BAB II LANDASAN TEORI
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.2 PENGUJIAN PARSIAL
4.2.8 Pengujian Rangkaian Buck Converter
Pada proyek akhir ini juga digunakan rangkaian non isolated DC-DC Converter jenis buck converter yang akan digunakan sebagai driver
0 50 100 150 200 250 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Vs rm s A C ( Vo lt ) Vout DC (Volt)
Rectifier Vo(dc) teori dan praktek
Vo(dc) teori Vo(dc) perc
motor DC magnet permanen. Buck converter ini akan menurunkan tegangan output dari rectifier sebesar 140 volt menjadi tegangan dibawah 90 volt sesuai dengan tegangan input yang dibutuhkan oleh motor DC magnet permanen. Kecepatan motor DC magnet permanen akan semakin cepat saat nilai tegangan inputnya semakin besar. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa baik tegangan output yang dihasilkan dari rangkaian buck converter ini yang nantinya akan dibandingkan pengukuran tegangan outputnya dengan hasil perhitungan tegangan output secara teori.
Rangkaian buck converter ini akan diuji dengan dua proses pengujian. Pengujian pertama yaitu untuk mengetahui tegangan output dari buck converter jika diuji dengan duty cycle berubah - ubah dengan tegangan input yang tetap. Sedangkan pada pengujian yang kedua akan diuji dengan duty cycle tetap tetapi tegangan input yang berubah ubah. Dua pengujian tersebut diharapkan mampu menunjukkan seberapa baik tegangan output yang mampu dihasilkan oleh rangkaian buck converter ini. Sumber PWM untuk buck converter ini didapatkan dari pembangkitan PWM oleh mikrokontroler STM32F4 Discovery yang kemudian diteruskan oleh rangkaian gate driver MOSFET/IGBT menuju kaki gate MOSFET pada buck converter. Berikut adalah hasil pengujian rangkaian buck converter ini.
Pengujian buck converter dengan duty cycle berubah – ubah, tegangan input tetap 140 volt.
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Buck Converter dengan tegangan input konstan 140 V Duty Cycle (%) V in (Volt) V out (Volt) Error (%) Teori Praktek Iout
(A) 20 140 28 30,47 0,2 8,82 % 30 140 42 45,1 0,23 7,38 % 40 140 56 59,97 0,25 7,08 % 50 140 70 74,8 0,26 6,85 % 60 140 84 88,1 0,29 4,8 % 70 140 98 101,8 0,31 3.87 %
Tabel 4.5 adalah hasil pengujian buck converter dengan duty cycle berubah – ubah, tegangan inputnya tetap 140 volt. Dari hasil pengujian tersebut dapat kita lihat bahwa semakin kecil duty cyclenya,
77
maka nilai presentase error yang dihasilkan dari rangkaian tersebut semakin besar. Dan semakin besar duty cyclenya, presentase error yang dihasilkan semakin kecil. Tercatat, saat duty cycle terendah 20% presentase errornya 8,82 % dan duty cycle tertinggi 70% presentase errornya 3,87 %.
Untuk mendapatkan nilai tegangan output secara teori dapat dihitung dengan rumus dasar dari buck converter yaitu tegangan ouput adalah hasil perkalian dari tegangan input dan duty cycle. Dan untuk menghitung nilai presentase error dapat dihitung dengan membagi selisih nilai tegangan output secara teori dan praktek dengan nilai tegangan output teori. Lebih jelasnya dapat dilihat pada perhitungan berikut.
Vout = Vin ∗ Duty Cycle
Sehingga jika duty cyclenya 70% dengan tegangan input 140 volt maka tegangan output secara teorinya adalah.
Vout = 140 ∗ 70 100 Vout = 140 ∗ 0.7 Vout = 98Volt
Nilai presentase error dapat dihitung dengan rumus berikut yaitu dengan menghitung selisih antara nilai tegangan output secara teori dan praktek lalu dibagi dengan nilai tegangan output teori seperti ditunjukkan pada perhitungan berikut.
% error =|Teori − Praktek|
Teori ∗ 100%
Dan berikut adalah contoh perhitungan nilai presentase error jika digunakan data pada Tabel 4.5 untuk duty cycle 70%.
% error =|98 − 101,8| 98 ∗ 100% % error =3,8 98∗ 100% % error = 0,03877551 * 100 % % error = 3,87 %
Gambar 4.17 Hasil Pengukuran Tegangan Ouput duty cycle 70% Vin = 140 V Gambar 4.17 menunjukkan hasil pengukuran tegangan output dari buck converter saat duty cycle 70% dan tegangan inputnya 140 volt. Terlihat pada Gambar 4.17 bahwa nilai tegangan outputnya yaitu 101,8 volt, dimana perhitungan secara teorinya yatu 98 volt. Jika dihitung presentase errornya seperti perhitungan error yang telah dijelaskan sebelumnya maka didapatkan nilai presentase error sebesar 3,87 %.
Selanjutnya adalah grafik pengujian buck converter dengan duty cycle berubah – ubah, tegangan input tetap 140 volt yang ditunjukkan pada Gambar 4.18. Grafik tersebut adalah hasil pengeplotan dari tabel pengujian buck converter dengan duty cycle berubah – ubah, tegangan input tetap 140 volt pada Tabel 4.5. Pada grafik tersebut ditunjukkan perbandingan pembacaan tegangan output secara teori dan tegangan output secara pengujian atau praktek. Terlihat bahwa antara nilai tegangan output teori dan tegangan output pengujian pada garis merah dan biru hampir berhimpitan yang menunjukkan selisih nilainya tidak terlalu besar. Meskipun dari perhitungan presentase error selisih terbesar ada pada duty cycle yang kecil, tetapi saat dimasukkan dalam grafik perbandingan nilai tersebut tidak terlalu besar. Dari tabel dan grafik pengujian tersebut didapatkan nilai presentase error rata – rata saat kondisi duty cycle berubah – ubah, tegangan input tetap yaitu 6,4%. Nilai tersebut masih cukup baik karena masih dibawah batas toleransi error yaitu 10%. Untuk pengujian selanjutnya yaitu rangkaian buck
converter akan diuji dengan dengan tegangan input berubah – ubah, duty
79
Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Vo(dc) teori dan Vo(dc) praktek Buck Converter
dengan tegangan input konstan 140 V
Pengujian buck converter dengan tegangan input berubah – ubah, duty cycle tetap 50%.
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Buck Converter dengan duty cycle konstan 50% Duty Cycle (%) V in (Volt) V out (Volt) Error (%) Teori Praktek Iout
(A) 50 20 10 9,8 0,14 2 % 50 40 20 20,5 0,16 2,5 % 50 60 30 31,33 0,18 4,43 % 50 80 40 42,3 0,2 5,75 % 50 100 50 53,1 0,22 6,2 % 50 120 60 64,5 0,25 7,5 % 50 140 70 75,6 0,27 8 %
Tabel 4.6 adalah hasil pengujian buck converter dengan tegangan input berubah – ubah, duty cyclenya tetap atau konstan 50 %. Dapat kita amati, semakin besar tegangan inputnya maka nilai presentase error yang dihasilkan juga semakin besar. Presentase error terbesar yaitu 8% saat tegangan inputnya 140 volt, dan presentase error terendah yaitu 2 % saat tegangan inputnya 20 volt.
0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 Te gan gan O ut pu t (Vo lt ) Duty Cycle (%)
Perbandingan Vout teori dan praktek Buck Converter, Vin konstan 140 V
Vout teori Vout praktek
Berikut adalah grafik pengujian buck converter dengan tegangan input berubah – ubah, duty cycle tetap 50% yang ditunjukkan pada Gambar 4.19. Karena presentase errornya sebanding dengan kenaikan tegangan input, dapat dilihat pada Gambar 4.19 saat awal pengujian dengan tegangan input 20 volt antara garis merah dan biru nilainya sama hanya selisih 0,2 volt. Garis merah dan biru semakin menjauh seiring dengan perubahan tegangan input dimana titik terjauh yaitu saat tegangan inputnya 140 volt dengan nilai presentase error 8%.
Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Vo(dc) teori dan Vo(dc) praktek Buck Converter
dengan duty cycle konstan 50%
Pada beberapa tabel dan grafik diatas ditampilkan hasil pengujian tegangan keluaran dari rangkaian buck converter dengan frekuensi 40 kHz. Penyulutan PWM pada gate MOSFET menggunakan PWM dari mikrokontroler dengan beban lampu pijar 100 watt dan penyulutan PWM 20% sampai PWM 70%.
Pada pengujian pertama tegangan output masih berada pada error sekitar 3,87% hingga 8,82%. Berarti fungsi konverter secara teori dapat bekerja dengan baik, karena error masih dibawah dari 10%. Ketika penyulutan 20% seharusnya tegangan output yaitu 28 volt tetapi yang dikeluarkan oleh rangkaian buck converter 30,47 volt. Begitu juga saat penyulutan 50%, tegangan outputnya yaitu 74,8 Volt, padahal seharusnya sekitar 70 V. Jika kita amati pada presentase errornya, maka pada pengujian yang pertama ini nilai presentase error akan semakin
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 25 50 75 100 125 150 Te gan gan O ut pu t (Vo lt )
Tegangan Input (Volt)
Perbandingan Vout teori dan praktek Buck Converter Duty Cycle konstan 50%
Vout teori Vout praktek
81
meningkat saat duty cycle yang diberikan semakin kecil dan presentase error akan semakin kecil saat duty cyclenya besar. Meskipun demikian masih mendekati nilai tegangan output teori, artinya pengujian buck
converter secara parsial sudah dapat dikatakan baik karena error dari buck converter dengan tegangan input konstan, duty cycle berubah –
ubah rata-rata errornya hanya 6,4%.
Pada pengujian kedua juga hampir sama tegangan output masih berada pada error sekitar 2% hingga 8%. Error akan semakin naik seiring dengan naiknya tegangan input. Saat nilai tegangan inputnya 20 volt nilai presentase errornya hanya 2% sedangkan saat nilai tegangan inputnya 140 volt presentase errornya meningkat menjadi 8%. Walaupun begitu tegangan outputnya masih mendekati nilai tegangan output teori, dengan rata-rata presentase error hanya 5,14% untuk pengujian duty cycle tetap, tegangan input berubah - ubah. Sehingga dari dua pengujian yang telah dilakukan dapat dikatakan bahwa output dari rangkaian buck converter ini sangat baik dengan nilai error rata – ratanya sekitar 5%.