Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan Kontrol PI Sebagai Pemutar Tabung Es Puter Berbasis Mikrokontroller ARM STM32F4 Proyek Akhir

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

MENGGUNAKAN KONTROL PI SEBAGAI PEMUTAR

TABUNG ES PUTER BERBASIS MIKROKONTROLER

Indra Wahyudi

NRP. 1303.121.014

Dosen Pembimbing :

Suhariningsih, S.ST, MT.

NIP. 19640404.198903.2.002

Ainur Rofiq Nansur, ST, MT.

NIP. 19640713.198903.1.005

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

SURABAYA

i

OR DC MENGGUNAKAN KONTRO

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

MENGGUNAKAN KONTROL PI SEBAGAI PEMUTAR

TABUNG ES PUTER BERBASIS MIKROKONTROLER

Indra Wahyudi

NRP. 1303.121.014

Dosen Pembimbing :

Suhariningsih, S.ST, MT.

NIP. 19640404.198903.2.002

Ainur Rofiq Nansur, ST, MT

NIP. 19640713.198903.1.005

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

SURABAYA

2015

iii

ABSTRAK

Es Puter adalah salah satu hidangan pencuci mulut dari Indonesia serupa es krim berbahan dasar santan sebagai pengganti susu. Proses pembuatan es puter secara konvensional masih sering dijumpai pada industri es puter rumahan. Proses pembuatan es puter secara konvensional ini memiliki banyak kekurangan contohnya perubahan beban pemutaran. Beberapa kondisi mengakibatkan kecepatan pemutarannya menjadi pelan dan cepat. Beban putaran pada kondisi awal yang berat menyebabkan proses pemutaran tabung es puter cenderung pelan. Beban putaran yang berat terjadi karena es batu berhubungan langsung dengan tabung es puter yang masih sangat keras sehingga menimbulkan gaya gesekan yang menahan putaran tabung es puter. Dampak dari perubahan kecepatan menyebabkan waktu beku adonan es puter yang tidak tetap sehingga produksi es puter menjadi tidak stabil. Proyek akhir ini bertujuan untuk merancang dan membuat alat pemutar es puter secara otomatis berbasis mikrokontroler yang digerakkan oleh motor DC magnet permanen dengan driver DC-DC converter jenis buck converter. Metode pengaturan kecepatan yang digunakan agar kecepatan motor DC dapat dijaga konstan sesuai set point yaitu metode kontrol PI (Proportional Integral). Hasil penelitian ini adalah alat pemutar tabung es puter secara otomatis dengan set point putaran tabung 120 rpm. Metode kontrol PI memberikan perbaikan pada respon rise time dan membuat kecepatan putaran tabung konstan sesuai set point dengan error steady state rata – rata 5% sehingga mampu mempercepat waktu produksi 1,5 kali lebih cepat dari waktu normal.

iv

v ABSTRACT

Es Puter is one of Indonesian dessert similar to ice cream made from coconut milk instead of dairy. The process of making conventionally es puter is still often found in home industrial of es puter. It has many shortcomings, for example turner’s loads is change. Some of the conditions inflicts the speed of turner that becomes slow and fast. Turner’s loads on the initial conditions is heavy so it causes the process of turning the tubes tend to be slow. It is occurs because the cube ices directly contact with the es puter’s tube, so it involves friction that holds a round of es puter’s tube. The impact of speed’s changes causes time of frozen dough is not fixed so that the production efficiency becomes less. This final project aims to design and make the automatically es puter’s turner based on microcontroller that driven by permanent magnet DC motor with a motor driver DC-DC converter types buck converter. Speed control method that used to keep the speed of DC motor constant to its set point is PI controller (Proportional Integral). The results of this study is automatically es puter’s turner with 120 rpm of set point. PI controller method gives improvement to rise time response and it makes turner tube’s speed to constant with average of steady state error 5%, so it can boost the production time to 1,5 times faster than normal process.

vi

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur hanya kepada ALLAH SWT atas berkat rahmat, karunia, petunjuk, serta bimbingan-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan proyek akhir ini yang berjudul :

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

MENGGUNAKAN KONTROL PI SEBAGAI PEMUTAR

TABUNG ES PUTER BERBASIS MIKROKONTROLER

Dengan terselesaikannya buku laporan proyek akhir ini, kami berharap semoga buku ini dapat membawa manfaat bagi pembaca pada umumnya dan juga bagi kami pada khususnya, serta semua pihak yang berkepentingan. Kami juga berharap agar proyek akhir ini dapat dikembangkan sehingga dapat digunakan untuk mendukung perkembangan ilmu pengetahuan. Penulis juga selalu berharap adanya kritik dan saran dari para pembaca untuk membangun proyek akhir ini ke arah yang lebih baik karena penulis menyadari bahwa proyek akhir ini masih jauh dari sempurna.

Akhirnya tidak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam – dalamnya kepada seluruh pihak yang turut membantu dalam penyelesaian proyek akhir ini. Mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang disengaja maupun yang tidak disengaja.

Surabaya, 12 Agustus 2015

viii

ix

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji Syukur Alhamdulillah hanya kepada ALLAH SWT dan tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan Proyek Akhir ini, terutama kepada :

1. Bapak dan Ibu penulis yang selalu memberikan dukungan moril dan materil serta motivasi untuk terus maju dan pantang menyerah terhadap berbagai ujian dan rintangan yang menghadang dalam proses pengerjaan Proyek Akhir.

2. Bapak Direktur Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

3. Bapak Ir Sutedjo, MT selaku Ketua Program Studi D3 Teknik Elektro Industri.

4. Ibu Suhariningsih, S.ST, MT dan Bapak Ainur Rofiq Nansur, ST, MT selaku dosen pembimbing. Terima kasih telah membimbing saya dengan penuh kesabaran dan atas semua yang telah bapak dan ibu berikan kepada saya.

5. Dosen Penguji yang telah memberikan pertanyaan dan sarannya yang sangat membantu dalam penyempurnaan Proyek Akhir ini. 6. Dosen-dosen Elektro Industri yang telah memberikan bantuan dan

sarannya dalam penyempurnaan Proyek Akhir ini.

7. Saudari Rosita Anggraeni yang banyak membantu dalam proses desain animasi Corel Draw dan Photoshop LCD Touchscreen. Terima kasih atas bantuan dan dukungannya dalam proses pengerjaan Proyek Akhir ini.

x

Teknik Elektro Industri A 2012 yang tidak dapat disebutkan satu persatu terimakasih atas semua bantuannya selama ini.

9. Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu hingga terselesaikannya Proyek Akhir ini.

xi

DAFTAR ISI

Daftar Isi Halaman

HALAMAN JUDUL... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

ABSTRAK ... iii

KATA PENGANTAR ... vii

UCAPAN TERIMA KASIH ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 2 1.3 Rumusan Masalah ... 3 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Metodologi Penelitian ... 3 1.5.1 Studi Literatur ... 4 1.5.2 Perancangan Sistem ... 4

1.5.3 Desain dan Pembuatan Hardware ... 6

1.5.4 Desain dan Pembuatan Software ... 7

1.5.5 Integrasi dan Pengujian Sistem ... 7

1.5.6 Pembuatan Laporan Proyek Akhir ... 7

1.6 Sistematika Pembahasan ... 7

1.7 Tinjauan Pustaka ... 8

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Motor DC ... 11

2.2 Buck Converter ... 13

2.3 Kontrol PI ... 16

2.4 Mikrokontroler STM32F407VG-Discovery ... 18

xii

2.7 LCD TFT Touchscreen ... 26

BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN SISTEM 3.1 Blok Diagram Sistem ... 29

3.2 Perencanaan Flowchart Sistem... 30

3.3 Penentuan Daya Motor ... 32

3.4 Pereduksi Putaran ... 34

3.5 Perancangan Mekanik ... 35

3.6 Buck Converter ... 37

3.7 Desain Induktor Buck Converter ... 42

3.8 Desain Rangkaian Snubber Buck Converter ... 43

3.9 Rangkaian Gate Driver MOSFET/IGBT ... 44

3.10 Penyearah Gelombang (Rectifier) ... 45

3.11 Sensor Kecepatan ... 49

3.12 Board Module Mikrokontroler STM32F4-Discovery dan TFT Touchscreen ... 51

3.13 Perencanaan Program Kontrol PI ... 54

3.14 Perencanaan Program PWM dan Pewaktu... 55

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Metode Pengujian ... 61

4.2 Pengujian Parsial ... 61

4.2.1 Pengujian Board Module Mikrokontroler STM32F4- Discovery dan TFT Touchscreen ... 62

4.2.2 Pengujian Menu Program LCD TFT Touchscreen ... 63

4.2.3 Pengujian Program PWM ... 66

4.2.4 Pengujian Program Pewaktu/Timer ... 68

4.2.5 Pengujian Sensor Kecepatan ... 69

4.2.6 Pengujian Rangkaian Gate Driver MOSFET/IGBT ... 72

4.2.7 Pengujian Rangkain Penyearah (Rectifier) ... 73

4.2.8 Pengujian Rangkaian Buck Converter ... 75

xiii BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 87 5.2 Saran ... 88 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BIODATA PENULIS

xiv

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.1 Metodologi Pengerjaan ... 4

1.2 Desain Mekanik ... 5

1.3 Blok Diagram Sistem... 5

2.1 Mekanisme Kerja Motor DC Magnet Permanen ... 11

2.2 Topologi Buck Converter ... 13

2.3 Keadaan ON (ON State) ... 14

2.4 Arus induktor pada Buck Converter ... 14

2.5 Keadaan OFF (OFF State) ... 15

2.6 Diagram blok kontrol PI ... 17

2.7 STM32F407VG Discovery ... 19

2.8 32-Bit multi-AHB bus matrix ... 20

2.9 Triple interleaved mode ... 20

2.10 Blok Diagram Rectifier ... 22

2.11 Penyearah Gelombang Penuh (Bridge Model) ... 22

2.12 Output Penyearah Gelombang Penuh (Bridge Model) ... 23

2.13 Penyearah Dilengkapi Filter Kapasitor ... 24

2.14 Konfigurasi sensor rotary encoder ... 25

2.15 Bentuk rotary encoder dan piringan ... 26

2.16 TFT Touchscreen ... 27

3.1 Blok Diagram Sistem... 29

3.2 Flowchart Sistem ... 31

3.3 Pereduksi Putaran Motor ke Poros Tabung ... 34

3.4 Desain Mekanik ... 36

3.5 Mekanik yang sudah jadi ... 37

3.6 Rangkaian dasar dari Buck Converter ... 38

3.7 Rangkaian Simulasi Buck Converter ... 40

3.8 Bentuk gelombang tegangan output ... 41

3.9 Bentuk gelombang arus output ... 41

3.10 Rangkaian Snubber ... 43

3.11 Rangkaian Gate Driver MOSFET ... 45

xvi

3.14 Gelombang Output Rangkaian Rectifier ... 48

3.15 Skematik Variable DC Power Suply 1 s/d 15 Volt ... 48

3.16 Variable DC Power Suply 1 s/d 15 Volt ... 49

3.17 IR Speed Sensor Module FC-03 ... 49

3.18 Rangkaian IR Speed Sensor Module type FC-03 ... 50

3.19 Sensor kecepatan dan piringan berlubang ... 51

3.20 Board Module Mikrokontroler STM32F4 Discovery dan TFT Touchscreen ... 52

4.1 Tampilan Awal ... 63

4.2 Tampilan Kedua ... 64

4.3 Tampilan menu pilihan pengaturan kecepatan ... 64

4.4 Tampilan monitoring manual ... 64

4.5 Tampilan pilihan kapasitas adonan es puter ... 65

4.6 Tampilan monitoring otomatis ... 65

4.7 Sinyal PWM 40kHz 0.2 V/div, 5µs/div duty cycle = 50% ... 66

4.8 Sinyal PWM 40kHz 0.2 V/div, 5µs/div duty cycle = 20% ... 67

4.9 Pengujian Pewaktu/Timer dengan pembanding Stopwatch Smartphone ... 68

4.10 Rangkaian sensor kecepatan (rotary encoder) yang terpasang dengan piringan berlubang ... 69

4.11 Rangkaian Debouncing ... 70

4.12 Grafik Perbandingan Pengukuran Tachometer dan Sensor Kecepatan ... 71

4.13 Output PWM dari Mikrokontroler STM32F4 Discovery ... 72

4.14 Output PWM dari Rangkaian Gate Driver MOSFET/IGBT ... 73

4.15 Pengujian Rectifier ... 74

4.16 Grafik Perbandingan Vo(dc) teori dan Vo(dc) praktek Rectifier ... 75

4.17 Hasil Pengukuran Tegangan Ouput duty cycle 70% Vin = 140 V ... 78

4.18 Grafik Perbandingan Vo(dc) teori dan Vo(dc) praktek Buck Converter dengan tegangan input konstan 140 V ... 79

4.19 Grafik Perbandingan Vo(dc) teori dan Vo(dc) praktek Buck Converter dengan duty cycle konstan 50% ... 80

xvii

1 liter adonan es puter (open loop)... 83 4.21 Grafik Perbandingan kecepatan sistem close loop dengan PI

Controller untuk adonan es puter 1 liter, 2,5 liter dan 5 liter ... 84 4.22 Gambar adonan es puter yang sudah membeku ... 85

xviii

xix

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1.1 Lama Pembuatan dan Kecepatan Es Puter ... 1

3.1 Daftar I/O Penggunaan Mikrokontroler ... 52

3.2 PIN Input LCD TFT Touchscreen ... 53

4.1 Konfigurasi Input/Output dan Hasil Tes Mikrokontroler ... 62

4.2 Pengujian Program Pewaktu atau Timer ... 68

4.3 Hasil Pengujian Sensor Kecepatan ... 70

4.4 Hasil Pengujian Uncontrolled Full Wave Rectifier dengan Beban Lampu Pijar 100 W ... 74

4.5 Hasil Pengujian Buck Converter dengan tegangan input konstan 140 V ... 76

4.6 Hasil Pengujian Buck Converter dengan duty cycle konstan 50% ... 79

4.7 Perbandingan waktu tempuh untuk beku terhadap perubahan set point ... 81

4.8 Perbandingan kecepatan tanpa beban dan berbeban 1 liter adonan es puter (open loop) ... 82

xx

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1

LATAR BELAKANG

Es Puter adalah salah satu hidangan pencuci mulut dari Indonesia serupa es krim berbahan dasar santan sebagai pengganti susu. Es puter bertekstur kasar dan dibekukan secara tradisional dengan sebuah alat berbentuk tabung berisi adonan es puter yang diputar – putar di dalam wadah lain yang berisi es batu dan garam.1

Proses pemutaran es puter untuk pedagang usaha kecil hingga saat ini cenderung masih menggunakan cara manual yaitu menggunakan tenaga manusia. Cara ini dinilai masih kurang efisien karena cukup menguras tenaga dan waktu mengingat lama pemutaran es puter hingga membeku berkisar antara ± 2 jam untuk kapasitas adonan es puter 7,5 liter.

Tabel 1.1 Lama pembuatan dan kecepatan es puter2

Tanggal Lama Pembuatan Kecepatan

06-12-2014 2 jam 5 menit 10 hingga 50 rpm

27-12-2014 2 jam 15 menit 10 hingga 50 rpm

03-01-2015 1 jam 45 menit 10 hingga 50 rpm

17-01-2015 2 jam 11 menit 10 hingga 50 rpm

17-01-2015 1 jam 59 menit 10 hingga 50 rpm

Pada Tabel 1.1 tentang lama pembuatan dan kecepatan es puter dapat kita amati bahwa kecepatan putaran saat proses pembuatan es puter secara manual sangat bervariasi. Hal ini disebabkan karena beban pemutaran saat proses pembuatan es puter secara manual juga bervariasi sehingga pada beberapa kondisi kecepatan pemutaran es puter akan sangat pelan dan dapat juga sangat cepat yang berkisar antara 10 hingga 50 rpm. Sebagai contoh yaitu saat kondisi awal, pada kondisi ini beban putaran sangat berat karena es batu yang berhubungan langsung dengan tabung es puter masih sangat keras sehingga menimbulkan gaya gesekan yang menahan putaran tabung es puter. Begitu juga saat adonan es puter akan membeku beban putaran juga cukup berat, padahal tenaga atau stamina sudah cukup terkuras selama lebih dari 1,5 jam, sehingga

1 _{Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Es_puter}

kecepatan pemutaran es puter akan sangat pelan yaitu sekitar 10 hingga 20 rpm. Selain itu, setiap satu jam diperlukan penambahan es batu dan garam karena es batu telah meleleh hampir ¼ bagian dari wadah penampungan sehingga hal tersebut dirasa kurang praktis dan efisien.

Proyek tugas akhir ini adalah membuat suatu rancangan alat pemutar es puter secara otomatis yang ukurannya didesain sesuai dengan kebutuhan pedagang usaha kecil dengan kapasitas adonan es puter 5 liter. Alat pemutarnya memanfaatkan tenaga dari motor DC. Pengguna juga dapat memilih berapa liter kapasitas es puter yang akan dibuat melalui input dari LCD TFT Touchscreen. Perubahan kecepatan motor yang kurang stabil akibat beban putaran yang berubah-ubah akan diperkecil sesuai set point yang ditentukan. Set point kecepatan yang diberikan juga dibuat lebih cepat dari proses pembuatan secara manual untuk diharapkan es puter akan lebih cepat membeku, sehingga waktu pembuatan es puter dapat dibuat lebih cepat dari proses pembuatan secara manual dan lama waktu pembuatannya menjadi lebih stabil.

Pengaturan tegangan input dari motor DC menggunakan DC-DC Converter jenis buck converter. Metode pengaturan kecepatan yang digunakan agar kecepatan motor DC dapat dijaga konstan sesuai set point yaitu metode kontrol PI (Proportional Integral). Buck converter yang digunakan sebagai driver motor DC akan dikontrol meggunakan metode kontrol PI melalui mikrokontroler STM32F407-Discovery. Sensor kecepatan akan memberikan umpan balik present value kecepatan ke mikrokontroler STM32F407-Discovery melalui pin external interrupt untuk digunakan sebagai penentuan besar duty cycle yang akan digunakan sebagai penyulutan switching ke buck converter.

1.2 TUJUAN

Tujuan dari proyek akhir ini adalah merancang dan membuat alat pemutar es puter secara otomatis berbasis mikrokontroler yang digerakkan oleh motor DC. Perubahan kecepatan putaran motor DC yang tidak stabil akan diminimalisir meskipun beban putaran berubah – ubah. Selain itu kecepatan putaran juga dibuat lebih cepat daripada kecepatan putar dengan proses pembuatan secara manual agar adonan es puter bisa lebih cepat membeku.

3

1.3 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang diatas, rumusan masalah yang ada pada Proyek Akhir ini adalah :

1. Bagaimana menentukan set point kecepatan yang tepat agar proses pembuatan es puter menjadi lebih cepat ?

2. Bagaimana cara mengatur kecepatan motor DC menggunakan kontrol PI agar perubahan kecepatan motor akibat beban putaran yang berubah-ubah dapat diminimalisir pada set point yang diberikan ?

3. Bagaimana mendesain alat pemutar es puter yang beroperasi secara otomatis ?

1.4 BATASAN MASALAH

Batasan permasalahan pada proyek akhir ini adalah :

1. Jenis motor yang digunakan sebagai pemutar tabung es puter adalah motor DC magnet permanen.

2. Kapasitas penampungan maksimal es puter 5 liter.

3. Buck converter difungsikan sebagai driver motor DC, yaitu digunakan untuk mengatur tegangan input dari motor.

4. Metode yang digunakan untuk mencari konstanta proporsional dan konstanta integral pada kontrol PI adalah trial and error. 5. Seluruh bahan es puter berupa komposisi adonan, komposisi es

batu dan garam adalah barang jadi yang didapatkan pada penjual es puter.

6. Ketentuan kapasitas es puter yang bisa dipilih yaitu 1 liter, 2.5 liter dan 5 liter.

1.5 METODOLOGI PENELITIAN

Prosedur yang dilakukan untuk menyelesaikan proyek akhir ini dapat dijelaskan pada Gambar 1.1 tentang metodologi pengerjaan. Metodologi pengerjaan tersebut terdiri dari studi literature, perencanaan

hardware dan perencanaan software, integrasi dan pengujian sistem,

analisa, kesimpulan dan yang terakhir yaitu pembuatan laporan proyek akhir.

Gambar 1.1 Metodologi Pengerjaan

1.5.1 Studi Literatur

Pengambilan dan pengumpulan data - data serta dasar teori yang digunakan sebagai acuan dalam penyelesaian proyek akhir ini sebagai pendukung pembuatan modul dan software.

1.5.2 Perancangan Sistem

Berikut adalah rancangan sistem yang meliputi blok diagram sistem dan desain alat yang dapat digunakan untuk memperjelas cara kerja dari proyek akhir yang akan dibuat. Gambar 1.2 merupakan Gambar desain mekanik dari sistem yang akan dibuat.

5

Gambar 1.2 Desain Mekanik

Gambar 1.3 Blok diagram sistem

Dari blok diagram sistem pada Gambar 1.3 dijelaskan bahwa sumber utama dari sistem berasal dari jala – jala 220 volt yang kemudian diturunkan menggunakan Trafo Step Down menjadi 110 volt. Kemudian dirubah tegangannya dari AC menjadi DC menggunakan Single Phase

Uncontrolled Full Bridge Rectifier dengan filter C. Keluaran dari rectifier

tersebut menjadi inputan dari DC-DC Converter jenis Buck Converter, dimana besar tegangan output dari Buck Converter berkisar antara 0 – 90 volt. Nilai tegangan output Buck Converter tergantung dari besar dutty

cycle yang diberikan. Output dari Buck Converter akan menjadi input dari motor DC, sehingga dengan supply tegangan tersebut motor dapat berputar untuk digunakan sebagai penggerak tabung es puter.

Pada motor juga diberi suatu sensor kecepatan yang berfungsi untuk memberikan feedback dari kecepatan motor DC kepada mikrokontroler STM32F4-Discovery. Nilai feedback tersebut akan digunakan sebagai acuan penentuan nilai dutty cycle yang dihitung berdasarkan metode kontrol PI. Hasil dari perhitungan PI yaitu berupa dutty cycle yang dikeluarkan melalui PWM mikrokontroler STM32F4-Discovery dan menjadi pengatur switching dari Buck Converter. Terdapat juga LCD TFT Touchscreen yang berfungsi sebagai input pilihan kapasitas es puter dan button Start/Stop sistem serta memonitor kecepatan motor dan sisa waktu timer.

1.5.3 Desain dan Pembuatan Hardware

Pada tahap ini merupakan tahap perancangan perangkat keras (hardware) diantaranya meliputi :

 Rangkaian Penyearah (Rectifier)

Rangkaian ini digunakan untuk menyearahkan tegangan AC menjadi DC.

 Rangkaian Buck Converter

Rangkaian ini digunakan untuk sistem switching agar tegangan output dapat dirubah dengan mengatur duty cycle nya. Terdiri dari mosfet, dioda, kapasitor dan induktor.

 Modul STM32F4 dan LCD Touchscreen

Modul STM32F4 dan LCD Touchscreen ini akan digunakan untuk kontrol sistem buck converter, input/output, Timer, Interrupt dan PWM.

 Gate driver MOSFET

Rangkaian ini digunakan untuk driver dari MOSFET buck converter, terdiri dari optocoupler dan totempole.

 Rangkaian Relay

Rangkaian ini digunakan untuk switch on/off sumber pln ke sistem dan sebaliknya.

 Rangkaian power supply Mikrokontroler

Rangkaian ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan daya dari mikrokontroler STM32F4 Discovery dan LCD Touchscreen. Output dari rangkaian power supply ini bernilai 5 Volt.

7

1.5.4 Desain dan Pembuatan Software

Pada tahap ini merupakan tahap perancangan perangkat lunak diantaranyan meliputi :

 Program sistem feedback kecepatan motor meliputi program sensor kecepatan yaitu membaca nilai pulsa yang terbaca sensor melalui external interrupt pada mikrokontroler.

 Program sistem kontrol meliputi program pengaturan duty cycle dari pwm secara otomatis oleh program kontrol PI.

 Program pewaktu atau timer yang digunakan untuk menentukan kapan sistem akan berhenti beroperasi.

1.5.5 Integrasi dan Pengujian Sistem

Setelah dilakukan perancangan dan penentuan parameter Kp dan Ki dari metode kontrol PI kemudian dilakukan beberapa pengujian pada sistem, sehingga akan diperoleh data – data hasil kinerja sistem yang dapat dilihat melalui respon dari motor seperti rise time, settling time, maximum overshoot, delay time dan peak time. Data – data tersebut akan menjadi hasil penelitian yang kemudian akan dilakukan analisa.

1.5.6 Pembuatan Laporan Proyek Akhir

Setelah melakukan tahapan – tahapan yang telah dijelaskan hingga tahapan analisa dan kesimpulan serta tujuan dari Proyek akhir ini dapat diselesaikan dengan baik maka dilakukan pembuatan laporan Proyek Akhir.Diharapkan penulisan laporan tersebut dapat bermanfaat sebagai bahan acuan didalam pembuatan alat serupa pada waktu yang akan datang.

1.6 SISTEMATIKA PEMBAHASAN

Sistematika pembahasan dalam penyusunan laporan proyek akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Pada Bab I berisikan latar belakang pembuatan alat pada proyek akhir, tujuan yang ingin dicapai, rumusan masalah dan batasan masalah pada proyek akhir, metodologi penelitian, serta sistematika pembahasan.

BAB II : LANDASAN TEORI

Pada Bab II terdiri dari teori dasar, literatur-literatur, serta referensi yang berguna sebagai acuan dan landasan dalam perencanaan dan pembuatan proyek akhir ini.

BAB III : PERENCANAAN DAN PEMBUATAN SISTEM

Pada Bab III dilakukan suatu perencanaan dan pembuatan dari mekanik, perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada Bab IV berisikan data - data pengujian dan analisa hasil yang diperoleh dari pengujian bagian per parsial dari sistem dan integrasi seluruh sistem.

BAB V : PENUTUP

Pada Bab V berisikan kesimpulan dan juga saran serta masukan setelah melihat analisa dari pengerjaan proyek akhir.

1.7 TINJAUAN PUSTAKA

Berikut ini adalah beberapa penilitian yang pernah dilakukan terkait dengan proyek akhir yang akan dibuat, yang mana akan digunakan sebagai acuan.

a. Dalam Tugas akhir “Rancang Bangun Penggerak Motor DC Magnet Permanen Untuk Modul Instrumentasi dan Sistem

Kendali” yang ditulis oleh Tri Ekayani, mahasiswi D3 Program

Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung, membahas tentang pengaturan kecepatan pada motor DC dengan menggunakan teknik pengaturan lebar pulsa (PWM) menggunakan IC SG3525. Sistem pengaturan kecepatan motor diatur dengan driver motor. Driver motor DC ini dapat diintegrasikan dengan rangkaian PID, sehingga dirancang pula sensor kecepatan putaran yang berfungsi sebagai enkoder, sensor ini menghasilkan keluaran frekuensi yang diubah menjadi tegangan. Tegangan keluaran dari enkoder tersebut digunakan sebagai umpan balik kemudian dibandingkan dengan tegangan set point jika terdapat error maka rangkaian PID akan mengatasinya.

b. Dalam Skripsi “Perancangan Ulang Alat Mesin Pembuat Es Puter Berdasarkan Aspek Ergonomi” yang ditulis oleh Adhi Dwi Arta, mahasiswa S1 Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta, membahas tentang pembuatan alat es puter menggunakan motor induksi satu fasa 1400 rpm, 0,25 HP yang kemudian kecepatan motor direduksi dengan perbandingan 1:30

9

sehingga kecepatan motor menjadi 70 rpm. Sistem alat tersebut adalah open loop sehingga untuk kestabilan putaran motor tidak diperhitungkan. Selain itu sistem masih menggunakan ON/OFF manual menggunakan saklar.

c. Dalam Jurnal Ilmiah “Rancang Bangun Mesin Pembuat Es Puter dengan Pengaduk dan Penggerak Motor Listrik” yang disusun oleh Suyadi, Sunarto, dan Faqihuddin Nur Rachman, mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang, membahas tentang perancangan alat pembuat Es Puter dari bahan baku adonan hingga menjadi Es Puter (es krim) dimana mesin pembuat es puter tersebut mampu menghasilkan rata-rata 7,5 Kg/ Jam dengan pengaduk dan penggerak Motor Listrik AC 0,5 HP yang putarannya ditransmisikan ke reducer dengan pulley dan sabuk sebagai penghubung transmisinya. Sistem yang digunakan menggunakan sistem open loop tanpa kontrol.

11

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 MOTOR DC

Motor DC adalah piranti elektronik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komutator). Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan magnet, maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Mekanisme ini diperlihatkan pada Gambar 2.1 tentang mekanisme kerja motor DC magnet permanen.1

Gambar 2.1 Mekanisme Kerja Motor DC Magnet Permanen

Dari Gambar 2.1 dapat dilihat bahwa motor DC jenis ini memiliki dua buah magnet permanen sehingga timbul medan magnet di antara kedua magnet tersebut. Di dalam medan magnet inilah jangkar/rotor berputar. Jangkar yang terletak di tengah motor memiliki jumlah kutub yang ganjil dan pada setiap kutubnya terdapat lilitan. Lilitan ini terhubung ke area kontak yang disebut komutator. Sikat (brushes) yang terhubung ke kutub positif dan negatif motor memberikan daya ke lilitan sedemikian rupa sehingga kutub yang satu

akan ditolak oleh magnet permanen yang berada di dekatnya, sedangkan lilitan lain akan ditarik ke magnet permanen yang lain sehingga menyebabkan jangkar berputar. Ketika jangkar berputar, komutator mengubah lilitan yang mendapat pengaruh polaritas medan magnet sehingga jangkar akan terus berputar selama kutub positif dan negatif motor diberi daya.2 _{Kecepatan putar motor DC (N) dirumuskan dengan} persamaan berikut. N = 𝑉𝑡𝑚−𝐼𝑎.𝑅𝑎 𝐾 (2.1) Keterangan : N = Kecepatan Vtm = Tegangan terminal Ra = Tahanan Jangkar Ia = Arus jangkar K = konstanta motor Ф = Fluks magnet

Pengendalian kecepatan putar motor DC dapat dilakukan dengan mengatur besar tegangan terminal motor VTM. Metode lain yang biasa digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC adalah dengan teknik modulasi lebar pulsa atau Pulse Width Modulation (PWM).

Terdapat tiga – tipe magnet yang biasa dipergunakan sebagai bahan magnet permanen yaitu alnico magnet, ferrite magnet dan rare earth magnet. Untuk penjelasan dari tipe – tipe magnet tersebut adalah sebagai berikut :

 Alnico magnet (terbuat dari paduan/alloy logam besi) yang memiliki fluks magnetik yang tinggi (high-fluks magnet) tetapi sifat magnetnya bisa hilang

 Ferrite memiliki fluks magnetik yang lebih kecil tetapi memiliki daya tahan terhadap demagnetisasi

 Rare-earth magnet (magnet tanah jarang) terbuat dari bahan samarium-cobalt atau neodynium-cobalt. Jenis terakhir ini menggabungkan keunggulan dari kedua jenis pertamanya yaitu memiliki fluks magnetik yang tinggi dan tahan terhadap demagnetisasi. 3

2 Ibid

13

2.2 BUCK CONVERTER

Buck converter adalah salah satu topologi DC-DC konverter yang

digunakan untuk menurunkan tegangan DC. Prinsip kerja rangkaian ini adalah dengan kendali pensaklaran. Komponen utama pada topologi buck adalah penyaklar, dioda freewheel, induktor, dan kapasitor. Pada Gambar 2.2 ditunjukkan topologi buck converter yang masih dasar dengan nilai komponen yang belum diketahui.

Gambar 2.2 Topologi Buck Converter

Penyaklar dapat berupa transistor, MOSFET atau IGBT. Kondisi saklar terbuka dan tertutup ditentukan oleh isyarat PWM. Pada saat saklar terhubung, maka induktor, kapasitor, dan beban akan terhubung dengan sumber tegangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Kondisi semacam ini disebut dengan keadaan ON (ON state). Pada kondisi ON state ini dioda berada pada kondisi reverse bias.

Saat kondisi ON maka dioda akan reverse bias. Sedangkan saat saklar terbuka maka seluruh komponen tadi akan terisolasi dari sumber tegangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. Keadaan ini disebut dengan kondisi OFF (OFF state). Saat kondisi OFF ini dioda menyediakan jalur untuk arus induktor sehingga saat saklar OFF tetap ada tegangan output yang didapat dari arus induktor. Buck converter disebut juga step down converter karena nilai tegangan keluaran selalu lebih kecil dari inputnya. Nilai tegangan output maksimal yang dapat dihasilkan yaitu setara dari tegangan inputnya Berikut ini adalah penjelasan mengenai kedua kondisi pada buck converter. 4

Gambar 2.3 Keadaan ON (ON State)

Pada saat kondisi ON (ON state) maka rangkaian buck converter akan nampak seperti Gambar 2.3 dan dioda akan reverse bias. Dengan demikian maka tegangan pada induktor dapat ditunjukkan pada persamaan 2.2 berikut.

𝑉𝐿= 𝑉𝑠− 𝑉𝑜= 𝐿 𝑑𝑖_𝐿

𝑑𝑡 (2.2)

Sehingga diperoleh persamaan 2.3 berikut.

𝑑𝑖_𝐿

𝑑𝑡 =

(𝑉𝑠−𝑉𝑜)

𝐿 (2.3)

Selama nilai turunan dari arus adalah konstanta positif, maka arus akan bertambah secara linear seperti yang digambarkan pada Gambar 2.4 selama selang waktu 0 sampai dengan DT. Perubahan pada arus selama kondisi ON dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 berikut. 𝑑𝑖𝐿 𝑑𝑡 = ∆𝑖𝐿 ∆𝑡 = ∆𝑖𝐿 𝐷𝑇= (𝑉𝑠−𝑉𝑜) 𝐿 ∆𝑖𝐿 𝑐𝑙𝑜𝑠𝑒𝑑 = (𝑉𝑠−𝑉𝑜) 𝐿 𝐷𝑇 (2.4)

Gambar 2.4 Arus induktor pada buck converter

Pada saat kondisi OFF atau saklar terbuka, maka dioda menjadi forward bias untuk menghantarkan arus induktor, dan rangkaian buck

15

induktor saat saklar terbuka ditunjukkan pada persamaan 2.5 dibawah ini.

𝑉𝐿= −𝑉𝑜= 𝐿 𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 (2.5)

Sehingga diperoleh persamaan 2.6.

𝑑𝑖_𝐿

𝑑𝑡 = −

𝑉_𝑜

𝐿 (2.6)

Turunan dari arus di induktor adalah konstanta negatif, dan arus berkurang secara linear, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 pada ruas (1-D)T. Perubahan pada arus induktor ketika saklar terbuka dapat dijabarkan melalui persamaan 2.7 berikut.

𝑑𝑖𝐿 𝑑𝑡 = ∆𝑖𝐿 ∆𝑡 = ∆𝑖𝐿 (1 − 𝐷)𝑇= − 𝑉𝑜 𝐿 ∆𝑖𝐿 𝑜𝑝𝑒𝑛 = − 𝑉𝑜 𝐿(1 − 𝐷)𝑇 (2.7)

Gambar 2.5 Keadaan OFF (OFF State)

Operasi keadaan tunak (steady state) terpenuhi jika arus pada induktor pada akhir siklus penyaklaran adalah sama dengan saat awal penyaklaran, artinya perubahan pada arus induktor selama satu periode adalah nol. Hal ini berarti.

(∆iL) closed + (∆iL) open = 0 (2.8)

Berdasarkan persamaan 2.8 tentang (∆iL) closed dan (∆iL) open diperoleh persamaan 2.9.

𝑉𝑠−𝑉𝑜 𝐿 𝐷𝑇 −

𝑉𝑜

Dengan menyelesaikan Vo diperoleh hubungan persamaan berikut.

𝑉𝑜 = 𝑉𝑠. 𝐷 (2.10)

Dengan cara yang sama apabila dihitung nilai dari integral keluaran selama 1 periode maka hasilnya dapat ditunjukkan pada persamaan 2.11 berikut. 1 𝑇∫ 𝑣𝑜(𝑡)𝑑𝑡 = 𝑇 0 1 𝑇∫ 𝑣𝑠(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑇 𝐷𝑇 1 𝑇∫ 0 𝑑𝑡 𝐷𝑇 0 1 𝑇∫ 𝑣𝑠(𝑡)𝑑𝑡 = 1 𝑇 𝑇 𝐷𝑇 𝑉𝑠(𝑇 − 𝐷𝑇) = 𝑉𝑠. 𝐷 (2.11) untuk 0 ≤ 𝐷 ≤ 1

Berdasarkan pada persamaan diatas karena nilai tegangan keluaran buck converter sebanding dengan nilai duty cycle, maka untuk memperoleh nilai keluaran tegangan yang bervariasi, caranya adalah dengan mengubah nilai duty cycle nya.

2.3 KONTROL PI

Suatu pengontrol proporsional yang memberikan aksi kontrol proporsional dengan error akan mengakibatkan efek pada pengurangan rise time dan menimbulkan kesalahan keadaan tunak (offset). Suatu pengontrol integral yang memberikan aksi kontrol sebanding dengan jumlah kesalahan akan mengakibatkan efek yang baik dalam mengurangi kesalahan keadaan tunak tetapi dapat mengakibatkan respon transien yang memburuk.5

Gabungan aksi kontrol proporsional dan aksi kontrol integral membentuk aksi kontrol proporsional plus integral (PI controller). Gabungan aksi ini mempunyai keunggulan dibandingkan dengan masing-masing penyusunnya. Keunggulan utamanya adalah diperolehnya keuntungan dari masing-masing aksi kontrol dan kekurangan aksi kontrol yang satu dapat diatasi. Dengan kata lain elemen-elemen controller P dan I secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem dan menghilangkan offset.

Dalam waktu kontinyu, sinyal keluaran pengendali PI dapat dirumuskan pada persamaan 2.12 berikut.

𝐶𝑜 = 𝐾𝑝 (𝑒(𝑡) + 1

𝑇𝑖∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 𝑡

0 ) (2.12)

5 _{Mustaghfiri Asror, “Pengendalian PH Dalam Bejana Defecator Pada Proses Pemurnian Nira (Gula) Dengan Kontrol}

Proporsional – Integral”, 2012, hal 1

17

Dimana,

Co = sinyal keluaran kontrol PI Kp = konstanta proporsional Ti = waktu integral

e(t) = sinyal kesalahan

Gambar 2.6 Diagram blok kontrol PI

Pada Gambar 2.6 ditunjukkan diagram blok kontrol PI yang masih dasar. Pengolahan parameter-parameter PI menjadi konstanta-konstanta pengendalian secara diskrit sesuai dengan penjelasan perhitungan berikut. Berdasarkan persamaan sinyal keluaran pengendali PI dengan menggunakan Transformasi Laplace, didapatkan persamaan PI dalam kawasan S sebagaimana persamaan 2.13.6

𝑐𝑜(𝑠) = 𝐾𝑝𝐸(𝑠) + 𝐾𝑝 𝑇𝑖𝑠 𝐸(𝑠) 𝑐𝑜(𝑠) = 𝐾𝑝𝑠𝐸(𝑠) + 𝐾𝑝 𝑇𝑖 𝐸(𝑠) 𝑠 𝑠𝑐𝑜(𝑠) = 𝐾𝑝𝑠𝐸(𝑠) + 𝐾_𝑝 𝑇𝑖𝐸(𝑠) (2.13)

Pada persamaan 2.13 jika diubah kembali ke kawasan waktu, sehingga didapatkan persamaan 2.14. 𝑑𝑐𝑜(𝑡) 𝑑𝑡

= 𝐾

𝑝 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡

+

𝐾𝑝 𝑇𝑖

𝑒(𝑡)

(2.14)

Dan jika diubah ke dalam bentuk diskrit, digunakan persamaan

backward difference, di mana hasilnya menjadi persamaan 2.15.

6 _{Andyka Bangun Wicaksono, “Filter Aktif Shunt 3 Phase Berbasis Artificial Neural Network (ANN) Untuk}

Mengkompensasi Harmonisa Pada Sistem Distribusi 220/380 Volt”, 2014, hal 4

(14)

𝑑𝑐𝑜(𝑡) 𝑑𝑡

=

𝑐𝑜(𝑘)−𝑐𝑜(𝑘−1) 𝑇

dan 𝑑2_{𝑐𝑜(𝑡)} 𝑑𝑡2

=

𝑐𝑜(𝑘)−2𝑐𝑜(𝑘−1)+𝑐𝑜(𝑘−2) 𝑇2 (2.15)

Sehingga persamaan 2.15 diatas menjadi persamaan 2.16.

𝑐𝑜(𝑘) − 𝑐𝑜(𝑘 − 1) 𝑇 = 𝐾𝑝[ 𝑒(𝑘) − 𝑒(𝑘 − 1) 𝑇 ] + 𝐾𝑝 𝑇𝑖 𝑒(𝑘) 𝑐𝑜(𝑘) − 𝑐𝑜(𝑘 − 1) = 𝐾𝑝[𝑒(𝑘) − 𝑒(𝑘 − 1)] + 𝐾𝑝𝑇 𝑇𝑖 𝑒(𝑘) 𝑐𝑜(𝑘) = 𝑐𝑜(𝑘 − 1) + [𝐾𝑝+ 𝐾𝑝𝑇 𝑇𝑖] 𝑒(𝑘) − [𝐾𝑝]𝑒(𝑘 − 1) (2.16) Persamaan 2.16 tersebut menunjukkan persamaan pengendali PI dalam bentuk diskrit. Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa pengendali PI menggunakan konstanta-konstanta pengendalian yang ditunjukkan pada persamaan 2.17 berikut.

𝑐𝑜(𝑘) = 𝑐𝑜(𝑘 − 1) + 𝐾2𝑒(𝑘) − 𝐾3𝑒(𝑘 − 1) (2.17)

Dengan persamaan untuk K2 dijabarkan pada persamaan 2.18 berikut. 𝐾2= (𝐾𝑝+ 𝐾𝑖) => 𝐾𝑖=

𝐾_𝑝𝑇

𝑇𝑖 , 𝐾3=𝐾𝑝 (2.18) Penalaan pada pengontrol PI adalah penentuan besaran penguatan-penguatan P dan I sehingga diperoleh karakteristik sistem yang baik. Ada beberapa cara penalaan kontroler PI diantaranya yaitu metode relay feedback Ziegler-Nichols, manual (hand-tuning/trial-error), metode analitik dengan optimasi, penempatan pole (pole placement), atau swatala (auto tuning).7

2.4 MIKROKONTROLER STM32F4-DISCOVERY

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara

7 _{Ibid, hal 5}

(16)

(17)

19

khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data.8

Gambar 2.7 STM32F407VG Discovery

Gambar 2.7 adalah Gambar dari mikrokontroler STM32F407VG Discovery yang tampak dari bagian atas. STM32F407VG adalah mikrokontroler 32Bit Buatan STMicroelectronic dengan processor berbasis ARM CORTEX-M4F bekerja pada frekuensi 168Mhz, yang dilengkapi dengan instruksi Digital Signal Processing (DSP) dan

Hardware Floating Point(FPU). Sehingga dengan kombinasi processor

32bit 168Mhz, DSP dan FPU mampu menawarkan kecepatan komputasi yang tinggi secara simultan seperti implementasi Real Time Operating

System (RTOS).

Jumlah PORT yang ada pada mikrokontroler ini juga sangat banyak hingga 100 PORT. Fasilitas seperti timer, uart, adc, external interrupt ada pada STM32F407VG ini dengan resulusi yang cukup tinggi hingga 32bit. Bahkan didalam mikrokontroler ini sudah include fitur DAC internal dan RTC. STM32F407VG mempunyai sistem arsitektur yang canggih dimana setiap pheripheral terhubung pada

multilayer bus matrix seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 tentang

sistem 32-Bit multi AHB bus matrix.

8 _{Bernike Natalia Ginting, “Penggerak Antena Modem USB Tiga Dimensi Berbasis Mikrokomputer Menggunakan}

Gambar 2.8 32-Bit multi-AHB bus matrix

STM32F407 Mempunyai tiga buah ADC dengan resolusi 12bit pada kecepatan 2.4 MSPS (Mega Sampling Per Second), pada Mode

Triple Interleave kecepatan sampling dapat mencapai 7.2 MSPS. Mode Triple Interleaved ditunjukkan pada Gambar 2.9.

Hardware Timer pada mikrokontroler STM32F407VG sudah mendukung fungsi Power Stage Controller(PSC) yang dapat menghasilkan Complementary Signals pada output PWM. Pada hardware timer juga sudah terdapat antarmuka untuk Hall Sensor dan

Incremental Encorder. 9

Gambar 2.9 Triple interleaved mode

Beberapa fitur yang disediakan oleh prosessor ini adalah sebagai berikut:

Memori

 Memori flash sampai 1Mb.

9

21

 SRAM sampai 192+4 Kbyte termasuk 64 Kbyte didalam CCM (Core Coupled Memory) data RAM.

 Flexyble static memory controller yang mendukung Compact flash, SRAM, PSRAM, memori NOR dan memori NAND. Daya rendah

 Sleep, stop dan mode stand by.

 VBAT supply untuk RTC, 20×32 bit backup registers + optional 4 KB backup SRAM.

2.5 PENYEARAH GELOMBANG (RECTIFIER)

Penyearah gelombang (rectifier) adalah bagian dari power supply atau catu daya yang berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Direct Current). Komponen utama dalam penyearah gelombang adalah diode yang dikonfiguarsikan secara forward bias. Dalam sebuah power supply tegangan rendah, sebelum tegangan AC tersebut di ubah menjadi tegangan DC maka tegangan AC tersebut perlu di turunkan menggunakan transformator stepdown.

Penyearah sendiri juga terdapat tipe tak terkontrol dan terkontrol. Yang membedakan antara keduanya adalah komponen penyearah yang digunakan. Penyearah tak terkontrol menggunakan komponen penyearah dioda sedangkan penyearah terkontrol menggunakan komponen penyearah seperti thyristor atau SCR (Silicon Controlled Rectifier). Penyearah gelombang tak terkontrol (rectifier) dibedakan menjadi 2 jenis berdasarkan tegangan AC input nya yaitu penyeaarah satu fasa dan penyearah tiga fasa. Berdasarkan bentuk gelombang outputnya, penyearah gelombang tak terkontrol (rectifier) dibedakan menjadi 2 jenis juga yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Sedangkan untuk penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi penyearah gelombang penuh dengan center tap (CT) dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan bride diode. Ada 3 bagian utama dalam penyearah gelombang tak terkontrol pada suatu power supply yaitu, penurun tegangan (transformer), penyearah gelombang atau rectifier (diode) dan filter (kapasitor) yang digambarkan dalam Gambar 2.10 tentang blok diagram rectifier.10

Gambar 2.10 Blok Diagram Rectifier Penyearah Gelombang Penuh (Full wave Rectifier)

Penyearah gelombang penuh dapat dibuat dengan 2 macam yaitu, menggunakan 4 diode dan 2 diode. Untuk membuat penyearah gelombang penuh dengan 4 diode digunakan transformator non-CT seperti terlihat pada Gambar 2.11. Penyearah gelombang penuh dengan 4 diode tersebut biasa juga disebut dengan penyearah gelombang penuh tipe bridge (Bridge Model).

Gambar 2.11 Penyearah Gelombang Penuh (Bridge Model)

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 4 diode yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 dimulai pada saat output

AC INPUT

TRANSFORMER

RECTIFIER

FILTER

23

transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan di leawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.12 tentang bentuk gelombang output penyearah gelombang penuh (bridge model). 11

Gambar 2.12 Output Penyearah Gelombang Penuh (Bridge Model)

Dari Gambar 2.12 terlihat bahwa tegangan output dari penyearah gelombang penuh mirip dengan tegangan input AC nya, tetapi saat masuk fase negatif, tegangan output yang dihasilkan tetap positif. Hal tersebut diakibatkan dari pengaruh dioda D2 dan D4 yang bekerja saat berada pada fase negatif.

Agar tegangan penyearahan gelombang AC lebih rata dan menjadi tegangan DC yang lebih sempurna maka dipasang filter kapasitor pada bagian output rangkaian penyearah (rectifier) seperti terlihat pada Gambar 2.13. Semakin besar nilai kapasitor yang terpasang maka nilai ripple tegangan yang dihasilkan juga semakin kecil dan tegangan outputnya akan semakin mendekati nilai Vpeak dari rangkaian.

11_{Sumber : http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/konsep-dasar-penyearah-gelombang-rectifier/ (diakses pada}

Gambar 2.13 Penyearah Dilengkapi Filter Kapasitor

Fungsi kapasitor pada rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2.13 digunakan untuk menekan ripple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) yang dapat diformulasikan sebagaimana persamaan 2.19 berikut.

Vdc = Vmax(in) – (∆Vo

2 ) (2.19)

Dimana nilai ∆Vo dapat dihitung menggunakan rumus 2.20 dibawah ini. ∆Vo = (𝑉𝑚𝑎𝑥(𝑖𝑛)

2𝑓𝑅𝐶 ) (2.20)

2.6 SENSOR KECEPATAN

Sensor kecepatan menggunakan pulsa dari LED infrared atau yang biasa disebut rotary encoder memiliki makna yaitu peralatan elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary

encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial

pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian

25

kendali. rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot, motor drive, dan sebagainya12_{. Konfigurasi dari sensor kecepatan rotary}

encoder akan ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Konfigurasi sensor rotary encoder

Pada Gambar 2.14 dapat kita lihat bahwa penyusun utama dari

rotary encoder yaitu LED infrared, photo sensor (photo-transistor), dan

piringan berlubang. Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi.13

Pada Gambar 2.15 ditunjukkan Gambar rotary encoder yang sudah terpasang piringan berlubang dan optocoupler tipe U. Optocoupler tersebut sudah terdiri dari LED dan photo-transistor. Deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan kecepatan putaran dari piringan tersebut. Semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi dari rotary encoder tersebut. Pada putaran rpm yang rendah jika jumlah putarannya sedikit maka tingkat keakurasian dari sensor kecepatan ini cenderung rendah. Oleh karena itu sangat penting untuk mendesain piringan berlubang dengan jumlah yang cukup banyak.

12 _{Arwindra Rizqiawan, “Rotary encoder”, 2009}

Gambar 2.15 Bentuk Rotary encoder dan piringan

2.7 LCD TFT TOUCHSCREEN

TFT merupakan kepanjangan dari Thin Film Transistor. TFT sendiri merupakan perangkat semikonduktor yang digunakan untuk memperkuat dan mengubah sinyal elektronik dengan bantuan film tipis dan lapisan dielektrik yang anti-listrik serta elemen kimia pada lapisan selubungnya, dalam hal ini pada monitor LCD. Jadi dapat dikatakan bahwa TFT merupakan jenis layar yang menggunakan teknologi LCD. Kelemahan dari layar TFT ini adalah daya yang dibutuhkan cenderung besar sehingga lebih boros konsumsi dayanya. Untuk kelebihannya yaitu memiliki tampilan layar yang tergolong tajam dan juga jernih serta mampu menerima respon sentuhan yang sangat cepat

Peter Le Comber dan Walter Spear (juga dari Inggris) menemukan solusi lain dengan cara menggunakan bahan semikonduktor silikon amorf untuk membuat Thin-Film Transistor (TFT) pada tiap pixel TN. Metode ini menghasilkan tampilan dengan kualitas tinggi tetapi memerlukan biaya produksi yang sangat mahal dan melibatkan proses pembuatan yang rumit. Tentu saja rumit, karena untuk menghasilkan Gambar dengan kualitas 256 subpixel diperlukan sejumlah 256 pixel warna merah x 256 pixel biru x 256 pixel hijau, yang hasilnya sebanyak 16.8 juta. 16.8 juta transistor super mini harus dibuat dan dilekatkan ke lapisan TN. Tentu saja biayanya menjadi sangat mahal. Tetapi seiring dengan semakin majunya teknologi, biaya pembuatan TFT sedikit demi sedikit bisa ditekan karena ada penyederhanaan proses pembuatannya. Teknologi lain selain TFT yaitu layar IPS (In Plane Switching) dan AMOLED (Active Matrix Organic

27

perangkat seperti smartphone, IPS adalah teknologi penyempurnaan dari TFT. Untuk AMOLED adalah tekonologi terbaru hasil perkembangan dari OLED. Teknologi ini memiliki ketajaman layar yang tergolong tinggi namun memiliki konsumsi daya yang tergolong rendah. AMOLED mampu merubah setiap pixel secara langsung dan sangat efisien. Layar AMOLED mampu terlihat jernih meskipun berada dibawah sinar matahari langsung. Kelemahannya yaitu harganya yang masih sangat mahal.

Gambar 2.16 TFT Touchscreen

Pada Gambar 2.16 ditunjukkan penyusun utama dari TFT Touchscreen yaitu polarizer, color filter and glass, liquid crystal dan

TFT glass polarizer. TFT merupakan salah satu tipe layar Liquid Crystal Display (LCD) yang datar, dimana tiap-tiap pixel dikontrol oleh satu

hingga empat transistor. Teknologi ini menyediakan resolusi terbaik dari teknik panel data. Layar TFT sering disebut juga active-matrix LCD. Layar ini dapat menampilkan Gambar yang kaya warna tapi mahal. Dan permukaannya sensitif terhadap sentuhan. Selain itu layar ini tidak cocok untuk tampilan yang eksak seperti misalnya untuk CAD.14

14_{Sumber : https://www.scribd.com/doc/230767400/Makalah-tentang-Thin-Film-Transistor (diakses pada 11 November}

29

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

Pada bab ini akan dibahas mengenai perencanaan dan pembuatan alat meliputi perancangan system, perancangan dan pembuatan perangkat keras (Hardware) dan perancangan pembuatan perangkat lunak (Software).

3.1 BLOK DIAGRAM SISTEM

Pada pembuatan dan perencanaan sistem “Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan Kontrol PI Sebagai Pemutar Tabung Es Puter Berbasis Mikrokontroler”, akan mengacu seperti pada blok diagram sistem yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok diagram sistem

Blok diagram yang tertera pada Gambar 3.1 akan menjelaskan secara umum mengenai proses kerja dari alat pemutar tabung es puter secara otomatis dengan proses pengaturan kecepatannya menggunakan metode kontrol PI. Perangkat Buck Converter digunakan sebagai pengontrol besar tegangan masukan dari motor DC agar kecepatannya bisa diatur. Tegangan masukan dari Buck Converter berasal dari rangkaian Rectifier. Sensor kecepatan (Rotary Encoder) yang terpasang pada motor digunakan sebagai umpan balik pada sistem kontrol agar kecepatannya tetap sesuai dengan set point yang telah ditentukan. Sistem akan berhenti apabila proses telah berjalan sesuai dengan waktu yang telah ditentukan pada sistem.

3.2 PERENCANAAN FLOWCHART SISTEM

Pada Gambar 3.2 akan ditunjukkan flowchart sistem dari alat pemutar tabung es puter secara otomatis ini. Flowchart ini akan menjelaskan proses dari sistem mulai awal (start), inisialisasi proses dan port serta set point kecepatan putaran tabung, proses pemilihan mode atau kapasitas tabung, proses looping untuk mempertahankan kecepatan sesuai set point berdasarkan kontrol PI hingga proses pembuatan telah selesai (end).

31

Gambar 3.2 Flowchart Sistem

Sistem kerja dari flowchart sistem yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 adalah ketika kita menekan salah satu pilihan menu yaitu antara mode 1 (pilihan kapasitas 1 liter), mode 2 (pilihan kapasitas 2,5 liter) dan mode 3 (pilihan kapasitas 5 liter) kemudian sistem akan menyetting lama waktu atau timer sesuai dengan kapasitas yang dipilih. Setelah setting waktu didapatkan, maka mikrokontroler akan memerintahkan sistem untuk beroperasi sehingga motor DC akan ON. Sensor kecepatan akan melakukan pembacaan nilai putaran dari motor

berupa nilai rpm dan kemudian hasilnya akan dibandingkan apakah kecepatannya sudah sesuai set point atau belum.

Ketika kecepatan motor pembacaan dari sensor kecepatan lebih besar dari set point maka duty cycle akan di turunkan, jika kecepatan motor pembacaan dari sensor kecepatan lebih kecil dari set point maka duty cycle akan dinaikkan, dan apabila kecepatan motor pembacaan sensor kecepatan sama dengan set point maka duty cycle akan tetap dari nilai yang sudah ada. Untuk penghitungan berapa besarnya duty cycle yang dinaikkan atau diturunkan diatur menggunakan metode kontrol PI.

Sistem akan selalu mengecek apakah timer yang berjalan sudah sesuai setting timer yang diberikan. Jika belum maka proses pembacaan kecepatan oleh sensor kecepatan dan penentuan duty cycle akan terus dilakukan agar kecepatan motor tetap konstan sesuai set point. Tetapi jika timer yang berjalan sudah sama dengan setting waktu yang diberikan maka mikrokontroler akan memerintahkan sistem untuk berhenti beroperasi sehingga motor DC akan OFF dan proses pembuatan es puter telah selesai.

3.3 PENENTUAN DAYA MOTOR

Agar daya motor DC yang dipilih sesuai dengan kebutuhan beban, maka sebelumnya harus dilakukan perhitungan daya beban. Hal yang pertama kali diperhatikan adalah seberapa besar gaya beban yang akan digerakkan oleh motor tersebut. Kapasitas maksimal dari tabung es puter yang akan digunakan yaitu 7,5 liter atau 7,5 dm3_{, sehingga} perhitungan gaya dari beban adalah sebagai berikut.

Diketahui :

 Kapasitas maksimal tabung: 7,5 liter = 7,5 dm3  Diameter tabung : 0,21 m = 2,1 dm

 Timggi tabung : 0,5 m = 5 dm

 Volume maksimal tabung : 17,3 liter = 17,3 dm3

Karena sebagian besar komposisi utama adonan es puter adalah air dan santan maka diasumsikan massa jenis adonan es puter adalah 1 kg/dm3_{, sehingga massa beban adalah :}

Massa = volume x massa jenis bahan = 7,5 x 1 = 7,5 kg

Massatot = Wadonan + Wmassa tabung Massatot = 7,5 kg + 1 kg = 8,5 kg

33

Bentuk tabung es puter yang digunakan berupa silinder pejal, sehingga momen inersianya adalah:

J = ½ x m x r2

= ½ x 8,5 x 0,1052 _{= 0,0468 Kgm}2

Kecepatan putaran dari tabung es puter adalah 100 putan per menit, maka kecepatan putaran tabung dalam satuan radian tiap detik adalah:

 = 2 𝑥  𝑥 𝑁

60

 = 2 𝑥  𝑥 100

60 = 10,471 rad/s

Jika dirubah menjadi satuan kecepatan linier maka kecepatan putaran tabung es puter adalah sebagai berikut.

v = r x 

= 0,105 x 10,471 = 1,0994 m/s

Pada proses pembuatan es puter, gaya yang terjadi merupakan gaya melingkar sehingga gaya yang terjadi pada tabung es puter adalah gaya sentripetal. Maka gaya sentripetal yang terjadi adalah :

F = 𝑚 𝑥 𝑣 2 𝑟 = 8,5 𝑥 1,09942 0,105 = 97,8 N

Jari – jari dari tabung es puter adalah 10,5 cm, sehingga besar dari torsi bebannya adalah :

TL = F x r

= 97,8 x 0,105 = 10,26 Nm Sehingga torsi elektrik motor bernilai.

Te = TL + J

= 10,26 + 0,49 = 10,75 Nm

Setelah torsi elektrik motor dan kecepatan putaran dari tabung es puter diketahui, maka akan bisa didapatkan besarnya daya motor minimal sebagai berikut.

P = Te x 

= 10,75 x (2𝜋100

60 )

= 112,55 Watt

Dari penentuan daya motor di atas, maka daya minimal motor DC yang dapat digunakan sebagai pemutar tabung es puter kapasitas adonan maksimal 7,5 liter adalah 112,55 watt. Pada saat mencari motor DC dipasaran yang spesifikasi dayanya mendekati perhitungan diatas diperoleh motor DC magnet permanen VON WEISE Geared DC Motor Model VO3992AA80 dengan spesifikasi kecepatan nominal 185 rpm, tegangan nominal 90 Volt dan arus nominal 1,5 A sehingga dayanya setara 135 Watt. Jadi motor DC ini telah memenuhi daya minimal kebutuhan sistem sebagai pemutar tabung es puter.

3.4 PEREDUKSI PUTARAN

Dari perhitungan daya motor dan disesuaikan dengan kondisi di lapangan, maka didapatkan putaran motor 185 rpm. Sedangkan putaran set point dari perencanaan yaitu berkisar antara 100 hingga 130 rpm. Untuk itu diperlukan pereduksi putaran berupa pulley. Pada Gambar 3.3 menunjukkan pulley yang digunakan untuk mereduksi putaran motor. Terlihat bahwa pulley pada motor dan pulley pada tabung es puter memiliki ukuran yang berbeda untuk mereduksi putaran motor.

35

Dengan memanfaatkan rumus lingkaran bersinggungan, maka reduksi putaran dapat dihitung sebagai berikut.

𝑁1 𝑁2=

𝐷2 𝐷1 Dimana:

N1 = Putaran pulley penggerak (rpm) N2 = Putaran pulley yang digerakkan (rpm) D1 = Diameter pulley penggerak (inch) D2 = Diameter pulley yang digerakkan (inch)

Kecepatan putaran motor yaitu 185 rpm dan diameter pulley pada motor yaitu 2,5 inch. Sehingga perhitungan perbandingan motor dengan poros tabung es puter dapat ditentukan sebagai berikut.

185 135=

𝐷2 2,5

Jadi, D2 = 3,43 inch, atau sekitar 3,5 inch untuk menyesuaikan ketersediaan yang ada dipasaran dengan perbandingan antar pulley 5 : 7.

3.5 PERANCANGAN MEKANIK

Setelah didapatkan motor DC yang akan digunakan sebagai pemutar tabung es puter dan desain pereduksi putaran telah didapatkan. Maka selanjutnya yaitu pembuatan mekanik yang berfungsi sebagai tempat menaruh tabung es puter dan tempat dimana motor dihubungkan dengan tabung es puter melalui pulley. Pulley yang terpasang pada mekanik ini, ukuran dan desainnya harus sesuai dengan perhitungan pereduksi putaran agar nantinya dihasilkan kecepatan putaran yang sesuai dengan yang diinginkan.

Pada Gambar 3.4 terlihat ukuran mekanik yang akan dibuat dengan tinggi 940 cm, lebar 400 cm dan panjangnya 400 cm. Tampungan atas digunakan sebagai tempat untuk menampung tabung es puter dan juga wadah dari es batu. Dibawah tampungan atas terdapat ruang untuk motor. Posisi motor menghadap keatas dan pada poros as motor diberi pulley berukuran 2,5 inch. Sedangkan pada poros tabung es puter diberi pulley berukuran 4,5 inch menyesuaikan perhitungan perduksi putaran motor.

Gambar 3.4 Desain Mekanik

Antara pulley pada motor dan pulley pada poros tabung es puter dihubungkan menggunakan van belt. Untuk ukuran mekanik diatas lebih rincinya adalah sebagai berikut.

Tinggi Total : 100 cm Lebar Total : 40 cm Panjang Total : 40 cm

Tinggi Tampungan Tabung : 70 cm

Gambar 3.5 merupakan hasil desain mekanik yang sudah jadi. Terdapat tambahan tempat dengan ukuran 30x30 cm untuk menaruh peralatan sistem seperti Buck Converter, Rectifier, Trafo, Mikrokontroler, Relay, Power Suplai Mikrokontroler dsb. Dari hasil mekanik yang sudah jadi terdapat beberapa kekurangan yaitu posisi as tabung yang terhubung ke pulley motor kurang lurus sehingga saat diputar tabung es puter agak miring. Selain itu perlu ditambahkan kran pembuangan air es batu agar saat proses pembuatan sudah selesai air dari es batu yang sudah mencair dapat dibuang dengan mudah melalui kran.

37

Gambar 3.5 Mekanik yang sudah jadi

3.6 BUCK CONVERTER

Setelah didapatkan daya motor, selanjutnya yaitu perancangan konverter yang digunakan sebagai pengatur tegangan input motor. Pada proyek akhir ini digunakan DC-DC Converter tipe Buck Converter yang mempunyai fungsi sebagai penurun tegangan atau yang biasa disebut

step down converter melalui sudut penyalaan mosfet menggunakan

pulse Width Modulation (PWM). PWM untuk penyulutan MOSFET bisa dibangkitkan dengan rangkaian PWM analog maupun dengan mikrokontroler menggunakan fasilitas timer. Pada proyek akhir ini PWM dibangkitkan melalui fasilitas Timer 3 pada mikrokontroler STM32F4 Discovery.

Buck Converter pada proyek akhir ini digunakan sebagai penurun

tegangan dari rangkaian rectifier. Tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian rectifier yaitu sebesar 130 s/d 140 volt digunakan sebagai tegangan input dari rangkaian buck converter. Kemudian dengan menggunakan buck converter diharapkan tegangan keluarannya berkisar antara 0 hingga 90 volt menyesuaikan rating tegangan dari motor DC yang dipilih. Rangkaian dasar dari Buck Converter ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Rangkaian dasar dari Buck Converter

Untuk mendesain Buck Converter yang baik diperlukan perhitungan nilai komponen yang tepat. Hal ini bertujuan untuk didapatkannya hasil keluaran yang sesuai dengan kebutuhan. Dalam mendesain Buck Converter, perlu ditetapkan beberapa parameter yaitu:

 Tegangan input min : 130 Volt  Tegangan input max : 140 Volt  Tegangan output : 75 Volt

 Arus output : 3 A

 Frekuensi Switching : 40 KHz

Dari data diatas, dapat dihitung nilai – nilai komponen yang digunakan yaitu:  Duty Cycle 𝐷 =𝑉0 𝑉𝑠 𝐷 = 75 140 𝐷 = 0,53

 Rata – rata Arus Induktor

𝑖𝐿(𝑎𝑣𝑔)=

𝑉0

39

𝑖𝐿(𝑎𝑣𝑔)= 3 A

Sehingga hambatannya yaitu, 𝑅 =𝑉0

𝐼𝑜

𝑅 =75 3 𝑅 = 25 Ω

 Perhitungan Nilai Induktor ∆𝑖𝐿= 20% × 𝑖𝐿(𝑎𝑣𝑔)

𝑉𝑓 = 1 V (didapat dari data sheet BYC10-600 Power Diode)

∆𝑖𝐿= 0.2 × 3 ∆𝑖𝐿= 0,6 A Sehingga L : 𝐿 = (1 𝑓) × (𝑉𝑠− 𝑉0) × ( 𝑉0+ 𝑉𝑓 𝑉𝑠+ 𝑉𝑓 ) × ( 1 ∆𝑖𝐿 ) 𝐿 = ( 1 40𝑥103) × (140 − 75) × ( 75 + 1 140 + 1) × ( 1 0,6) 𝐿 = 1459,81𝑥10−6 𝐿 = 1459,81 µH

 Perhitungan Arus Induktor 𝐼𝑚𝑎𝑥= 𝑖𝐿(𝑎𝑣𝑔)+ ∆𝑖𝐿 2 𝐼𝑚𝑎𝑥= 3 + 0,6 2 𝐼𝑚𝑎𝑥= 3 + 0,3 𝐼𝑚𝑎𝑥= 3,3 A 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 𝑖𝐿(𝑎𝑣𝑔)− ∆𝑖𝐿 2 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 3 − 0,6 2 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 3 − 0,3 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 2,7 A

 Perhitungan Kapasitor Ouput Diinginkan ∆𝑉𝑜= ±0,1% × 𝑉𝑜 = 0,001 × 𝑉𝑜 ∆𝑉𝑜= 0,001 × 75 = 0,075 𝑉 Sehingga, 𝐶𝑜= ∆𝑄 ∆𝑉𝑜 = ∆𝑖𝐿× 𝑇 8∆𝑉𝑜 = ∆𝑖𝐿 8 × 𝑓 × ∆𝑉𝑜 𝐶𝑜= 0,6 8 × 40 ∗ 103_{× 0,075} 𝐶𝑜= 25 𝜇𝐹

Jika kapasitor yang digunakan Co= 1000 µF maka tegangan

output ripple nya adalah:

∆𝑉𝑜= ∆𝑄 𝐶𝑜 = ∆𝑖𝐿× 𝑇 8𝐶𝑜 ∆𝑉𝑜= ∆𝑖𝐿× 𝑇 8𝐶𝑜 ∆𝑉𝑜= 0,6 × 25 ∗ 10−6 8 × 1000 ∗ 10−6 ∆𝑉𝑜= 0,00187 V

Dengan perhitungan diatas jika disimulasikan menggunakan software PSIM dapat ditunjukkan pada rangkaian seperti pada Gambar 3.7. Nilai dari tiap komponen disesuaikan dengan desain dan hasil perhitungan yang didapatkan.

Gambar 3.7 Rangkaian Simulasi Buck Converter

Pada Gambar 3.8 adalah bentuk gelombang tegangan output dari hasil simulasi menggunakan software PSIM. Dapat kita lihat bahwa