RANCANG BANGUN INTERLEAVED BOOST CONVERTER BERBASIS ARDUINO

ABSTRAK

RANCANG BANGUN INTERLEAVED BOOST CONVERTER BERBASIS ARDUINO

Oleh

Melzi Ambar Mazta

Hingga saat ini, teknologi konverter elektronika daya telah banyak digunakan pada kehidupan sehari-hari. Salah satunya yaitu DC-DC Konverter merupakan komponen penting dalam elektronika daya yang berfungsi untuk mengkonversikan daya listrik searah dari suatu bentuk menjadi bentuk daya listrik searah lainnya. Contoh pengaplikasiannya, dc-dc konverter ini digunakan pada sumber energi terbarukan, seperti fuel cell dan solar cell. Dalam aplikasi sumber energi terbarukan, fuel cell dan solar cell menghasilkan tegangan keluaran yang rendah dan ini membutuhkan alat untuk menaikan tegangan. Alat yang umum digunakan sekarang ini adalah dc–dc boost converter.

Pada dc-dc boost converter, arus masukan dan tegangan keluaran masih menghasilkan ripple yang cukup besar. Ripple tersebut merupakan masalah yang dapat mengurangi kehandalan dari konverter itu sendiri. Sehingga diperlukan metode perbaikan untuk mengurangi ripple pada boost converter. Pada penelitian ini metode yang ditawarkan adalah menggunakan teknik interleaved pada boost converter.

Dari hasil analisa pengujian simulasi dan perangkat keras interleaved boost converter, dengan menggunakan teknik interleaved pada boost converter terbukti dapat mengurangi ripple pada arus masukan dan tegangan keluaran secara signifikan. Pengurangan ripple yang paling signifikan terjadi saat pemberian duty cycle sebesar 50% yaitu terjadi penurunan sebesar 98% untuk ripple arus masukan dan 86,9% untuk ripple tegangan keluaran.

ABSTRACT

DEVELOPMENT OF INTERLEAVED BOOST CONVERTER BASED ON ARDUINO

by

Melzi Ambar Mazta

Until now, the power electronics converter technology has been widely used in daily life.One of them is a DC-DC Converter that use as an important component in the power electronics. It serves to convert DC electrical power from one form into another form of DC electrical power. Examples of its application, DC-DC Converters used in renewable energy sources, such as fuel cell and solar cell. In the application of renewable energy sources, fuel cell and solar cell produce a low output voltage and they require a device to raise the voltage. A common device used today is a DC-DC Boost Converter.

In the DC-DC Boost Converter, the input current and the output voltage still produce large enough ripple. Ripple is a problem that can reduce the reliability of the converter itself. So, we need an improved method for reducing ripple on the boost converter. The method that is offered in this thesis is to use interleaved boost convertertechnique.

Based on the analysis of simulation and hardware testing interleaved boost converter, using the techniques of the interleaved boost converter is proven can reduce the ripple on the input current and the output voltage significantly. The most significant ripple reduction occurs when granting duty cycle of 50% which is a reduce of 98% for the input current ripple and 86.9% for the output voltage ripple

RANCANG BANGUN

INTERLEAVED BOOST CONVERTER

BERBASIS ARDUINO

Oleh:

Melzi Ambar Mazta

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

]udut Skripsi

:,

Nama Mahasiswa

Nomor Pokok Mahasiswa

Ilqu ' .

''

:RANCANG BANGI,JN INTERIEA

WD

BOOST

,.ft&i

JW,

l

:1,015031075

;,,,

'I: '

...:,,.',

: TeknikElektro

::

6t.t

: ICKTUK

MENYEflTUt

,i;,1:1:,.,,.11.. ,

1.''Komigi P.iirnUimUing

Dr, 4,hfnad Saudi $amqsi& S.T-, M.T. truP. i92ro1151998031 _:

,:

005,,

:,

:

Ir. Abdul Haris, M.T. NIP. 1%30801 199603 1 001

2. Ketua _{|urusan Teknik Elektro}

i:i ::: :'::.t.l:, i:'-..:,:.:: | ;:..:'.:':' . ! :.1:

MpNGES

: r i..: : l :, i...

,]

.-Irm renguJr

i I'r: : ': _{r-. I -.} .-'t,,a:,

. ij ,:..: :;ii:l

. r, _,.:; ,

:1,.,,n

Fakiltas,Tekffii

Srjihanio,,*I., SCl Pt;D;

( _{iaez,gtii {e8?o!r}

todio$,.,

- :.i

.-: r,.l

::t,'.: i:::::,.r ..

,:

'";...,:.t.:t, '"'l

STIRAT PERI\IYATAAIY

Dengan

ini

saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

pernah dilakukan oleh orang lain dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak

terdapat karya atau pendapatyang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali

tertulis diacu dalam naskah

ini

sebagaimana yang disebutkan

di

dalam daftar

pustaka. Selain

itu

saya menyatakan pula bahwa skripsi

ini

dibuat oleh saya

sendiri.

Apabila pemyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung,l6 Oktober 2015

Melzi Ambar iil'{azta

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung, pada tanggal 16 Oktober 1992, Penulis merupakan anak ke dua dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Ir. Mazir Philiang dan Ibu Dra. Sugih Agusta M.M. yang diberi nama Melzi Ambar Mazta

Pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD N 2 Labuhan Ratu Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2004, dan Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N 25 Bandar Lampung pada tahun 2007, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA AL–AZHAR 3 Bandar Lampung pada tahun 2010.

Tahun 2010, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur UML. Selama menjadi mahasiswa pernah mengikuti organisasi HIMATRO (Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro). menjadi Anggota Divisi Pendidikan Pada Tahun 2011 dan Anggota Divisi Pengkaderan Pada tahun 2012, penulis menjadi assisten Laboraturium Konversi Energi Elektrik jurusan Teknik Elektro. Penulis juga pernah melaksanakan Kerja Praktek (KP) di PT. Krakatau Steel (KS) Cilegon, Banten pada tahun 2013.

Aku persembahkan cinta dan sayangku kepada

Orang tua ku, kakaku dan adik ku yang telah menjadi

motivasi dan inspirasi dan tiada henti memberikan

dukungan do'anya buat aku.

“Tanpa

keluarga,

manusia, sendiri di dunia, gemetar dalam

dingin.”

Terimakasihku juga ku persembahkan kepada para

sahabatku yang senantiasa menjadi penyemangat

dan menemani disetiap hariku.

“Sahabat merupakan

salah satu sumber kebahagiaan dikala kita merasa

Moto

Seberat Apapun Beban Masalah Yang Kamu Hadapu

Saat Ini, Percayalah Bahwa Semua Itu Tidak Pernah

Melebihi Batas Kemampuanmu

Bijak Bukan Berarti Tak Pernah Salah. Kaya Bukan

Berarti Tak Pernah Susah. Sukses Bukan Berarti Tak

Pernah Lelah.

Ketika Hal Buruk Menimpamu, Jangan Mengeluh.

Tuhan Pasti Mempunyai Tujuan. Jalani Dengan

Tabah, dan Jadilah Pribadi Yang Kuat.

Bersabar, Berusaha, dan Bersyukur

#Bersabar Dalam Berusaha

SANWACANA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T yang telah memberikan rahmat dan berkat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi dengan judul

“Rancang Bangun Interleved Boost Converter Berbasis Arduino”. Ini adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Drs. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

xi

5. Bapak Ir. Abdul Haris, M.T. selaku Dosen Pembimbing Pendamping dan Pembimbing Akademik atas kesediaan, arahan, saran, serta dorongan semangat dalam proses penyelesaian skripsi ini.

6. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T. selaku Dosen Penguji yang telah berkenan memberikan masukan, kritik, dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

7. Mbak Dian Rustiningsih (Ning) dan Mas Daryono atas bantuannya dalam mengurus masalah administrasi selama penulis menjadi mahasiswa.

8. Bapak dan ibu dosen yang telah memberikan ilmu dan wawasan selama penulis menimba ilmu di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung; 9. Bapak, Ibu, Kakak dan Adik terima kasih atas doa dan dukungan moril

kepada saya untuk menyelesaikan skripsi ini.

10. Nuril Ilmi Tohir, Maulana Anwari, dan Nanang Hadi Sodikin sahabat seperjuangan dalam tugas akhir ini yang selalu memberikan motivasi serta semangat yang luar biasa.

11. Sahabat, saudara, dan kawan seperjuangan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro

xii

12. Terima kasih juga untuk “Mustika Intan Sari” yang selalu memberikan motivasi, dukungan dan selalu menemani selama dalam menyelesaikan kuliah ini.

13. Seluruh civitas Jurusan Teknik Elektro.

Setiap karya yang dibuat oleh manusia, tidak lepas dari kesalahan. Begitupun, dengan tugas akhir ini. Saya menyadari masih banyak kekurangan, dengan segala kerendahan hati saya memohon maaf.

Bandar Lampung, 16 Oktober 2015 Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

LEMBAR JUDUL ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN... iv

LEMBAR PENGESAHAN ... v

LEMBAR PERNYATAAN ... vi

RIWAYAT HIDUP ... vii

PERSEMBAHAN ... viii

MOTO ... ix

SANWACANA ... x

DAFTAR ISI ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL ... xviii

I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penelitian ... 3

1.3. Manfaat Penelitian ... 3

1.4. Rumusan Masalah ... 4

1.5. Batasan Masalah ... 4

1.6. Hipotesis ... 4

1.7. Sistematika Penulisan ... 5

II. TINJUAN PUSTAKA 2.1 Konverter Elektronika Daya ... 6

2.2 Boost Converter ... 7

xiv

2.2.2Analisa Rangkaian Boost Converter ... 9

2.3 Interleaved Converter ... 12

2.4 Interleaved Boost Converter ... 13

2.4.1Topologi Interleaved Boost Converter ... 15

2.4.2Analisa Rangkaian ... 16

2.5 Pulse width Modulation ( PWM ) ... 18

2.5.1 Mikrokontroler Arduino Mega 2560 ... 20

2.6 Rangkaian Pemicu Gate Mosfet (Gate Driver) ... 22

III.METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 24

3.2 Alat dan Bahan ... 24

3.3 Metode ... 26

3.3.1Studi Literatur ... 26

3.3.2Pemodelan dan Simulasi ... 26

3.3.2.1 Pemodelan dan Simulasi Boost Converter ... 27

3.3.2.2 Pemodelan dan Simulasi Interleaved Boost Converter . 29 3.3.3Pengujian Model dan Simulasi ... 30

3.3.3.1 Pengujian Model Boost Converter ... 31

3.3.3.2 Pengujian Model Interleaved Boost Converter ... 31

3.3.4Perancangan Perangkat Keras ... 32

3.3.4.1 Perancangan Rangkaian Interleaved Boost Converter .. 32

3.3.4.2 Perancangan Rangkaian Gate Driver ... 34

3.3.4.3 Perancangan Rangkaian Kontrol PWM ... 35

3.3.4.4 Implementasi Rancangan Rangkaian Secara Keseluruhan 36 3.3.5Realisasi Perangkat Keras ... 37

3.3.6Pengujian Perangkat Keras ... 37

3.3.6.1 Pengujian Rangkaian Kontrol PWM ... 37

3.3.6.2 Pengujian Rangkaian Gate Driver ... 38

3.3.6.3 Pengujian Rangkaian Interleaved Boost Converter ... 38

3.4 Diagram Alir Tugas Akhir ... 40

IV.HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Model dan Simulasi Boost Converter dan Interleaved Boost Converter ... 41

4.1.1Hasil Pengujian Model dan Simulasi Boost Converter ... 41

4.1.2Hasil Pengujian Model dan Simulasi Interleaved Boost Converter 49 4.2 Hasil Pengujian Perangkat Keras ... 59

4.2.1Hasil Pengujian Rangkaian Kontrol PWM (Pulse Width Modulation) ... 59

4.2.2Hasil Pengujian Gate Driver ... 62

4.2.3Hasil Pengujian Perangkat Keras Interleaved Boost Converter 65 4.2.3.1 Hasil Pengujian Boost Converter ... 68

4.2.3.2 Hasil Pengujian InterleavedBoost Converter ... 76

xv

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 91 5.2 Saran ... 92

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Boost Converter ... 7

2.2 Prinsip Kerja Boost Converter ... 8

2.3 Saklar ON ... 9

2.4 Arus dan Tegangan Induktor ... 10

2.5 Saklar OFF ... 10

2.6 Arus dan Tegangan Induktor ... 11

2.7 Rangkaian Interleaved Boost Converter ... 14

2.8 Gelombang Arus Masukan dan Induktor Terhadap Sinyal Pensaklaran Dengan Perbedaan Fasa 1800 _{... 14}

2.9 Topologi Interleaved Boost Converter... 16

2.10 Gelombang Ideal Untuk Arus Induktor L1 dan L2 ... 16

2.11 Pulse width Modulation ... 18

2.12 Arduino Mega 2560 ... 21

2.13 Konfigurasi pin IC HCPL 3120 ... 22

2.14 Sistem minimum IC HCPL 3120 ... 23

3.1 Model Boost Converter ... 27

3.2 Model Interleaved Boost Converter ... 30

3.3 Blok Diagram Perancangan Perangkat Keras ... 32

3.4 Rancangan Rangkaian Interleaved Boost Converter ... 33

3.5 Rancangan Rangkaian Gate Driver ... 34

3.6 Rancangan Rangkaian Kontrol PWM ... 35

xvii

3.8 Diagram Alir Tugas Akhir ... 40

4.1 Perbandingan Kurva D-Vo Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan Pada Simulasi dan Teori Boost Converter ... 43

4.2 Gelombang Arus Masukan Saat Pemberian Duty Cycle Sebesar 10 % Sampai Dengan 70 % Pada Model dan Simulasi Boost Converter ... 46

4.3 Kurva D-ΔIin Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan Pada Model dan Simulasi Boost Converter ... 46

4.4 Gelombang Tegangan Keluaran Saat Pemberian Duty Cycle Sebesar 10 % Sampai Dengan 70 % Pada Model dan Simulasi Boost Converter ... 48

4.5 Kurva D-ΔVo Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan Pada Model dan Simulasi Boost Converter ... 49

4.6 Perbandingan Kurva D-Vo Simulasi Interleaved Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan Terhadap Simulasi dan Teori Boost Converter ... 51

4.7 Gelombang Arus Masukan Saat Pemberian Duty Cycle sebesar 10 % Sampai Dengan 70 % Pada Model dan Simulasi Interleaved Boost Converter ... 54

4.8 Perbandingan Kurva D–ΔIin Antara Hasil Pada Model Boost Converter dan Model Interleaved Boost Converter Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan ... 55

4.9 Gelombang Tegangan Keluaran Saat Pemberian Duty Cycle Sebesar 10 % Hingga 70 % Pada Model Interleaved Boost Converter ... 57

4.10 Perbandingan Kurva D–ΔVo Antara Hasil Pada Model Boost Converter dan Model Interleaved Boost Converter Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan ... 58

4.11 Rangkaian Kontrol PWM ... 60

4.12 Hasil Rangkaian Kontrol PWM Yaitu Dua Pulsa Keluaran Saat Besar Duty Cycle Sebesar 10 % sampai 70 % Dengan Perbedaan Fasa 1800 ... 62

4.13 Rangkaian Gate Driver ... 63

4.14 Hasil Gate Driver Saat Duty Cycle Sebesar 30 %, 50% dan 70% ... 64

4.15 Rangkaian Boost dan Interleaved Boost Converter ... 66

4.16 Resistor Seri ... 67

xviii

4.18 Kurva Perbandingan D-Vo Hasil Perangkat Keras Terhadap Hasil Dari Simulasi dan Teori Boost Converter ... 70 4.19 Gelombang Arus Masukan (Iin) Saat Duty Cycle 10% hingga 70 % Pada Perangkat Keras Boost Converter ... 72 4.20 Kurva D - ΔIin Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan Pada Perangkat Keras Boost Converter ... 73 4.21 Gelombang Tegangan Keluaran (Vo) Saat Pemberian Duty Cycle Sebesar 10 % Hingga 70% Pada Perangkat Keras Boost Converter ... 75 4.22 Kurva D-ΔVo Saat Masukan Duty Cycle Sebesar 10% Hingga 70 % Pada Perangkat Keras Boost Converter ... 76 4.23 Kurva Perbandingan D-Vo Hasil Perangkat Keras Terhadap Hasil Dari Simulasi dan Teori Boost Converter ... 78 4.24 Gelombang Arus Masukan (Iin) dan Arus Induktor Satu dan Dua (IL1&IL2)

Saat Duty Cycle 10 % sampai 70% Pada Perangkat Keras Interleaved Boost Converter ... 81 4.25 Perbandingan Kurva D–ΔIin Antara Hasil Pada Boost Converter dan

InterleavedBoost Converter Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan 82 4.26 Gelombang Tegangan Keluaran Saat Pemberian Duty Cycle Sebesar 10 % Hingga 70 % Pada Interleaved Boost Converter ... 84 4.27 Perbandingan Kurva D–ΔVo Antara Hasil Pada Boost Converter dan

InterleavedBoost Converter Saat Masukan Duty Cycle Divariasikan 85 4.28 Perbandingan Kurva D–ΔIin Antara Pengujian Simulasi dan Pengujian Perangkat Keras Pada Boost Converter ... 86 4.29 Perbandingan Kurva D–ΔIin Antara Pengujian Simulasi dan Pengujian Perangkat Keras Pada Interleaved Boost Converter ... 87 4.30 Perbandingan Kurva D–ΔVo Antara Pengujian Simulasi dan Pengujian Perangkat Keras Pada Boost Converter ... 88 4.31 Perbandingan Kurva D–ΔVo Antara Pengujian Simulasi dan Pengujian

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi konverter elektronika daya telah banyak digunakan pada kehidupan sehari-hari. Salah satunya yaitu dc–dc konverter. DC-DC konverter merupakan komponen penting dalam elektronika daya yang berfungsi untuk mengkonversikan daya listrik searah dari suatu bentuk menjadi bentuk daya listrik searah lainnya. Contoh pengaplikasiannya, dc-dc konverter ini digunakan pada sumber energi terbarukan, seperti fuel cell dan

solar cell. Dalam aplikasi sumber energi terbarukan, fuel cell dan solar cell

menghasilkan tegangan keluaran yang rendah dan ini membutuhkan alat untuk menaikan tegangan. Alat yang umum digunakan sekarang ini adalah dc–dc boost converter. DC-DC boost converter ini banyak digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan tegangan yang lebih tinggi dari sumbernya, salah satunya yaitu motor listrik DC sebagai komponen utama mobil listrik. Boost converter tersebut berfungsi untuk menaikkan tegangan baterai agar sesuai dengan tegangan yang diperlukan oleh motor listrik.

2

yang rendah dengan dikendalikan oleh sinyal kontrol berupa sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Namun, pada boost converter konvensional, nilai tegangan keluaran dan arus masukan yang dihasilkan masih terdapat ripple

yang cukup besar. Ripple tersebut merupakan masalah yang akan mengurangi kehandalan pada konverter itu sendiri. Oleh karena itu untuk menyelesaikan masalah tersebut, suatu bentuk metode perbaikan dengan cara memodifikasi rangkaian boost converter dibuat. Modifikasi rangkaiannya dengan menggunakan teknik interleaved pada boost converter. Teknik interleaved

bekerja dengan cara memparalelkan dua boost converter dengan dikendalikan oleh dua sinyal kontrol yaitu sinyal PWM dengan perbedaan fasa sebesar 1800 diantara kedua sinyal PWM. Karena pergeseran fasa diantara dua sinyal kontrol tersebut menyebabkan besar nilai ripple pada tegangan keluaran dan arus masukan menjadi berkurang.

Penelitian ini pernah dilakukan oleh Moh. Abdul Rohim dengan judul

interleaved DC-DC boost converter with small input voltage. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengurangi besar nilai ripple pada arus masukan dan tegangan keluaran dengan melakukan teknik interleaved pada boost converter. Namun dari penelitian yang dilakukan olehnya, hasil pengujian perangkat keras tidak mendapatkan hasil yang diinginkan. Kekurangan pada hasilnya terletak pada tegangan keluaran yang dihasilkan tidak mengalami kenaikan sehingga untuk mendapatkan tujuan dari penelitiannya masih belum tercapai.

3

Sehingga dilakukan penelitian ini untuk menyempurnakan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Pada penelitian ini terdapat perubahan dalam hal rangkaian kontrol yang digunakan untuk menghasilkan sinyal PWM. Jika pada penelitian sebelumnya menggunakan rangkaian kontrol analog yaitu IC FAN9612. Berbeda pada penelitian ini yaitu menggunakan rangkaian kontrol digital dengan menggunakan mikrokontroler arduino. Dari latar belakang yang telah dijelaskan diatas maka dibuatlah tugas akhir ini yang berjudul

“Rancang Bangun Interleaved Boost Converter Berbasis Arduino”.

1.2 Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Merancang dan membangun interleaved boost converter

b. Menganalisa pemakaian teknik interleaved pada boost converter

c. Membandingkan hasil pengujian perangkat keras interleaved boost converter dengan hasil simulasinya dengan tujuan sebagai evaluasi dalam keberhasilan pembuatan perangkat keras.

1.3 Manfaat

Manfaat yang diharapkan agar tercapainya penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Dengan berhasilnya interleaved boost converter ini dapat digunakan sebagai konverter pengganti boost converter

4

3. Sebagai bahan referensi untuk penelitian berikutnya yang membahas tentang interleaved boost converter.

1.4 Rumusan Masalah

Pada boost converter konvensional masih terdapat kekurangan yang telah di jelaskan dalam latar belakang masalah, maka pada tugas akhir ini dimunculkan suatu metode perbaikan yaitu dengan menggunakan teknik

interleaved pada boost converter sehingga dapat mengurangi ripple arus masukan dan tegangan keluaran.

1.5 Batasan Masalah

Beberapa hal yang membatasi masalah dalam pembahasan tugas akhir ini adalah:

1. Hanya membahas tentang bagaimana cara mengurangi besar ripple pada arus masukan dan tegangan keluaran setelah menggunakan teknik

interleaved pada boost converter.

1.6 Hipotesis

5

1.7 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari beberapa bab, yaitu: BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini dijelaskan secara garis besar tentang teori dasar yang berhubungan dengan alat yang akan dibuat.

BAB III METODE PENELITIAN

Memuat langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian, diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, komponen dan perangkat penelitian, prosedur kerja, perancangan, dan pengujian sistem.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bagian ini berisi mengenai hasil pengujian dan membahas terhadap data-data hasil pengujian yang diperoleh.

BAB V PENUTUP

Bab ini akan menyimpulkan semua kegiatan dan hasil-hasil yang diperoleh selama proses pembuatan dan pengujian sistem serta saran-saran yang sekiranya diperlukan untuk menyempurnakan penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konverter Elektronika Daya

Konverter elektronika daya merupakan suatu alat yang mengkonversikan daya elektrik dari satu bentuk ke bentuk daya elektrik lainnya di bidang elektronika daya. Konveter elektronika daya terbagi menjadi 4 jenis, di antaranya :

1. Konverter AC – DC ( Rectifier ) 2. Konverter AC – AC ( Cycloconverter ) 3. Konverter DC – DC ( DC Chopper ) 4. Konverter DC – AC ( Inverter )

Dc–dc konverter merupakan suatu alat yang mengkonversikan daya listrik searah dari suatu bentuk ke bentuk daya listrik searah lainya.[1,2,3]

Secara umum, ada tiga rangkaian (topologi) dasar dari konverter dc-dc yaitu

buck, boost, dan buck-boost. Rangkaian lain biasanya mempunyai kinerja mirip dengan topologi dasar ini sehingga sering disebut sebagai turunannya. Contoh dari konverter dc-dc yang dianggap sebagai turunan rangkaian buck

7

arus dan tegangan. Jika dari rangkaian buck-boost adalah konverter flyback.

Aplikasi untuk konverter seperti buck converter banyak digunakan untuk laptop adapter, charger battery dan lainnya. Konverter ini berguna untuk menurunkan tegangan. Untuk boost converter banyak digunakan untuk sumber energi terbarukan seperti photovoltaic system dan fuel cells. Konverter ini berguna untuk menaikkan tegangan [1]

2.2 Boost Converter

Boost converter berguna untuk mengubah tegangan masukan yang rendah ke tegangan keluaran yang tinggi (penaik tegangan). Konverter ini bekerja secara periodik saat saklar terbuka dan tertutup. Rangkaian dapat dilihat pada Gambar 2.1. Untuk konverter ini, parameter yang dibutuhkan untuk dapat memperoleh rangkaiannya terdiri dari beberapa komponen yaitu saklar daya, dioda frekuensi tinggi, induktor, kapasitor, dan beban resistor. Saklar yang dipakai harus mempunyai respon yang cepat saat keadaan on dan off. Saklar yang dapat digunakan adalah saklar semikonduktor seperti MOSFET .[2,3]

8

2.2.1 Prinsip Kerja Boost Converter

Kemampuan boost converter untuk menaikan tegangan dc berkaitan dengan prinsip switch duration ( ton dan toff switch ). Saat saklar atau switch mosfet pada kondisi tertutup (ton), arus akan mengalir ke induktor sehingga menyebabkan energi akan tersimpan di induktor. Saat saklar mosfet terbuka (toff), arus induktor ini akan mengalir menuju beban melewati dioda sehingga energi yang tersimpan di induktor akan menurun. Jika dilihat pada Gambar 2.2. Pada saat toff, beban akan disuplai oleh tegangan sumber ditambah dengan tegangan induktor yang sedang melepaskan energinya. Kondisi ini yang menyebabkan tegangan keluaran menjadi lebih besar dibandingkan dengan tegangan masukannya. Rasio antara tegangan keluaran dan tegangan masukan konverter ini sebanding dengan rasio antara periode penyaklaran dan waktu pembukaan saklar.[2]

a) Saklar ON b) Saklar OFF Gambar 2.2 Prinsip Kerja Boost Converter [1,2]

Dalam Operasionalnya, terdapat dua mode operasi untuk boost converter, yaitu Continuous Conduction Mode (CCM) dan

9

induktor tidak pernah jatuh ke nol dalam semua siklus pensaklaran. Sedangkan untuk discontinuous mode, arus pada induktor akan jatuh ke nol sebelum selesai satu periode pensaklaran.[1,2]

2.2.2 Analisa Rangkaian Boost Converter

Boost Converter bekerja dalam dua keadaan operasi. Kondisi yang pertama saat saklar ON dan kedua saat saklar OFF. Saat dalam kondisi saklar ON, dioda menjadi reverse bias dan besar arus induktor akan menyamai arus masukan. Begitu juga dengan tegangan induktor akan sama besarnya dengan tegangan masukan. Dalam kondisi saklar ON, induktor akan menyimpan energi. Waktu saat saklar dalam keadaan ON disebut DT. Gambar 2.3 menunjukan rangkaian dari boost converter saat saklar ON dan gambar 2.4 menunjukan arus induktor dan tegangan induktor boost converter. [2]

10

Gambar 2.4 Arus dan Tegangan Induktor [2]

Saat saklar dalam kondisi selama DT,

V = Vd (2.1)

V = LdI_dt (2.2)

Vd

L =

dI

dt (2.3)

∆I closed) =Vd t_L (2.4)

Saat saklar OFF pada waktu ( 1–D ) T. Gambar 2.5 menunjukan rangkaian saat saklar OFF. Gambar 2.6 menunjukan arus dan tegangan induktor.

[image:30.595.231.460.79.235.2]

11

Gambar 2.6 Arus dan Tegangan Induktor [2]

Saat saklar OFF pada waktu ( 1 – D ) T,

V = Vd − Vo (2.5)

V = L dI_dt (2.6)

Vd−Vo

L =

dI

dt (2.7)

∆I open) = Vd−Vo ) T_L (2.8)

Untuk keadaan steady state, perubahan di arus induktor harus nol,

∆I open) + ∆I closed) = (2.9)

Vd−Vo) − )T

L +

Vd t

L = (2.10)

Vo = Vd₋ (2.11)

12

Untuk arus induktor rata – rata,

Daya input = daya output (2.12)

VdId = Vo_R (2.13)

Id = I (2.14)

� = ��_−� (2.15)

��� = ��−�

� (2.16)

� = _{−�) �}�� (2.17)

Maksimum dan minimum arus induktor telah diberikan pada persamaan,

I ��/ � ) = � ± ∆I (2.18)

Ripple tegangan keluaran diberikan pada persamaan,

∆Vo =

Vo._{R. .f} (2.19)

Sedangkan ripple arus masukan diberikan persamaan,

��� =

�� .� _{� . �} (2.20)

2.3 Interleaved Converter

13

efisiensi, ukuran dan konduktansi elektromagnet. Namun interleaved converter ini, masih terdapat kekurangan seperti penambahan induktor, power switching device, dan output rectifier. Interleaved biasa disebut juga teknik

multhiphasing dimana sangat berguna untuk mengurangi ukuran atau nilai dari komponen filter. Pada interleaved ada lebih dari satu power switch. Perbedaan fasa untuk dua switch sebesar 1800. Interleaving ini berguna menaikan frekuensi pulsa yang efektif yangdi berikan oleh beberapa sumber yang lebih kecil dan mengoperasikannya dengan pergeseran fasa yang relatif. Di elektronika daya, aplikasi interleaving dapat ditemukan khususnya di aplikasi yang memerlukan daya yang tinggi. Tegangan dan arus yang bertekanan dapat dengan mudah melewati dari range power devicenya. Satu solusi untuk masalah ini dengan cara menghubungkan kelipatan power device

dengan cara seri atau memparalelkan. Namun, dengan memparelkan device

akan lebih baik untuk membatalkan harmonisa, menambah efisiensi, mengurangi panas dan kepadatan daya yang tinggi dapat diperoleh.[2]

2.4 Interleaved Boost Converter

Interleaved boost converter terdiri dari ‘n’ single boost converter yang dihubungkan secara paralel, dapat dilihat pada Gambar 2.7. Untuk interleaved

dengan dua saklar, perbedaan fasa sinyal operasi pensaklarannya sebesar 1800_{. Besar nilai itu didapat dari 360/n, dimana n adalah jumlah dari boost}

converter yang diparalelkan. Untuk dua fasa interleaved boost converter

[image:33.595.184.459.87.224.2]

14

Gambar 2.7 Rangkaian Interleaved Boost Converter[3,4]

Gambar 2.8 Gelombang Arus Masukan dan Induktor Terhadap Sinyal Pensaklaran Dengan Perbedaan Fasa 1800 [3]

Untuk analisa keadaan steady state pada interleaved boost converter, terdapat parameter-parameter penting, yaitu: [3]

1. Duty Ratio

Duty ratio dari interleaved boost converter adalah sama dengan boost converter.

[image:33.595.158.470.289.519.2]

15

Dimana Vo adalah tegangan keluaran, Vd adalah tegangan masukan dan D adalah duty ratio.

2. Arus Input

Untuk menghitung arus masukan, kita dapat menggunakan daya masukan dibagi dengan tegangan masukan.

�� = ��_�� (2.22)

3. Ripple Arus Induktor

Besar amplitude ripple arus induktor adalah sama dengan boost converter.

∆�� , � = ��.�_�.� (2.23)

Dimana f adalah frekuensi pensaklaran, D adalah duty cycle, Vd adalah tegangan masukan.

2.4.1 Topologi Interleaved Boost Converter

Gambar 2.7 menunjukan rangkaian standar dari interleaved boost converter. Untuk rangkaian ini, parameternya terdiri dari dua induktor L1 dan L2, dua saklar S1 dan S2, dua dioda D1 dan D2 dan duty cycle

[image:35.595.203.456.86.264.2]

16

Gambar 2.9 Topologi Interleaved Boost Converter [3]

Gambar 2.10 Gelombang Ideal Untuk Arus Induktor L1 dan L2 [3]

2.4.2 Analisa Rangkaian Interleaved Boost Converter

[image:35.595.237.413.339.530.2]

17

waktunya adalah DT, selama topen,perubahan waktunya adalah (1-D)T.

Berikut penjelasan dari 4 keadaan operasi interleavead : [3,4] a) S1 dan S2 ON

Saat S1 dan S2 ON, induktor L1 dan L2 akan mulai menyimpan energi. Dalam hal ini, nilai dari arus induktor akan naik.

��� �� =

��

� (2.24)

��� �� =

��

� (2.25)

b) S1 ON S2 OFF

Saat S1 ON dan S2 OFF, hanya induktor L1 yang menyimpan. Dalam hal ini arus induktor L1 akan naik, sementara arus pada induktor L2 berkurang. Induktor L2 melepaskan energi.

��� �� =

��

� (2.26)

��� �� =

� −��

� (2.27)

c) S1 OFF S2 ON

Selama keadaan ini, L1 melepaskan energi sementara L2 menyimpan energi. Arus induktor IL1 berkurang dan IL2

bertambah.

��� �� =

� −��

� (2.28)

��� �� =

��

18

d) S1 dan S2 OFF

Kedua induktor akan melepaskan energi dan juga arus induktor akan berkurang.

��� �� =

� −��

� (2.30)

��� �� =

� −��

� (2.31)

2.5 Pulse Width Modulation ( PWM )

Modulasi lebar pulsa atau yang lebih dikenal dengan sebutan PWM (Pulse Widht Modulation) merupakan suatu teknik yang membandingkan sinyal referensi dengan sinyal carrier. Pada umumnya untuk sinyal carrier berupa gelombang segitiga. Apabila amplitude sinyal referensi berada di atas amplitude sinyal carrier maka dihasilkan sinyal “high” dan jika amplitude sinyal referensi berada di bawah amplituda sinyal carrier maka dihasilkan

sinyal “low”.[5] _{Pada gambar 2.11 berikut menunjukkan hasil perbandingan}

tersebut dimana mempunyai nilai duty cycle tertentu. [3,5]

[image:37.595.200.451.575.724.2]

19

Duty cycle adalah perbandingan antara waktu konduksi dibagi dengan total waktu antara konduksi dan tidak konduksi dikalikan seratus persen.Pengertian

duty cycle tersebut dapat dituangkan dalam persamaan dibawah ini.

Duty Cycle = �

� +� ��

�

%

(2.32)

20

2.5.1 Mikrokontroler Arduino Mega 2560

Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan umumnya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit pendukung seperti

Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di dalamnya. Pada penelitian ini digunakan Arduino Mega 2560 sebagai kontroler dan penghasil sinyal PWM. Arduino Mega 2560 adalah salah satu jenis mikrokontroler Arduino yang menggunakan prosessor ATmega2560. Arduino ini memiliki 54 pin I/O digital (15 diantaranya dapat berfungsi sebagai PWM), 16 input analog, 4 UART (serial port), 16 MHz Osilator kristal, koneksi USB, konektor daya, ICSP, dan tombol reset. Bahasa program yang digunakan adalah bahasa C dengan perangkat lunak kompilernya adalah sketch atau Arduino IDE .

[image:40.595.144.517.112.526.2]

21

Tabel 2.1. Spesifikasi Teknis Arduino Mega 2560

Gambar 2.12. Arduino Mega 2560

Mikrokontroler ATmega2560

Tegangan Operasi 5V

Tegangan masuk (rekomendasi 7-12V

Tegangan masuk (batas) 6-20V

Pin I/O Digital 54 (15 diantaranya dapat

berfungsi sebagai PWM)

Pin Input Analog 16

Arus DC per I/O Pin 40 mA

Arus DC pada Pin 3.3V 50 mA

Memori Flash 256 KB of which 8 KB used by

bootloader

SRAM 8 KB

EEPROM 4 KB

[image:40.595.159.471.561.715.2]

22

2.6 Rangkaian Pemicu Gate Mosfet (Gate Driver)

Komponen mosfet pada boost converter agar dapat difungsikan sebagai saklar, maka mosfet harus bekerja pada kondisi saturasinya. Kondisi saturasi mosfet ini dapat dibentuk dengan memberikan tegangan gate-source berkisar antara 12 - 15 Volt. Karena tegangan keluaran dari mikrokontroler arduino ini adalah 5 Volt maka diperlukan rangkaian penguat / pemicu gate pada mosfet yang disebut sebagai rangkaian gate driver.[8] Pada penelitian ini rangkaian

[image:41.595.236.405.382.507.2]

gate driver dibuat dengan menggunakan IC HCPL 3120, yang berfungsi menguatkan tegangan PWM kontrol arduino dari 5 Volt menjadi 15 Volt. Konfigurasi pin dari IC HCPL 3120 ini dijelaskan pada gambar 2.12 berikut :

Gambar 2.13. Konfigurasi pin IC HCPL 3120

[image:42.595.150.477.117.260.2]

23

Tabel 2.2. Tabel Kebenaran / karakteristik IC HCPL 3120.

Karakteristik dari IC HCPL ini adalah ketika LED ON dengan tegangan catu day berkisar antara 13.5 – 30 Volt maka tegangan keluaran (Vo) akan HIGH (15 Volt). Dan ketika LED OFF dengan tegangan catu daya berkisar antara 13.5 – 30 Volt maka tegangan keluaran (Vo) akan LOW (0 Volt) . Sistem minimum dari IC HCPL 3120 dijelaskan pada Gambar 2.13 dibawah ini:

Gambar 2.14. Sistem Minimum IC HCPL 3120

LED Vcc - VEE Vo

OFF 0 – 30 V LOW

ON 0 – 11 V LOW

ON 11 – 13.5 V TRANSITION

[image:42.595.146.487.438.607.2]

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dan penulisan laporan tugas akhir dilakukan di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung dan mulai dilaksanakan pada Bulan September 2014 serta direncanakan selesai pada Bulan November 2015.

3.2 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian di antaranya: a. Instrumen dan komponen yang terdiri dari:

1. LCR meter 2. Multitester 3. Resistor

4. Kapasitor 330 uF 5. Transformator

25

8. IC Driver Optocoupler HCPL 3120 9. Mikrokontroler Arduino Mega 2560 10. LCD 2x16 Karakter

11. Dioda Zenner 12. Dioda Bridge 13. LED

14. Osiloskop 15. Induktor

b. Perangkat kerja yang terdiri dari: 1. Komputer/Laptop

2. Perangkat Lunak Arduino 3. Perangkat Lunak MATLAB 4. Perangkat Lunak Proteus 5. Mesin Bor

6. Power supply

7. Kabel penghubung

8. Perangkat Lunak Diptrace

c. Bahan-bahan, yang terdiri dari: 1. Papan plastik mika (Accrilyc) 2. PCB

26

3.3 Metode

Dalam penyelesaian tugas akhir ini terdapat beberapa langkah kerja yang dilakukan di antaranya :.

3.3.1 Studi Literatur

Dalam studi literatur dilakukan pencarian dan pemahaman mengenai segala sesuatu yang berkaitan dengan penelitian ini, diantaranya adalah:

1. Prinsip kerja, aplikasi konverter, boost converter dan interleaved boostconverter

2. Mikrokontroler Arduino Mega 2560, dan IC Driver Optocoupler HCPL 3120

3. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip kerjanya.

4. Cara kerja dan pemrograman mikrokontroler Arduino Mega 2560 5. Pemodelan dan pemrograman menggunakan Simulink MATLAB

3.3.2 Pemodelan dan Simulasi

Sebelum dilakukan pembuatan perangkat keras, terlebih dahulu dilakukan pemodelan dan simulasi yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari perangkat keras yang akan dibuat. Dalam hal ini pemodelan dan simulasi yang dibuat adalah pemodelan dan simulasi

27

3.3.2.1Pemodelan dan Simulasi Boost Converter

[image:46.595.225.513.316.483.2]

Pemodelan dan simulasi boost converter dibuat di Simulink MATLAB. Komponen–komponen yang digunakan yaitu induktor, dioda, kapasitor dan resistor. Untuk saklar daya yang digunakan adalah mosfet. Model boost converter dapat dilihat pada Gambar 3.1. Untuk besar nilai untuk tiap – tiap komponen telah ditentukan dan dapat dilihat pada tabel 3.1 di bawah ini :

[image:47.595.249.457.133.352.2]

28

Tabel 3.1 Parameter Nilai Tiap Komponen Model Boost Converter

Dalam penentuan besar nilai induktor dan kapasitor pada pemodelan boost converter ini berkaitan dengan besarnya frekuensi, ripple arus dan tegangan. Pada pemodelan ini digunakan frekuensi PWM sebesar 4 KHz, tegangan input sebesar 12 Volt, dan diinginkan besarnya ripple arus ialah 1,9 ampere dan ripple tegangan adalah 1 Volt. Sehingga besarnya induktor dan kapasitor dapat dihitung sebagai berikut :

- Besarnya induktor dapat dicari dengan persamaan (2.20) yaitu

L i = Vin . D_∆I L . fs

L i = _{, .} . , = , mH

Parameters Nilai Satuan

Vin 12 V

Switching Frekuensi ( F )

4 kHz

Induktor ( L ) 1 mH

Kapasitor ( C ) 330 uF

∆IL 1,9 A

∆Vo 1 V

29

- Besarnya kapasitor dapat dicari dengan persamaan (2.19) yaitu :

C i = _{∆Vo. fs}Io . D

C i = _. . , = , uF

.

3.3.2.2Pemodelan dan Simulasi Interleaved Boost Converter

Untuk pemodelan dan simulasi interleaved boost converter

parameter yang digunakan sama dengan model boost converter. Model interleaved boost converter dapat dilihat pada Gambar 3.2 yang telah dibuat di Simulink MATLAB. Dari pemodelan dapat dilihat bahwa komponen–komponen yang digunakan sama dengan model boost converter, namun terdapat penambahan induktor, saklar daya (mosfet) dan dioda. Untuk besar nilai tiap komponen juga sama dengan model

boost. Pada pemodelan interleaved boost converter

menggunakan dua sinyal pensaklaran dengan perbedaan fasa diantara keduanya sebesar 1800_{. Untuk parameter nilai model}

[image:49.595.219.487.122.271.2]

30

Gambar 3.2 Model Interleavead Boost Converter

Tabel 3.2 Parameter Nilai Tiap Komponen Model

Interleaved Boost Converter

3.3.3 Pengujian Model dan Simulasi

Proses pengujian yang pertama dilakukan adalah pengujian model

boost converter. Hal ini bertujuan untuk melihat apakah hasil dari model dan simulasi boost converter sesuai dengan karakteristik boost converter secara teori. Setelah dilakukan pengujian pada model boost converter dan menunjukan hasil yang sesuai dengan karakteristik

Parameters Nilai Satuan

Vin 12 V

Switching Frekuensi ( f )

4 kHz

Induktor ( L1=L2=L)

1 mH

Kapasitor ( C ) 330 uF

[image:49.595.228.442.391.562.2]

31

secara teori. Selanjutnya adalah pengujian model interleaved boost converter. Pada pengujian model interleaved boost converter, tujuan pengujian yang dilakukan sama halnya dengan pengujian model boost converter yaitu melihat hasil dari pengujian apakah sesuai dengan karakteristik interleaved boost converter secara teori. Setelah semua pengujian model dan simulasi selesai, hasil pemodelan dan simulasi tersebut menjadi acuan untuk keberhasilan dalam pembuatan perangkat keras. Di bawah ini dijelaskan bagaimana proses pengujian model dan simulasinya :

3.3.3.1Pengujian Model Boost Converter

Pengujian ini dilakukan dengan memberikan masukan berupa

duty cycle sebesar 10% hingga 70% dengan menggunakan beban resistif yang tetap. Hasil dari pengujian ini berupa nilai tegangan keluaran (Vo), arus masukan (Iin) dan beserta nilai

ripple pada setiap hasil pengujian.

3.3.3.2Pengujian Model Interleaved Boost Converter

32

bertambah yaitu hasil pengujian arus induktor pertama (IL1)

dan arus induktor kedua (IL2).

3.3.4 Perancangan Perangkat Keras

Setelah pemodelan dan simulasi berhasil dilakukan dan telah sesuai dengan karakteristik secara teori. Proses selanjutnya adalah merancang perangkat keras Interleaved Boost Converter. Secara umum sebuah perangkat keras Interleaved Boost Converter terdiri dari Rangkaian Kontrol PWM, Rangkaian Gate Driver, dan Rangkaian

[image:51.595.154.531.421.480.2]

Interleaved Boost Converter. Dapat dilihat pada blok diagram perancangan perangkat keras pada Gambar 3.3 dibawah ini :

Gambar 3.3 Blok Diagram Perancangan Perangkat Keras

Perancangan setiap blok penyusun perangkat keras interleaved boost converter dapatdijelaskan sebagai berikut :

3.3.4.1Perancangan Rangkaian Interleaved Boost Converter

Interleaved boost converter adalah perangkat elektronika daya utama pada Rancang Bangun interleaved boost converter

Berbasis Arduino. Karena pembuatan perangkat keras mengacu pada pengambilan hasil dari boost converter, maka Rangkaian Kontrol

PWM

Rangkaian

Interleaved Boost Converter

33

rangkaian interleaved boost converter di desain agar dapat mengoperasikan boost converter juga. Jadi rangkaian

[image:52.595.210.514.301.479.2]

interleaved boost converter dapat digunakan dalam dua keadaan yaitu saat keadaan menggunakan boost converter dan saat keadaan menggunakan interleaved boost converter. Hasil rancangan interleaved boost converter ini dapat dilihat pada Gambar 3.4 dibawah ini.

Gambar 3.4 Rancangan Rangkaian Interleaved Boost Converter

Pada Gambar 3.4 diatas merupakan hasil rancangan rangkaian

34

interleaved boost converter pada frekuensi tinggi hingga 4 Khz. Pemasangan dioda zener berfungsi untuk membatasi tegangan yang masuk ke gate mosfet hanya sebesar 15 Volt.

3.3.4.2Perancangan Rangkaian Gate Driver

Rangkaian gate driver digunakan sebagai pemisah (pengaman) antara rangkaian kontrol PWM dan rangkaian interleaved boost converter dan memiliki fungsi utama yakni sebagai penguat sinyal kontrol mikrokontroler ke mosfet pada

[image:53.595.226.461.503.610.2]

interleaved boost converter. Rangkaian gate driver ini dibangun menggunakan IC HCPL 3120 dengan tegangan masuk maksimum sebesar 5 volt dan keluaran sebesar 15 Volt. Hasil rancangan rangkaian penguat dapat dilihat pada Gambar 3.5 dibawah ini.

Gambar 3.5. Rancangan Rangkaian Gate Driver.

35

Rangkaian kontrol berisi pulsa PWM yang berguna untuk sinyal pensaklaran pada rangkaian interleaved boost converter. Proses pengeluaran sinyal PWM dihasilkan oleh mikrokontroler Arduino Mega 2560. Dari rangkaian kontrol PWM ini akan dihasilkan dua sinyal PWM dengan duty cycle

[image:54.595.211.509.446.647.2]

yang besarnya bervariasi dari 10 hingga 70 % dengan perbedaan fasa 1800 di antara kedua sinyal. Dalam rangkaian kontrol PWM terdiri dari beberapa komponen seperti mikrokontroler Arduino Mega 2560 dan perangkat keras I/O seperti papan tombol (push bustton) dan LCD 2x16. Adapun hasil rancangan kontrol PWM dapat dilihat pada Gambar 3.6 dibawah ini :

36

3.3.4.4Implementasi Rancangan Rangkaian Interleaved Boost Converter Berbasis Arduino Keseluruhan

Pada rancangan ini masing-masing rangkaian penuyusun perangkat keras interleaved boost converter seperti rangkaian kontrol PWM, rangkaian gate driver, dan rangkaian

[image:55.595.208.514.360.602.2]

interleaved boost converter digabung menjadi satu kesatuan sehingga dapat terlihat perangkat keras Interleaved Boost Converter secara keseluruhan. Adapun rangkaianya dapat dilihat pada Gambar 3.7 sebagai berikut :

Gambar 3.7 Perangkat Keras Interleaved Boost Converter

37

3.3.5 Realisasi Perangkat Keras

Tahapan berikutnya setelah perancangan adalah realisasi perangkat keras berdasarkan rancangan yang telah dibuat. Adapun beberapa proses yang dilakukan dalam tahapan ini adalah :

a. Perangkat keras

1. Memplot hasil gambar rangkaian pada PCB. 2. Melakukan pemasangan komponen pada PCB. 3. Membentuk konstruksi alat sesuai dengan yang telah

direncanakan. b. Perangkat lunak

1. Menuliskan kode program pada komputer.

2. Mengunduh kode program dari komputer ke mikrokontroler arduino.

3.3.6 Pengujian Perangkat Keras

Tahapan terakhir pada penelitian ini adalah pengujian perangkat keras Proses pengujian dilakukan per-blok rangkaian, meliputi pengujian rangkaian kontrol PWM, pengujian rangkaian gate driver. dan terakhir pengujian rangkaian interleaved boost converter secara keseluruhan. Di bawah ini akan dijelaskan masing-masing pengujian pada perangkat keras :

3.3.6.1Pengujian Rangkaian Kontrol PWM

38

menghasilkan pulsa PWM berhasil atau tidak. Jika berhasil data hasil pengujian berupa besar duty cycle pada dua sinyal PWM yang besarnya bervariasi dari 10 hingga 70 % dengan pergeseran fasa sebesar 1800 Jadi, pada rangkaian kontrol PWM dapat di hasilkan duty cycle yang bervariasi. Hasil pengujian ini nantinya akan digunakan untuk sinyal pensaklaran pada rangkaian interleaved boost converter.

3.3.6.2Pengujian Rangkaian Gate Driver

Setelah pengujian rangkaian kontrol PWM berhasil dan dihasilkan sinyal PWM oleh mikrokontroler arduino. Tahap selanjutnya adalah pengujian rangkaian gate driver. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa rangkaian gate driver berfungsi untuk menguatkan sinyal kontrol PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler sehingga dapat berfungsi pada rangkaian

interleaved boost converter. Jadi, hasil pengujian ini berupa sinyal kontrol hasil dari mikrokontroler dan sinyal kontrol yang telah dikuatkan hasil dari rangkaian gate driver.

3.3.6.3Pengujian Rangkaian Interleaved Boost Converter

Keseluruhan

39

pengujian pada model dan simulasi. Pengujian ini dibagi menjadi dua tahap, tahap pengujian pertama yaitu pengujian

boost converter dan kedua pengujian interleaved boost converter. Kedua pengujian tersebut bertujuan untuk mencari besar nilai dan gambar gelombang pada tegangan keluaran (Vout), arus masukan (Iin) dan beserta ripple tegangan keluaran (∆Vo), ripple arus masukan. Namun pada pengujian

40

3.4 Diagram Alir Tugas Akhir

Metode penelitian Rancang Bangun Interleaved Boost Converter ini digambarkan pada diagram alir dibawah ini :

Mulai Perancangan Model Simulasi Pengujian Model Simulasi Studi Literatur

Hasil Pengujian Sesuai Dengan Hasil Perhitungan Dari Teori

Pengambilan Data Realisasi Perangkat Keras Perancangan Perangkat Keras Pengujian Alat

Perangkat Keras Bekerja Sesuai Dengan Hasil Simulasi dan Teori

[image:59.595.172.465.168.438.2]

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari rancang bangun interleaved boost converter

berbasis arduino adalah sebagai berikut:

1. Perangkat keras interleaved boost converter ini telah berhasil dibuat dan terbukti mampu mengurangi ripple arus masukan dan ripple tegangan keluaran boost converter. Pengurangan ripple yang paling signifikan terjadi saat pemberian duty cycle sebesar 50% yaitu terjadi penurunan sebesar 98% untuk ripple arus masukan dan 86,9% untuk ripple tegangan keluaran.

92

3. Dengan berhasilnya penelitian ini, maka dapat memperbaiki penelitian sebelumnya yang masih terdapat kekurangan dalam hal pembuatan perangkat keras interleaved boost converter .

5.2 Saran

Dalam pembuatan perangkat keras yang telah dibuat. Sistem kontrol masih menggunakan sistem open loop. Sehingga beban yang dipakai hanya satu nilai saja. Namun jika dalam pembuatan perangkat keras ini menggunakan sistem close loop pada sistem kontrolnya maka beban dapat divariasikan. Sehingga nantinya didapatkan karakteristik interleaved boost converter

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ahmad Kalmin. 2012. Simulasi dan Berifikasi Modul Surya Terhubung Dengan

Boost Converter Pada Jaringan Listrik Mikro Arus Searah Dengan Menggunakan Matlab Simulink. Skripsi. Universitas Indonesia.

[2] M. Abdul Rahim B. M. Mordin. 2013. Interleaved DC – DC Boost Converter With Small Input Voltage. Declaration of Thesis / Undergraduate Project Paper and Copyright. Malaysia

[3] Samosir, A.S., Anwari, M., Yatim, A.H.M. 2011. “Dynamic Evolution Control of Interleaved Boost DC-DC Converter for Fuel Cell Application”. International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS). Halaman 168–174. ISSN: 2088-8694

[4] M. Marimuthu, A. Kamalakkannan, M. Karthick. 2012. “Interleaved Boost Converter with MPPT Controller for Photovoltaic System”. Halaman 70-76. ISSN 2230-7656 (c) MIT Publications.

[5] Phatiphat Thounhong, Bernard Davat. 2010. Study Of A Multhiphase Interleaved Step-Up Converter For Fuel Cell High Power Applications. Energy Conversion and Management 51. Journal. Halaman 826-862