Pengaruh Nilai Komponen Rangkaian MOSFET Gate Drive Metode Bootstrap terhadap Sinyal Gating pada Inverter Full-Bridge

ARIS SAPUTRA, Dr.Eng. F. Danang Wijaya, S.T., M.T.; Eka Firmansyah, S.T., M.Eng., Ph.D.

2015 | Skripsi | S1 TEKNIK ELEKTRO

Pada aplikasi inverter full-bridge, keempat saklar MOSFET membutuhkan sinyal gating yang tepat agar dapat beroperasi dengan normal. Sinyal kendali yang berasal dari mikrokontroler memiliki bentuk gelombang dengan akurasi yang baik, namun ketika masuk ke gate driver terjadi beberapa permasalahan pada sinyal gating. Tunda waktu yang ada pada IC driver dan lamanya waktu turn on maupun turn off akan menentukan besar kecilnya rugi-rugi penyaklaran. Di sisi lain, sinyal gating dengan transisi on atau off yang terlalu cepat dapat membuat dv/dt atau di/dt pada drain-source menjadi besar sehingga menimbulkan spike tegangan. Komponen rangkaian yang mempengaruhi waktu penyaklaran adalah resistor gate. Oleh karena itu, pemilihan nilai komponen resistor gate yang tepat perlu dilakukan pada tahap perancangan agar didapat operasi penyaklaran yang optimum. Pada penelitian ini, rangkaian MOSFET gate drive dengan metode bootstrap dirancang dan dibuat untuk aplikasi inverter full-bridge yang menjadi bagian dari sistem konverter DC-DC full-bridge phase-shifted PWM ZVS 311/100 V. Pengujian yang dilakukan bertujuan untuk mengamati pengaruh perubahan nilai komponen resistor gate terhadap sinyal gating yang dihasilkan. Beberapa variabel yang diamati adalah rise time, fall time, dan spike tegangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai resistor gate yang semakin besar akan membuat turn on rise time dan turn off fall time semakin lama, namun di sisi lain, penambahan nilai resistor gate dapat mengurangi spike tegangan yang timbul di keluaran gate driver dan inverter. Berdasarkan hasil pengujian, rentang nilai resistor gate yang cukup baik berkisar 47 ohm hingga 82 ohm.

In full-bridge inverter application, properly gating signals are required to make MOSFET switching devices operate normally. Control signal is provided by microcontroller in a good accuracy waveforms. However, when the gating signal comes into the gate driver, there are some problems appeared. Delay on driver IC and length of turn on or turn off time would determine the magnitude of switching losses. On the other hand, gating signal with fast turn on or turn off transition can make bigger dv/dt and di/dt on drain-source, which results on voltage spike. Circuit component which affects the switching time is gate resistor. Hence, selection of gate resistor value is required in design process to make sure the optimum switching operation can be achieved In this research, MOSFET gate drive circuit using bootstrap method was designed and built for full-bridge inverter application. This inverter is a part of 311/100 V full-bridge phase-shifted PWM ZVS DC-DC converter. An experiment and observation on the effects of gate resistor value variation toward output gating signal was done. Some variables included in this observation are rise time, fall time, and voltage spike. The results show that higher value of gate resistor would make longer turn on rise time and turn off fall time, but on the other hand, higher value of gate resistor would reduce voltage spike in gate driver and inverter output. From this experiment, range of a good values for gate resistor are between 47 ohm to 82 ohm.

Kata Kunci : MOSFET gate drive, bootstrap, inverter full-bridge, resistor gate, spike tegangan