1 BUCK CONVERTER

1.1 TUJUAN

1. Praktikan dapat memahami prinsip dasar Buck Converter.

2. Praktikan dapat menganalisa dan menyimpulkan hasil praktikum.

1.2 DASAR TEORI

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran 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 keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

Buck chopper adalah konverter daya yang digunakan untuk merubah suatu tegangan dc masukan (Va) ke tegangan keluaran dc yang lebih kecil (Vs). Seperti halnya tranformator pada tegangan AC. Gambar 1.1 adalah blok diagram dari buck converter yang berfungsi sebagai penurun tegangan dan Gambar 1.2 merupakan skematik pada buck converter.

Gambar 3.2 Skematik Rangkaian Buck ConverterCara kerja rangkaian dapat dibagi menjadi dua mode. Mode 1 dimulai pada saat mosfet Q1 di-on-kan pada t=0, arus masukan, yang meningkat, mengalir melalui filter induktor L, filter kapasitor C dan beban resistor R. Mode 2 dimulai pada saat transistor Q1 di-off-kan pada t=t1. Dioda freewheeling Dm terhubung karena energi yang tersimpan pada induktor dan arus induktor tetap mengalir melalui L,C, beban dan dioda Dm. Arus induktor turun sampai mosfet Q1 di-on-kan kembali pada siklus berikutnya. Rangkaian ekuivalen untuk kerja mode-mode ditunjukan pada Gambar 1.3 saat mode on dan Gambar 1.4. Bentuk gelombang untuk arus dan tegangan dapat dilihat pada Gambar 1.5 dan Gambar 1.6. Untuk arus tetap yang mengalir pada induktor L, bergantung pada frekuensi pensakelaran, induktansi filter dan kapasitansi, arus induktor dapat menjadi tidak kontinyu.

Gambar 3.3 Mosfet On Kondisi Mode 1

Gambar 3.4 Mosfet Off Kondisi Mode 2Tegangan yang melalui induktor L, pada umumnya

Dengan mengasumsikan arus induktor naik secara linier dari I1 ke I2 pada waktu t1.

Atau

Dan arus induktor turun secara linier dari I2 ke I1 pada waktu t2

Atau

Dimana I adalah arus riple puncak ke puncak induktor L. Dengan menyamakan nilai I pada persamaan menghasilkan,

Subtitusi t1=kT dan t2=(1-k)T menghasilkan tegangan keluaran rata-rata

Dengan mengasumsikan bahwa rangkaian tidak mengalami rugi-rugi,

dan arus masukan rata-rata,

Periode pensaklaran T dapat dinyatakan sebagai berikut,

Yang memberikan arus ripple puncak ke puncak,

Atau

Dengan hukum arus kirchhoff, kita dapat menuliskan arus inductor

Gambar 3.5 Tegangan dan Arus dari Buck Converter

Gambar 3.6 Bentuk Gelombang Arus InduktorBila kita asumsikan bahwa arus ripple beban io sangat kecil dan bisa diabaikan, CL ii = . Arus kapasitor rata rata yang mengalir selama t/2+t/2=T/2 adalah,

Tegangan kapasitor dinyatakan dengan,

Dan tegangan ripple puncak ke puncak kapasitor adalah

Dengan mensubtitusikan nilai I dari persamaan menghasilkan,

Atau

Regulator buck hanya memerlukan sebuah mosfet, sangat sederhana, dan memiliki efisiensi yang tinggi dari 90%. di/dt atau arus beban dibatsasi oleh induktor L. Namun demikain, arus masukan tidak kontinyu dan filter masukan biasanya dibutuhkan. Regulator buck memiliki satu polaritas tegangan keluaran dan arus keluaran yang unidirectional dan memerlukan rangkaian pelindung untuk kemungkinan adanya hubung singkat pada bila arus yang mengalir pada dioda.

Gambar 3.7 Skematik rangkaian snubberRangkaian Snubber ini digunakan untuk meredam (meminimalkan) adanya spike tegangan ata arus pada kondisi switching ON / OFF. Untuk perhitungan desain rangkaian snubber adalah sebagai berikut :

Untuk Ion = Io

Voff = V in

D = duty cycle

T =

Untuk pemasangan resistor snubber maka digunakan nilai setengah (1/2) dari nilai perhitungan resistansi snubber1.3 RANGKAIAN PERCOBAAN

1.4 DESAIN RANGKAIAN

Vin-min = 15 Volt

Vin-max = 18 Volt

Vo = 10 Volt

Io = 0.5 A

Frekuensi Pensaklaran = 50.500 Hz

Duty Cycle :

Nilai arus rata rata induktor dimana R adalah resistansi beban :

Nilai Induktor :

dimana : iL ( ripple arus yang diharapkan)

dan Vf = 0,7 Volt (tegangan barrier diode)

pada modul ini, rangkaian didesain tanpa memperhitungkan riple

Nilai Kapasitor output :

Dimana :

C adalah nilai kapasitor

Irms adalah arus rms kapasitor

Vo adalah ripple tegangan

D adalah duty cycle

T adalah periode

ID peak = Io/D = 0.5/0.5 = 1 ampere

ID rms= ID peak x D = 0.707 ampere

Ic rms = ( ID rms2 Io2)

= (0.7072-0.52)

= 0.25 ampere

1.5 ALAT DAN BAHAN

1. Modul Buck Converter

1

2. Power Supply DC

1

3. Amperemeter digital

1

4. Amperemeter analog

1

5. Multitester digital

1

6. Osiloskop

1

1.6 LANGKAH KERJA

1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.

2. Buat rangkaian seperti pada gambar rangkaian, atur tegangan input 18 volt frekwensi switching=50,5 kHz, danatur duty cycle sesuai table, kemudian ukur tegangan output, arus output danarus input.

3. Amati bentuk pulsa PWM dan tegangan output dengan osiloskop.Gambar di kertas millimeter.4. Amati tegangan VDS (drain-source) dan VGS (gate-source)

5. Bandingkan hasil pengukuran untuk beberapa data.

6. Tentukan prosentasi perbedaan hasil pengukuran dengan teori.1.7 DATA PENGUKURANVin (Volt)Iin (A)Duty Cycle D(%)Vo (exp) (volt)Vo(cal) (Volt)Io

(A)(%)

1820

1830

1840

1845

1850

1860

Analisa Data

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran 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 keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

Frekuensi Pensaklaran = 50.500 Hz

Duty Cycle :

Nilai arus rata rata induktor dimana R adalah resistansi beban :

Nilai Induktor :

dimana : iL ( ripple arus yang diharapkan)

dan Vf = 0,7 Volt (tegangan barrier diode)

pada modul ini, rangkaian didesain tanpa memperhitungkan riple

Nilai Kapasitor output :

Dimana :

C adalah nilai kapasitor

Irms adalah arus rms kapasitor

Vo adalah ripple tegangan

D adalah duty cycle

T adalah periode

ID peak = Io/D = 0.5/0.5 = 1 ampere

ID rms= ID peak x D = 0.707 ampere

Ic rms = ( ID rms2 Io2)

= (0.7072-0.52)

= 0.25 ampere

Kesimpulan

Buck chopper adalah konverter daya yang digunakan untuk merubah suatu tegangan dc masukan (Va) ke tegangan keluaran dc yang lebih kecil (Vs).sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban.Gambar STYLEREF 1 \s 3. SEQ Gambar \* ARABIC \s 1 1 Blok Diagram Buck Konverter

Supply dc voltage

Buck Konverter

Load

PWM

_1497976396.unknown

_1497976400.unknown

_1497976405.unknown

_1497976407.unknown

_1497976408.unknown

_1497976409.unknown

_1497976406.unknown

_1497976402.unknown

_1497976403.unknown

_1497976401.unknown

_1497976398.unknown

_1497976399.unknown

_1497976397.unknown

_1497976394.unknown

_1497976395.unknown