumlah tools yang bisa dipakai untuk membantu perhitungan/simulasi.

Gambar 2. Fungsi induktor untuk mengurangi riak arus.

Artikel kedua membahas secara lebih spesifik mengenai induktor terkopel{{6}}. Misalnya membahas tentang bagimana cara memilih induktor terkopel dengan fasilitas coupled inductor finder. Artikel ini juga membahas persamaan dan perbedaan antara penggunaan istilah komponen induktor, serta masalah coupling coefficient seperti:

Close coupling may not be optimal for all applications. In fact, Coilcraft’s MSC1278 Series of coupled inductors is designed with high leakage inductance for use in certain SEPIC applications. The loosely coupled windings (K ≈ 0.8) improve SEPIC efficiency by reducing circulating current and still provide twice the ripple current reduction of separate inductors.Coilcraft

Artikel ketiga dalam format file pdf yang saya kutip dari situs Coilcraft ini sangatlah ‘praktis'{{7}}. Di dalamnya terdapat contoh perancangan dan perhitungan untuk menentukan induktor mana yang dipilih untuk dipergunakan. Sebagaimana di Gambar 3, saya hanya mengutip langkah 1, langkah 6, dan langkah 7. Sangat disarankan untuk membaca secara utuh informasi di dalam artikel ini dari situs Coilcraft.

Gambar 3. Contoh perancangan.

Halaman berikutnya dari Coilcraft adalah tampilan depan untuk produk coupled inductors{{8}}. Sebagai contoh, sebagian saya tampilkan di Gambar 4.

Gambar 4. Coilcraft Coupled Inductors.

Halaman terakhir yang saya kutip dari Coilcraft adalah halaman yang menyajikan informasi lebih detail tentang salah satu komponen{{9}}. Lihat Gambar 4. Dari halaman itu bisa diakses beberapa informasi di halaman lain tentang komponen yang sama.

Gambar 5. MSC1278 Series

Gambar 6. Datasheet MSC1278 Series.

Sebagai contoh cepat simulasi coupled inductors, kita bisa mempergunakan PSIM. Berikut ini dipakai dua nilai sebagai pembanding, yang pertama masing-masing bernilai 100 μH dan yang kedua masing-masing bernilai 50 μH. Perlu diingat bahwa seringkali simulasi untuk coupled inductors memerlukan rentang waktu yang lebih panjang.

Gambar 7. Simulasi coupled inductors dengan PSIM untuk nilai 100 μH.

Gambar 8. Hasil simulasi, riak arus sebesar 74.32 mA (0.07432 A)

Gambar 9. Simulasi coupled inductors dengan PSIM untuk nilai 50 μH.

Gambar 10. Hasil simulasi, riak arus sebesar 140 mA (0.14 A)

[intense_tabs direction=”right” active_tab_background_color=”#000000″ active_tab_font_color=”#ffff00″ trigger=”click”] [intense_tab title=”Video01″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_size=”1″ icon_position=”left”]

[/intense_tab] [intense_tab title=”Video02″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”]

[/intense_tab] [intense_tab title=”Video03″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”]

[/intense_tab] [intense_tab title=”Video04″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”]

[/intense_tab] [/intense_tabs]

Sumber belajar:

[[1]] Switch Mode Power Supply Topologies Compared [[1]] [[2]] Coupled Inductors for SEPIC Converter Applications [[2]] [[3]] Coupled Inductors [[3]] [[4]] How to Calculate an Inductor for a SEPIC Converter [[4]] [[5]] What is an Inductor? [[5]] [[6]] Coupled Inductor Guide [[6]] [[7]] Selecting Coupled Inductors for SEPIC Applications [[7]] [[8]] Coupled Power Inductors [[8]] [[9]] Coupled SEPIC Inductors MSC1278 Series [[9]]

Penyearah setengah gelombang dengan beban R-L

Untuk jangka panjang, langkah-langkah yang sistematis untuk mempelajari tentang penyearah setengah gelombang dengan beban RL (R-L) adalah dengan mempelajari masing-masing komponen pembentuknya. Hal ini baik untuk diusahakan dengan sungguh-sungguh setelah melihat gambaran besar (overview) dari rangkaian/sistem.

Untuk komponen resistor, penyegaran kembali dapat dilakukan dengan membaca ulang sumber-sumber antara lain seperti: Wikipedia, Sparkfun, atau Rohm. Sedangkan untuk diode (terutama untuk keperluan penyearahan dari AC ke DC, sumber-sumber belajar telah dicantumkan di post ini juga di sini.

Bahan untuk mengingat kembali tentang komponen induktor juga sudah banyak terdapat di Internet. Beberapa contoh ada di kumpulan link berikut:

Karena proses belajar ini termasuk cukup panjang, mungkin perlu mengingat kembali “kecenderungan umum” mengenai tantangan dalam menjalaninya. 🙂 .

Google is your friend!

Ungkapan di atas bukanlah isapan jempol belaka atau suatu ajakan “normatif” atau bahkan suatu ungkapan promosi. Era Internet sudah sejak lama ditandai dengan adanya banjir informasi. Untuk cukup banyak hal, alih-alih sulit untuk mencari informasi maka yang terjadi adalah tantangan bagaimana memilah informasi yang tersedia. Dengan kata kunci yang tepat, setahap demi setahap lebih sering daripada tidak informasi yang memang bersifat umum bisa ditemukan. Untuk kegiatan belajar mengajar, hal seperti ini sudah merupakan bagian yang rutin dalam proses. Terutama untuk yang merasa bosan “dijajah” atau “dikuasai” oleh kaum atau bangsa asing 🙂 . Berbuat/bertindak dengan sistematis setelah menyusun rencana, untuk membangun peradaban adalah lebih baik daripada cuma rutin menggelar demo jalanan, IMHO.

Sekadar sebagai contoh kasus, informasi seperti ini sudah sangat banyak tersedia di berbagai tempat di jaringan internet (Internet) untuk dapat dibandingkan satu sama lain.

Gambar 1. [Sumber: Slideshare]

Gambar 2. [Sumber: Slideshare]

Gambar 3. [Sumber: Slideshare]

Gambar 4. [Sumber: Slideshare]

Gambar 5. [Sumber: Slideshare]

Gambar 6. [Sumber: Slideshare]

Gambar 7. [Sumber: Slideshare]

Gambar 8. [Sumber: Slideshare]

Gambar 9. [Sumber: Slideshare]

Gambar 10. [Sumber: Slideshare]

Gambar 11. [Sumber: Slideshare]

Gambar 12. [Sumber: Slideshare]

Gambar 13. [Sumber: Slideshare]

Gambar 14. [Sumber: Slideshare]

Gambar 15. [Sumber: Slideshare]

Gambar 16. [Sumber: Slideshare]

Gambar 17. [Sumber: Slideshare]

Gambar 18. [Sumber: Slideshare]

Gambar 19. [Sumber: Slideshare]

Gambar 20. [Sumber: Slideshare]

Gambar 21. [Sumber: Slideshare]

Gambar 22. [Sumber: Slideshare]

Gambar 23. [Sumber: Slideshare]

Gambar 24. [Sumber: Slideshare]

Gambar 25. [Sumber: Slideshare]

Gambar 26. [Sumber: Slideshare]

Gambar 27. [Sumber: Slideshare]

Gambar 28. [Sumber: Slideshare]

Beberapa sumber yang baik untuk mengingat kembali mengenai phase angle, complex number & phasor:

Gambar 29.

Gambar 30.

Gambar 31.

Gambar 32.

Gambar 33.

Gambar 34.

Gambar 35.

Gambar 36.

Perhitungan pada Gambar 36 adalah perhitungan sederhana yang teori penunjang/landasan teoritisnya dapat dengan mudah dicari untuk diperbandingkan dengan bantuan mesin pencari di Internet.

Bagaimana dengan simulasi dengan beban L (induktor) murni?

Gambar 37. rapidtables.com.

Gambar 38.

Gambar 39.

Gambar 40.

Mengapa perhitungan pada Gambar 37, Gambar 38 dan Gambar 39 tidak sama dengan hasil simulasi pada Gambar 40?

Gambar 41.

Dapatkah Gambar 13 memberikan penjelasan mengenai fenomena tersebut di atas?

[intense_panel shadow=”11″ border=”1px solid #696161″]

Salah satu “keuntungan” tertinggal adalah kenyataan bahwa ada kemungkinan bisa belajar dari yang sudah lebih dahulu maju. Pendapat yang saya sering ungkapkan adalah bahwa sepanjang menganai sains dan teknologi (termasuk engineering dan engineering technology), penduduk Indonesia masih memiliki kesempatan untuk belajar dari penduduk di negara-negara yang lebih maju. Ada cukup banyak hal yang baru terpikirkan, baru dialami dan baru ditanyakan ternyata sudah pernah terjadi di tempat lain yang lebih maju, sudah dibahas dan sering sudah ditemukan solusinya. Persoalannya adalah apakah kita cukup punya “kerendahan hati”, minat dan kesempatan untuk mempelajarinya.

Berikut ini adalah salah satu yang bisa dijadikan contoh. Agar di lain kesempatan mahasiswa bisa memiliki kemampuan untuk secara mandiri mencari informasi sejenis.

[/intense_panel]