Salah satu rangkaian terpenting dalam aplikasi elektronika daya adalah penyearah daya. Rangkaian ini banyak digunakan sebagai catu daya atau power supply untuk berbagai peralatan listrik baik di rumah tangga maupun di industri. Peralatan-peralatan listrik pada umumnya didesain menggunakan catu daya DC, sementara sumber yang tersedia adalah listrik AC, sehingga diperlukan rangkaian catu daya.

1. Penyearah Setengah Gelombang Tak Terkontrol (Uncontrolled Half-wave Rectifier)

Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah daya yang paling sederhana. Rangkaian penyearah setengah gelombang biasanya digunakan untuk beban-beban DC yang tidak membutuhkan kestabilan tinggi, seperti untuk catu daya lampu indikator pada rangkaian elektronika. Kelemahan rangkaian ini adalah bentuk gelombang DC yang dihasilkan memiliki riak yang sangat tinggi sehingga untuk menghaluskan diperlukan filter kapasitor dengan kapasitor yang besar. Adapun kelebihan dari rangkaian ini hanya membutuhkan satu dioda, sehinga lebih hemat.

Komponen utama dalam rangkaian ini adalah Dioda, dimana hanya terdiri atas satu dioda.

Prinsip kerja dari komponen ini adalah melewatkan arus dari Anoda ke Katoda (Forward Bias) dan memblokir arus dari katoda ke anode (Reverse Bias). Berikut adalah contoh rangkaian penyearah setengah gelombang

Tegangan bolak-balik AC sebagai tegangan masukan pada trafo sedangkan rangkaian penyearah mendapat sumber dari keluaran trafo vi.

- Ketika arus mengalir searah jarum jam maka dioda akan berfungsi sebagai forward bias sehingga arus diteruskan dan dapat mengalir ke beban R_L

- Ketika arus mengalir berlawanan jarum jam maka diode berfungsi sebagai reverse bias sehingga arus diblokir dan tidak dapat mengalir ke beban R_L 

dari gambar gelombang dapat dilihat bahwa diode hanya melewatkan arus dengan polaritas positif dan memblokir arus dengan polaritas negatif

Untuk menghitung tegangan rata-rata (V_dc) untuk setengah gelombang maka dapat dilakukan dengan cara berikut :

Berdasarkan gambar bentuk gelombang di atas maka :

Sehingga 

dengan melakukan perhitungan yang sama maka didapatkan arus rata-rata

Berdasarkan hukum ohm didapat

2. Penyearah Gelombang Penuh Tak Terkontrol (Uncontrolled Fullwave Rectifier)

Penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT(Center Tap) dan dengan menggunakan metode jembatan (Bridge)

- Rangkaian Penyearah dengan menggunakan trafo CT

Tegangan bolak-balik AC sebagai tegangan masukan pada trafo sedangkan rangkaian penyearah mendapat sumber dari keluaran trafo vi.

- Ketika arus mengalir searah jarum jam maka dioda1 dalam keadaan forward bias  dan dioda2 dalam keadaan reverse bias sehingga arus diteruskan ke beban R_L kemudian mengalir ke ground

- Ketika arus mengalir berlawanan arah jarum jam maka dioda2 dalam keadaan forward bias  dan dioda1 dalam keadaan reverse bias sehingga arus diteruskan ke beban R_L kemudian mengalir ke ground

Untuk menghitung tegangan rata-rata (V_dc) untuk penyearah gelombang penuh maka dapat dilakukan dengan cara berikut :

Berdasarkan gambar bentuk gelombang di atas maka :

Sehingga 

dengan melakukan perhitungan yang sama maka didapatkan arus rata-rata

Berdasarkan hukum ohm didapat

- Rangkaian Penyearah gelombang penuh dengan metode jembatan (Bridge)

Rangkaian Penyearah ini bisa menggunakan trafo CT maupun non-CT bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo

- Ketika arus mengalir searah jarum jam (dalam hal ini dilambangkan dengan i₁)

- Maka arus mengalir melewati D1-R_L- Ground-D3-kembali ke sumber

- D1 dan D3 dalam keadaan forward bias

- D2 dan D4 dalam keadaan reverse bias (seakan-akan open circuit)

- Ketika arus mengalir berlawanan arah jarum jam (dalam hal ini dilambangkan dengan i₂)

- Maka arus mengalir melewati D2-R_L- Ground-D4-kembali ke sumber

- D2 dan D4 dalam keadaan forward bias

- D1 dan D3 dalam keadaan reverse bias (seakan-akan open circuit)

*Note : Untuk perhitungan tegangan dan arus sama saja dengan penyearah gelombang penuh metode CT dengan catatan tegangan cut-in diode diabaikan.

3. Penyearah Setengah Gelombang Terkontrol (Controlled Fullwave Rectifier)

Penyearah terkendali (controlled rectifier) atau sering juga disebut dengan konverter merupakan rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk mengubah tegangan sumber masukan arus bolak-balik dalam bentuk sinusoida menjadi tegangan luaran dalam bentuk tegangan searah yang dapat diatur/ dikendalikan. Komponen semikonduktor daya yang digunakan umumnya berupa SCR yang beroperasi sebagai sakelar, pengubah, dan pengatur.

Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Terkontrol

Untuk menghitung tegangan rata-rata (V_dc) untuk penyearah setengah gelombang terkontrol maka dapat dilakukan dengan cara berikut :

Arus hanya akan dilewatkan ketika disulut dengan sudut penyulutan α pada saat keadaan forward bias. Berdasarkan gambar gelombang output di atas maka :

Sehingga 

Dengan melakukan perhitungan yang sama maka didapatkan arus rata-rata

Berdasarkan hukum ohm didapat

4. Penyearah Gelombang Penuh Terkontrol (Controlled Fullwave Rectifier)

Sebagaimana penyearah gelombang penuh tak terkontrol, penyearah gelombang penuh terkontrol juga ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT(Center Tap) dan dengan menggunakan metode jembatan (Bridge)

- Rangkaian Penyearah dengan menggunakan trafo CT

Untuk menghitung tegangan rata-rata (V_dc) untuk penyearah gelombang penuh terkontrol maka dapat dilakukan dengan cara berikut :

Arus hanya akan dilewatkan ketika disulut dengan sudut penyulutan α pada saat keadaan forward bias. Berdasarkan gambar gelombang output di atas maka :

Sehingga 

Dengan melakukan perhitungan yang sama maka didapatkan arus rata-rata

Berdasarkan hukum ohm didapat

- Rangkaian Penyearah dengan Metode Jembatan (Bridge)

• Penyearah setengah terkontrol

Pada penyearah ini menggunakan dua buah Thyristor dan dua buah dioda seperti ditunjukan pada gambar di bawah ini:

Prinsip kerja dari rangkaian ini yaitu SCR1 dan SCR2 disulut dengan sudut penyulutan yang bergantian dimana SCR1 disulut dengan sudut penyulutan α sedangkan SCR2 disulut dengan sudut penyulutan π+α sehingga didapatkan gelombang keluaran seperti pada gambar di bawah ini

• Penyearah terkontrol penuh

Pada penyearah ini menggunakan 4 buah Thyristor seperti ditunjukan pada gambar di bawah ini:

Prinsip kerja dari rangkaian ini yaitu SCR1 dan SCR4 disulut dengan sudut penyulutan yang sama dan SCR2 dan SCR3 juga disulut dengan sudut penyulutan yang sama dimana SCR1&SCR4 disulut dengan sudut penyulutan α sedangkan SCR2&SCR3 disulut dengan sudut penyulutan π+α . untuk gelombang keluarannya sama seperti Penyearah jembatan setengah terkontrol sehingga perhitungan tegangan dan arus rata-rata sama seperti Penyearah gelombang penuh terkontrol metode CT

Simulasi Rangkaian Uncontrolled Halfwave Rectifier Dengan Menggunakan PSIM

- Berikut adalah tampilan PSIM

- Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini dengan memilih komponen di menu Elements

Pilih Simulate->Simulation Control, lalu atur total time menjadi 0.06

Setelah itu run simulation dengan cara klik ikon atau dengan menekan F8

akan muncul jendela seperti ini

klik 1x pada Vin lalu klik OK

maka hasil simulasi akan muncul

Lalu klik add new screen dengan ikon  untuk menampilkan hasil simulasi gelombang output secara terpisah, maka akan muncul jendela seperti pada gambar di bawah ini lalu klik OK

maka akan muncul hasil simulasi

Klik salah satu ikon  untuk mengetahui nilai rata-rata, rms, rata-rata mutlak, power factor, daya nyata, daya semu, dan THD (Total Harmonic Distortion)

Simulasi Rangkaian Uncontrolled Fullwave Rectifier Dengan Menggunakan PSIM

- Dengan menggunakan trafo CT. dengan cara klik Elements->Power->Transformers->1-ph 3-w Transformer
Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini


Klik run PSIM simulation  atau tekan F8

- Dengan menggunakan trafo non-CT. dengan cara klik Elements->Power->Transformers Transformer
Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini

Klik run PSIM simulation  atau tekan F8

Simulasi Rangkaian Controlled Halfwave Rectifier Dengan Menggunakan PSIM

- Untuk memilih Thyristor klik Elements->Power->Switches->Thyristor
- Pilih gate block  untuk mengatur penyulutan pada Thyristor
Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini

- Atur sudut penyulutan dengan cara klik 2x pada gate block

Atur seperti gambar di atas, nilai 45 menunjukan sudut penyalaan (α=45°) dan 90 menunjukan sudut off pada saat 90°

Klik run PSIM simulation  atau tekan F8

Simulasi Rangkaian Controlled Fullwave Rectifier Dengan Menggunakan PSIM

- Untuk memilih Thyristor klik Elements->Power->Switches->Thyristor
- Pilih gate block  untuk mengatur penyulutan pada Thyristor
Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini


-Atur sudut penyulutan dengan cara klik 2x pada gate block
Untuk gate1, sudut penyalaan diatur α=45° dan gate1 low pada sudut 90°


Untuk gate2 sudut penyalaan diatur α=225° dan gate2 low pada sudut 270°


Klik run PSIM simulation  atau tekan F8