Post on 14-Dec-2014
description
1
1
DC to DC Converter
Dr. Ir. Mochamad Ashari, MEng
Department of Electrical EngineeringSepuluh Nopember Institute of Technology (ITS)
Surabaya
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 2
DC-to-DC Konverter
Berfungsi untuk mengubah suatu tegangan dc menjadi tegangan dc yang lain (dinaikkan atau diturunkan)Nama lain:– DC Chopper– Switch Mode Power
Supply – DC Regulator
Aplikasi:Pengatur kecepatan motor dc, mobil listrikBattery ChargerPeralatan elektrolisaIndustri-industri kimia
Dimensi lebih kecil dan lebih ringan
2
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 3
Switching Regulator
Switching Regulator– Bisa step down, step up
dan inversi polaritas– Menggunakan alat
penyimpan energi spt induktor atau kapasitor
– Efisiensi tinggi
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 4
Switching Regulator
Menggunakan switch semikonductorSwitch dioperasikan pada frekuensi tinggi (puluhan -ratusan kHz)Energi ditransfer dari input ke output secara diskritDapat menggunakanrangkaian feedback untukmengatur outputnya agar konstan.
3
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 5
Prinsip Kerja
Memanfaatkan charging dan discharging arus induktorTegangan output berupa diskritKapasitor berfungsi menyimpan dan meratakan tegangan outputSwitch dioperasikan pada frekuensi tinggi dengan periode TDuty cycle, k = ratio antara waktu switch konduksi dan periode switchingt1 T
Ttcycledutyk 1)( =−
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 6
Charging
Saat switch menutup (on), arus charging mengalir ke inductorArus naik selama switch menutup dan mencapai Imaxsaat t= t1
Tenggang waktu switch menutup dapat diubah-ubahKenaikan arus dianggap linier
4
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 7
Discharging
Saat switch membuka (off), arus dischargingArus turun dan mencapai Iminsaat t= TTenggang waktu switch off adalah T-t1
Penurunan arus dianggap linier
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 8
Jenis DC-DC Konverter
Boost Converter: hanya menaikkan teganganBuck Converter: hanya menurunkan teganganBuck-Boost Converter: bisa menaikkan dan menurunkan teganganInverting Topology (Flyback):polaritas tegangan outputnya dibalik
Vin Vout
ton
T
toff
t1
5
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 9
Boost Converter
Tegangan output selalu lebih besar dari tegangan inputTegangan output mempunyai polaritas yang sama dengan teganganinput
Ttk on=
offon ttT +=ton
T
toff
t1
kTton =
Tktoff )1( −=
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 10
Boost Converter
onin t
iLV∆∆
=onin tViL ∆=∆
Charging (switch on):
Discharging (switch off):
outoff
in VtiLV +
∆∆
−=
offinout t
iLVV∆∆
+=
kVV in
out −=
1
+=
off
oninout t
tVV 1
6
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 11
Buck Converter
Tegangan output selalu lebih kecil dari tegangan inputTegangan output mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan input
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 12
Buck Converter
oon
in VtiLV +
∆∆
= ( ) onoutin tVViL ∆−=∆
Charging (switch on):
Discharging (switch off):
outoff
VtiL +
∆∆
−=0off
out tiLV
∆∆
=
kVV inout =
7
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 13
Buck-Boost Converter
Tegangan output dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan inputTegangan output mempunyai polaritas yang terbalik terhadap tegangan input
kkVV in
out −=
1
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 14
Fly-back Converter
Polaritas tegangan output dapat dibalikTegangan output terisolasi terhadap tegangan inputDapat dibuat konfigurasi boost, buck maupun buck-boost konverter
8
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 15
Teknik Pengontrolan
Metode Switching:– Pulse Frequency
Modulation (PFM)– Pulse Width Modulation
(PWM)Yang dikontrol:– Tegangan– Arus
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 16
Pulse Frequency Modulation (PFM)
Diperlukan gelombang:– Tegangan persegi dg frekuensi
konstan– Tegangan feedback (Vfb)– Tegangan dc murni sbg
referensi (Vref)
Jika Vref>Vfb, maka output flip-flop = ‘0’, sehingga beberapa pulsa akan hilangJika Vref<Vfb, flip-flop bekerja normal (semua pulsa muncul)
9
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 17
Contoh Simulasi PFM
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 18
Hasil Simulasi PFM
10
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 19
Pulse Width Modulation (PWM)
Diperlukangelombang:– Tegangan segitiga
(Vtri) dg frekuensi konstan
– Tegangan feedback (Vfb)
– Tegangan dc murni sbg referensi (Vref)
Error= Vref- VfbJika Vtri>Error, output comparator = 1 (high)
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 20
Contoh Simulasi PWM
11
DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 21
Hasil Simulasi PWM