iDC DC KONVERTER TERKENDALI ARUS DENGAN VIRTUAL LCTUGAS AKHIROleh :ANTON SUBIAKTO02.50.0012JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIUNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATASEMARANG2009Perpustakaan Unika iiPENGESAHANLaporan Tugas Akhir dengan judul : DC DC KONVERTER TERKENDALIARUS DENGAN VIRTUAL LC diajukan untuk memenuhi sebagian daripersyaratan dalam memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro pada program studiTeknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik SoegijapranataSemarang.Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal . Juli 2009Semarang,Juli 2009Menyetujui,Pembimbing I(Leonardus Heru Pratomo, ST. MT)NPP :058.1.2000.234Pembimbing II (Thecla Brenda Chandrawati, ST. MT)NPP: 058.1.1997.206Mengetahui,Dekan Fakultas Teknologi Industri(Leonardus Heru Pratomo, ST. MT)NPP : 058.1.2000.234Perpustakaan Unika iiiABSTRAKSuatu sistem yang mampu mengubah tegangan DC konstan menjadi tegangan DCyang nilai tegangan dan frekuensinya konstan maupun variable.Dc-Dc konverter kendali arus dengan virtual LC digunakan sebagai aplikasi dayadan untuk meningkatkan kinerja dari converter tersebut.Pada dasarnya penambahan beban pada konverter ini akan dapat mengurangiriakpadaarusaktualnya.PadatugasakhiriniakandirancangsuatuDC-DCuntukkendaliarusdenganmenggunakankontrollerProporsionalIntegraldanpenggunaanmetodevirtualLC.SehinggadiharapkanbisamendapatkanaruskeluaranyangstabildanmudahdikontroldanriakdariarusakanlebihkecildariDc-DcconvertertanpavirtualLCataubeban LC.DengansemakintingginyafrekuensipadareferensimembuatDc-DckonvertertanpaVirtualLCtidakdapatmengikutiresponwakturefrensiyangakanmenjadimasalahdalampengendalianteganganDckeluaranrangkaianDc-Dckonverter ini,dengan menggunakan Virtual LC arus aktual masih dapat mengikuti responwaktureferensipadafrekuensitinggi.Untukimplementasialatini,sepertipadakebanyakan konverter digunakan untuk mengendalikan motor listrik.Kata kunci:Dc-Dc konverter dan metode virtual LCPerpustakaan Unika ivKATA PENGANTARPujidansyukurpenulispanjatkankepadaTuhanYangMahaEsaatasberkatdanrahmat-NyasehinggapenyusunanlaporanTugasAkhirdenganjudul DC-DCKONVERTERTERKENDALIARUSDENGANVIRTUALLCdapatterselesaikan dengan baik.LaporanTugasAkhirinidisusundandiajukanuntukmemenuhisebagiandaripersyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektropada Program Studi TeknikElektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.DalampelaksanaanTugasAkhirsampaitersusunnyalaporanini,penulistelahmendapat banyak bantuan dan dukungan baik moril maupun materil dari berbagai pihak.Olehkarena itu, penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan sebesar besarnyakepada :1. Tuhan yang selalu membimbing tiap langkahku dan atas semua anugerahnya.2. Keluargaku yang tersayang yang telah mendukungku.3. BapakLeonardusHeruP.,ST,MT,selakuDekanFakultasTeknologiIndustriUniversitasKatolikSoegijapranataSemarang,sekaligusDosenPembimbingImata kuliah Tugas Akhir.4. IbuTheclaBrendaChandrawati.,ST,MT,selakuDosenPembimbingIImatakuliah Tugas Akhir.5. MasAgungyangselalumenemanidanmengarahkandalampembuatanTugasakhirPerpustakaan Unika v6. Pak Beng, Mas A.Rustanto,Kentung, Wiwin, Abri, Yuko-Kopet, Jajank, Nando,semuateman2kuangkatan2002terimakasihatassemuabantuandandukungannya.7. Buatteman-temanyangsenengmaindiLab,sertateman-temandansemuapihak yang tidak bisa disebutin satu persatu TERIMA KASIH semuanya.LaporanTugasAkhirinimasihjauhdarisempurna,olehkarenaitupenulismengharapkankritikdansaranyangbersifatmembangun.Akhirkata,penulisberharapsemogaLaporanTugasAkhirinidapatmemberikanmanfaatbagirekanrekanmahasiwa dan semua orang.Semarang, Juli 2009PenulisPerpustakaan Unika viDAFTAR ISIHALAMAN JUDULiHALAMAN PENGESAHANiiABSTRAKiiiKATA PENGANTARivDAFTAR ISI viDAFTAR GAMBARdan TABEL ixBAB IPENDAHULUAN 11.1 Latar Belakang11.2 Perumusan Masalah21.3 Pembatasan Masalah21.4 Tujuan Dan Manfaat21.5 Metodologi Penelitian21.6 Sistematika Penulisan3BAB IIDASAR TEORI 52.1Buck Konverter52.2 Kontroler 62.2.1Kontrol Proporsional72.2.2Kontrol Integral92.3 MOSFET 11Perpustakaan Unika vii2.4Pembentuk Gelombang Segitiga132.5Opto Coupler Tlp 250142.6Penguat Operasional152.6.1OP AMP Sebagai Penguat Inverting162.6.2OP AMP Sebagai Komparator17BAB III PERANCANGAN DC-DC KONVERTER TERKENDALIARUS DENGAN VIRTUAL LC 193.1Rangkaian Daya203.2Diagram block rangkaian223.3Perancangan233.4PWM(Pulse width modulation) 283.5Pembangkit gelombang segitiga303.6Rangkaian Dc offset313.7Penguat segitiga313.8Pembangkit gelombang kotak pewaktu 555323.9Rangkaian driver333.10Sistem kendali close loop353.10.1rangkaian error amplifier353.10.2rangkaian propotional integral363.11rangkaian Virtual LC37Perpustakaan Unika viiiBAB IV Hasil Pengujian dan Analisa 384.1Simulasi DC DC konverter384.2Pengujian sinyal carrier404.3Pengujian sinyal referensi424.4Pengujian arus aktual tanpa virtual LC dan denganVirtual LC 434.5Pengujian sinyal tegangan keluaran tanpa Virtual LCDan dengan Virtual LC 454.6Perbandingan dengan Tugas Akhir Milik Denny46BAB VKESIMPULAN dan SARAN 485.1 Kesimpulan485.2 Saran48DAFTAR PUSTAKA 49Perpustakaan Unika ixDAFTAR GAMBAR dan TABELGambar 2.1Rangkaian Buck Konverter dan Time Operasinya5Gambar 2.2Rangkaian kontrol Propotional dan Diagram Blocknya7Gambar 2.3Rangkaian Kontrol Integral dan Diagram Blocknya9Gambar 2.4Mosfet tipe Deplesi Kanal N dan P12Gambar 2.5Mosfet Tipe Enchancement Kanal N dan P13Gambar 2.6Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga14Gambar 2.7Konstruksi opto Coupler TLP 25015Gambar 2.8Penguat Pembalik(Inverting) 16Gambar 2.9OP-Amp Sebagai Komparator17Gambar 3.1Diagram block virtual LC pada perancangan milik Denny19Gambar 3.2Rangkaian Daya Dc-Dc Konverter20Gambar 3.3Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi21Gambar 3.4Block Diagram Rangkaian tanpa Virtual LC22Gambar 3.5Block Diagram Rangkaian dengan Virtual LC23Gambar 3.6Topologi Dc-Dc Konverter tanpa penambahan LC23Gambar 3.7Diagram Block Dc-Dc Konverter tanpa Virtual LC23Gambar 3.8Hasil Simulasi tanpa Virtual LC24Gambar 3.9Topologi Dc-Dc Konverter dengan Beban LC real25Gambar 3.10Diagran Block Dc-Dc Konverter dengan Beban Lc real25Gambar 3.11Hasil Simulasi dengan Beban LC real26Gambar 3.12Diagram Block Dc-Dc Konverter dengan Virtual LC26Perpustakaan Unika xGambar 3.13Hasil simulasi dengan virtual LC27Gambar 3.14Rangkaian Penghasil Pulsa PWM28Gambar 3.15PWM(Pulse width Modulation)29Gambar 3.16Pembangkit Gelombang Segitiga30Gambar 3.17Gelombang segitiga dari XR-220631Gambar 3.18Rangkaian Dc offset31Gambar 3.19Penguat Gelombang Segitiga31Gambar 3.20Skematik rangkaian pembangkit Gelombang kotak32Gambar 3.21Opto Coupler TLP 25033Gambar 3.22Rangkaian Driver34Gambar 3.23Sistem Kendali PI35Gambar 3.24Rangkaian Kendali PI36Gambar 3.25Virtual LC37Gambar 4.1Simulasi Arus Aktual tanpa Penambahan LC39Gambar 4.2Simulasi Arus Aktual dengan Penambahan LC39Gambar 4.3Pengukuran Gelombang Segitiga XR-220640Gambar 4.4Dc Offset Gelombang Segitiga41Gambar 4.5Penguatan Gelombang Segitiga42Gambar 4.6Pengujian Sinyal Referensi Pada Frekuensi 147,9 HzDan 248 Hz 42Gambar 4.7Pengujian Sinyal Aktual tanpa Virtual LC dan denganVirtual LC 43Perpustakaan Unika xiGambar 4.8Pengujian Sinyal Aktual pada frekuensi 598 Hz tanpaVirtual LC dan dengan Virtual LC44Gambar 4.9Pengujian pada sinyal Tegangan Keluaran tanpaVirtual LC dan dengan Virtual LC45Gambar 4.10Pengujian sinyal Tegangan Keluaran pada Frekuensi598 Hz tanpa Virtual LC dan dengan Virtual LC46Gambar 4.11Tanpa Iact tanpa Virtual LC (a)milik Denny[3] dan(b)pada tugas akhir ini46Gambar 4.12Dengan Virtual LC (a)milik Denny[3] dan (b)pd tugas akhir ini47Tabel4.1Pemakaian Komponen Pengujian38Perpustakaan Unika 1BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPadabanyakaplikasiindustridiperlukansuatualatuntukmengubahsumberteganganDCtetapuntukmenjadisumberteganganDCyangbersifatvariable.Chopper mengubahsecaralangsungdaridcbiasakedalambentukdcyanglainhalinidisebutdc-dckonverter,menurutjenisnyaada2yaitu:untukmenaikkan dan menurunkan sumber tegangan dc.[1]Dc-Dckonverterkendaliarusmenjadisalahsatuteknologijenisdarikonverteryangmampuuntukmenghasilkantegangankeluarandenganstabildanmudah dikontrol.TugasakhirinidirancangdaripengembangantugasakhirsebelumnyamilikDennyAndriantoyaituDc-DckonverterdenganmetodepenambahanLCpadasisikontrol.TugasakhirDc-DckonverterterkendaliarusdenganmenggunakankontrollerProporsionalIntegraldanmetodevirtualLC,didasarikarena pada sumber arus Dc membutuhkan riak frekuensi yang sangat rendah ataukecil.Untukmendapatkeluarandenganriakfrekuensiyangrendahdibutuhkanpenggunaan pasif filter,kendalanya adalah penggunaan pasif filter ini sangat mahalbiayanya,olehkarenaitudigunakanmetodevirtualLCataupenambahanbebanLCpadasisikontroluntukmengurangiriakfrekuensidanmembuatgelombangkeluaranmenjadilebihbaik[5].DandenganpenggunaankontrolPIdiharapkanhasil keluarannya menjadi lebih stabil serta mudah dikontrol.Perpustakaan Unika 21.2 Perumusan MasalahPada perancangan tugas akhir ini hanya dibahas perancangan Dc-Dckonverter kendali arus dengan kontrol PI satu fasa dan penambahan L dan C padasisi kontrol (Virtual LC).1.3 Pembatasan masalahDalam perancangan Chopper satu fasa ini hanya dibatasi pada hasilkeluaranyangdapatdikontroldenganbebanresistorpadarangkaiandaya,sertapenambahan L dan C pada rangkaian Kontrol (Virtual LC).1.4 Tujuan dan ManfaatTujuan pembuatan tugas akhir ini untuk mengetahui parameter padaperancangan Dc-Dc konverter terkendali arus dengan kontrol PI dan Virtual LC.Manfaatyangdiperolehdaripembuatantugasakhiriniadalahpenulislebihmemahamitentangchopper dandiharapbisamengimplementasikandalam kehidupan.1.5 Metodologi PenelitianMetodeyangdigunakanuntukpembuatantugasakhiriniyaitumerancang dan membuat analisa tentang alat tersebut, adapun tahap- tahapnyaadalah sebagai berikut:Perpustakaan Unika 3v Tahap1,mengkajisuatuteori-teoriyangmendukunguntukdapatterealisasinyasistemtersebutsehinggadapatdigunakansebagaidasaruntuk acuan dalam perancangan sistem.v Tahap2,membuatsimulasidenganbantuansoftwarepowersimulator,kemudian mengadakansuatu pengamatan-pengamatan akankinerjadarirancangan dalam bentuk simulasi.v Tahap3,membuatrancangansistemsecarablokdanmengujisetiapbloknya,kemudianmenggabungkannyasebagaisuatusystemyangmenyeluruh.v Tahap 4, melakukan analisis setiap bloknya dan membandingkan denganhasil yang telah disimulasikan.v Tahap5,membuatsuatukesimpulantentangsuataalatyangtelahdirancang.1.6 Sistematika PenulisanPada penulisanTugasAkhirini dibuatsistematikapenulisanlaporansebagai berikut :BAB I: PENDAHULUANBerisitentanglatarbelakang,perumusanmasalah,pembatasanmasalah,tujuandanmanfaat,metodologipenelitiansertasistematika penulisan.Perpustakaan Unika 4BAB II: DASAR TEORIBerisitentangdasardasarteoriyangmendukungdalampembuatanTugasAkhir,antaralainbuckkonverter,pembentukgelombangsegitiga,kontroller,OperasionalAmplifirer,mosfetdan driver mosfet ( TLP 250 ).BAB III: PERANCANGAN ALATBerisitentangrangkaiandayaDCDCkonverter,perancangan,PulseWidthModulation(PWM),rangkaianpembangkitsegitiga,pembangkitgelombangkotak,rangkaiandriver, sistem kendali close loop, penambahan LC di sisi kontrol.BAB IV: ANALISABerisitentangsimulasirangkaiandenganmenggunakanprogamPSIM,pengujianDCDCkonvertertanpapenambahanLCmaupun dengan menggunakan penambahan LC di sisi kontrol.BAB V: KESIMPULAN DAN SARANBerisikantentangkesimpulandaridasarteorimaupundarihasilanalisa, dan saran saran yang dibutuhkan.Perpustakaan Unika 5BAB IIDASAR TEORI2.1.Buck KonverterBuckkonverterataudisebutjuga stepdownchopperadalahsebuahrangkaiandc-dckonverteryangteganganoutputnyalebihrendahdariteganganinputnya. Adapun rangkaian sederhana dari buck konverter dan timeoperationnyasbb:oisVoVHVRVs1t1t2t2toV(a) (b)Gambar 2.1 (a)buck konverter dan (b) time operationPrinsipoperasibuckinidapatdijelaskanketikasaklartertutupselama waktu ,tegangan masukanmuncul melewati beban.Jika saklar tetap offselamawaktuteganganyg melewatibeban menjadi0.Bentuk gelombang untuktegangankeluarandanarusbebanditunjukkanpadagambar2.1b.implementasisaklar dapat digunakan BJT,MOSFET,IGBT,GTO.[1]Teganganrata-rata sebesar:..............................................(2.1)Perpustakaan Unika 6Arus rata-rata sebesar:..............................................(2.2)Dimana:T= periode chopperk== duty cycle dari chopperf= frekuensi dari chopperNilai rms dari tegangan keluaran:..............................................(2.3)2.2.KontrolerDalamperancangansistemkontrol,yangpertamaharusdilakukanadalahmendefinisikanstruktursistemsecaratepat.Perencanaaninibiasanyadilakukanuntuk mencari: Ketelitian (accuracy) Kecepatan memberi tanggapan (speed of response) Lonjakan yang diinginkan Setting time KestabilanPerpustakaan Unika 7Sebuah sistemkontrol menjadistabilkarenaadanyaperbaikan respon,olehkarenaitudigunakanalat-alatkontrolseperti Propotional(P),Integral(I)atauDifferential(D). Perbaikansistemkontroldilakukandenganduacarayaitumenggunakan kontroller dan teknik kompensasi.2.2.1. Kontrol proporsionalKontrolinipadadasarnyaadalahpengaturbiasa.Ciridarikontroliniadalahtidakdapatmenghilangkanselisihantaranilaireferensidankeluaran sistemhingga nol.Secara teori selisih bisabernilai nol bila kitagunakankontrolproporsionaldengannisbahpindah=m,yangpadapraktek tidak dapat tercapai.(a)(b)Gambar 2.2 (a)Rangkaian kontrol proportional dan (b) diagram blocknyaDari gambar diatas :KPs Vis Vo=) () (.....................................................(2.4)) () (s Vis VoAV =.............................(2.5)Perpustakaan Unika 8KarenapadarangkaiankontrolpropotionalinimenggunakanpenguatanOP-AMP jenis inverting maka didapat:RiRfAV =.............................(2.6)AV disubstitusikan terhadap) () (s Vis Vo:RiRfs Vis Vo =) () (.............................(2.7)) () (s Vis Vo disubsitusikan terhadap KP:RiRfKP = .........(2.8)Hubunganantarakeluarankontrolerm(t)dansinyalkesalahanpenggerak e(t) adalah sebesar :( ) t e K mp t. = .(2.9)DimanapKadalah Konstanta kesebandingan dari kontrolpropotional.Apapun wujud mekanisme yang sebenarnya dan apapunbentuk daya penggeraknya, kontroler proporsional pada dasarnyamerupakan penguat dengan penguatan yang dapat diatur.Perpustakaan Unika 92.2.2. Kontrol integralBerbedadengankontrolproporsional,kontrolintegratordapatmenghilangkanselisihantaranilaireferensidankeluaransistemhingganol.(a)(b)Gambar 2.3 (a) Rangkaian kontrol integral dan (b) diagram blocknyaDari gambar diatas :KIs Vis Vo=) () ((2.10)) () (s Vis VoAV =(2.11)KarenapadarangkaiankontrolintegratorinimenggunakanpenguatanOP-AMP jenis inverting maka didapat:RiCsAV1 =(2.12)Cs RiAV =1(2.13)Perpustakaan Unika 10AV disubstitusikan terhadap) () (s Vis Vo:Cs Ri s Vis Vo =1) () ((2.14)) () (s Vis Vo disubsitusikan terhadap KI:Cs RiKI =1(2.15)Pada kontrol dengan aksi kontrolintegral,hargakeluarankontrolerm(t)diubahdenganlajuyangsebandingdengansinyalkesalahanpenggerak e(t).( )dt t e K mti t=0............................................(2.16)Dimana :Cs RiKI =1............................................(2.17)Jika harga e(t) didua kalikan, maka harga m(t) berubah denganlaju perubahan menjadi dua kali semula. Jika kesalahan penggerak nol,maka harga m(t) tetap stasioner.Perpustakaan Unika 112.3 MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET )MetalOxideSemiconductorFETatauMOSFETadalahsuatukomponenyangdikendalikanolehtegangandanmemerlukanarusmasukanyangkecil.MOSFETmemilikikecepatanswitchingsangattinggidanwaktuswitchingmemiliki orde nanodetik. MOSFET memiliki dua tipe : MOSFET deplesi.a. Kanal-nb. Kanal-p MOSFET tipe enhancement.a. Kanal-nb. Kanal-pMOSFETtipe deplesi kanal-n dibentukdari substratsilicon tipe-p, denganduasiliconyangdidoping+n denganberatagarmemilikiresistansihubunganyangrendah.Gerbangdiisolasi darikanaldenganlapisan tipisoksida.MOSFETmemilikitigaterminalyangdisebutgerbang,drain,sumber.Substratbiasanyadihubungkan dengan sumber.TegangangerbangkesumberGSV dapatbernilaipositifataupunnegative.JikaGSVbernilai negative banyak elektron dari daerah kanal n akan tersingkir dansuatudaerahdeplesiakanterbentukdibawahlapisanoksidayangmenghasilkankanalelektronyanglebihlebardanresistansiyangtinggidaridrainkesumber(DSR ).JikaGSV dibuatcukupnegative,kanalakanterdiplesipenuh,yangmenghasilkanDSR yangtinggidantidakakanadaarusmengalirdaridrainkesumber (DSI= 0 ). NilaiGSVketika hal ini terjadi disebut tegangan pinch-off. JikaPerpustakaan Unika 12GSV dibuatpositifkanalmenjadilebihlebardanDSI akanmeningkatkarenareduksidariDSR .UntukMOSFETtipedeplesikanal-ppolaritasDSR ,DSI ,GSVakan terbalik.+n+nnDRDDVDIGSVCRGSVDDV(a)+ppDRDDVDIGSVCRGSVDDV+p(b)Gambar 2.4MOSFET tipe deplesi (a)kanal N dan(b) kanal PMOSFETtipeenhancementtidakmemilikikanalnfisik,sepertipadagambardibawahini.JikaGSV positifpadasuatuharga,teganganinduksiakanmenarik elektron dari substrat p dan mengumpulkannya pada permukaan dibawahlapisan oksidasi. JikaGSVlebih besar atau sama dengan nilai yang dikenal denganteganganthreshold,makajumlahelektronyangterakumulasiakancukupuntukPerpustakaan Unika 13membentuk kanalnvirtualdan arus mengalirdaridrain kesumber.PolaritasdariDSR ,DSI ,GSVakan terbalik pada MOSFET tipe enhancement+n DRDDVD IGS VCRGSVDD V+n(a)+pDRDDVD IGS VCRGSVDD V+p(b)Gambar 2.5MOSFET tipe enhancement (a) kanal N (b) kanal P2.4 Pembentuk Gelombang SegitigaICXR-2206adalah sebuah sebuah ICyangdibangun darirangkaianterintegrasimonolit,ICXR-2206inimampumembangkitkanbentukgelombangsinus,segiempat,segitiga,lerengandandenyutyangberkualitastinggi dalam hal kemantapan dan kecermatannya. Gambar rangkaian XR-2206pembentuk gelombang segitiga dapat dilihat pada gambar 2.6Perpustakaan Unika 14Gambar 2.6Rangkaian pembangkit Gelombang segitigaBentukgelombangkeluaranyadapatdimodulasiamplitudeataufrekuensinyaoleh suatutegangan ekstern.Frekuensikerjaberkisarantara0,01Hz sampai 1 MHz.Frekuensi osilasi,0f , ditentukan dengankapasitor pewaktueksternalC,yangmenghubungkanpin5dan6.DandengankapasitorpewaktuRdihubungkan ke pin 7. Frekuensi diberikan sebagai :HzRCf10 = ................................(2.18)2.5 Opto Coupler TLP 250ICini merupakansalahsatudriver padarangkaiandayayangsecarakhususdirancanguntukpenggunaansaklardayajenisIGBT(Isolated-GateBipolarTransistor)danjugasangatbaikuntukpenggerakgatesaklardayaMOSFET.Kontruksi TLP250terdiridarisebuahdioda ledsebagaipengkodeinformasisinyalmasukkandarirangkaiankontroldanpadabagiankeluaranPerpustakaan Unika 15yang terhubung dengan rangkaian daya terdiri dari kombinasi 2 buah transistorNPNsebagaijalanmasukarussumbermenujurangkaiandayadantransistorPNPsebagaipembuangmuatandarirangkaiandayamenujuground.DengankontruksiiniakanmenjadikanTLP250sabagaidriverrangkaiandayayangsimplekarenamenghematbeberapakombinasirangkaianluarlainnyadansangataplikatifuntukkebutuhanpenggeraksaklardayabaikMOSFETmaupun jenis IGBT.Gambar 2. 7Kontruksi Opto Coupler TLP 2502.6.Penguat Operasi (Op- Amp)Op-Amp ideal memiliki karakteristik - karakteristik sebagai berikut: Hambatan masukan Ri = Hambatan keluaran Ro = 0 Bati tegangan Av = - PenguatOp-ampmemilikiduatahapbentukpenguatoperasionaldasaryaitu: Inverting Op-amp dan Non inverting OPAmp.Perpustakaan Unika 162.6.1. Op Amp sebagai Penguat Membalik ( Inverting )Sebuahpenguatmenerimaarusatautegangankecilpadamasukannyadanmembangkitkanarusatauteganganyanglebihbesarkeluarannya.PadadasarnyapenguatOp-Ampmemilikipenguat(gain)yangrelatiflinearkeluarannyadikendalikansebagaifungsidaripadamasukan.Penguatmembalik Op-Ampdasardiperlihatkan dalamgambarsebagai berikut:Gambar 2.8Penguat Membalik (Inverting)RiRfs Vis Vo =) () ((2.19)RiRfKP =...........................................(2.20)PenguatOp-Ampdapatdikendalikanolehjaringanpembagiresistifluardalammoduslooptertutup.Penyusunanlooptertutupdemikianinidisebutumpanbaliknegatif(degeneratif)tegangandenganfasayangberlawananpadakeluarandibalikkanlagipadamasukanmembaliksehinggacenderungmelawanteganganmasukanaslinya.Teganganumpanbalikamatmengurangipengaruhteganganmasukandantetapmempertahankanmasukanmembalikdekatdengan0V.TentuPerpustakaan Unika 17sajateganganumpanbaliktidakbegitusajadapatmenghapuskanteganganmasukan,karenaituberartimenghilangkanumpanbalikitusendiri. Penguatan tegangan rangkaian ditentukan menurut :Av = Vout / Vin ............................................(2.21)Sementarafaktorpenguatandalammoduslooptertutupuntukpenguatan membalik dinyatakan dalam :Av = - Rf / Ri............................................(2.22)Tegangankeluarandiperolehdenganjalanmenghubungkantegangan masukan yang diketahui dengan faktor penguat sebagai berikut:Vout = - ( Av . Vin )............................................(2.23)Vout= - ( Rf / Ri ) Vin............................................(2.24)Tandaminusdiabaikandalamperhitungandanhanyamenunjukkan bahwa keluaran berlawanan fasa terhadap masukannya.2.6.2. Op Amp sebagai komparatorGambar 2.9Op Amp sebagai KomparatorRangkaian ini membandingkan suatu tegangan yang tidakdiketahui terhadap sebuah tegangan referensi dan menunjukkan yangmana dari kedua tegangan tersebut yang lebih besar.Perpustakaan Unika 18Komparator tidak digunakan untuk membentuk suatu sinyalataupun mengubah output suatu sinyal yang dilewatkan. Komparatordigunakan untuk membandingkan suatu nilai tegangan masukan V1dengan nilai tegangan masukan V2. dengan karakteristik sebagai berikut:V1 > V2Vo = - VccV1 < V2Vo = + VccV1 = V2Vo = 0Perpustakaan Unika 19BAB IIIPERANCANGAN DC DC KONVERTER TERKENDALI ARUS DENGANVIRTUAL LCPerancangantugasakhirinipengembangandari tugasakhirsebelumnyadengan mengubah konfigurasi sistem diagram block pada metode virtual LC nya.Gambar 3.1 diagram block virtual LC pada perancangan milik Denny[3]Chopperbanyakdigunakkan padapenyedia dayaarusDC teregulasi danpengaturkecepatanmotorDC.Jikadilihatdariarusygterjadipadainduktor,choppermempunyai2daerahoperasiyaitukonduksiarus continuedandiscontinue dimanaterdapatsyaratbatasyg terdapatdiantara2keadaankonduksiarusygdisebuatkonduksiaruskritis,sehinggachopperdankendalinyaharusdirancang untuk daerah operasi tersebut.[2]SalahsatucarauntukmenghasilkanteganganDCterkendalidariteganganDCmurnisebagaimasukanadalahdenganmetodevirtualLC.Topologidari DC DC converter dengan menggunakan Virtual LC merupakan suatu skemarangkaianelektronikadayayang mengimplementasikan susunansaklarelektroniksecaraseridenganwaktukonduksitiapsaklaryangberbeda.VirtualLCpadaPerpustakaan Unika 20rangkaian kontrollernya diharapkan dapat mengurangi riak tegangan outputnya danmendapat keluaran yang lebih baik dari chopper tanpa virtual LC.Sistem kontrol untuk mengendalikan saklar-saklar daya DC-DCconverter menggunakan metode kendali close loop.Dengan sistem close loop initegangan keluaran rangkaian daya digunakan sebagai masukan error dibandingkandengan gelombang kotak sebagai referensinya. Pemilihan sistem kendali close loopini didasarkan pada pertimbangan kestabilan sistem gelombang yang dihasilkanoleh metode ini. Komparasi sinyal output control dengan sinyal carier inilah yangdigunakan sebagai penggerak saklar daya converter, atau yang sering disebutdengan PWM ( Pulse Width Modulation ). PadababiniakandibahasmengenaiperancanganrangkaianDCDCkonverterdenganpenambahanLCdisisikontrol,yangberisirangkaiandaya,diagramblokrangkaian,perancangan,PWM( PulseWidthModulation),rangkaianpembangkitgelombangsegitiga,rangkaianpembangkitgelombangkotak, rangkaian driver, rangkaian kontrol, rangkaian dc offset, rangkaian penguatdan penambahan beban LC.3.1. Rangkaian DayaGambar 3.2 Rangkaian daya DCDC converterPerpustakaan Unika 21PadagambardiatasdapatkitalihatbahwaMOSFETpadarangkaiantersebutberfungsisebagaisaklar.Olehkarenaituprinsipkerjadarirangkaianinidapatkitabagimenjadiduabuahmodesesuaidenganwaktuondanwaktuoffsaklar MOSFET tersebut. Saat MOSFET 1 on selama1t dan MOSFET 2 offmakainduktorL akan menyimpan energi,sehinggaarus pada induktorL tersebutnaik.SaatMOSFET1offdanMOSFET2onselama2t energiyangtersimpanpadainduktor L akan di pindahkan ke beban sehingga arus akan jatuh. Waktu pengisiandanpembuanganenergipadainduktorLdipengaruhiolehdutycycleswitchingsaklar MOSFET.Rangkaian ekivalen untuk mode operasi ditunjukkan pada gambar 3.3.Mode 1Mode 2Gambar 3.3 Rangkaian Ekivalen untuk Transfer EnergiArus inductor untuk mode 1 diberikan sebagai berikut:tILtI IL Vo Vs== 11 2Vo VsILt= 1Dengan I1 adalah arus mula untuk mode 1. selama mode 1, arus harusmeningkat dan kondisi yang penting adalah:Perpustakaan Unika 220 0 = >stV untukdtdiArus untuk mode 2 diberikan sebagai berikut :2 t IL Vo = VsILt= 2Dengan I2 adalah arus mula untuk mode 2. Untuk sistem yang stabil, arusharus turun.[3]3.2. Diagram Block Rangkaian Dibawah ini merupakan blok diagram rangkaian tanpa virtual LCdimana sistem berjalan dari sumber dc ke rangkaian daya lalu kekontroller,closeloop terjadi pada kontroller.Gambar 3.4 Block Diagaran Rangkaian tanpa Virtual LC Dibawah ini merupakan blok diagram rangkaian dengan virtual LCdimana sistem berjalan dari sumber dc ke rangkaian daya lalu kekontroller,closeloop terjadi pada controller dan pada kontroller ditambahkan Virtual LC.Perpustakaan Unika 23Gambar 3.5 Block Diagram Rangkaian dengan Virtual LC3.3.Perancangan Gambar 3.6TopologiDcDc Konverter tanpa penambahan LCDari topologi diatas dapat digambarkan dalam bentuk diagram blok, seperti padagambar dibawah ini.Gambar 3.7 Diagram blok DC - DC Konverter tanpaVirtual LCPerpustakaan Unika 24HasilsimulasiDCDCkonvertertanpamenggunakanvirtualLCdenganmenggunakan power simulator dapat dilihat pada gambar dibawah ini.Gambar 3.8Hasil simulasi tanpa Virtual LCFungsi alih dari diagram blok diatas adalah:Tahap I: anggap D (s) = 0PIK R sLPIKs Irefs Io+ +=) () (...(3.1)4 2 3410 11 10 510) () (+ + +=s sss Irefs IoTahap II: anggap Iref (s) = 0PIK R sL s Ds Io+ +=1) () (......(3.2)4 2 310 11 10 5 ) () (+ + =s sss Ds IoDari persamaan 3.1 dan 3.2 jika kita jumlahkan akan didapatkan :) (1) ( ) ( s DPIK R sLs IrefPIK R sLPIKs Io+ +++ += ....(3.3)) (10 11 10 5) (10 11 10 510) (4 2 3 4 2 34s Ds sss Irefs sss Io+ + ++ + += Perpustakaan Unika 25DarihasilsimulasiDCDCconvertertanpavirtualLCdiatasternyatariak yang dihasilkan masih terlalutinggi,sehingga dilakukan simulasi lagi denganmenggunakanbebantambahanLdanCyangdiletakkanpadabeban,untuklebihjelasnya kita lihat gambar dibawah ini.Gambar 3.9 TopologiDcDc Konverter dengan bebanLCrealDari topologi diatas dapat digambarkan dalam bentuk diagram blok, seperti padagambar dibawah ini.Gambar 3.10 Diagram blok DC - DC Konverter dengan bebanLCrealHasilsimulasiDCDCkonverterdenganmenggunakanbebanLCdenganmenggunakan power simulator dapat dilihat pada gambar dibawah ini.Perpustakaan Unika 26Gambar 3.11Hasil simulasi dengan beban LC realPada diagram blok diatas Z(s) adalah Virtual LC.1) (2+=v vvC L ssLs Z ,dimana : Lv = 5 mHCv = 10 nF1 10 510 5) (2 113+ =s ss ZDaridiagramblokdiatasdimodifikasilagiuntukmendapatkanoutputyangdiinginkan,yaitudenganmemasukkanbebanLdanCkedalamkontroller,yangdisebutdenganvirtualLC,yangdiharapkandapatmenekanriakaruskeluaran.DaridiagramblokDCDCconverterdenganmenggunakanfilterLCpada dapat dimodifikasikan seperti pada diagram blok dibawah ini.R sL +1) () (2s Z R sLI P s Z+ +( ) s I( ) s IL) (s DI P1Gambar 3.12 Diagram blok DC - DC Konverter denganvirtual LCPerpustakaan Unika 27HasilsimulasiDCDCkonverterdenganmenggunakanVirtualLCdenganmenggunakan power simulator dapat dilihat pada gambar dibawah ini.Gambar 3.13 Hasil simulasi dengan penambahan LC di sisi kontrol(virtual LC)Dari hasil simulasiyang didapatkan terbukti bahwa dengan menggunakanmetodeVirtualLCdisisikontrolriakaruskeluaran dariDCDCconverterdapatlebihbaik.Fungsi alih dari blok diagram diatas adalah:Tahap I: anggap D (s) = 0)] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [(()] ) ( ( ))) ( ( [() () (2 12 1K I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLK I P s Z s Z R sL IK Ps Irefs Io + + + + + + + += (3.4)s s s s ss s s ss Irefs Io290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 390 10 995 , 39 10 30 10 25) () (2 3 3 6 4 14 5 175 2 3 3 10 4 14+ + + + + + = Tahap II: anggap Iref (s) = 0)] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [((1) () (2 1K I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sL s Ds Io + + + + + += ...(3.5)s s s s ss ss Ds Io290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 5) () (2 3 3 6 4 14 5 173 11+ + + + + = Perpustakaan Unika 28Dari persamaan 3.4 dan 3.5 jika kita jumlahkan akan didapatkan :) ()] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [((1) ()] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [(()] ) ( ( ))) ( ( [() (2 12 12 1s DK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLs refK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLK I P s Z s Z R sL IK Ps Io + + + + + ++ + + + + + + + +=) (290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 5) (290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 390 10 995 , 39 10 30 10 25) (2 3 3 6 4 14 5 173 112 3 3 6 4 14 5 175 2 3 3 10 4 14s Ds s s s ss ss Irefs s s s ss s s ss Io+ + + + + ++ + + + + + = ......(3.6)3.4.PWM (Pulse Width Modulation)PulsayangdihasilkanolehteknikPWMininantinyaakandijadikaninputanpadagatesaklarmosfet,sehinggaMOSFETdapatberkerjapadaduakeadaan, yaitu pada saat konduksi (on) dan tidak konduksi (off).PadatugasakhiriniteknikyangdigunakanuntukmenghasilkanpulsaPWMadalahdengancaramengkomparasikangelombangsegitigadengantegangankeluarandaricontrol.AdapunrangkaianpenghasilpulsaPWMdapatkita lihat pada gambar 3.14. dibawah ini :Gambar 3.14 Rangkaian Penghasil Pulsa PWMPadagambarberikutmenunjukkanPWMyangdibentukdariperbandingan antara gelombang segitiga dan output dari control, perpotongan darigelombangsegitigadanoutputcontroltersebutakanmempunyainilaiduty cycletertentu, yangditunjukkan seperti pada Gambar 3.15.Perpustakaan Unika 29Gambar 3.15Pulse width ModulationDutycycleadalahperbandinganantarawaktukonduksidibagidengantotal waktu antara kondisi konduksi dan tidak konduksidikalikan seratus persen:Dariduty cycletersebut nantinya akan dipakai untuk memberikan waktukonduksi dan tidak konduksinyakomponen semikonduktor.Duty cycledihasilkandengan cara merubah amplitudo gelombang segitiga referensi.DidalamteknikPWM,pulsapenyalaanyangmengontrolkeadaanONdan OFF saklar dihasilkan dari perbandingan gelombang carrier dengan gelombangcontrolsepertipadagambardiatas.AdapunprinsipkerjadariPWMadalahjikanilaisesaatgelombangcontrollebihkecildarinilaisesaatgelombangsegitiga,makasaklarakanmenutup(ON)dansebaliknyaapabilanilaisesaatgelombangcontrol lebih besar dari nilai sesaat gelombang segitiga maka saklar akan membuka(Off).% 100 xt ttCycle Dutyoff onon+=Perpustakaan Unika 303.5.Pembangkit gelombang SegitigaSebagaipembangkitgelombangsegitigadiimplementasikandenganICXR-2206.Secara umum XR-2206 adalah sebuah IC yang dibangun dari rangkaianterintegrasimonolityangmampumembangkitkanbentukgelombangsinus,segitiga, kotak, lerengan dan denyut yang berkualitas tinggi.Keistimewaan XR-2206 bentuk gelombang keluarannya dapat dimodulasibaikamplitudomaupunfrekuensinyaolehteganganekstern.Rangkaianmonolitterdiridariempatblokfungsiyaitusebuahosilatorterkemuditegangan,sebuahpenggandaanalogdanpembangkitbentuk,sebuahpenguatpenyanggadenganpenguatan satu dan seperangkat saklar-saklar arus.Gambar 3.16pembangkit gelombang segitigaGelombangsegitigayangdihasilkandariICXR-2206inimerupakangelombangsegitigaDC(beradadiatassumbunol)yangfrekuensinyadapatdikendalikandenganmerubahnilaidarikapasitorCpadapin5dan6danatautahanan R pada kaki 7.Persamaan frekuensinya dinyatakan dengan :RCf1=Perpustakaan Unika 31tAmplitudeGambar 3. 17 Gelombang segitiga dari XR-22063.6.Rangkaian dc offsetKeluaran dari XR-2206 berada diatas sumbu nol, untuk itulah perlu diberirangkaian dc offset agar dapat diatur posisi dari gelombang segitiga tersebut sesuaikebutuhan. Rangkaian dc offset dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Nilai offsetdapat kita atur melalui variable resistor.Gambar 3.18 Rangkaian dc offset3.7.Penguat segitigaRangkaian penguat terdiri dari satu buah op amp yang digunakan sebagaipenguat pembalik. Op amp ini mendapatkan inputan dari keluaran generator fungsiberupagelombangsegitiga.Penguataninidapatdiatursesuaidengankebutuhandengan mengatur nilai variable resistor yang ada.Gambar 3.19Penguat Gelombang SegitigaPerpustakaan Unika 32Nilaipenguatandaripenguat invertingdapatdihitungdenganmenggunakan rumus:EiRiRfEo =3.8.Pembangkit Gelombang kotak Pewaktu 555RangkaianpembentukgelombangkotakinimenggunakanprinsipkerjadariIC555yangdikondisikansebagaimultivibratorastabilsehinggamenghasilkan gelombang kotak yang bisa diatur frekuensi dan duty cyclenya.555VR1 50kVR2 50kCVCC8 473621OutGambar 3.20 Skematik rangkaian pembangit gelombang kotakBerdasarprinsipkerjapewaktu555sebagairangkaianastabilmultivibrator maka akan menghasilkan dua kondisi periode waktu yaitu pada saat ttinggi(ton)danpadasaattrendah(toff)Masing-masingperiodepembentukfrekuensitersebutditentukanolehpengaturanVR1danVR2yangteringrasiterhadapkapasitorC.padamasing-masingperiodetersebutdinyatakandalamsuatu persamaan :ttinggi =0,695 (R1+R2) CPerpustakaan Unika 33Kondisiiniditentukanolehpengisiankapasitor CyangmengisimelaluiR1 + R2,selama selang waktu pengisian C dari 1/3 VCC sampai 2/3 VCC.Dan padasaat VCberadatepatdiatas VUT=2/3 VCCkapasitor C jenuhsehinggamengalamipengosonganselamaselangwaktudari2/3 VCCsampai1/3 VCC.sehinggamelahirkan persamaan:trendah =0,695 R2 CDari persamaan diatas didapat perioda osilasi total T adalahT = ttinggi+ trendah =0,695 (R1+2R2) C sedangkanT= 1/f dan f =1/T.3.9.Rangkaian DriverRangkaian driver merupakansuaturangkaianyangberfungsimemindahkansinyalgelombangdarirangkaiankontroluntukmenjalankanrangkaian daya. Rangkaian driveryangdigunakan diimplementasikandengan ICTLP 250 yang merupakan IC optocoupler seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21.Gambar 3.21optocoupler TLP 250PadaOptocouplersisimasukan(kaki-2)dihubungkandengantahanan(pembatas arus yang melewati LED) menuju keluaran rangkaian kontrol sedangkanPerpustakaan Unika 34kaki 3 dihubungkan ke tegangan nol (common ground).Pada sisi keluaran, kaki 8dihubungkan ke tegangan +15V, kaki 5 dihubungkan ke sisi negatif rangkaian dayadankaki6atau7 di hubungkankesisigatemosfet. Optocouplerakan berfungsisebagaidrivermelaluibeberapakombinasirangkaiansepertiditunjukkanpadaGambar 3.22. 5 1K 50 V 18Gambar 3.22 Rangkaian driverPadasaatpulsapicudarirangkaiankontrolkondisiONdiodaledoptocouplerteraliriarus,ledmemberikansinyalpenyinaran(secaraoptik)padabasis phototransistorsehinggatransistorberfungsisebagaisaklaryangmenutup.Ketika transistor ini menutup terjadi aliran arus dari collector yang bertegangan 15V menuju emitoryang kemudian dibuang kesisi ground regulator daya.Pada saatpulsapicukondisiOFFarusmasukankediodaledterputus,sehinggatransistorberfungsi sebagai saklar yang membuka. Hal ini menyebabkan arus pada kolektortidakmengalirmelaluitransistormelainkanmenujusaklarsemikonduktorpadarangkaian daya. Zener 18 volt terhubung dengan gate dan source saklar dayayangbertujuan untuk memberikan kestabilan kerja saklar daya tersebut.Perpustakaan Unika 353.10. Sistem Kendali Close LoopKendali closeloopadalahsuatuteknikkendaliyangmemanfaatkanpencuplikantegangankeluaranatauarusbebanmelaluisuatusensorsebagaiparameter differensialyang diolah pada suatu sistem error dengan sinyal referensisebagai pengalinya. Dengan sistem close loop ini maka sinyalkeluaran konverterakan selalu tracking terhadap referensi yang diberikan.Pada sistem close loop adabeberapasistemkendaliyangbisadigunakan.Sedangkanpadaperancanganinimenggunakan sistem kendali PI dan virtual LC.Gambar 3. 23Sistem kendali PI3.10.1 Rangkaian Error AmplifierRangkaianiniterbentukmelaluikombinasional OpAmpyangberfungsisebagaipengolahsinyalyangdihasilkandariperbandinganpadasisisekundersensorarusrangkaiandayaataudisebutdenganarusoutput.Melaluipenggabungandengansinyalreferensiberupagelombangkotak,gelombangkeluaranrangkaian erroramplifierinisebagai pemicurangkaian penguatproporsional.Sinyal referensi sebagaimasukan non-inverting Op Amp ini diperoleh dari IC XR-2206.Perpustakaan Unika 36Sinyal erroramplifiermerupakangelombangsegitigadenganamplitudarendahkondisiinidiperbaikidenganrangkaianproporsionaldengan gain (penguatan) tegangan yang dapat diatur.3.10.2 Rangkaian Proporsional Integral (PI)Rangkaianproporsionalintegraldibentukuntukmengolahsinyalkeluaranrangkaianproporsionaldansinyalintegralnya.Sistemrangkaianyangdibangunmempunyaiskematikyangsamadenganrangkaianerroramplifier.SistemPIinidibangununtukmemberikankestabilansistemgelombangyangdihasilkanolehrangkaianproporsional.Padarangkaianproporsionalgelombangsegitigayangdihasilkanmerupakangelombangterdistorsi,sinyalinidilewatkanpadarangkaianintegratoruntukmenghilangkandistorsitersebutmelaluiprosespengisiandan pembuangankapasitornya.Denganpenggabungankedua sinyal dari proporsional dan integral tersebut maka terbentuk sinyalsegitigabaruyangmerupakankombinasikeduanyadenganmetodeperbaikan terhadap sinyal error.Gambar 3. 24 Rangkaian kendali PIPerpustakaan Unika 373.11. Rangkaian Virtual LCPenambahanLCyangdimaksudkandisiniadalahpenambahanbebanLdan C pada rangkaian kontrol, sehingga akan mengurangi riak keluarannya,karenadenganpenggunaanbebanrealakandibutuhkanbiayayangcukupbesar.Penambahan LC ini dipasangkan secara pararel.Gambar 3. 25 VirtualLCDidasari dr rumus paralel beban:2 12 1R RR RRp+=Dari gambar Virtual LC dan rumus diatas didapatkan persamaan:LC sLss Z21) (+=Perpustakaan Unika 38BAB IVHASIL PENGUJIAN DAN ANALISAPadababinimenguraikanhasil-hasilsimulasidanpengujianalatchoppersatufasaterkendaliarusdengancontrolPIdenganmembandingkanperubahankeluaran chooper sebelumpenambahanvirtualLCdansesudahpenambahanvirtual LC.4.1. Simulasi DC DC konverterSimulasimenggunakanpowersimulatordigunakansebagaireferensisinyalyangharusdicapaipadatiaptahaprangkaian,sehinggadenganmerancangsistemrangkaianyangsinyalkeluarannyasamadengansimulasiyangdiberikanmakahasilpengujiannyaakanmendekatinilaiidealnya.Simulasidilakukandenganmenggunakanparameterpendekatanterhadappemakaiankompenanrealsebagaiberikut :Tabel 4.1 Pemakaian komponen pengujianTegangan DC 15 VoltArus referensi Kotak 20 Hz /5 VInduktor beban 5 mHTahanan beban 10Induktor penambahan5 mHKapasitor penambahan10 nFSinyal Carrier Segitiga 5000Hz / 10VpPerpustakaan Unika 39Dari parameter komponen yang digunakan sistemini menghasilkan suatusimulasisebagai berikut :Gambar 4.1 Simulasi Arus aktual tanpa penambahan LCDarigambar4.1menunjukkanarusAktualyangresponwaktunyasangatlambatsehingga tidak mampu mengikuti referensi yang diberikan.Sistem yang seperti inimenjadipermasalahandalampengendalianteganganDCkeluaranrangkaianDC-DC konverter ini.Dengan simulasi juga permasalahan tersebut dapat diatasi yaitudenganmenambahkanvirtualLCpadasisikontrolsehinggamenghasilkansinyalkeluaran seperti pada gambar 4.2 berikut.Gambar 4.2 Simulasi arus aktual dengan penambahan LCPerpustakaan Unika 40KinerjapenambahanLCpadarangkaiankontrolDC-DCkonverterinimenunjukkan perbaikan respon waktu yang signifikan sehingga arus aktual mampumengikuti referensi dengan baik.Dari simulasi membuktikan dengan penambahanLC pada sisi kontrol mampu memberikan perbaikan sistem pada rangkaian DC-DCkonverter ini.4.2. Pengujian sinyal CarrierSinyal cariier berupa gelombang segitiga dihasilkan dari rangkaian XR-2206 harusdiperhatikannilaiamplitudodanfrekuensinya,halinidisebabkankarenagelombangsegitigainidigunakansebagaisinyalcarrierpadateknikPWMyangnantinya akan berpengaruh pada frekuensi duty cycle switching rangkaian dayaGambar 4.3 Pengukuran gelombang segitiga XR-2206GelombangsegitigayangdihasilkanolehrangkaianXR-2206padagambar4.3merupakangelombangsegitigaDC(beradadiatassumbunol),halini disebabkankarenaadanyateganganbiasinternyangterdapatdalamrangkaianXR-2206tersebut. Berdasarkan data sheet, terminal pewaktu pada IC iniyaitunilai RpadaPerpustakaan Unika 41(pin7)adalahtitikimpedansirendahdandibiasinternalpada+3Vdenganmengacupadateganganmasukan12voltyangterbagiduapadapin3.Halinimenyebabkan gelombang yang dibangkitkan oleh XR-2206 bergeser di atas sumbunol dengan DC offset positif 3 volt. Pengujian rangkaian dc offset gelombang segitigaGelombangsegitigayangterbentukdariXR2206adalahgelombangsegitigadc,yaituberadadiatassumbunol.Untukituperludiberirangkaiandcoffsetsupayakitadapatmengaturposisidarigelombangsegitigatersebutsesuaikebutuhandenganmengaturnilaivariableresistor.DenganDCoffsetinitidakakan merubah amplitude dari inputan awal.Gambar 4.4 DCoffset gelombang segitiga Pengujian rangkaian penguat gelombang segitigaPenguatgelombangsegitigainimempunyaifungsiyangsangatpentingyaituuntukmengaturamplitudogelombangsegitigadanpadafungsiyanglainsebagai penguat sinyal secara inverting.Perpustakaan Unika 42Gambar 4.5 Penguatan gelombang segitigaGelombangsegitagapadarangkaianpenguatgambar4.5merupakangelombangDCdiatasnol,halinidiperlukanuntukmemberikanperbandinganyangbaikterhadapteganganDCpadarangkaiankomparatorsehinggamenghasilkanpulsayangdiharapkan.Gelombangsegitigainimerupakansinyalcarrierdarimodulasipulsauntukmenghasilkangelombangkotakdarirangkaiankontrol DC-DC konverter.4.3. Pengujian sinyal refrensi(a) (b)Gambar 4.6 Pengujian sinyal Referensi (a)pada frekuensi 147,9Hz dan (b)pada frekuensi 284HzPerpustakaan Unika 43Sinyal referensi berupagelombangkotakyangdihasilkandarirangkaianpewaktu555,dialatdiujisinyalrefrensipadafrekuensi147,9Hzdan284Hzuntukmelihatresponwaktunya masih dapatdiikuti oleharusaktual.Semakin rendahfrekuensireferensitrackingarussemakinbaik,dan semakin tinggi frekuensi makatrackingarusmakinlandaidikarenakansemakintinggifrekuensimakaresponwaktusemakincepatsehinggaarusaktualtidakdapatmengikutiresponwaktudarirefrensi.4.4. Pengujian arus Aktual tanpa Virtual LC dan dengan Virtual LC(a) (b)Gambar 4.7 Pengujian pada sinyal aktual (a) tanpa Virtual LC dan (b) dengan Virtual LCDari pengujian arus aktual pada frekuensi 139,6 Hz dimana arus aktual masih bisamengikuti respon waktu dari refrensinya dan dari gambar 4.7 diatas kita bisa lihatadanya pengurangan riak arus pada sinyal arus aktual dengan virtual LC.Perpustakaan Unika 44(a) (b)Gambar 4.8 pengujian arus aktual Pd frekuensi 598Hzpada(a)tanpa Virtual LC dan (b)denganVirtual LCPada pengujian frekuensi tinggi pada refrensi dicoba menaikkan frekuensi refrensipada 589Hz, Hasilnya pada arus aktual tanpa virtual LC semakin landai dan dapatdilihattidakdapatmengikutiresponwaktudarirefrensisedangpadaarusaktualdenganVirtualLcmasihbisamengikutiresponwaktuyangdiberikanolehrefrensi.Perpustakaan Unika 454.5. PengujianSinyalTegangankeluarantanpavirtualLCdandenganVirtual LC(a)(b)Gambar 4.9 Pengujian pada sinyal Tegangan keluaran(a) tanpa Virtual LC dan (b) denganVirtual LCPada pengujian terhadapTegangan keluaran ternyata sinyal/bentuk gelombangdaritegangankeluaranmengikutibentukgelombangdariarusaktualnya,dimanapadategangankeluarandenganvirtualLCdapatkitalihatadanya perpotongan/pengurangan riak dari tegangan keluaran tanpa virtual LC.Perpustakaan Unika 46(a) (b)Gambar 4.10 pengujian Tegangan keluaran Pdfrekuensi 598Hzpada(a)tanpa Virtual LCdan (b)dengan Virtual LCPada Pengujian tegangan keluaran dengan meninggikan frekuensi pada refrensidapatkitalihatbahwasinyaltegangankeluaranmasihmengikutisinyaldariarusaktualnyadanpadafrekuensitinggipadarefrensimembuattegangankeluaran tanpavirtual LC tidak dapatmengikutirespon waktuyang diberikanolehrefrensisedangpadategangankeluarandenganvirtualLCmasihdapatmengikuti respon waktu yang diberikan oleh refrensi.4.6. Perbandingan dengan Tugas Akhir milik Denny(a) (b)Gambar 4.11 tanpa I act tanpa Virtual LC (a)milik Denny[3] dan (b)pd tugas akhir iniPerpustakaan Unika 47(a) (b)Gambar 4.12 dengan Virtual LC (a)milik Denny[3] dan (b)pd tugas akhir iniPada perbandingan hasil tugas akhir dapat kita lihat pada tugas akhir milikDennymemilikiperedamanriakarusaktualyangsangatbaiktetapiresponwaktukurangbaikbisadilihatdimanamasihlandainyasisitransisiarusaktualnyaygtidak dapat mengikutireferensinya.Padatugas akhirini memilikikelebihanpadaresponwaktuarusaktualnyadimanapadavirtualLCnyamengurangiriakaruspadasisitransisikemudianmasihdapatmengikutiarusreferensinya.Kekurangannya tidak memiliki peredaman arus sebaik tugas akhirmilik Denny.Perpustakaan Unika 48BAB VKESIMPULAN dan SARAN5.1Kesimpulan1. Pengaturanyangtepatpadasistemkendaliakanmenghasilkanriakarusyang kecil.2. MetodeVirtualLCinimasihdapatmengikutiresponwaktudarisinyalrefrensi pada frekuensi tinggi.3. MetodeVirtualLCpadarangkaiankontrolinidilakukankarenapenambahanfilterpadarangkaiandayasangatlahbesarbiayanya,sertahasil riak arus aktualnya masih besar dibandingkan dengan Virtual LC disisi kontrol.4. Perubahanfrekuensipadareferensimembuatperubahanpadaaktualnya/keluarannya,semakintinggifrekuensimakasemakincepatperiodenyamakasemakincepatpularesponwaktunya,halinimenyebabkan arusaktualtanpa virtual LCtidakdapatmengikuti responwaktuyang diberikan frekuensi,sedang pada arus aktual virtual LC masihdapat mengikuti.5.2Saran1. Sisteminidimungkinkandapatdikembangkandenganmenggunakankendalidigitalsehinggadapatmemberikankontribusibarupadaperkembangan teknologi elektronika daya.Perpustakaan Unika 49DAFTAR PUSTAKA1) H.Rashid,Muhammad,2004. PowerElectronic.Circuit,Devices,andapplications.New Jersey: Prentice Hall2) Haroen,Yanuarsyah,1998. ElektronikaDayaLanjutEL642.ITBBandung3) Andrianto,Denny, 2008. AnalisaKestabilanDC-DCKonverterDenganMetode Penambahan LC Di sisi Kontrol. Unika soegijapranata Semarang4) Malvino,2003. Prinsip-prinsipelektronikabukusatu.Jakarta:SalembaTeknik5) Halimi,BurhanuddindanDahono,PekikArgo,2006. ANewControlMethodtoMinimizeLow-FrequencyOutputCurrentofPolyphaserectifier.ITB BandungPerpustakaan Unika 50LAMPIRAN Penurunan Diagram BlockMM( ) s E~( ) s VL( ) s I ( ) s ILsL1R sL +1( ) s I( ) s IL( ) s NG(s) = kontroller = PIE = gain converter = KE(s) = N(s) = D(s) = DisturbanceZ(s) = Virtual LC dan LC realPerpustakaan Unika 51Penambahan Z(s) sebagai beban realZ(s) sebagai Virtual LCR sL +1( ) s IL( ) s I) (s DPIK s Z : ) (R sL +1Ks Z ) (( ) s I( ) s IL) (s DI PPIKs Z:) (Perpustakaan Unika 52R sL +1KPIs Z ) (( ) s IL( ) s I) (s DPIR sL KPIs Z+1 ) (R sL +1) () (R sL KPIs Z+( ) s I( ) s IL) (s DPIKR sL KPIs Z+ ) () (R sL+1) () (R sL PIs Z+( ) s IL( ) s I) (s DPIR sL s ZR sL PIR sLR sL s ZPIR sLs ZPIR sL PIs ZPIPI+ ++=++ +=++=+ +) () () () () () (1) () (1Perpustakaan Unika 53)) () ()) () ()) ( ()) ( ()) ( () ( )) ( (s Z R sLs PIZPIs Z R sLs PIZs Z R sLs Z R sL PIs Z R sLs PIZ s Z R sL PI+ + =+ ++ ++ +=+ + + +R sL +1) () (s Z R sLPI s Z+ +( ) s I( ) s IL) (s DPI Pencarian Z(s)CsLsCsCsLss ZCsLsCsLss ZR RR RRp1) (11) (2 12 1+=+=+=LC sLss Z21) (+=Jika :L = 5mHPerpustakaan Unika 54C = 10nF1 10 510 5) (2 113+ =s ss Z Pencarian PIPI = Integrator ProporsionalRiRfP =)1(sCRiP I =PI=I-PJika:L = 5mHC = 10nFRi = 10kf R1=10kf R2 = 100kRif RP11 =KK1010=1 =)1(1sCRiP I =)10 101)( 1 (4 8 =sPerpustakaan Unika 55s410=sssI P+= + =4 4110110Rif RP22 =KK10100=10 =)1(2sCRiP I =)10 101)( 10 (4 8 =ss510=sssI P10 1010105 52+= + = Perhitungan Diagram Block Tanpa Virtual LCR sL +1( ) s I( ) s IL( ) s NPerpustakaan Unika 56Dimana :K= 1G(s)=sssI P+= + =4 4110110R= 10 L= 5mHC= 10nFTahap I: anggap D (s) = 0PIK R sLPIKs Irefs Io+ +=) () (4 2 3443443410 11 10 510) () (11010 10 511011010 10 5110) () (+ + += ++ + += ++ + += s sSs Irefs Iosssssssssssss Irefs IoTahap II: anggap Iref (s) = 04 2 3434310 11 10 5 ) () (11010 10 5111010 10 51) () (+ + = ++ + = ++ + = s sSs Ds Iosssssssss Ds IoPenjumlahan Tahap I dan II:) (1) ( ) ( s DPIK R sLs IrefPIK R sLPIKs Io+ +++ +=) (10 11 10 5) (10 11 10 510) (4 2 3 4 2 34s Ds sss Irefs sss Io+ + ++ + += Perpustakaan Unika 57 Perhitungan Diagram Block dengan Beban Real LCDimana :K= 1PI=sssI P+= + =4 4110110R= 10 L= 5mHC= 10nF1 10 510 5) (2 113+ =s ss ZTahap I: anggap D (s) = 0) ( ) () (s Z PIK R sLPIKs Irefs Io+ + +=Perpustakaan Unika 58( )( )( )( )( ) s s s s ss s s ss Irefs Iosss s s sssss Irefs Ios ss sssssssssss Irefs Io4 2 3 3 4 11 5 144 2 3 7 4 114 2 3 3 11 4 142 1142 1134 2 342 113 43410 005 , 11 10 0005 , 5 10 55 10 2510 10 5 10 5) () (10 005 , 11 10 0005 , 5 10 55 10 251 10 510) () (10 510 510 11 10 5101 10 510 511010 10 5110) () (+ + + + + + + =+ + + + + += + + +=+ ++ + += Tahap II: anggap Iref (s) = 0) (1) () (s Z PIK R sL s Ds Io+ + +=( )( )( )( )( ) s s s s ss ss Ds Iosss s s sss Ds Ios ss ss sssss Ds Io4 2 3 3 4 11 5 143 114 2 3 3 11 4 142 112 1134 2 32 113 4310 005 , 11 10 0005 , 5 10 55 10 2510 5) () (10 005 , 11 10 0005 , 5 10 55 10 251 10 5) () (1 10 510 510 11 10 51 10 510 511010 10 51) () (+ + + + + =+ + + + + =+ + + =+ ++ + = Penjumlahan Tahap I dan Tahap II:) () (1) () () ( s Ds Z PIK R sLs Irefs Z PIK R sLPIKs Io+ + +++ + +=( )( )( )) (10 005 , 11 10 0005 , 5 10 55 10 2510 5) (10 005 , 11 10 0005 , 5 10 55 10 2510 10 5 10 5) (4 2 3 3 4 11 5 143 114 2 3 3 4 11 5 144 2 3 7 4 11s Ds s s s ss ss Irefs s s s ss s s ss Io+ + + + + ++ + + + + + + = Perpustakaan Unika 59 Perhitungan Diagram Block dengan Virtual LCR sL +1) () (s Z R sLPI s Z+ +( ) s I( ) s IL) (s DPIDimana :K= 1PI=sssI P+= + =4 4110110sssI P10 1010105 52+= + =R= 10 L= 5mHC= 10nF1 10 510 5) (2 113+ =s ss ZTahap I: anggap D (s) = 0)] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [(()] ) ( ( ))) ( ( [() () (2 12 1K I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLK I P s Z s Z R sL IK Ps Irefs Io + + + + + + + +=)) ( ( A Jika1s Z R sL IK P + =Perpustakaan Unika 60( )s ss s s sAs ss s s ss ss s sAss s sssAsssssA+ + + + + =+ + + + ++ + + + =+ + + + +=+ + + += 3 115 2 3 3 10 4 143 112 3 3 10 4 143 115 2 6 3 102 113 2 10 3 14 42 1133410 510 110 10 005 , 10 10 30 10 2510 510 10 10 10 5 10 2510 510 100 10 5 10 251 10 510 10 10 10 5 10 25 101 10 510 510 10 5 110I P s Z2) ( B Jika =s ss sBs sss ssBssssB+ + =+ + + = ++ =3 112 33 112 33 1152 11310 5500 10 5010 510 5010 550010 101 10 510 5) ))( ( (( C Jika R sL s Z R sL + + + =( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )s ss s s s sCssss s s sCss s s s s sCss ss s Css ss s CR sL s Z sLR R sL R sL s Z R sL C+ + + + + =+ + + + + =+ + + + + + + =+ + + + + =+ + + + + =+ + + + = + + + = 3 112 3 3 6 4 14 5 172 113 2 6 3 14 4 172 113 2 11 2 6 2 6 3 14 4 172 113 2 63 2 632 1133 2232 210 5100 10 150 10 005 , 50 10 500 10 1251 10 5100 10 150 10 005 , 50 10 500 10 1251 10 510 50 10 100 ( ) 10 500 10 25 10 25 ( 10 500 10 1251 10 510 50 10 2510 100 100 10 2510 10 51 10 510 510 10 5 2 10 10 5) ( 2 ) ))( ( ((Perpustakaan Unika 61) (1 ) ( ) ()] ) ( ( ))) ( ( [( D Jika2 1B A DB A K B A DK I P s Z s Z R sL IK P = = = + + =s ss s s sDs ss ss ss s s sD+ + + =+ + + + + + + = 3 115 2 3 3 10 4 143 112 33 115 2 3 3 10 4 1410 510 390 10 995 , 39 10 30 10 2510 5500 10 5010 510 110 10 005 , 10 10 30 10 25s ss s s s sEs ss s s ss ss s s s sED C EK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sL+ + + + + =+ + + ++ + + + + =+ = + + + + + + = 3 112 3 3 6 4 14 5 173 115 2 3 3 10 4 143 112 3 3 6 4 14 5 172 110 5290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 510 390 10 995 , 39 10 30 10 2510 5100 10 150 10 005 , 50 10 500 10 125)] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [(( E Jikas s s s ss s s ss Irefs Ios ss s s s ss ss s s ss Irefs IoEDs Irefs IoK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLK I P s Z s Z R sL IK Ps Irefs Io290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 390 10 995 , 39 10 30 10 25) () (10 5290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 510 390 10 995 , 39 10 30 10 25) () () () ()] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [(()] ) ( ( ))) ( ( [() () (2 3 3 6 4 14 5 175 2 3 3 10 4 143 112 3 3 6 4 14 5 173 115 2 3 3 10 4 142 12 1+ + + + + + =+ + + + + + + + == + + + + + + + += Perpustakaan Unika 62Tahap II: anggap Iref (s) = 0s s s s ss ss Ds Ios ss s s s s s Ds IoE s Ds IoK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sL s Ds Io290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 5) () (10 5290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 1251) () (1) () ()] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [((1) () (2 3 3 6 4 14 5 173 113 112 3 3 6 4 14 5 172 1+ + + + + =+ + + + + == + + + + + += Penjumlahan Tahap I dan Tahap II:) ()] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [((1) ()] )) ) ( ( )) ( ( ((( ) ))( ( [(()] ) ( ( ))) ( ( [() (2 12 12 1s DK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLs refK I P s Z s Z R sL I P R sL s Z R sLK I P s Z s Z R sL IK Ps Io + + + + + ++ + + + + + + + +=) (290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 5) (290 10 005 , 110 10 008 , 50 10 525 10 12510 390 10 995 , 39 10 30 10 25) (2 3 3 6 4 14 5 173 112 3 3 6 4 14 5 175 2 3 3 10 4 14s Ds s s s ss ss Irefs s s s ss s s ss Io+ + + + + ++ + + + + + = Perpustakaan Unika