Apa yang dimaksud dengan harmonisa pada catu daya led/driver led?

Dalam sistem tenaga yang ideal, tegangan dan arus harus sempurna, gelombang sinus halus (dikenal sebagai gelombang fundamental, dengan frekuensi 50Hz atau 60Hz). Namun, pada kenyataannya, banyak perangkat listrik (seperti catu daya LED) "mencemari" bentuk gelombang sempurna ini, menyebabkan bentuk gelombang arus menjadi terdistorsi dan tidak lagi menjadi gelombang sinus halus.

Secara matematis, bentuk gelombang terdistorsi ini dapat dipecah menjadi gelombang fundamental 50Hz/60Hz dan serangkaian gelombang sinus yang frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasar (misalnya, 100Hz, 150Hz, 200Hz...). Gelombang sinus berfrekuensi tinggi ini disebut harmonik.

Harmonisa ke-2: Frekuensi 2 kali frekuensi dasar (100Hz/120Hz)

Harmonisa ke-3: Frekuensi 3 kali frekuensi dasar (150Hz/180Hz)

Harmonisa ke-5: Frekuensi 5 kali frekuensi dasar (250Hz/300Hz)

...dan sebagainya.

Penyebab Spesifik pada Catu Daya LED:

Catu daya LED modern biasanya menggunakan teknologi Switched-Mode Power Supply (SMPS). Bagian penting dalam mengubah Arus Bolak-balik (AC) menjadi Arus Searah (DC) untuk chip LED adalah rangkaian penyearah dan penyaringan.

Perbaikan: Daya AC melewati penyearah jembatan dioda dan menjadi DC yang berdenyut.

Penyaringan Kapasitor: Kapasitor elektrolitik besar bertanggung jawab untuk "menghaluskan" DC yang berdenyut ini menjadi DC yang stabil.

Masalahnya terletak di sini: Kapasitor filter ini hanya menarik arus dari jaringan untuk waktu yang sangat singkat di dekat puncak tegangan AC untuk mengisi dayanya sendiri dengan cepat. Untuk sebagian besar sisa siklus tegangan, ia tidak menarik arus.

Hal ini menghasilkan arus yang ditarik oleh catu daya LED bukan sebagai gelombang sinus kontinu, tetapi sebagai pulsa yang tajam dan sempit jika dilihat dari sisi jaringan. Arus berdenyut non-sinusoidal ini mengandung sejumlah besar komponen harmonik, terutama harmonik orde ganjil ke-3, ke-5, ke-7, dan lainnya.

Pemahaman Visual:

Bayangkan sisi kiri adalah arus sinusoidal ideal, dan sisi kanan adalah bentuk gelombang arus terdistorsi (seperti pulsa) yang dihasilkan oleh catu daya LED. Yang terakhir ini dapat diuraikan menjadi gelombang fundamental dan berbagai harmonik yang ditumpangkan padanya.

2. “Peranan” Harmonisa (Sebenarnya Efek Negatifnya)

Dalam bidang elektronika daya, harmonisa hampir selalu dianggap sebagai fenomena negatif. “Peran” mereka adalah menyebabkan serangkaian masalah dan bahaya.

1. Peningkatan Kerugian dan Pemanasan pada Jalur dan Peralatan

Ketika arus harmonik mengalir melalui saluran dan transformator, hal tersebut menyebabkan pemanasan tambahan karena efek kulit, yang meningkatkan resistensi. Hal ini mengarah pada:

Kabel terlalu panas, mempercepat penuaan isolasi dan bahkan menimbulkan risiko kebakaran.

Trafo yang terlalu panas, yang harus diturunkan dayanya, sehingga mengurangi kapasitas bebannya.

2. Menyebabkan Arus Garis Netral Berlebihan

Dalam sistem tiga fase empat kawat, harmonik ke-3 dan kelipatannya (ke-3, ke-9, ke-15...) disebut "harmonik urutan-nol". Mereka tidak membatalkan satu sama lain di garis netral; sebaliknya, mereka bertambah. Hal ini dapat menyebabkan arus netral menjadi lebih besar daripada arus fasa, menyebabkan saluran netral menjadi terlalu panas, yang sangat berbahaya.

3. Dampak pada Kualitas Jaringan Listrik dan Peralatan Lainnya

Distorsi Tegangan: Arus harmonik menciptakan tegangan harmonik melintasi impedansi jaringan, menyebabkan tegangan jaringan itu sendiri menjadi terdistorsi. Hal ini mempengaruhi pengoperasian normal peralatan sensitif lainnya (seperti instrumen presisi, perangkat komunikasi) yang terhubung ke jaringan yang sama.

Gangguan Pemutus Sirkuit Tersandung: Dapat menyebabkan pemutus sirkuit atau pemutus gangguan ground trip tanpa gangguan yang sebenarnya.

Mengurangi Faktor Daya: Meskipun "Faktor Daya Perpindahan" tradisional yang rendah dapat diperbaiki, adanya harmonik menyebabkan penurunan Faktor Daya Sejati.

4. Kerusakan pada Kapasitor

Kapasitor yang digunakan untuk koreksi faktor daya pada sistem kelistrikan sangat sensitif terhadap harmonisa. Harmonisa dapat menyebabkan kelebihan arus. Dalam kasus yang parah, hal ini bahkan dapat menyebabkan resonansi, menyebabkan kapasitor membengkak, rusak, atau meledak.

3. Bagaimana Mengatasi Harmonisa? — Koreksi Faktor Daya (PFC)

Untuk mengatasi masalah harmonik, catu daya LED berkualitas tinggi menggabungkan sirkuit yang disebut Koreksi Faktor Daya (PFC).

Salah satu tujuan utama sirkuit PFC adalah mengelola harmonik. Ia mengontrol bentuk gelombang arus agar mengikuti bentuk gelombang sinus tegangan, dengan demikian:

Mengubah bentuk gelombang arus dari pulsa tajam menjadi gelombang sinus halus.

Sangat menekan timbulnya arus harmonik.

Sekaligus meningkatkan faktor daya (biasanya di atas 0,9).

Tergantung pada implementasinya, PFC dibagi menjadi:

PFC Pasif: Biaya lebih rendah, kinerja rata-rata, biasanya hanya meningkatkan faktor daya menjadi 0,7-0,8, dengan kemampuan penekanan harmonik yang terbatas.

PFC Aktif: Menggunakan IC khusus dan sirkuit switching, sangat efektif, dapat meningkatkan faktor daya hingga di atas 0,95, dan secara signifikan mengurangi konten harmonik. Ini adalah konfigurasi umum untuk catu daya LED kelas menengah hingga atas.

Konsep: Harmonisa pada catu daya LED adalah kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasar yang dihasilkan karena karakteristik pengoperasian non-linier (penarikan arus pulsa) dari catu daya, yang mendistorsi bentuk gelombang arus.

Peran (Efek): Harmonisa terutama bersifat negatif, menyebabkan peningkatan kerugian sistem dan pemanasan, membebani saluran netral secara berlebihan, mencemari jaringan listrik, dan mengganggu peralatan lainnya.

Penanggulangan: Dengan merancang rangkaian Koreksi Faktor Daya (PFC) (terutama PFC Aktif) ke dalam catu daya LED, harmonik dapat ditekan secara efektif, mengembalikan bentuk gelombang arus ke gelombang sinus. Hal ini memungkinkan pasokan listrik memenuhi standar harmonik internasional yang ketat (seperti standar EN 61000-3-2 UE).