tugas akhir elektron

5
     a     l    a    a    n     1 Konverter Buck Kevin Marojahan B.N. (18009018) Waktu Pembuatan Makalah : 3 September 2010 Tugas Divisi Elektron Elektroteknik 2009 Sekolah Teknik Elektro dan Informatika  ITB  Abstrak Pada makalah ini akan dijelaskan sebuah konverter DC ke DC yaitu konverter buck. Konverter ini terdiri atas satu saklar aktif dan pasif. Konverter buck adalah konverter  yang banyak digunakan dalam industri dan merupakan konverter penurun tegangan. Kata kunci: tegangan DC, konverter Pendahuluan Pada masa kini, konverter atau pengubah tegangan DC ke DC sangat diperlukan dalam industri dan kegiatan elektronika. Laptop dan telepon genggam adalah contoh alat yang memanfaatkan teknologi ini. Mungkin selama ini kita berfikir bahwa konverter atau transformator hanya berlaku pada tegangan AC karena dibutuhkan perubahan fluks yang berarti dibutuhkan pula perubahan tegangan ( turunan fungsi tegangan tidak boleh nol), dan akibatnya mustahil untuk merubah tegangan DC ke DC lewat cara induksi. Ilmuwan peneliti transformator dahulu memang meneliti cara mengubah tegangan pada akumulator (aki) dengan cara induksi, namun hasilnya sia-sia. Pada makalah ini akan dipaparkan salah satu cara mengkonversi tegangan searah menjadi tegangan searah pada mode konverter buck. Dasar Teori Resistor Resistor digunakan untuk menahan arus dengan memproduksi penurunan tegangan di antara kedua salurannya. Menurut hukum ohm, persamaan antara arus dan beda protensial berkaitan dengan resistansi adalah : V= I . R . Sedangkan daya yang diserap oleh resistor adalah P=VI Induktor  Induktor adalah suatu elemen pasif elektronika yang mampu menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan arus listrik yang melewatinya. Persamaan arus dan tegangan akibat induktansi yang ada pada induktor adalah : V= L . di/dt . Sedangkan besar energi yang tersimpan dalam suatu induktor adalah : E = ½ . L . I 2 . Kapasitor Kapasitor adalah suatu elemen pasif elektronika yang dapat menyimpan energi dalam bentuk medan listrik yang dihasilkan tegangan . Persamaan arus dan tegangan akibat adanya kapasitansi adalah : I= C . dv/dt. Sedangkan energi yang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan dengan : E= ½ . C. V 2 . Metodologi Cara pembuatan artikel ini adalah dengan cara studi pustaka. Memilih Judul Studi Pustaka  Verifikasi Penulisan Artikel Gambar Error! Use the Home tab to apply Bab to the text that you want to appear here. -1 Proses Pembuatan Makalah Cara Kerja Konverter Buck adalah konverter penurun tegangan DC. Konverter ini terkenal sangat efisien (mencapai 95% ) dan banyak digunakan pada alat elektronik seperti laptop agar tegangan sesuai dengan yang diminta oleh processor . Cara operasi konverter buck terbilang simpel, dengan induktor dan dua switch (biasanya transistor dan dioda) yang mengontrol induktor. Gambar 4-1 Topologi Konverter Buck Mode Kontinu Konverter buck beroperasi pada mode kontinu jika arus pada induktor tidak pernah nol.

Transcript of tugas akhir elektron

5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 1/4

 

 

   a    l   a

   a   n    1

Konverter Buck

Kevin Marojahan B.N. (18009018)Waktu Pembuatan Makalah : 3 September 2010

Tugas Divisi ElektronElektroteknik 2009

Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB

 Abstrak 

Pada makalah ini akan dijelaskan sebuah konverter DC ke DC yaitu konverter buck. Konverter ini terdiri atas satu saklar aktif dan pasif. Konverter buck adalah konverter 

 yang banyak digunakan dalam industri dan merupakan konverter penurun tegangan.

Kata kunci: tegangan DC, konverter 

Pendahuluan

Pada masa kini, konverter atau pengubah tegangan

DC ke DC sangat diperlukan dalam industri dankegiatan elektronika. Laptop dan telepon genggamadalah contoh alat yang memanfaatkan teknologi ini.Mungkin selama ini kita berfikir bahwa konverteratau transformator hanya berlaku pada tegangan ACkarena dibutuhkan perubahan fluks yang berartidibutuhkan pula perubahan tegangan ( turunanfungsi tegangan tidak boleh nol), dan akibatnyamustahil untuk merubah tegangan DC ke DC lewatcara induksi. Ilmuwan peneliti transformator dahulumemang meneliti cara mengubah tegangan padaakumulator (aki) dengan cara induksi, namunhasilnya sia-sia. Pada makalah ini akan dipaparkan

salah satu cara mengkonversi tegangan searahmenjadi tegangan searah pada mode konverter buck.

Dasar Teori

Resistor

Resistor digunakan untuk menahan arus denganmemproduksi penurunan tegangan di antara keduasalurannya. Menurut hukum ohm, persamaan antaraarus dan beda protensial berkaitan dengan resistansiadalah : V= I . R . Sedangkan daya yang diserap olehresistor adalah P=VI

Induktor 

Induktor adalah suatu elemen pasif elektronika yang mampu menyimpan energi pada medan magnetyang ditimbulkan arus listrik yang melewatinya.

Persamaan arus dan tegangan akibat induktansi yang ada pada induktor adalah : V= L . di/dt . Sedangkanbesar energi yang tersimpan dalam suatu induktoradalah : E = ½ . L . I2 .

Kapasitor

Kapasitor adalah suatu elemen pasif elektronikayang dapat menyimpan energi dalam bentuk medanlistrik yang dihasilkan tegangan .

Persamaan arus dan tegangan akibat adanyakapasitansi adalah : I= C . dv/dt. Sedangkan energiyang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan dengan :E= ½ . C. V 2 .

Metodologi

Cara pembuatan artikel ini adalah dengan cara studipustaka.

Memilih Judul

Studi Pustaka

 Verifikasi

Penulisan Artikel

Gambar Error! Use the Home tab to apply Bab to the text that

you want to appear here.-1 Proses Pembuatan Makalah

Cara Kerja

Konverter Buck adalah konverter penurun tegangan

DC. Konverter ini terkenal sangat efisien (mencapai95% ) dan banyak digunakan pada alat elektronik seperti laptop agar tegangan sesuai dengan yang diminta oleh processor .

Cara operasi konverter buck terbilang simpel,dengan induktor dan dua switch (biasanya transistordan dioda) yang mengontrol induktor.

Gambar 4-1 Topologi Konverter Buck 

Mode Kontinu

Konverter buck beroperasi pada mode kontinu jikaarus pada induktor tidak pernah nol.

5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 2/4

 

 

   a    l   a

   a   n    2

 

Gambar 4-2 Prinsip Operasi Mode Kontinu

Saat switch tertutup (keadaan menyala), teganganpada induktor VL = Vi− Vo. Arus pada induktornaik. Tidak ada arus yang mengalir lewat dioda.

Saat switch terbuka, arus yang mengalir padainduktor akan menurun.

Energi yang tersimpan dalam induktor adalah :

 Akibatnya, dapat dilihat bahwa semakin tinggi arusyang melewati induktor, energi yang tersimpan akansemakin besar. L digunakan untuk mentransferenergi dari input ke output konverter.

Perubahan IL dapat dihitung lewat :

Dengan VL adalah Vi − Vo saat On-statedan − Vo saat off-state. Akibatnya, kenaikan arusdinyatakan dengan :

Sedangkan penurunan arus dinyatakan dengan :

Kalau kita mengasumsikan konverter bekerja dalamsteady state, energi yang tersimpan pada komponendi akhir proses sama dengan yang ada di awal.Berarti arus IL sama pada t=0 and at t=T (see figure4). Therefore,

 Akibatnya:

Seperti bisa dilihat pada gambar 4-

1, dan . D adalah duty cycle dengan nilai 0 dan 1. Hal ini menghasilkan :

Dari persamaan ini, terlihat bahwa tegangan outputdari konverter secara linear terhadap tegangan input.Dan duty cycle D tidak bisa lebih dari 1.

 Akibatnya, . Inilah sebab mengapakonverter buck adalah konverter step down.

Mode Diskontinu

Pada beberapa kasus, besar energi yang dibutuhanoleh beban cukup kecil untuk ditransfer pada waktuyang lebih cepat dari satu periode kumulasi.

 Akibatnya, arus pada induktor sempat turun menjadinol. Perbedaan prinsip ini dan prinsip kontinuadalah induktor benar-benar ter-discharge padaakhir perioda. Namun hal ini akan berakibat padabeberapa persamaan.

Gambar 4-3 Prinsip mode operasi diskontinu

Kita masih mengasumsikan konverter bekerja padasteady state. Akibatnya, energi pada awal dan akhirperiode sama. Berarti nilai rata-rata dari teganganinduktor adalah nol .

 Jadi nilai δ adalah:

 Arus yang diberikan kepada beban konstan, Kitamenganggap bahwa output kapasitor cukup kuatuntuk menjaga tegangan konstan pada terminalnyaselama proses berlangsung. Akibatnya arus rata-ratayang melewati kapasitor bernilai nol. Akibatnya, kita

punya :

5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 3/4

 

 

   a    l   a

   a   n    3

Di mana adalah arus rerata induktor. Dapatdilihat di gambar 4-2, Bentuk gelombang induktoradalah segitiga. Akibatnya nilai rerata IL dapatdinyatakan sebagai :

 Arus pada induktor mulanya nol dan naik sampaimencapai maksimum. Berarti ILmax sama dengan:

Substitusi nilai ILmax pada persamaan sebelumnyaberakibat:

Dan mensubstitusikan δ dengan persamaan di atasmenghasilkan:

Dapat juga ditulis sebagai :

Dapat dilihat bahwa tegangan output konverterbuck yang beroperasi pada kondisi diskontinu lebihrumit daripada yang beroperasi dengan modekontinu.

Dari Mode Diskontinu ke Mode Kontinu

Konverter bekerja pada diskontinu mode saat aruskecil dibutuhkan beban, dan kontinu saat arus lebihbesar. Limit antara kontinu dan diskontinu dicapaisaat arus pada induktor turun ke nol pada akhir satucycle. Hal ini ditulis sebagai :

 Jadi arus output saat limit adalah :

Dengan mensubstitusikan IL max:

Pada limit di antara dua node, tegangan output

mengikuti baik mode kontinu maupun modediskontinu.

 Vo = DVi

 Jadi Iolim bisa ditulis sebagai:

Dengan menambahkan dua notasi baru :

 Tegangan normal, dinyatakan sebagai: .Bernilai nol saat Vo = 0, dan 1 saat Vo = Vi ;

 Arus normal, . samadengan kenaikan maksimum dari arus induktor padasatu cycle.

Gambar 4-4 Arus normal dan tegangan normal

Pada mode kontinu :

Pada mode diskontinu :

5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 4/4

 

 

   a    l   a

   a   n    4

 

 Arus batas antara mode kontinu dan diskontinu :

 Akibatnya, posisi dari batas antara kontinu dandiskontinu diberikan dengan :

Riak Tegangan Keluaran

Riak tegangan keluaran adalah keadaan saattegangan output naik saat on state dan turun saat off 

state. Faktor yang mengakibatkan hal ini,diantaranya: frekuensi switching, kapasitansi output,induktor, beban dan semua pembatas arus padarangkaian. Pada dasarnya, tegangan output akan naik dan turun sebagai akibat dari kapasitor yang charging dan discharging:

Selama Off-state, arus pada persamaan ini adalaharus beban. Pada on state, arus adalah perubahandari arus switch dan arus beban. Durasi waktu (dT)

didefinisikan oleh duty cycle dan switching frequency .

Untuk on state:

Untuk off state:

Secara kualitatif, saat output kapasitor atauswitching frequency naik, magnitudo dari riak akan

naik. Tegangan riak output adalah spesifikasi desainuntuk power supply dan ditentukan oleh beberapafaktor. Pemilihan kapasitor normalnya ditentukanoleh harga, besarnya, dan keidealitasannya.Pemilihan switching frequency ditentukan olehpermintaan efisiensi, yang akan mengecil saatfrekuensi operasi membesar..

Riak tegangan output adalah salah satu kerugian dariswitching power supply, dan merupakan salah satutitik ukur kualitas.

Kesimpulan

Konverter buck adalah sebuah alat yang dapatmenurunkan tegangan DC sehingga cocok dengantegangan yang diminta oleh suatu komponen atauIC. Komponen dari konverter buck adalah resistor,kapasitor, induktor, dioda, dan saklar. Konverterbuck sering digunakan dalam bidang industri danmemiliki efisiensi tinggi.

Daftar Pustaka

http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter, diakses tanggal 3 September 2010 pukul12.26

http://konversi.wordpress.com/2009/01/07/to

pologi-konverter-dc-dc/, diakses tanggal 3September 2010 pukul 11.12