ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Laporan Pratikum Unit X
B
B
u
u
c
c
k
k
B
B
o
o
o
o
s
s
t
t
C
C
o
o
n
n
v
v
e
e
r
r
t
t
e
e
r
r
1. Tujuan
Setelah melakukan praktikum ini mahasiswa diharapkan mampu:
Memahami prinsip kerja dari Buck-Boost Converter.
Merancang dan membuat rangkaian Buck-Boost Converter.
2. Dasar Teori
Pada peralatan-peralatan elektronika memerlukan catu daya berupa sumber tegangan searah yang dihasilkan dari rangkaian penyearah. Konsekuensi dari penyearah tersebut menyebabkan bentuk gelombang arus menjadi tidak rata atau terdistorsi. Oleh sebab itu dewasa ini banyak dikembangkan dan diteliti bentuk-bentuk baru dari konverter perbaikan faktor daya yang mempunyai kemampuan yang baik, seperti faktor daya tinggi, dan harmonisa yang rendah. Pada pratikum ini dc-dc konverter yang akan diaplikasikan sebagai regulator tegangan output adalah jenis converter Buck-Boost. Regulator diperlukan agar tegangan keluaran dari sistem stabil dan sesuai dengan set point. Agar rangkaian Buck-Boost dapat digunakan sebagai regulator tegangan maka harus bekerja pada kondisi kontinue.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Gambar 1. Rangakaian Dasar Buck Converter
Boost converter adalah jenis dc-dc converter yang memiliki output tegangan yang lebih besar dari tegangan input. Saklar adalah saklar elektronik yang bekerja secara cepat antara on dan off sehingga menghasilkan duty cycle secara otomatis mengikuti besar tegangan input. Besarnya duty cycle berubah-ubah sesuai besar input yang diberikan untuk menjaga output agar tetap konstan. Ketika saklar dalam posisi tertutup, maka diode dalam keadaan reverse, sehingga terjadi penyimpanan muatan oleh induktor. Sedangkan ketika saklar dalam kondisi terbuka, maka diode menjadi kondisi tertutup dan induktor akan membuang energinya menuju kapasitor. Besarnya duty cycle akan mempengaruhi nilai tegangan output. Perbandingan duty cycle antara keadaan closed dan open.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
3. Alat dan Bahan
Pada pratikum ini menggunakan alat dan bahan sebagai berikut
Mosfet IRF540n
IC IRS2186
Dioda 1N4002
Kapasitor 2,2 uF
Kapasitor 100 nF Kapasitor 47 uF Induktor
Resistor 68 ohm
Obeng + -
Kabel Jumper
Multimeter
Osciloscope
Power Supply
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
4. Langkah Percobaan
1. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 1 ( Rangkaian Buck Boost Converter). 2. Aktifkan power supply kemudian atur tegangan Vcc = 10Vdc dan Vs = 6Vdc 3. Aktifkan function generator, kemudian atur function generator dengan amplitudo =
2,5; frekuensi (2 kHz, 10 kHz dan 50kHz); offset = 1,25 Volt ; impedansi = High Z dan Duty cycle berdasarkan pada tabel 1,2 dan 3.
4. Amati bentuk gelombang yang dihasilkan oleh Buck Boost Converter
5. Ukur nilai tegangan luaran, arus masukkan dan arus setelah terpasang dengan beban.
6. Ulangi langkah-langkah diatas berdasarkan duty cycle pada tabel 1. 7. Catat hasil pengamatan pada tabel dibawah ini.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
5. Hasil Pengukuran
Tabel 1. Hasil percobaan frekuensi 2 Khz
No Duty
Cycle Frekuensi Vin Vout I-in I-out S P Efisiensi (%) (kHz) (Volt) (Volt) (A) (A) (Watt) (Watt) (%) 1 20% 2 kHz 6.24 -0.68 0.01 -0.059 0.0624 0.04012 64.2948718 2 30% 2 kHz 6.24 -1.57 0.05 -0.084 0.312 0.13188 42.2692308 3 40% 2 kHz 6.24 -2.54 0.11 -0.111 0.6864 0.28194 41.0751748 4 50% 2 kHz 6.21 -3.77 0.23 -0.139 1.4283 0.52403 36.6890709 5 60% 2 kHz 6.21 -5.28 0.46 -0.174 2.8566 0.91872 32.1613106 6 70% 2 kHz 6.51 -6.64 0.95 -0.227 6.1845 1.50728 24.3718975 7 80% 2 kHz 5.61 -6.47 1.48 -0.222 8.3028 1.43634 17.2994652
Tabel 2. Hasil percobaan frekuensi 10 Khz
No Duty
Cycle Frekuensi Vin Vout I-in I-out S P Efisiensi (%) (kHz) (Volt) (Volt) (A) (A) (Watt) (Watt) (%)
1 20% 10 kHz 6.23 -0.765 0.02 -0.058 0.1246 0.04437 35.6099518 2 30% 10 kHz 6.21 -1.7 0.05 -0.084 0.3105 0.1428 45.9903382 3 40% 10 kHz 6.21 -2.83 0.1 -0.112 0.621 0.31696 51.0402576 4 50% 10 kHz 6.21 -4.35 0.19 -0.143 1.1799 0.62205 52.7205695 5 60% 10 kHz 6.22 -6.37 0.36 -0.181 2.2392 1.15297 51.4902644 6 70% 10 kHz 6.18 -8.75 0.7 -0.229 4.326 2.00375 46.3187702 7 80% 10 kHz 6.13 -7.96 0.89 -0.226 5.4557 1.79896 32.9739538
Tabel 3. Hasil percobaan frekuensi 50 Khz
No Duty
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
6. Wiring Gambar
Gambar 4. Wiring rangkaian Buck-Boost Konverter
7. Gambar Gelombang
Bentuk gelombang Frekuensi 2 Khz
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Gambar 7. Duty cycle 40% Gambar 8. Duty cycle 50%
Gambar 9. Duty cycle 60% Gambar 10. Duty cycle 70%
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Bentuk gelombang Frekuensi 10 Khz
Gambar 12. Duty cycle 20% Gambar 13. Duty cycle 30%
Gambar 14. Duty cycle 40% Gambar 15. Duty cycle 50%
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Gambar 18. Duty cycle 80%
Bentuk gelombang Frekuensi 50 Khz
Gambar 19. Duty cycle 20% Gambar 20. Duty cycle 30%
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Gambar 23. Duty cycle 60% Gambar 24. Duty cycle 70%
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
8. Analisa
1. Perhitungan dengan menggunakan data teori: a. Hitunglah Vo
Duty
Cycle Frekuensi Vin Vout (%) (kHz) (Volt) (Volt) 20% 2/10/50 kHz 6 -1.5 30% 2/10/50 kHz 6 -2.57 40% 2/10/50 kHz 6 -4 50% 2/10/50 kHz 6 -6 60% 2/10/50 kHz 6 -9 70% 2/10/50 kHz 6 -14 80% 2/10/50 kHz 6 -24
b. Hitunglah P dan S! Duty
Cycle Frekuensi Vin Vout S P (%) (kHz) (Volt) (Volt) (Watt) (Watt) 20% 2/10/50 kHz 6 -1.5 -0.09 0.02 30% 2/10/50 kHz 6 -2.57 -0.15 0.06 40% 2/10/50 kHz 6 -4 -0.24 0.16 50% 2/10/50 kHz 6 -6 -0.36 0.36 60% 2/10/50 kHz 6 -9 -0.54 0.81 70% 2/10/50 kHz 6 -14 -0.84 1.96 80% 2/10/50 kHz 6 -24 -1.44 5.76
c. Hitunglah effisiensi ! Duty
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
80% 2/10/50 kHz 6 -24 -1.44 5.76 400
2. Perbandingan hasil teori dan praktek a. Hitunglah persentase error dari Vo!
Vout
Praktek Vout Teori % error Vo (Volt) (Volt) (%)
-0.68 -1.5 54.66
-1.57 -2.57 38.94
-2.54 -4 36.5
-3.77 -6 37.16
-5.28 -9 41.33
-6.64 -14 52.57
-6.47 -24 73.04
b. Hitunglah persentase error dari P dan S!
Duty Cycle S Teori S Praktek 2 Khz S Praktek 10 Khz S Praktek 50 Khz % error S 2 Khz
% error S 10 Khz % error S 50 Khz (%) (Watt) (Watt) (Watt) (Watt) (%) (%) (%)
20% -0.09 0.0624 0.1246 0.4298 169.3333 238.4444 577.5556
30%
-0.1543 0.312 0.3105 0.8021 302.2222 301.25 619.8796
40% -0.24 0.6864 0.621 1.4375 386 358.75 698.9583
50% -0.36 1.4283 1.1799 2.5789 496.75 427.75 816.3611
60% -0.54 2.8566 2.2392 4.5504 629 514.6667 942.6667
70% -0.84 6.1845 4.326 7.8492 836.25 615 1034.429
80% -1.44 8.3028 5.4557 11.8802 676.5833 478.8681 925.0139
Duty
Cycle P Teori
P Praktek 2 Khz P Praktek 10 Khz P Praktek 50 Khz % error P 2 Khz
% error P 10 Khz % error P 50 Khz (%) (Watt) (Watt) (Watt) (Watt) (%) (%) (%) 20% 0.0225 0.04012 0.04437 0.04941 78.3111 97.2 119.618
30% 0.06612 0.13188 0.1428 0.14792 99.4481 115.963 123.706 40% 0.16 0.28194 0.31696 0.32828 76.2125 98.1 105.175
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
60% 0.81 0.91872 1.15297 1.0848 -13.4222 42.342 33.9259
70% 1.96 1.50728 2.00375 1.32016 23.09796 2.23214 32.6449 80% 5.76 1.43634 1.79896 0.79234 75.06354 68.76806 86.2441
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Pertanyaan
1. Jelaskan prinsip kerja Buck-Boost Converter ?
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 10/ 30-12-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
2. Jelaskan pengaruh dari frekuensi switching pada Buck-Boost converter?
Menambahkan banyaknya pulsa dari penyearah atau meninggikan frekuensi switching biasanya dilakukan untuk mengurangi besarnya nilai pasif filter yang dibutuhkan. Menambah/meninggikan frekuensi swiching saklar maka riak arus yang dihasilkan pada sisi keluaran akan semakin kecil. Hal ini berarti dengan menaikan frekuensi swiching
sistem filter yang dibutuhkan untuk meminimisasi riak semakin kecil pula. Pada saat interval DT dari periode pensaklaran, saklar yang tertutup menyambungkan induktor ke negatif catu daya dan arus mengalir. Arus induktor meningkat dan energi disimpan pada induktor. Dioda dibias mundur sehingga tidak ada arus induktor yang mengalir ke beban dan dioda ini menjadi pemisah dari bagian keluaran. Kemudian saat saklar terbuka, bagian keluaran menerima energi dari induktor dan masukan.
Kesimpulan
Konverter Buck-Boost dapat menghasilkan tegangan keluaran yang lebih rendah atau lebih tinggi daripada sumbernya. Rangkaian kontrol daya penyaklaran akan memberikan sinyal kepada MOSFET. Jika MOSFET OFF maka arus akan mengalir ke induktor, energi yang tersimpan di induktor akan naik. Saat saklar MOSFET ON energi di induktor akan turun dan arus mengalir menuju beban. Dengan cara seperti ini, nilai rata-rata tegangan keluaran akan sesuai dengan rasio antara waktu pembukaan dan waktu penutupan saklar. Hal inilah yang membuat topologi ini bisa menghasilkan nilai rata-rata tegangan keluaran/beban bisa lebih tinggi maupun lebih rendah daripada tegangan sumbernya.
