Memaksimalkan Kinerja MSRC: Teknik Modulasi Siklus Tugas untuk Beban Rendah
***
Efisiensi daya telah menjadi salah satu fokus utama dalam pengembangan teknologi konverter untuk aplikasi otomotif, khususnya pada kendaraan listrik. Dalam upaya meningkatkan efisiensi pada beban ringan, konverter resonansi seri multiport (MSRC) muncul sebagai solusi yang potensial. Artikel yang ditulis oleh Thomas Langbauer, Alexander Connaughton, Franz Vollmaier, Zhen Huang, Klaus Krischan, dan Roberto Petrella pada tahun 2023, berjudul Increasing Light Load Efficiency in Phase-Shifted, Variable Frequency Multiport Series Resonant Converters dalam IEEE Access, membahas teknik kontrol baru yang menggabungkan frekuensi variabel, pergeseran fasa, dan modulasi siklus tugas. Teknik ini dirancang untuk memperpanjang kondisi zero-voltage switching (ZVS) yang kritis dalam menjaga efisiensi tinggi, terutama pada kondisi beban rendah.
Penulis menggarisbawahi bahwa pada beban ringan, MSRC cenderung kehilangan ZVS, yang berakibat pada peningkatan kerugian switching dan penurunan efisiensi. Mengatasi masalah ini dengan modulasi siklus tugas dapat memperpanjang ZVS hingga 22%, yang merupakan peningkatan signifikan dibandingkan dengan metode kontrol konvensional. Eksperimen pada pengisi daya onboard (OBC) kendaraan listrik menunjukkan bahwa metode ini juga mampu mengurangi kerugian daya hingga 60 watt pada kondisi beban rendah. Data ini menjadi bukti bahwa teknik kontrol ini memberikan dampak yang besar terhadap penghematan energi dan efisiensi konverter, menjadikannya sebagai inovasi yang relevan di tengah tren elektrifikasi kendaraan yang semakin berkembang.
***
Teknologi konverter daya memainkan peran penting dalam sistem kelistrikan modern, terutama pada kendaraan listrik (EV). Salah satu tantangan utama yang dihadapi oleh para insinyur adalah mempertahankan efisiensi yang tinggi di seluruh rentang beban, termasuk pada kondisi beban ringan. Dalam artikel ini, Langbauer et al. (2023) mengusulkan pendekatan inovatif untuk meningkatkan efisiensi konverter resonansi seri multiport (MSRC), yang secara khusus dirancang untuk menangani masalah efisiensi pada beban rendah. Tantangan utama dalam MSRC adalah hilangnya kondisi zero-voltage switching (ZVS) pada beban rendah, yang secara drastis meningkatkan kerugian daya akibat switching.
Solusi yang ditawarkan dalam penelitian ini adalah modulasi siklus tugas yang dikombinasikan dengan kontrol pergeseran fasa dan frekuensi switching. Teknik ini bekerja dengan memperkenalkan interval tegangan nol pada jembatan penuh (full bridge) konverter, yang secara efektif mengurangi arus resonan dan memungkinkan ZVS tetap dipertahankan. Dengan demikian, kerugian switching yang biasanya terjadi pada kondisi beban rendah dapat diminimalkan. Sebagai contoh, penelitian ini mencatat bahwa efisiensi MSRC dapat meningkat hingga 22% ketika modulasi siklus tugas diterapkan, dibandingkan dengan metode konvensional yang hanya mengandalkan kontrol frekuensi dan fasa.
Angka-angka ini didukung oleh hasil eksperimen yang dilakukan pada prototipe pengisi daya onboard (OBC) untuk kendaraan listrik. Pada beban rendah, di mana daya yang ditransfer lebih sedikit, efisiensi biasanya turun hingga sekitar 55%. Namun, dengan teknik kontrol yang diusulkan, efisiensi meningkat secara signifikan, dengan kerugian daya berkurang hingga 60 watt, terutama di bawah 30% beban nominal. Angka-angka ini menunjukkan bahwa pendekatan yang diusulkan tidak hanya mengatasi masalah teknis, tetapi juga memberikan penghematan energi yang nyata pada kondisi dunia nyata.
Dalam konteks yang lebih luas, modulasi siklus tugas memungkinkan konverter tetap beroperasi pada frekuensi switching yang lebih rendah tanpa mengorbankan ZVS. Ini penting karena semakin rendah frekuensi switching, semakin kecil pula kerugian daya yang disebabkan oleh elemen-elemen magnetik dan switching itu sendiri. Oleh karena itu, inovasi ini memberikan dua manfaat utama: pertama, peningkatan efisiensi melalui pengurangan kerugian switching; kedua, penghematan energi yang signifikan, yang pada akhirnya meningkatkan daya tahan dan masa pakai komponen.
***
Teknologi yang diperkenalkan oleh Langbauer et al. (2023) memberikan solusi yang signifikan untuk meningkatkan efisiensi konverter resonansi seri multiport (MSRC) pada kondisi beban rendah. Dengan meningkatkan efisiensi hingga 22% dan mengurangi kerugian daya sebesar 60 watt, pendekatan ini tidak hanya menawarkan perbaikan teknis, tetapi juga mengurangi konsumsi energi secara keseluruhan. Dalam konteks aplikasi otomotif, terutama pengisi daya onboard untuk kendaraan listrik, inovasi ini berpotensi menjadi standar baru dalam pengelolaan daya.
Dengan adanya peningkatan dalam efisiensi operasional pada kondisi beban rendah, industri kendaraan listrik dapat melihat peningkatan kinerja yang lebih baik dalam hal pengisian daya dan pengurangan biaya operasional. Ke depan, penelitian lebih lanjut dapat dilakukan untuk mengoptimalkan teknik ini pada kondisi daya yang lebih tinggi, menjadikan teknologi ini lebih serbaguna dan dapat diterapkan di berbagai jenis aplikasi daya.
