Tentang Dead Time pada Inverter

Bismillah. Entah kenapa transistor MOSFET pada inverter yang kami buat untuk motor induksi cepat sekali panas dan beberapa kali hangus. Ada teman yang menyatakan bahwa bisa jadi itu persoalan dead time. Lalu saya coba baca beberapa referensi dan saya terjemah bebaskan sedikit di sini, mudah2an bermanfaat.

By Cyril BUTTAY - CC BY-SA 3.0 [1]

Apa itu Shoot-through pada Inverter H-Bridge?

Gambar di atas adalah skema jembatan H (H-Bridge). Motor dapat terhubung dengan sumber tegangan dan berputar bila S1 dan S4 ON atau S3 dan S2 ON. S1 dan S2 tidak boleh ON bersamaan karena akan terjadi hubung singkat (short-circuit), begitu pula S3 dan S4. Keadaan hubung singkat ini disebut dengan shoot-through. Idiom shoot-through ini dalam bahasa sehari-hari berarti kabur, menghindar, atau melarikan diri, dan semisalnya. [1]

 

Mengapa transistor IGBT/MOSFET pada Inverter bisa panas?

Ketika S1 dan S2 ON, maka jalur Q1 dan Q2 menjadi jalur resistansi rendah, sehingga terjadilah hubung singkat (shoot-through). Kondisi ini harus dihindari karena membuat rugi daya, berpotensi memanaskan transistor dan menghancurkan jembatan anda dalam waktu singkat. [2]

Bagaimana hubung singkat mungkin terjadi dan apa peran dead time?

Tidak mungkin kita mengaktifkan kedua transistor IGBT/MOSFET tersebut dengan sengaja, tapi karena transistor tersebut bukan saklar ideal, transisi waktu turn ON dan transisi waktu turn OFF tidak bisa persis sama, sehingga terjadilah kondisi shoot-through ini. Untuk menghindarinya, kita bisa menambah waktu tunda yang umum dikenal dengan istilah "dead time" dalam sinyal kontrol. Dengan waktu tambahan ini, satu IGBT pasti OFF lebih dulu lalu IGBT lainnya ON setelah dead time berlalu, meski demikian tetap ada shoot-through akibat ketidaksimetrian transisi waktu on dan off dari IGBT.

 

Dead time memiliki suatu efek samping, diantaranya menghasilkan distorsi pada arus/tegangan output. Dead time harus dihitung dengan teliti dan pas, penetapan dead time yang terlalu lama dan melebihi kebutuhan, pada kasus motor induksi misalnya, bisa menghasilkan ketidakstabilan dan berpotensi menghancurkan. Ref [3] memberikan satu persamaan untuk menghitung dead time dengan mempertimbangkan karakteristik IGBT dan driver.

Referensi
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/H_bridge
[2] http://www.modularcircuits.com/blog/articles/h-bridge-secrets/h-bridges-the-basics/
[3] http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-AN2007_04_Deadtime_calculation_for_IGBT_modules-AN-v1.0-en.pdf?fileId=db3a30431a5c32f2011a5daefc41005b
[4] http://www.powerguru.org/semidriver%E2%84%A2-%E2%80%93-semikron-igbt-driver-electronics/

Penulis
M Nur Qomarudin, alfiyahibnumalik@gmail.com, 085733484101