Prinsip Rectifier Pada Sistem UPS Statis

          Sistem UPS menggunakan semikonduktor daya dengan konstruksi rectifier, inverter, dan switch statis. Komponen solid-state ini mengendalikan arah aliran daya dan menghidupkan atau mematikan dengan sangat cepat yang memungkinkan untuk konversi daya listrik ac ke daya listrik dc dan sebaliknya daya listrik dc ke daya listrik ac.

1. Karakteristik Semikonduktor Daya

          Sebuah semikonduktor daya adalah komponen elektronik yang terdiri dari dua lapisan wafer silikon dengan pengotor yang berbeda membentuk persimpangan yang dibuat oleh difusi. Bergabungnya dua wafer ini menyediakan kontrol aliran arus. Mengacu pada gambar 1 dan 2, semikonduktor daya memungkinkan arus mengalir dalam satu arah dari anoda A ke katoda K , setiap kali tegangan anoda relatif positif terhadap katoda. Ketika tegangan anoda relatif negatif terhadap katoda, dioda daya memblokir aliran arus dari katoda ke anoda. Semikonduktor daya dapat berupa SCR atau transistor. Jenis transistor tersebut adalah transistor bipolar, transistor efek medan (FET), dan transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBT). Perangkat yang paling umum digunakan adalah SCR dan IGBT. IGBT relatif baru dan saat ini telah populer. IGBT secara signifikan lebih efisien dan lebih mudah untuk mengontrolnya daripada semikonduktor daya lainnya. Penggunaan IGBT diperbolehkan untuk UPS statis dengan kapasitas sebesar 750 kVA tanpa paralel unit.

Gambar 1. Rectifier dioda setengah gelombang dengan beban resistif

Gambar 2. Rangkaian rectifier dioda setengah gelombang

2. Karakteristik SCR

          Sebuah SCR memungkinkan untuk mengalirkan maju arus melalui perangkat yang mirip dengan dioda. SCR berbeda dengan dioda dalam hal ini SCR tidak akan mengalirkan sampai pulsa arus memicu gerbang. Setelah SCR mengalirkan, dia hanya akan mematikan pada saat arus jatuh ke nol atau melalui arus balik yang diterapkan. Mengacu pada gambar 3, yang tegangan anoda relatif positif ke katoda antara wt = o dan wt = α; SCR mulai mengalirkan ketika pulsa picu diterapkan pada wt = α. Dimana, α disebut sudut picu. Dan juga, SCR memblokir pada wt> π ketika tegangan anoda menjadi relatif negatif ke katoda. SCR tidak mengalirkan lagi sampai pulsa picu yang diterapkan kembali pada wt = 2π + α. Pada saat menyala (turn-on), SCR sangat efisien dan SCR memerlukan rangkaian pergantian untuk mati (turn-off). Hal ini diperlukan agar dapat umematikan perangkat untuk digunakan dalam inverter yang menghasilkan gelombang ac. Waktu turn-off  lebih lambat bila dibandingkan dengan transistor.. Kelemahan lain untuk sirkuit pergantian adalah harus menambah lebih banyak komponen dan konsumsi daya ke sirkuit tersebut, serta besarnya noise yang terdengar dalam unit.

Gambar 3. Rectifier SCR setengah gelombang dengan beban resistif

3. Karakteristik Transistor Bipolar

          Transistor bipolar mengizinkan arus mengalir melalui rangkaian ketika arus mengalir ke basis. Aliran listrik melalui perangkat sebanding dengan arus yang mengalir ke basis. Tidak seperti SCR, transistor tidak latching. Setelah menghapus arus dari basis, sirkuit akan mati (turn-off). Hal ini memungkinkan waktu switching lebih cepat daripada SCR. Namun, transistor bipolar mengalami kerugian saturasi yang tinggi selama daya listrik masih membutuhkan sirkuit kendali untuk meminimalkan kerugian switching.

4. Karakteristik FET

          FET diaktifkan dan dinonaktifkan dengan menerapkan tegangan ke pintu gerbang. Hal ini lebih efisien daripada menerapkan arus ke basis seperti yang dilakukan pada transistor bipolar. FET mengalami kerugian saturasi dan memerlukan sirkuit kendali untuk meminimalkan kerugian switching. Selain itu, karakteristik resistansi tinggi dari bagian pengaliran daya membuat perangkat ini tidak efisien dan tidak diinginkan untuk aplikasi dengan kapasitas daya yang besar.

5. Karakteristik IGBT

          IGBT menggabungkan karakteristik yang diinginkan pada transistor bipolar dan FET. Tegangan diterapkan ke basis untuk menghidupkan dan mematikan perangkat dan kolektor atau emitor memiliki resistansi rendah . IGBT memiliki toleransi yang lebih besar terhadap fluktuasi temperatur dibanding dengan FET. Kelemahan IGBT adalah mengalami kerugian saturasi dan kerugian switching seperti pada semua jenis transistor yang. Hal ini harus dipertimbangkan dalam perancangan UPS. Secara keseluruhan, IGBT lebih efisien dan lebih mudah untuk mengontrol daripada semikonduktor daya lainnya.