BUCK BOOST CONVERTER TRAINER KIT
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh :
Riski Handoko
3211001058
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BATAM
2015
BUCK BOOST CONVERTER TRAINER KIT
TUGAS AKHIR
Oleh :
Riski Handoko
NIM : 3211001058
Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Diploma III Program Studi Teknik Elektronika
Politeknik Negeri Batam
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
POLITEKNIK NEGERI BATAM
Lembar Pengesahan Tugas Akhir
Tugas Akhir ini untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md.)
Di Politeknik Negeri Batam Oleh
Riski Handoko 3211001058
Tanggal sidang: 17 Desember 2014 Disetuji oleh:
Dosen penguji : Dosen pembimbing:
1. ( Nur Sakinah Asaad, MT ) 1. ( Didi Istardi, M. Sc )
Penguji I Pembimbing I
NIK. 113099 NIK.102022
2. ( Ridwan, S. ST ) 2. ( M. Syafei Gozali, MT )
Penguji II Pembimbing II
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadiratan Allah SWT atas berkat, rahmat, taufik dan hidayah-Nya penyusunan Tugas Akhir yang berjudul “Buck Boost Converter Trainer Kit” dapat diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penulisan Tugas Akhir ini banyak mengalami kendala, namun berkat bantuan, bimbingan, kerjasama dari berbagai pihak dan berkah dari ALLah SWT sehingga kendala-kendala yang yang dihadapi tersebut dapat diatasi. Untuk itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya dan dengan sepenuh hati kepada :
1. Bapak dan Ibu selaku orang tua yang telah merawat dan memberikan segala sesuatu yang tidak terhingga dalam kehidupan sehari-hari.
2. Bapak Didi Istardi, M.Sc selaku pembimbing I dan wali kelas yang selalu memberi semangat dalam perkulihan dan memberi bimbingan moral kepada setiap mahasiswa.
3. Bapak M. Syafei Gozali, MT selaku pembimbing II senantiasa hadir, memberikan arahan dan saran-saran dalam pembuatan Tugas Akhir.
4. Bapak dan Ibu Dosen Program Studi Elektonika yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan studi dan menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Rekan-rekan yang selalu membantu dalam memberikan masukan kepada penulis baik selama mengikuti perkulihan maupun dalam pemBuatan Tugas Akhir ini.
Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan , sehingga penulis mengharapkan adanya saran dan kritik bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Batma, 12 Januari 2015
CBUCK BOOST CONVERTER TRAINER KIT
Nama Mahasiswa : Riski Handoko
Nim : 3211001058
Pembimbing I : Didi Istardi, M.Sc Pembimbing II : M. Syafei Gozali, MT
E-mail : 3211001058RH@gmail.com
ABSTRAK
Jurusan Elektronika di Politeknik Negeri Batam setiap tahunnya selalu diminati oleh siswa SMA yang akan menempuh jenjang kuliah. Namun dalam pengadaan trainer kit sebagai sarana pembelajaran mengalami hambatan dikarenakan jumlah trainer kit yang terbatas. Terutama dalam pelajaran Elektronika Daya yang masih kekurangan trainer kit untuk praktikum. Buck Boost Converter adalah suatu rangkaian dengan input berupa tegangan DC dan menghasilkan output berupa tegangan dengan polaritas yang berlawanan dengan input (polaritas negatif). Keluaran tegangan negatif yang dihasilkan dapat diatur lebih besar dan lebih kecil dari pada input. Dalam tugas akhir ini penulis merancang buck boost converter trainer kit yang menggunakan input 12 VDC, frekuensi sebesar 10KHz, dan menggunakan duty cycle dengan range 20% sampai dengan 80%. Tegangan yang dihasilkan dengan menggunakan duty cycle 20% adalah -2.12 VDC dan arus 0.21 A dengan efisiensi 74.2% , disaat duty cycle 80% mengasilkan tegangan -8.46 VDC dan arus 0.08 A dengan efisiensi 11.05%. Pada saat duty cycle 80% dan tegangan dihasilkan tidak lebih besar dari inputI, ini disebabkan pemilihan nilai L dan C yang kurang efisien.
BUCK BOOST CONVERTER TRAINER KIT
Student Name : Riski Handoko
Nim : 3211001058
Supervisor I : Didi Istardi, M.Sc Supervisor II : M. Syafei Gozali, MT
E-mail : 3211001058RH@gmail.com
ABSTRACT
Department of Electronics in Batam State Polytechnic always interest by high school students which will take college level every year. However in the trainer kit procurement as a learning tool have problems due to the limited number of trainer kit. Especially in Power Electronics lessons that still lacks of trainer kit for practice. Buck-Boost converter is a circuit with the input of DC voltage and generate output voltages with opposite polarity to the input (negative polarity). The generated negative voltage output can be set larger and smaller than the input. In this thesis the author designed a buck boost converter trainer kit which uses 12 VDC input, frequency of 10KHz, and using a duty cycle with a range of 20% to 80%. The voltage generated by using a duty cycle of 20% is -2.12 VDC and currents 0.21 A with 74.2% efficiency, while 80% duty cycle generates a voltage of -8.46 VDC and currents 0.08 A with 11.05% efficiency. At the moment of 80% duty cycle and the generated voltage is not greater than the input, this is due to the selection of L and C values which is less efficient.
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS... i
LEMBAR PENGESAHAN ...ii
ABSTRAK... iii
ABSTACK ... iv
KATA PENGANTAR ...v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR TABEL ...x
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakan...1
1.2 Perumusan Masalah ...1
1.3 Batasan Masalah ...1
1.4 Tujuan dan Manfaat...2
BAB 2 DASAR TEORI 2.1 DC-DC Converter...3
2.1.1 Buck Converter ...5
2.1.2 Boost Converter ...6
2.1.3 Buck Boost Converter ...8
2.1.4 Kapasitor...9
2.1.5 Induktor ...10
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Rangkaian Buck Boost Converter Trainer Kit...11
3.2 FlowChart...13
3.3 Rancangan Mekanik Buck Boost Converter Trainer Kit...14
3.3.1Tempat Penelitian Buck Boost Converter Trainer Kit...15
BAB 4 HASIL DAN ANALISA 4.1 Hasil pengujian Buck Boost Converter Trainer ...18
4.1.1 pengujian Mikrokontroler...18
4.1.2 Pengujian MOSFET Driver...19
4.1.3 Pengujian Buck Boost Converter ...24
4.1.4 Pengujian Buck Converter ...27
4.1.5 Pengujian Boost Converter ...28
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...29
5.2 Saran ...29
DAFTAR PUSTAKA...30
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pengubah Tipe Linier ...3
Gambar 2.2 Pengubah Tipe Peralihan ...4
Gambar 2.3 Tegangan Output ...4
Gambar 2.4 Rangkaian Buck Converter ...5
Gambar 2.5 Buck Converter Kondisi Saklar Tertutup ...5
Gambar 2.6 Buck Converter Kondisi Saklar Terbuka ...6
Gambar 2.7 Rangkaian Booct Converter...6
Gambar 2.8 Boost Converter Kondisi Saklar Tertutup ...7
Gambar 2.9 Boost Converter Kondisi Saklar Terbuka...7
Gambar 2.10 Rangankaian Buck Boost Converter ...8
Gambar 3.1 Diagram Blok Buck Boost Converter Trainer Kit ...11
Gambar 3.2 Rangkaian MOSFET driver...12
Gambar 3.3 FlowChart Buck Boost Converter Trainer Kit...13
Gambar 3.4 Tataletak Komponen pada Trainer Kit ...15
Gambar 3.5 Buck Boost Converter TrainerKit ...15
Gambar 3.6 Percobaan Buck Boost Converter ketika D=20% ...16
Gambar 3.7 Percobaan Buck Boost Converter ketika D=80% ...16
Gambar 3.8 Pratikum diruang DTSL ...17
Gambar 4.1 Grafik Output Mikrokonroller ...19
Gambar 4.2 Gelombang Output Mikrokontroler...19
Gambar 4.3 Titik Pengukuran DC-DC Chopper ...20
Gambar 4.4 Grafik DC-DC Chopper ...21
Gambar4.5 (a) gelombang pada saatduty cycle20% , (b) gelombang pada saatduty cycle80%...21
Gambar 4.6 Grafik Input DC-DC Chopper ...22
Gambar 4.7 Gelombang Input DC-DC Chopper (a) 20% duty cycle (b) 80% duty cycle ...22
Gambar 4.8 Grafik Output DC-DC Chopper ...23
Gambar 4.12 Titik Pengukuran Buck Boost Converter ...25
Gambar 4.13 (a) Gelombang ketika 20%, (b) Gelombang ketika 80%...26
Gambar 4.14 Gelombang (kiri) ketika 20%, (kanan) ketika 80% ...27
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Mikrokontroller...18
Tabel 4.2 Data pengujian DC-DC Chopper menggunakan Oscilloscope ...20
Tabel 4.3 Data input DC-DC Chopper ...22
Tabel 4.4 Data output DC-DC Chopper ...22
Tabel 4.5 Hasil percobaan Buck Boost Converter ...24
Tabel 4.6 Hasil percobaan Buck Bonverter ...27
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Perancangan merupakan proses yang kita lakukan terhadap alat, mulai dari perancangan komponen dan rangkaian hingga hasil jadi yang akan difungsikan dan pembuatan alat merupakan bagian yang penting dari seluruh pembuatan tugas akihir.
INPUT MOSFET L/C LOAD
MIKRO
Gambar 3.1 Diagram Blok Buck Boost Converter Trainer Kit
Buck Boost Converter trainer Kit menggunakan MOSFET IRF740A yang berfungsi sebagai switch yang mengatur ON dan OFF pada sistem ini, MOSFET akan menerima input 12 VDC yang berasal dari power supply. Mikro berfungsi sebagai pengatur set point duty cycle 20% s/d 80% dan frekuensi 10Khz, peraturan duty cycle yang menggunakan potensiometer.
Keguanaan L dalam rangkain buck boost converter ialah sebagai penstabil arus dan tegangan, kapasitor sebagai filter dan sumber ketika rangkaian keadaan saklar terbuka dan mengunakan load yang berupa lampu sebagai indikator.
3.1 Rangkaian Buck-Boost Converter Trainer Kit
Pada sistem Buck Boost Converter Trainer Kit mempunya rangkaian bagian-bagian penting agar Trainer Kit dapat berfungsi. Berikut bagian-bagian dari sistem Buck Boost Converter Trainer Kit.
3.1.1 MOSFET Driver
MOSFET driver dalam sistem Buck Boost Converter Trainer Kit berfungsi sebagai Switch ON dan OFF, MOSFET driver menerima input tegangan dari power supply 12VDC pada input dan 10VDC sebagai tegangan Vcc, mikrokontroler berperan penting sebagai input pada HIN berupa PWM.
Gmabar 3.2 Rangkaian MOSFET Driver
3.1.2 Mikrokontroller[4][5]
Mikrokontroller dalam sistem ini berfungsi sebagai pengatur atau kontrol untuk mengontrol tegangan dari buck boost converter agar tegangan output-nya stabil. Kontroler yang digunakan adalah mikrokontroller ATmega 16. Didalam ATmega16 dan beberapa mikrokontroller AVR lainnya sudah terdapat 3 buah timer, yaitu TIMER0 (8 bit), TIMER1 (16 bit)dan TIMER2 (8 bit).
Jenis timer yang digunakan adalah timer 1 : timer 16 bit dengan timer value 0000 s/d FFFF. Menggunakan timer 1 disebabkan timer yang 8 bit dan timer 16 bit terdapat pada maksimal waktu yang dapat dijangkau, semakin besar bit suatu timer semakin besar waktu yang dapat dicapai. Timer 1 ini menghitung maksimal 65536 hitungan. Timer dioperasikan dengan mengubah nilai register yang berhubungan dengan peripheral timer, yaitu TCCRx, TCNTx, dan TIMSK. Fungsi register TCCRx adalah sebagai clock selector dan prescaler, output mode, waveform generation unit, dan Force Output Compare.
3.1.3 DC-DC Chopper
beberapa rangkaian. Dan rangaian dari DC-DC chopper dapat dilihat pada Gambar 2.4, Gambar 2.7 dan Gambar 2.10.
3.2 FlowChart
System Buck Boost Coveter Trainer Kit dapat dijabarkan dalam flowchart dibawah ini: Start Power Supply 12VDC, 10VDC, 5VDC mikrokontroller Menginput dutycycle 20%-80% dengan freq tetap 10KHz MOSFETDriver menghasilkan PWN berdasarkan dutycycle yang dinput Buck-Boost Converter END Lampu sebagai beban dan indikator
Gambar 3.3 FlowChart Buck Boost Conveter Trainer Kit
1. Supply dari PLN (220AC) masuk ke power supply. Power supply akan menghasilkan tegangan 12VDC, 10VDC dan 5VDC. Tegangan 12VDC akan digunakan sebagai input kekaki source pada MOSFET driver. Tegangan 10VDC digunakan sebagai supply pada IC 2186S (sebagai MOSFET driver). Tegangan 5VDC digunkaan sebagai supply microcontroller.
2. Potensiometer digunakan untuk memberikan input berupa ACD yang kemudian dikonversi persentase dari dutycycle (20%-80%).
3. Nilai duty cycle akan diolah oleh buck boost converter, yang mana output dari buck boost converter bias lebih kecil dari pada input dan sebaliknya bisa lebih besar dari pada input.
4. Lampu menjadi beban sekaligus indikator.
3.3 Rancang Mekanik Buck Boost Converter Trainer Kit
Keterangan :
Software : Eagle 5.11.0
AutoCAD Visio 2013
Laptop : SAMSUNG
Tempat : Workshop Robot, Rumah, ruangan MRW
Waktu Pengerjaan : 21 Maret 2014
Alat dan bahan yang digunakan untuk membuat Buck Boost Converter Trainer Kit yaitu :
Alat : Bahan :
Obeng Komponen elektronika
Bor Akrelik
Amplas PCB
Setrika
Gergaji
LOAD + -`` INP UT PW M + -+ -+ -Vcc C D L 12V 10V 5V Com
BUCK BOOST CONVERTER TRAINER KIT
+ + -Output Adjust
Gambar 3.4 Tataletak komponen pada Trainer Kit
Gambar 3.5 Buck Boost Converter Trainer Kit
3.3.1 Tempat Penelitian Buck Boost Converter Trainer Kit
Keterangan
Tempat : Politeknik ruangan MRW
Ruangan DTSL 402 Politeknik Waktu Pengerjaan : 23 April 2014
Alat Ukur : Multimeter
Osciloscop 405.DO54603B.003 405.DO54603B.005 Functoin generator 405.FG33120A.007 Power Supply 403.PS360603
Gambar 3.6 Percobaan Buck Boost Converter ketika D=20%
Percobaan diatas menggunakan dutycycle dengan 20% sehingga arus yang dihasilkan kecil dan membuat lampu hanya dapat bersinar redup.
Gambar 3.7 Percobaan Buck Boost Converter ketika D=80%
dalam percobaan Gambar 3.7 dapat kita lihat lampu menyala dengan terang ini disebabkan tegang yang mengalir pada Hin lebih besar dibandingkan Gambar 3.6 yang hanya menyala redup, dan gambar diatas menggunakan dutycycle 80%. Berikut gambar pengujian alat secara keseluruhan.
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
4.1 Hasil Pengujian Buck Boost Converter Trainer Kit
Berikut data yang dapat diambil dari sistem Buck Boost Converter Trainer Kit dengan beban, frekuensi, dan dengan duty cycle yang berpariasi. Sehingga dapat menghasil data dengan meggunakan osciloscope.
4.1.1 Pengujian Mikrokontroler
Pada pengujian atau pengambilan data kontroler menggukan mikrokontroller yang telah diprogram,
Hari rabu 04-06-2014
Tabel 4.1 Data Mikrokontroller
Duty Cycle Vpp Vrms Vavg
20 3.36 1.39 0.153 30 3.44 1.42 0.12 40 3.36 1.53 0.175 50 3.34 1.58 0.157 60 3.32 1.52 0.102 70 3.2 1.42 0.133 80 3.16 1.2 0.144
Pada tabel 4.1 adalah keluar dari mikrokontroller yang menggunakan osiloskop dengan pengaturan ADC yang menggunakan potensiometer yang telah dimapping 20% s/d 80%. Data diatas diambil per-10% antara 20% sampai dengan 80% duty cycle disebabkan mengambil dasar dari sistem function generator yang hanya mampu menghasilkan duty cycle 20%-80%.
Gambar 4.1 Grafik Output Mikrokontroller
Gambar 4.2 Gelombang Output Mikrocontroller
4.1.2 Pengujian MOSFET Driver
MOSFET mendapatkan sumber dari power supply sebesar 12VDC dan kaki Gate pada MOSFET mendapatkan tegangan 10VDC dan menggukan function generator sebagai masukan pada Hin atau sebagai penghantar gelombang pada MOSFET driver.
Dalam pengujian ini meggunakan Function generator untuk menghasilkan frekuensi 10KHz, amplitudo 2Vpp dan offset 1.5VDC.
3.36 3.44 3.36 3.34 3.32 3.2 3.16 1.39 1.42 1.53 1.58 1.52 1.42 1.2 0.153 0.12 0.175 0.157 0.102 0.133 0.144 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 20 30 40 50 60 70 80 Te ga ng an (V ) Duty Cycle (%) Vpp Vrms Vavg
LOAD + -`` INPUT PWM + -+ -+ -Vcc A Lampu V
Gambar 4.3 Titik pengukuran DC-DC Chopper
Tanggal 23-4-2014
Tabel 4.2 Data pengujian DC-DC Chopper menggunakan Osciloscope
No CycleDuty (%)
Input Output
Tegangan
(V) Arus(A) (Watt)P
Multimeter Oscilloscope Tegangan
(V) Arus(A) Vpp Vavg Vrms P(Watt)
1 20 12 0.07 0.84 2.395 0.75 12 2.2 5.1 1.796 2 30 12 0.1 1.2 3.575 0.103 12 3.3 6.2 0.368 3 40 12 0.13 1.56 4.74 0.129 12 4.5 7.2 0.611 4 50 12 0.15 1.8 5.92 0.154 12 5.7 8.1 0.911 5 60 12 0.18 2.16 7.1 0.177 12 6.9 8.9 1.256 6 70 12 0.2 2.4 8.28 0.2 12 8 9.6 1.656 7 80 12 0.22 2.64 9.46 0.222 12 9.2 10.3 2.1
Gambar 4.4 Grafik DC-DC Chopper
Gambar 4.5 (a) Gelombang pada saat duty cycle 20%, (b) Gelombang pada saat duty cycle 80%
Tabel 4.2 menunjukan data pengukuran dengan input duty cycle mulai dari 20% hingga 80%. Data arus berubah tergantung dari nilai duty cycle. Output dari pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.5, nilai Vpp (peak to peak voltage) dan nilai Vavg (average Voltage) naik seiring dengan dengan naiknya nilai dari duty cycle. Bentuk gelombang pada saat duty cycle 20% dan 80% dimunculkan melalui oscilloscope seperti Gambar 4.5.
12 12 12 12 12 12 12 2.2 3.3 4.5 5.7 6.9 8.05 9.2 5.1 6.2 7.2 8.1 8.9 9.6 10.3 0 2 4 6 8 10 12 14 2000% 30% 40% 50% 60% 70% 80% T egan gan ( V ) Duty Cycle Vpp Vavg Vrms a b
Tanggal 5-6-2014
Tabel 4.3 Data input DC-DC Chopper
Duty Cycle(%) Vpp Vavg Vrms
20 2.75 0.699 1.196 30 2.62 1.1 1.423 40 2.56 1.29 1.616 50 2.31 1.498 1.767 60 2.59 1.693 1.943 70 3 1.889 2.089 80 3.062 2.055 2.226
Gambar 4.6 Grafik Input DC-DC Chopper
Gambar 4.7 Gelombang Input DC-DC Chopper (a) 20% duty cycle, (b) 80% duty cycle 2.75 2.62 2.56 2.31 2.59 3 3.062 0.699 1.1 1.29 1.498 1.693 1.889 2.055 1.196 1.423 1.616 1.767 1.943 2.089 2.226 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 20 30 40 50 60 70 80 T egan gan ( V ) Duty Cycle (%) Vpp Vavg Vrms a b
23 Tabel 4.4 Data OutputDC-DC Chopper
Duty Cycle(%) Vpp Vavg Vrms
20 15 2.213 5.158 30 12.19 3.369 6.298 40 14.38 4.597 7.271 50 14.53 5.722 8.156 60 13.91 6.924 8.894 70 13.44 8.098 9.87 80 14.38 9.276 10.34
Gambar 4.8 Grafik Output DC-DC Chopper
Gambar 4.9 Gelombang Output (a) duty cycly 20%, (b) duty cycle 80% 15 12.19 14.38 14.53 13.91 13.44 14.38 2.213 3.369 4.597 5.722 6.924 8.098 9.276 5.158 6.298 7.271 8.156 8.894 9.87 10.34 0 2 4 6 8 10 12 14 16 20 30 40 50 60 70 80 T egan gan ( V ) Duty Cycle (%) Vpp Vavg Vrms b a
Tabel 4.3, Tabel 4.5, Gambar 4.8, Gambar 4.10, Gambar 4,9 dan Gambar 4.11 merupakan hasil pengukuran pada pengujian yang kedua. Dari hasil pengukuran diketahui bahwa tidak berbeda jauh dari pengujian pertama.
4.1.3 Pengujian Buck Boost Converter
Tabel 4.5 hasil Percobaan Buck Boost Converter
NO Duty Cycle(%)
Input Output
Efisiensi (%) Tegangan
(V) Arus(A) (Watt)P Tegangan(V) Arus(A) (Watt)P
1 20 12 0.05 0.6 -2.12 0.21 -0.44 74.2 2 30 12 0.9 10.8 -4.06 0.21 -0.85 7.89 3 40 12 0.17 2.04 -6.55 0.2 -1.31 64.2 4 50 12 0.28 3.36 -8.43 0.2 -1.68 50.1 5 60 12 0.35 4.2 -8.52 0.17 -1.44 34.4 6 70 12 0.41 4.92 -8.63 0.13 -1.12 22.8 7 80 12 0.51 6.12 -8.46 0.08 -0.67 11.05
Gambar 4.10 Grafik Buck Boost Converter
DC RL C D L Q PWM Cont rol
Gambar 4.11 Rangkaian Buck Boost Converter 12 12 12 12 12 12 12 -2.12 -4.06 -6.55 -8.43 -8.52 -8.63 -8.46 0.05 0.9 0.17 0.28 0.35 0.41 0.51 0.21 0.21 0.2 0.2 0.17 0.13 0.08 -10 -5 0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 T egan gan d an A ru s (V /A ) Duty Cycle (%) Vin Vo Iin Io
25 Pada Gambar 4.10.menunjukan tegangan output dan input yang berbanding terbalik dan output lebih kecil daripada input. Pada Gambar 4.11, jika saklar MOSFET ditutup maka arus di induktor akan naik, saat saklar on, arus di induktor turun dan mengalir menuju beban. Dengan cara begini, nilai rata-rata tegangan beban sebanding dengan rasio antar waktu pembukaan dan waktu penutupan. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan beban bias lebih tinggi maupun lebih rendah dari tegangan sumbernya.
Dalam rangkaian tersebut menggunkan C = 220uF dan L = 42.65mH. Masalah utamanya dari buck boost converter ialah menghasilkan riak arus yang tinggi baik di sisi masukan maupun sisi keluarannya. Akibatnya, diperlukan tapis kapasitor yang besar di kedua sisinya. LOAD + -`` INP UT PW M + -+ -+ -Vcc C D L -Lamp
Gambar 4.12 Titik Pengukuran Buck Boost Converter
Duty clycle − 1 − 1 − = − = − + − = − = = .. = 0.21... (4.1) Nilai inductor =(1 − )2 = (× ×. ) × 5.66 = 17.66 ... (4.2)
Arus induktansi = +∆2 = (1 − )× = 12 × 0.21 5.66(1 − 0.21) = 0.71 ∆ = 25% × ∆ = 0.25 × 0.71 = 0.1775 = +∆2 = 0.71 + . = 0.79 ... (4.3) Tegangan keluar rata-rata [4]
= −12 × 0.2 (1 − 0.2) = −1.92V... (4.4) Tegangan Keluar ripple puncak ke puncak
∆ = . . × .× × = 11.3 ... (4.5) Dapat kita lihat pada persamaan (4.2) nilai inductor 17.66uH dan pada buck boost converter trainer kit menggunakan induktor 42.65mH perbedaan antar perhitungan dengan peratikum sangat berbeda jauh dan mengakibatkan output yang berbeda pula.
INPUT
Output INPUT
Output
Gambar 4.13 (a) Gelombang ketika 20%, (b) Gelombang ketika 80%
27
4.1.4 Pengujian Buck Converter
Tabel 4.6 Hasil Percobaan Buck Converter
No Input Output Efi sie nsi (% ) Freq
(KHz) Duty Cycle(%) Volt Arus(V) (A) (watt)P Volt(V) Arus(A) (Watt)P
1 10 20 12 0 0 1.51 0.06 0.0906 0 2 10 30 12 0.02 0.24 2.64 0.09 0.2376 99 3 10 40 12 0.03 0.36 3.78 0.12 0.4536 126 4 10 50 12 0.07 0.84 4.92 0.14 0.6888 82 5 10 60 12 0.1 1.2 6.07 0.16 1.0926 91.05 6 10 70 12 0.13 1.56 7.21 0.18 1.2978 83.19 7 10 80 12 0.17 2.04 8.35 0.2 1.67 81.86 Output INPUT Output INPUT
Gambar 4.14 Gelombang (kiri) ketika 20%, (kanan) ketika 80%
Pada Tabel 4.6 percobaan buck converter menggunakan 20%-80% duty cycle disebabkan mengikuti dasar dari function generator. Dasar sistem buck converter mengasilkan tegangan output yang lebih kecil dari tegangan input dan mempunyai polaritas yang sama dengna input. Pada rangkaian buck converter input yang masuk akan melewati MOSFET dan langsung menuju lilitan dan pada waktu yang sama lilitan akan menyimpan energy. Pada saat switch off diode akan menjadi reverse dan lilitan akan memberikan tegangan kekapasitor dan beban.
4.1.5 Pengujian Boost Converter
Tabel 4.7 Hasil Percobaan Boost Converter
No Input Output Efi sie nsi (% )
Freq (KHz) Duty Cycle(%) Volt Arus P Volt Arus P (V) (A) (watt) (V) (A) (Watt)
1 10 20 12 0.2 2.4 12.39 0.25 3.0975 129.06 2 10 30 12 0.26 3.12 14.02 0.27 3.7854 121.3 3 10 40 12 0.33 3.96 16.04 0.3 4.812 121.5 4 10 50 12 0.44 5.28 18.59 0.32 5.9488 112.6 5 10 60 12 0.6 7.2 21.6 0.35 8.208 114 6 10 70 12 0.85 10.2 25.1 0.38 9.538 83.19 7 10 80 12 1.22 14.64 21.2 0.36 7.632 81.86 Output INPUT Output INPUT
Gambar 4.15 (kiri) Gelombang output ketika 20%, (kanan) Gelombang output ketika 80%
Pada Tabel 4.7 percobaan boost converter menggunakan 20%-80% duty cycle disebabkan mengikuti dasar dari function generator, dalam pengambilan data tegangan yang lebih besar dari input ini disebabkan input yang melewati lilitan dan pada waktu yang sama lilitan akan menyimpan tegangan dan melewati diode ketika forward. Saat reverse lilitan sebagai supply yang melewati MOSFET dan pada saat tegangan melewati MOSFET tegangan akan dikuatkan dan tegangan yang dikuatkan tadi akan dialirkan menuju kapasitor dan beban. Disebabkan itu output yang dihasilkan akan lebih besar dari input yang diterima oleh buck converter.
Pada data NO.7 dapat kita lihat tegangan output turun menjadi 21.2V, ini disebabkan batasan maksimal buck boost converter kit hanya mampu meningkatkan tegangan dengan menggunakan dutycycle 70%.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang didapatkan selama penelitian berlangsung antara lain: 1. Tingkat efisiensi dari penggunaan komponen merupakan faktor utama dalam
menganalisa kinerja buck boost converter.
2. Nilai efisiensi pada buck boost converter adalah rendah.
5.2 Saran
Pada pengerjaan Tugas Akhir ini tentu tidak lepas dari berbagai macam kekurangan baik itu pada sistem yang dibuat maupun pada peralatan yang dibuat. Untuk memperbaiki kekurangan dari peralatan yang dibuat, maka perlu diadakan pemberahuan sistem antara lain:
1. Penggulungan dari induktor dilakukan dengan sebaik mungkin sehingga induktor memiliki nilai induktansi sesuai desain dan nilai Q yang tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Setyawan, Agus. “ CHARGER POERTABLE SEBAGAI PENGISIAN BATERAI HANDPHONE
DARI SUMBER DAYA DC MENGGUNAKAN MOTODE BUCK BOOST CONVERTER”. Sarjana . Skripsi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
[2]Nick Gammon. 2012. “Example of modulating a 38 KHz frequency duty cycle by reading apotensiometer”.(Online).
(http://forum.arduino.cc/index.php?topic=102430.40;wap2).Diakses Tanggal 23 Mei
2014
[3] Muhammad H. Rashid, “Power Elektronics : Circuit, Divies, and Applications, 2ND
ED”, Edisi kedua, PT Perhallindo, Jakarta, 1993.
[4]Hendawan Soebhakti.2009. “Timer / Counter”.(Online).
(httpgatet.files.wordpress.com2010037-timer_counter.pdf).diakses Tanggal 2 Januari
2015.
[5]I Putu Giovani Eliezer. 2013. “ Timer dan Conter Mikrokontroller”. (Online).
(http://www.geyosoft.com/2013/timer-dan-counter-mikrokontroler).Diakses
UNIT I DC CHOPPER I. Tujuan
Setelah melaksanakan peratikum ini diharapkan mahasiswa mengetahui cara kerja dasar dari dc chopper pada buck boost converter trainer kit
II. Komponen dan peralatan
• Buck Boost Converter Trainer Kit • Oscilloscope
• Lampu • Jumper
III. Dasar teori
Pengubahan daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan output DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya penghasilan tegangan output DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi output dan input pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut adalah switch seperti Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan output yang dihasilkan lebih besar dari input, dan penurunan tegangan dimana tegangan output lebih kecil dari pada input.
DC
Vce
iL
RL Vo DC RL
Gambar 1.1 Pengubah tipe linier
Pada tipe linier, pengaturan tegangan output dicapai dengan menyesuaikan arus pada beban yang besarannya tergantung dari besaran arus pada base-nya transistor.
Vo =
I
L .Dengan demikian pada tiper linier, fungsi transistor menyerupai tahanan yang dapat diubah ubah besarannya seperti yang terlihat pada Gambar 1.1
DC
Vce
RL Vo DC RL Vo
Gambar 1.2 pengubahan tipe peralihan
Pada tipe peralihan, fungsi transistor sebagai electronic switch yang dapat dibuka (off) dan ditutup (on). Dengan asumsi bahawa switch tersebut ideal, jika switch ditutup maka tegangan output akan sama dengan tegangan masukan, sedangkan jika switch bibuka tegangan output yang dihasilkan berbentuk pulsa
0 Vs Vo Closed Open DT T (1-D)T t
Gambar 1.3 Tegangan output
Besaran rata rata atau komponen DC dari tegangan output dapat diturunkan dari persamaan berikut:
𝑉𝑉𝑜𝑜 = 1𝑇𝑇∫ 𝑉𝑉0𝑇𝑇 𝑜𝑜(𝑡𝑡)𝑑𝑑𝑡𝑡 =1𝑇𝑇∫ 𝑉𝑉0𝐷𝐷𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑖𝑖 =𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖𝐷𝐷R………..(1.2)
Dari persamaan 1.2 bahwa tegangan output DC dapat diatur besarannya dengan menyesuaikan D. Parameter D dikenal sebagai Dutyratio yaitu antara lamanya waktu switch ditutup (ton) dengan periode T dari pulsa tegangan
output.
𝐷𝐷 = 𝑡𝑡𝑜𝑜𝑖𝑖
𝑡𝑡𝑜𝑜𝑖𝑖+𝑡𝑡𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 =
𝑡𝑡𝑜𝑜𝑖𝑖
IV. Gambar Percobaan
Gambar 1.4 Rangkaian pengawatan
V. Langkah Kerja
1. Perhatikan dan rangkailah Gambar 1.4 2. Hubungkan modul dengan oscilloscope
3. Periksa rangkaian anda, cross cek dengan dosen/instruktur 4. Aktifkan modul Buck-Boost Converter Trainer Kit
5. Amati load (lampu) dengan menggunkan Oscilloscope! Apakah yang terjadi pada gelombang output?
6. Tuliskan output dari MOSFET driver pada tabel berikut
NO Duty Cycle (%) Input Output Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) 1 20 6 2 30 6 3 40 6
4 50 6
5 60 6
6 70 6
7 80 6
7. Gambarlah gelombang input dan output dari MOSFET driver 8. Matikan modul buck boost converter trainer kit
UNIT II
BUCK CONVERTER I. Tujuan
Setelah melaksanakan peratikum ini diharapkan mahasiswa mengetahui, cara kerja dasar dari buck converter
II. Komponen dan peralatan
• Buck Boost Converter Trainer Kit • Oscilloscope
• Lampu • Jumper
III. Dasar teori
Buck converter adalah converter yang menghasilkan tegangan output yang lebih kecil dari tegangan input. Tegangan output yang dihasilkan mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan inputnya. buck converter biasa disebut juga step-down converter. Berikut merupakan rangkaian dari buck converter.
DC RL C D L Q PWM Cont rol
Gambar 2.1 Rangkaian Buck converter
Ketika saklar tertutup, diode dalam keadaan reverse sehingga sinyal input menuju induktor dan terjadi penyimpanan energi.
DC
C D
L
S iL
Gambar 2.2 Buck Converter kondis saklar tertutup
⟶ 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑑𝑑 − 𝑉𝑉𝐿𝐿 𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 ∆𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 𝐷𝐷𝑇𝑇 = 𝑉𝑉𝑑𝑑 − 𝑉𝑉𝑜𝑜 𝐿𝐿 ∆𝑖𝑖𝐿𝐿𝑐𝑐𝑐𝑐𝑜𝑜𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 =�𝑉𝑉𝑑𝑑−𝑉𝑉𝐿𝐿 𝑜𝑜�. (1− 𝐷𝐷)………(2.1)
Sedangkan saat kondisi saklar terbuka dioda menjadi forward bias sehingga ada aliran tegangan yang melalui kapasitor.
DC
C D
L
S iL
Gambar 2.3 Buck Converter kondisi saklar terbuka
𝑣𝑣𝐿𝐿 =−𝑉𝑉𝑜𝑜 =𝐿𝐿𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝐿𝐿 ⟶ 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 = −𝑉𝑉𝐿𝐿𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 ∆𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 (1− 𝐷𝐷)𝑇𝑇= −𝑉𝑉𝑜𝑜 𝐿𝐿 ∆𝑖𝑖𝐿𝐿𝑜𝑜𝑜𝑜𝑐𝑐𝑖𝑖𝑐𝑐𝑑𝑑 =�−𝑉𝑉𝐿𝐿𝑜𝑜�. (1− 𝐷𝐷)𝑇𝑇……….(2.2) (1-D)t Vd-Vo opened vl il t closed closed opened
DT T
IL
iLmax
iLmax -Vo
Besar dutycycle akan mempengaruhi nilai tegangan output perbandingan duty cycle antara closed dan open dapat kita lihat pada Gambar 2.4. tegangan yang dihasilkan berupa nilai rata-rata dari keadaan saklar yang open dan closed.
IV. Gambar Percobaan
Gambar 2.5 Rangkaian pengawatan
V. Langkah Kerja
1. Perhatikan dan rangkailah Gambar 2.4 2. Hubungkan modul dengan oscilloscope
3. Periksa rangkaian anda, cross cek dengan dosen/instruktur 4. Aktifkan modul Buck Boost Converter Trainer Kit
5. Amati load (lampu) dengan menggunkan Oscilloscope! Apakah yang terjadi pada gelombang output?
NO Duty Cycle (%) Input Output Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) 1 20 6 2 30 6 3 40 6 4 50 6 5 60 6 6 70 6 7 80 6
7. Gambarlah gelombang input dan output dari buck converter 8. Matikan modul buck boost converter trainer kit
UNIT III
BOOST CONVERTER I. Tujuan
Setelah melaksanakan peratikum ini diharapkan mahasiswa mengetahui, cara kerja dasar dari boost converter
II. Komponen dan peralatan
• Buck Boost Converter Trainer Kit • Oscilloscope
• Lampu • Jumper
III. Dasar teori
Boost converter adalah converter yang menghasilkan tegangan output yang lebih besar dari tegangan input. Tegangan output yang dihasilkan mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan inputnya. Boost converter biasa disebut juga sebagai step-up converter. Berikut ini merupakan rangkaian dari boost converter. DC RL C D L Q PWM Cont rol RL
Gambar 3.1 Rangkaian dasar Boost Converter
Pada dasar saklar elektronik yang bekerja secara antara on dan off sehingga meghasilkan dutycycle secara otomatis mengikuti besar tegangan input. Besarnya dutycycle berubah-ubah sesuai besar input yang diberikan untuk menjaga agar output tetap konstan.
Ketika saklar dalam posisi tertutup, maka diode dalam keadaan reverse, sehingga terjadi penyimpanan muatan dalam induktor.
DC
C D L
S
Gambar 3.2 Boost Converter kodisi saklar tertutup
𝑣𝑣𝐿𝐿 =𝑉𝑉𝑑𝑑 =𝐿𝐿𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑑𝑑 𝐿𝐿 ⟶ 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 ∆𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 𝐷𝐷𝑇𝑇 ⟶𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑑𝑑 𝐿𝐿 ∆𝑖𝑖𝐿𝐿𝑐𝑐𝑐𝑐𝑜𝑜𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 =𝑉𝑉𝑑𝑑𝐿𝐿𝐷𝐷𝑇𝑇……….(3.1)
Sedangkan ketika saklar dalam kondisi terbuka, maka diode menjadi kondisi tertutup dan induktor akan membuang energinya menuju kapasitor.
DC RL C D L S
Gambar 3.3 Boost Converter kondisi saklar terbuka
𝑣𝑣𝐿𝐿 =𝑉𝑉𝑑𝑑 − 𝑉𝑉𝑜𝑜 =𝐿𝐿𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑑𝑑 − 𝑉𝑉𝑜𝑜 𝐿𝐿 ⟶ 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 ∆𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 (1− 𝐷𝐷)𝑇𝑇 ⟶ 𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑑𝑑 − 𝑉𝑉𝐿𝐿 𝑜𝑜 ∆𝑖𝑖𝐿𝐿𝑜𝑜𝑜𝑜𝑐𝑐𝑖𝑖𝑐𝑐𝑑𝑑 =𝑉𝑉𝑑𝑑−𝑉𝑉𝑜𝑜𝐿𝐿(1−𝐷𝐷𝑇𝑇)………(3.2)
∆IL (1-D)t Vd-Vo OPENED vl il t t
Gambar 3.4 pengaruh dutycycle pada boost converter
Besar dutycycle akan mempengaruhi nilai tegangan output perbandingan dutycycle antara closed dan open dapat kita lihat pada Gambar 3.4. tegangan yang dihasilkan berupa nilai rata-rata dari keadaan saklar yang open dan closed.
IV. Gambar Percobaan
Gambar 3.5 Rangkaian pengawatan
V. Langkah Kerja
2. Hubungkan modul dengan oscilloscope
3. Periksa rangkaian anda, cross cek dengan dosen/instruktur 4. Aktifkan modul Buck-Boost Converter Trainer Kit
5. Amati load (lampu) dengan menggunkan Oscilloscope! Apakah yang terjadi pada gelombang output?
6. Tuliskan output dari boost converter pada tabel berikut
NO Duty Cycle (%) Input Output Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) 1 20 6 2 30 6 3 40 6 4 50 6 5 60 6 6 70 6 7 80 6
7. Gambarlah gelombang input dan output dari boost converter 8. Matikan modul buck boost converter trainer kit
UNIT IV
BUCK BOOST CONVERTER I. Tujuan
Setelah melaksanakan peratikum ini diharapkan mahasiswa mengetahui, cara kerja dasar dari buck boost converter
II. Komponen dan peralatan
• Buck Boost Converter Trainer Kit • Oscilloscope
• Lampu • Jumper
III. Dasar teori
Buck Boost Conveter adalah suatu rangkaian dengan input berupa tegangan DC dan menghasilkan output berupa tegangan dengan polaritas yang berlawanan dengan input (polaritas negatif). keluaran tegangan negatif yang dhasilkan dapat diatur lebih besar dan lebih kecil dari pada input.
DC RL C D L Q PWM Control RL C D L Switch ON Vin RL C D L Switch OFF Vin
Gambar 4.1 Rangkaian Buck-Boost Converter
Ketika Switch ON, Tegangan masuk akan dipaksa untuk melewati induktor, sehingga menyebabkan meningkatnya aliran arus yang melaluinya. Pada saat bersamaan, satu-satunya sumber arus beban adalah dari kapasitor.
𝑣𝑣𝐿𝐿 =𝑉𝑉𝑐𝑐=𝐿𝐿𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑖𝑖𝐿𝐿
𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑐𝑐
∆𝑖𝑖𝐿𝐿 ∆𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 𝐷𝐷𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑐𝑐 𝐿𝐿 (∆𝑖𝑖𝐿𝐿)𝑐𝑐𝑐𝑐𝑜𝑜𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 =𝑉𝑉𝑐𝑐𝐿𝐿𝐷𝐷𝑇𝑇 ………(4.1)
Dengan : (∆𝑖𝑖𝐿𝐿)𝑐𝑐𝑐𝑐𝑜𝑜𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 = Arus rangkaian saat ON
𝑉𝑉𝑐𝑐 = Tegangan sumber
𝐷𝐷 = Duty Cycle
𝑇𝑇 = waktu
𝐿𝐿 = lilitan induktor
Dapat kita lihat pada gambar 4.1 ketika switch Off, terjadi penurunan aliran arus pada induktor yang menyebabkan tegangan diode berubah menjadi negative. Proses ini menyebabkan diode aktif dan memperbolehkan arus pada induktor untuk mengalirin dan mengisi kapasitor dan juga beban. Arus beban disupply dari induktor ketika switch OFF dari kapasitor ketika switch ON.
𝑣𝑣𝐿𝐿 =𝑉𝑉𝑐𝑐=𝐿𝐿𝑑𝑑𝑖𝑖𝑑𝑑𝑡𝑡𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑖𝑖𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑐𝑐 𝐿𝐿 ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 ∆𝑡𝑡 = ∆𝑖𝑖𝐿𝐿 (1− 𝐷𝐷)𝑇𝑇= 𝑉𝑉𝑜𝑜 𝐿𝐿 (∆𝑖𝑖𝐿𝐿)𝑜𝑜𝑜𝑜𝑐𝑐𝑖𝑖 =𝑉𝑉𝑜𝑜(1𝐿𝐿−𝐷𝐷)𝑇𝑇 ………(4.2)
Tegangan output dari rangkaian buck-boost converter merupakan fungsi dari tegangan input dan dutycycle. Rumus perhitungannya adalah:
IV. Gambar Percobaan
Gambar 4.2 Rangkaian pengawatan
V. Langkah Kerja
1. Perhatikan dan rangkailah Gambar 1.4 2. Hubungkan modul dengan oscilloscope
3. Periksa rangkaian anda, cross cek dengan dosen/instruktur 4. Aktifkan modul Buck-Boost Converter Trainer Kit
5. Amati load (lampu) dengan menggunkan Oscilloscope! Apakah yang terjadi pada gelombang output?
6. Tuliskan output dari buck boost converter pada tabel berikut
NO Duty Cycle (%) Input Output Efisiensi (%) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) Tegangan (V) Arus (A) P (Watt) 1 20 6 2 30 6 3 40 6
4 50 6
5 60 6
6 70 6
7 80 6
7. Gambarlah gelombang input dan output dari buck boost converter 8. Matikan modul buck boost converter trainer kit
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya yang bertandatangan dibawah ini menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya yang berjudul :“Buck Boost Converter Trainer Kit”adalah hasil karya sendiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.
Semua referensi yang dikutip atau dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka.
Apabila ternyata pernyataan saya ini tidak benar, saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan yang berlaku.
Batam, 12 Januari 2015
Riski Handoko 3211001058
PROGRAM[2]
// 10 KHz frequency duty cycle by reading a potentiometer // Date: 23 mei 2014
int POTENTIOMETER = A0;
const byte LED = 10; // Timer 1 "B" output: OC1B
const long timer1_OCR1A_Setting = 16000000L / 10000L; void setup()
{
pinMode (LED, OUTPUT); Serial.begin(9600);
// set up Timer 1 - gives us 10.005 KHz // Fast PWM top at OCR1A
TCCR1A = _BV (WGM10) | _BV (WGM11) | _BV (COM1B1); // fast PWM, clear OC1B on compare
TCCR1B = _BV (WGM12) | _BV (WGM13) | _BV (CS10); // fast PWM, no prescaler OCR1A = timer1_OCR1A_Setting - 1; // zero relative
} // end of setup void loop()
{
POTENTIOMETER = analogRead(0);
POTENTIOMETER = map(POTENTIOMETER, 0, 1023, 80, 20); // alter Timer 1 duty cycle in accordance with pot reading
OCR1B = (((long) (analogRead (POTENTIOMETER) + 1) * timer1_OCR1A_Setting) / 1024L) - 1; Serial.print("Duty : "); Serial.print(POTENTIOMETER); Serial.println("%"); delay(200); }
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada setiap tahun kebutuhan trainer kit untuk peratikum sangatlah penting untuk ditingkatkan. Hal ini disebabkan matakuliah yang menuntut mahasiswa untuk melakukan peratikum agar dapat memahami matakuliah yang dipelajari secara menyeluruh.
Namun trainer kit disetiap laboratorium elektro mempunyai jumlah yang terbatas. Tidak seimbang antara bayank mahasiswa dengan alat peratikum dan beberapa trainer kit yang rusak dapat menghambat mahasiswa dalam melakukan peratikum secara optimal.
Buck Boost Converter Trainer Kit adalah modul yang dapat membantu mahasiswa dalam melakukan pratikum dan memahami pelajaran yang berhungbungan dengan DC-DC Converter sebagai materi perkuliahan di Politeknik Negeri Batam.
Dengan pembuatan Buck-Boost Converter Trainer Kit ini diharapkan mampu menjadi solusi untuk memenuhi kekurangan trainer kit yang ada di laboratorium elektronika.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dari Buck Boost Converter Trainer Kit, sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang sistem buck boost converter
2. Bagaimana memanfaatkan MOSFET driver sebagai switch pada sistem buck boost bonverter
3. menggunakan PWM
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari buck boost converter trainer kit adalah sebagai berikut:
1. Hanya membahas sistem buck boost converter 2. Input 12VDC
3. Beban menggunkan lamp
4. Menggunkan duty cycle 20%-80% 5. Hanya menggunakan Frekuensi 10KHz
1.4 Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari proyek akhir ini adalah membuat Buck Boost Converter Trainer Kit dengan menggunakan sistem buck boost converter.
Adapun manfaat yang dapat diambil dari Buck Boost Converter Trainer Kit adalah sebagai sarana mahasiswa untuk melakukan peratikum dan mempelajari DC-DC Chopper sebagai pembahasan matakuliah elektronika daya di Politeknik Negeri Batam.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 DC-DC Chopper
Pengubahan daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan output DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya penghasilan tegangan output DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi output dan input pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut adalah switch seperti Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan output yang dihasilkan lebih besar dari input, dan penurunan tegangan dimana tegangan output lebih kecil dari pada input.
DC
Vce
iL
RL Vo DC RL
Gambar 2.1 Pengubah Tipe Linier
Pada tipe linier, pengaturan tegangan output dicapai dengan menyesuaikan arus pada beban yang besarannya tergantung dari besaran arus pada base-nya transistor.
Vo =
I
L .R...(2.1)
Dengan demikian pada tiper linier, fungsi transistor menyerupai tahanan yang dapat diubah ubah besarannya seperti yang terlihat pada Gambar 2.1
DC
Vce
RL Vo DC RL Vo
Gambar 2.2 Pengubahan Tipe Peralihan
Pada tipe peralihan, fungsi transistor sebagai electronic switch yang dapat dibuka (off) dan ditutup (on). Dengan asumsi bahawa switch tersebut ideal, jika switch ditutup maka tegangan output akan sama dengan tegangan masukan, sedangkan jika switch bibuka tegangan output yang dihasilkan berbentuk pulsa
0 Vs Vo Closed Open DT T (1-D)T t
Gambar 2.3 Tegangan Output
Besaran rata rata atau komponen DC dari tegangan output dapat diturunkan dari persamaan berikut:
= ∫ ( ) = ∫ = ...(2.2) Dari persamaan 1.2 bahwa tegangan output DC dapat diatur besarannya dengan menyesuaikan D. Parameter D dikenal sebagai Dutyratio yaitu antara lamanya waktu switch ditutup (ton) dengan periode T dari pulsa tegangan output.
2.1.1 Buck Converter[1]
Buck converter adalah converter yang menghasilkan tegangan output yang lebih kecil dari tegangan inputnya. Tegangan output yang dihasilkan mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan inputnya. buck converter biasa disebut juga step-down converter. Berikut merupakan rangkaian dari buck converter.
DC RL C D L Q PWM Cont rol
Gambar 2.4 Rangkaian Buck Converter
Ketika saklar tertutup, diode dalam keadaan reverse sehingga sinyal input menuju induktor dan terjadi penyimpanan energi.
DC
C D
L
S iL
Gambar 2.5 Buck Converter Kondis Saklar Tertutup
= − =
⟶ = −
= ∆∆ =∆ = −
∆ = . (1 − )...(2.4)
Sedangkan saat kondisi saklar terbuka dioda menjadi forward bias sehingga ada aliran tegangan yang melalui kapasitor.
DC
C D
L
S iL
Gambar 2.6 Buck Converter Kondisi Saklar Terbuka
= − =
⟶ = −
= ∆∆ =(1 − ) =∆ −
∆ = . (1 − ) ...(2.5)
2.1.2 Boost Converter
Boost converter adalah converter yang menghasilkan tegangan output yang lebih besar dari tegangan inputnya. Tegangan output yang dihasilkan mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan inputnya. Boost converter biasa disebut juga sebagai step-up converter. Berikut ini merupakan rangkaian dari boost converter.
DC RL C D L Q PWM Cont rol RL
Gambar 2.7 Rangkaian Boost Converter
Pada dasar saklar elektronik yang bekerja secara antara on dan off sehingga meghasilkan duty cycle secara otomatis mengikuti besar tegangan input. Besarnya duty cycle berubah-ubah sesuai besar input yang diberikan untuk menjaga agar output tetap konstan.
Ketika saklar dalam posisi tertutup, maka diode dalam keadaan reverse, sehingga terjadi penyimpanan muatan dalam induktor.
DC
C D L
S
Gambar 2.8 Boost Converter Kodisi Saklar Tertutup
= =
= ⟶ =∆∆ =∆
⟶ =
∆ = ...(2.6) Sedangkan ketika saklar dalam kondisi terbuka, maka dioda menjadi kondisi tertutup dan induktor akan membuang energinya menuju kapasitor.
DC RL C D L S
Gambar 2.9 Boost Converter Kondisi Saklar Terbuka
= − =
= − ⟶ =∆∆ =(1 − )∆
⟶ = −
2.1.3 Buck Boost Converter
Buck boost converter adalah suatu rangkaian dengan input berupa tegangan DC dan menghasilkan output berupa tegangan dengan polaritas yang berlawanan dengan input(polaritas negatif). keluaran tegangan negatif yang dihasilkan dapat diatur lebih besar dan lebih kecil dari pada input.
DC RL C D L Q PWM Control RL C D L Switch ON Vin RL C D L Switch OFF Vin
Gambar 2.10 Rangkaian Buck Boost Converter
Ketika Switch ON, Tegangan masuk akan dipaksa untuk melewati induktor, sehingga menyebabkan meningkatnya aliran arus yang melaluinya. Pada saat bersamaan, satu-satunya sumber arus beban adalah dari kapasitor.
= = ∆ ∆ = ∆ = (∆ ) = ... (2.8) Dengan : (∆ ) =Arus rangkaian saat ON
= Tegangan sumber = Duty Cycle = waktu
Dapat kita lihat pada gambar 2.16 ketika switch Off, terjadi penurunan aliran arus pada induktor yang menyebabkan tegangan diode berubah menjadi negative. Proses ini menyebabkan diode aktif dan memperbolehkan arus pada induktor untuk mengalirin dan mengisi kapasitor dan juga beban. Arus beban disupply dari induktor ketika switch OFF dari kapasitor ketika switch ON
= = ∆ ∆ = ∆ (1 − ) = (∆ ) = ( ) ... (2.9) Tegangan output dari rangkaian buck boost converter merupakan fungsi dari tegangan input dan duty cycle. Rumus perhitungannya adalah:
(∆ ) + (∆ ) = 0
+ (1 − ) =
= − ... (2.10)
2.1.4 Kapasitor
Kapasitor adalah suatu komponen yang berfungsi untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan. Pada dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar satu sm lain dan diantaran logam tersebut terdapat bahan isolator yang sering disebut dielektrik.
Fungsi kapasitor adalah sebagai berikut:
1. Kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapsitor yaitu dapat dilalui arus ac dan tidak dapat dilalui arus ac dan tidak dapat dilalui arus dc dapat dmanfaatkan untuk memisahkan2 buah rangkaian yang saling tidak berhubungan secara DC tapi masih berhubungan secara AC (signal), artinya sebuah kapsitor berfungsi sebagai kopling atau penghubung antar 2 rangkaian yang berbeda.
2. Kapasitor berfungsi sebagai filter pada sebuat rangkaian, yang dimaksud disini adalah kapasitor sebagai ripple filter, sifat dasar dari kapasitor yaitu dapat menyimpan muatan listrik yang berfungsi untuk memotong tegangan ripple.
3. Kapasitor sebagai penggeser fasa.
4. Kapasitor sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaina oscillator.
5. Kapasitor digunakan untuk mencegah percikan bunga api pada sebuh saklar.
2.1.5 Induktor
Induktor adalah komponen yang tersusun dari lilitan. Indiktor termasuk juga komponen yang dapat menyimpan muatan listrik.
Fungsi Induktor adlah sebagai berikut:
1. Penyimpanan arus listrik dalam bentuk medan magnet. 2. Menahan arus bolak-balik (AC).
