TUGAS AKHIR INVERTER DENGAN TEGANGAN MASUKAN 12V DC...

TUGAS AKHIR

INVERTER DENGAN TEGANGAN MASUKAN 12V

DC DAN TEGANGAN KELUARAN AC DENGAN

FREKUENSI YANG DAPAT DIATUR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh :

Yulis Septarangga

NIM : 155114052

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

FINAL PROJECT

INVERTER WITH 12 V DC INPUT VOLTAGE AND

AC OUTPUT VOLTAGE WITH ADJUSTABLE

FREQUENCY

In partial fulfilment of the requirments

For the degree of Sarjana Teknik

In Electrical Engineering Study Program

Faculty of Science and Technology Sanata Dharma University

Disusun oleh :

Yulis Septarangga

NIM : 155114052

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


vi

MOTO DAN PERSEMBAHAN

“Mengeluhlah tapi jangan kau menyerah, bolehlah kau lelah tapi

jangan pasrah, beristirahatlah sejenak tapi jangan lupa untuk

beranjak”

Persembahan:

Skripsi ini ku persembahkan untuk Allah SWT

Yang telah menguatkanku sehingga dapat terus terjaga

Menyelesaikan tugas akhir ini

Kepada orang tua yang selalu senantiasi

Memberikan dukungan agar dapat selalu bangkit dalam menghadapi masalah

Untuk adik-adikku yang selalu membuaku semangat

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini

Untuk anggre yang selalu menemani disaat aku butuh tempat untuk bercerita

Kepada dosen pembimbing Martanto M.T.

Terima kasih telah membimbing dan mengajari dalam pembuatan tugas akhir

Untuk teman – teman seperjuagan yang selalu membuat hiburan sehingga

tidak lelah sewaktu mengerjakan tugas akhir


viii

INTISARI

Alat inverter DC to AC dengan frekuensi yang dapat diatur dibuat agar dapat

mencukupi kebutuhan energi listrik. Inverter DC to AC merupakan alat yang

mengkonversikan tegangan listrik DC menjadi tegangan listrik AC. Melalui alat ini data

hasil pengukuran tegangan dan frekuensi keluaran dapat digunakan sebagai sumber energi

listrik dari tegangan listrik DC dengan keluaran tegangan menjadi tegangan AC sehingga

dapat mencukupi kebutuhan energi listrik yang diperlukan.

Cara kerja inverter DC to AC dengan frekuensi yang dapat diatur adalah dengan

mengkonversikan tegangan DC menjadi tegangan AC dengan frekuensi pada tegangan AC

yang dapat diatur. Tegangan sumber yang berasal dari aki atau baterai 12 V DC

dikonversikan menjadi tegangan DC tinggi sebesar 320 V DC atau DC to DC converter,

kemudian tegangan DC 320 V DC diubah menjadi tegangan AC menggunakan 2 pasang

mosfet dengan proses full bridge yang dikontrol menggunakan mikrokontroller sehingga

mendapatkan gelombang SPWM yang dapat diatur nilai frekuensi keluarannya.

Hasil yang didapat dalam pembuatan inverter DC to AC dengan frekuensi yang dapat

diatur dibagi menjadi DC to DC converter untuk mendapatkan tegangan keluaran DC tinggi

sebesar 320 V DC dan DC to AC converter untuk mengkonversikan tegangan DC tinggi

menjadi tegangan AC dengan frekuensi yang dapat diatur. Pada sistem DC to DC converter

diperoleh hasil tegangan keluaran tidak dapat terus stabil sebesar 320 V DC di setiap

penambahan beban lampu yang mencapi 180 W. Sistem DC to AC converter telah

mendapatkan hasil yang dapat mengubah tegangan DC tinggi menjadi tegangan AC dan

menghasilkan gelombang keluaran SPWM yang dapat diatur dari 10 sampai 50 Hz.

Kata kunci : Inverter, Elektronika daya, Gelombang SPWM, pengaturan frekuensi


ix

ABSTRACT

The DC to AC inverter with the adjustable frequency is made to meet the electrical

energy needs. The DC to AC inverter is a device that converts a DC mains voltage into an

AC mains voltage. Through this device, the data of the voltage and frequency measurement

is able to use as a source of the electrical energy from the DC voltage with the output of the

AC voltage, so that it is able to meet the required electrical energy needs.

The way of workings of the DC to AC inverter with the adjustable frequency is to

convert the DC voltage into the AC voltage with a frequency at the adjustable AC voltage.

The source of a voltage from a 12 V DC battery is converted to a high DC voltage of 320 V

DC or a DC to DC converter, then a DC voltage of 320 V DC is converted to AC voltage

using 2 pairs of MOSFETS with a full bridge process that is controlled using a

microcontroller to get SPWM waves that the value of the output frequency is able to be set.

The results obtained in manufacturing the DC to AC inverter with the adjustable

frequency is divided into the DC to DC converter to get a high DC output voltage of 320 V

DC and the DC to AC converter to convert a high DC voltage into AC voltage with the

adjustable frequency. In the DC to DC converter system, the result is that the output of a

voltage is hardly stable at 320 V DC for every additional lamp load that reaches 180 W. The

DC to AC converter system has obtained a result that is able to convert a high DC voltage

to an AC voltage and to produce SPWM the output waves that is able to be adjusted from 10

to 50 Hz.

Keywords: Inverter, Power Electronic, SPWM Wave, Adjustable Frequency


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat

kasih-Nya yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

yang berjudul Inverter dengan tegangan masukan 12 V DC dan tegangan keluaran AC

dengan frekuensi yang dapat diatur.

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari campur

tangan dan bantuan dari banyaknya pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Penulis menyadari bahwa banyak pihak yang telah memberi dukungan, semangat,

bimbingan dan arahan serta bantuan materil. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Tuhan Yang Maha Esa.

2. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc.,Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

4. Bapak Martanto, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang selalu

memberikan masukan dan dorongan, kepada penulis untuk berkembang dan

berproses, selalu sabar dan meluangkan waktunya untuk bimbingan sehingga tugas

akhir dapat diselesaikan dengan hasil yang baik.

5. Bapak dan Ibu dosen yang mengajarkan banyak hal dan memberikan pengalaman

dalam proses pembelajaran selama penulis menempuh pendidikan di Program Studi

Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

6. Kedua Orang tua dan seluruh keluarga yang senantiasa mendukung dan mendoakan

yang terbaik sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Untuk anggre yang selalu menemani di dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Teman-teman yang selalu membantu dalam mengerjakan tugas akhir terkhusus yang

ada di Lab TA, Tian, Panji, Kevin, Mazmur, Sesa, Thevin, Nanta, Marco, Vinsent,

Mas Eri, grup Foeseal, dan yang lainnya.

9. Teman-teman Teknik Elektro 2015 terima kasih untuk dinamikanya selama ini.


xii

DAFTAR ISI

TUGAS AKHIR ..................................................................................................................... i

FINAL PROJECT ................................................................................................................. ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................................. iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .............................................................. v

MOTO DAN PERSEMBAHAN .......................................................................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................................... vii

INTISARI ........................................................................................................................... viii

ABSTRACT ......................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................................... x

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................................ xviii

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ...................................................................................................... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat .............................................................................................. 2

1.3. Batasan Masalah ................................................................................................... 2

1.4. Metodologi Penelitian ........................................................................................... 2

BAB II DASAR TEORI ........................................................................................................ 4

2.1. Prinsip Dasar Inverter ........................................................................................... 4

2.1.1. Prinsip Full Bridge Inverter .................................................................................. 4

2.1.2. Pulse Width Modulation (PWM) .......................................................................... 5

2.2. Mikrokontroler ATmega328p ............................................................................... 6

2.2.1. Analog to Digital Converter (ADC) ..................................................................... 8


xiii

2.2.2. Register Pengendali ADC dan ADMUX (ADC Multiplexer) .............................. 8

2.2.3. Timer / Counter ..................................................................................................... 9

2.2.4. Perhitungan Waktu Timer ..................................................................................... 9

2.2.5. Fast mode PWM ................................................................................................... 9

2.3. Pembagi tegangan ............................................................................................... 10

2.4. LCD (Liquid Crystal Display) ............................................................................ 11

2.5. Transistor Sebagai Saklar.................................................................................... 12

2.6. Mosfet Sebagai Saklar ........................................................................................ 15

2.6.1. Karakteristik MOSFET ....................................................................................... 16

2.6.2. Driver double emmiter-follower ......................................................................... 18

2.7. DC to DC Push – Pull ......................................................................................... 18

2.7.1. Transformator ..................................................................................................... 19

2.7.2. Penyearah Full Bridge ......................................................................................... 21

2.8. Gate Driver MOSFET IR2110 ........................................................................... 22

2.9. Pembangkit Gelombang Sinus ............................................................................ 22

2.10. Total Harmonic Distortion .................................................................................. 23

BAB III PERANCANGAN ................................................................................................. 25

3.1. Diagram Blok Sistem .......................................................................................... 25

3.2. Mikrokontroler 1 untuk Konverter 12V DC ke 320V DC .................................. 26

3.3. Mikrokontroler 2 untuk Konverter 320V DC ke 220V AC ................................ 27

3.4. Pembagi tegangan sebagai peak detector ........................................................... 28

3.5. Perancangan LCD ............................................................................................... 29

3.6. Konverter 12V DC ke 320 V DC ........................................................................ 29

3.6.1. Pengaktifan driver transistor ............................................................................... 30

3.6.2. Perancangan Transformator ................................................................................ 31

3.6.3. Perancangan dioda penyearah ............................................................................. 33

3.7. DC to AC Inverter ............................................................................................... 34


xiv

3.8. Flowchart mikrokontroler 1 ................................................................................ 38

3.8.1. Flowchart mikrokontroler 2 ................................................................................ 39

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 40

4.1. Bentuk fisik sistem elektronik ............................................................................ 40

4.2. Pengoperasian alat .............................................................................................. 42

4.3. Analisis sistem inverter DC to DC converter ..................................................... 43

4.3.1. Pengamatan beban tegangan DC......................................................................... 47

4.4. Analisis sistem DC to AC converter ................................................................... 48

4.4.1. Pengamatan tegangan keluaran DC to AC converter ......................................... 50

4.4.2. Pengamatan pengaturan frekuensi dengan beban bervariasi ............................... 51

4.5. Pengamatan output PWM mikrokontroller 1 ...................................................... 55

4.5.1. Pengamatan PWM driver mosfet IRF3205 ......................................................... 55

4.5.2. Pengamatan output Drain IRF3205 .................................................................... 57

4.6. Lilitan transformator switching ........................................................................... 58

4.7. Feedback ............................................................................................................. 59

4.8. Pengamatan output PWM mikrokontroller 2 ...................................................... 59

4.8.1. Pengamatan LO pada 2 driver IC IR2110 .......................................................... 61

4.8.2. Pengamatan HO pada 2 driver IC IR2110 .......................................................... 62

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 63

5.1. Kesimpulan ......................................................................................................... 63

5.2. Saran ................................................................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 64


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Diagram blok perancangan alat ........................................................................ 3

Gambar 2.1. Prinsip kerja inverter full bridge. ...................................................................... 4

Gambar 2.2. Bentuk gelombang pulsa (kotak). ..................................................................... 5

Gambar 2.3. Konfigurasi ATmega328p. ............................................................................... 7

Gambar 2.4. Register ADMUX. ............................................................................................ 8

Gambar 2.5. Tegangan referensi untuk ADC. ....................................................................... 9

Gambar 2.6. Timing Diagram Fast Mode PWM. ................................................................ 10

Gambar 2.7. Pembagi tegangan. .......................................................................................... 11

Gambar 2.8. LCD 16×2. ...................................................................................................... 12

Gambar 2.9. Grafik karakteristik transistor. ........................................................................ 13

Gambar 2.10. Transistor kondisi jenuh (saklar posisi ON). ................................................ 13

Gambar 2.11. Transistor kondisi mati (saklar posisi OFF). ................................................ 14

Gambar 2.12. Simbol MOSFET. ......................................................................................... 15

Gambar 2.13. Grafik MOSFET arus ID sebagai fungsi VDS parameter VGS ………………………...16

Gambar 2.14. Transfer karakteristik dari n – chanel MOSFET tipe enhancement. ............ 17

Gambar 2.15. Karakteristik keluaran dari MOSFET tipe enhancement.............................. 17

Gambar 2.16. Rangkaian pensaklaran MOSFET. ............................................................... 17

Gambar 2.17. Driver double emitter-follower. .................................................................... 18

Gambar 2.18. Push-pull converter terisolasi. ...................................................................... 18

Gambar 2.19. Transforamtor switching. .............................................................................. 20

Gambar 2.20. Penyearah full bridge. ................................................................................... 21

Gambar 2.21. Rangkaian gate driver MOSFET. ................................................................. 22

Gambar 2.22. Bipolar SPWM.............................................................................................. 23

Gambar 2.23. Unipolar SPWM.. ......................................................................................... 23

Gambar 3.1. Diagram blok konverter 12V DC ke 320V DC. ……………………………. 25

Gambar 3.2. Diagram blok konverter 320V DC ke 220V AC. ........................................... 26

Gambar 3.3. Mikrokontroler 1 untuk konverter 12V DC ke 320V DC............................... 27

Gambar 3.4. Mikrokontroler 2 untuk konverter 320V DC ke 220V AC............................. 27

Gambar 3.5. Rangkaian pembagi tegangan sebagai peak detector...................................... 28

Gambar 3.6. Rangkaian perancangan LCD. ........................................................................ 29

Gambar 3.7. Rangkaian konverter 12V DC ke 320V DC . ................................................. 29


xvi

Gambar 3.8. Rangkaian dioda penyearah full-bridge. ......................................................... 33

Gambar 3.9. Pembentukan gelombang sinus....................................................................... 36

Gambar 3.10. Rangkaian konverter 320V DC ke 220V AC ............................................... 37

Gambar 3.11. Diagram alir mikrokontroler 1 konverter 12V DC ke 320V DC. ................. 38

Gambar 3.12. Diagram alir mikrokontroler 2 konverter 320V DC ke 220V AC. ............... 39

Gambar 4.1. Rangkaian Sistem Inverter. ………………………………………………… 40

Gambar 4.2. Rangkaian DC to DC converter. ..................................................................... 41

Gambar 4.3. Rangkaian DC to AC converter. ..................................................................... 42

Gambar 4.4. (a) Hasil pembagi tegangan output DC, (b) rangkaian pembagi tegangan. .... 44

Gambar 4.5. (a) Gelombang tegangan keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W. .................. 44

Gambar 4.6. (a) Tegangan keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W. .................................... 45

Gambar 4.7. Grafik penurunan tegangan output terhadap daya output. .............................. 46

Gambar 4.8. Grafik Penurunan tegangan output terhadap tegangan input. ......................... 46

Gambar 4.9. Suhu driver mosfet saat beban 180 W. ........................................................... 46

Gambar 4.10. Rangkaian DC to AC converter. ................................................................... 48

Gambar 4.11. (a) tegangan input tanpa beban, (b) tegangan input beban 60 W. ................ 49

Gambar 4.12. (a) gelombang keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W. ................................ 50

Gambar 4.13. Tegangan keluaran DC to AC converter. ..................................................... 50

Gambar 4.14. Keluaran ADC mikrokontroller dan input potensimeter. ............................. 51

Gambar 4.15. Pengamatan periode gelombang SPWM dengan simulasi proteus............... 51

Gambar 4.16. (a) gelombang tanpa beban, (b) beban 60 W untuk frekuensi 10 Hz. .......... 52







Gambar 4.23. Gelombang PWM mikrokontroller, (a) tanpa beban, (b) beban 60 W. ........ 55

Gambar 4.24. Pengamatan keluaran driver transistor untuk driver MOSFET. ................... 56

Gambar 4.25. Gelombang keluaran driver transistor, (a) tanpa beban dan (b) 60 W.......... 56

Gambar 4.26. Hasil gelombang output drain IRF3205. ...................................................... 57

Gambar 4.27. Lilitan primer dengan jumlah satu lilitan. .................................................... 58

Gambar 4.28. Lilitan sekunder dengan jumlah 60 lilitan. ................................................... 58


xvii

Gambar 4.29. Lilitan primer dengan jumlah 1 lilitan untuk menutup lilitan sekunder. ...... 58

Gambar 4.30. Listing program feedback. ............................................................................ 59

Gambar 4.31. Listing program mikrokontroller 2. .............................................................. 60

Gambar 4.32. Gelombang keluaran mikrokontroller 2. ...................................................... 61

Gambar 4.33. Pengamatan kaki LO pada driver 1 dan driver 2 IC IR2110. ....................... 61

Gambar 4.34. Pengamatan kaki HO pada driver 1 dan driver 2 IC IR2110. ...................... 62


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Tegangan keluaran pembentukan pasangan saklar............................................... 5

Tabel 2.2. Fungsi khusus dari PORT B. ................................................................................ 7

Tabel 2.3. Fungsi khusus dari PORT D. ................................................................................ 8

Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD . ........................................................................................ 12

Tabel 3.1. Spesifikasi inverter yang akan dirancang. ……………………………………. 26

Tabel 3.2. Pin input/output mikrokontroler 1 untuk DC to DC. .......................................... 27

Tabel 3.3. Pin input/output mikrokontroler 2 untuk DC to AC. .......................................... 28

Tabel 3.4. Pin input/output pada IC IR2110. ....................................................................... 34

Tabel 4.1. Keterangan nama bagian gambar 4.2. …………………………………………41

Tabel 4.2. Keterangan nama bagian gambar 4.3. ................................................................ 42

Tabel 4.3. Pengamatan DC to DC converter dengan beban lampu bohlam. ....................... 43

Tabel 4.4. Pengamatan rata-rata galat tegangan output DC to DC converter. .................... 47

Tabel 4.5. Pengamatan tegangan dan arus pada beban dengan input DC 40 V. ................. 48



Tabel 4.8. Pengamatan tegangan dan arus beban untuk frekuensi 10 Hz. .......................... 51

Tabel 4.9. Pengamatan tegangan dan arus beban untuk frekuensi 35 Hz. .......................... 53

Tabel 4.10. Pengamatan tegangan dan arus beban untuk frekuensi 50 Hz. ........................ 54

Tabel 4.11. Tabel tegangan keluaran driver transistor. ....................................................... 56

Tabel 4.12. Keluaran sistem DC to DC converter. .............................................................. 59


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pemanfaatan peralaatan elektronika saat ini sudah mulai berkembang dari masa ke

masa dalam bidang pembangkitan energi dapat dijumpai pada Pembangkit Listrik Tenaga

Surya, Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, serta dalam bidang industri dan rumah tangga telah

mengalami perkembangan[1].

Berkembangnya peralatan elektronika tersebut dikarenakan sistem pembangkitan saat

ini lebih beralih ke sumber energi yang terbarukan, sebagai contoh Pembangkit Listrik

Tenaga Surya akan memerlukan peralatan elektronika dalam hal ini adalah inverter. Karena

sumber energi yang didapat merupakan tegangan searah (DC) maka diperlukannya inverter

agar dapat mengubah tegangan searah (DC) menjadi tegangan bolak – balik (AC). Peralatan

listrik rumah tangga pada umumnya menggunakan sumber tegangan bolak – balik (AC)

sehingga perlu dikonversi. Untuk bidang industri inverter juga sangat diperlukan sebagai

contoh dalam mengatur kecepatan putar motor listrik dengan mengatur kecil atau besarnya

frekuensi pada inverter.

Karena masih adanya kekurangan pada setiap penelitian mengenai inverter dan perlu

pembelajaran lebih lanjut tentang perkembangannya, maka banyak penelitian lebih lanjut

mengenai alat ini. Salah satu contoh inverter yang sudah dikembangkan saat ini inverter

masukan 12V DC – 24V DC dengan menghasilkan sinus 220V AC – 230V AC oleh

“Wilhelmus Agung Kurniawan” dari Universitas Sanata Dharma [2]. Pada penelitian

tersebut masih terdapat kekurangan, sehingga tegangan keluaran yang tercapai sebesar 320V

DC dan belum dapat mencapai tegangan 220V AC – 230V AC dan gelombang sinus 50Hz.

Dalam tugas akhir ini akan dibuat inverter dengan masukan sumber 12V DC yang akan

diambil dari baterai, keluaran inverter menghasilkan tegangan 220V AC dengan gelombang

sinusoid. Dalam penelitian sebelumnya tegangan keluaran belum dapat mencapai tegangan

AC sehingga dalam tugas akhir ini inverter akan mencapai tegangan keluaran AC dan dapat

mengubah frekuensi pada tegangan keluaran AC tetapi tidak mengubah nilai tegangan

keluaran AC yang sebesar 220V AC. Proses pembuatan gelombang sinus menggunakan

mikrokontroler sebagai pengontrol gelombang kotak dan gelombang sinus. Mikrokontroler


2

tersebut dapat berfungsi sebagai pengontrol frekuensi yang diinginkan dengan pengaturan

frekuensi secara analog.

1.2. Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk merancang dan membuat sebuah

perangkat inverter dengan tegangan masukan 12V DC dan tegangan keluaran AC dengan

frekuensi yang dapat diatur dari 10Hz sampai 60Hz.

Manfaat dari pengerjaan tugas akhir ini diharapkan alat yang akan dibuat dapat

berfungsi dengan baik dan menjadi alat yang dapat digunakan di pasaran, rumah tangga, dan

bidang industri. Dalam bidang rumah tangga, inverter dapat menjadi cadangan energi listrik

apabila terjadi pemadaman listrik dari PLN. Peralatan rumah tangga yang memerlukan

sumber AC (PLN) masih dapat berjalan dengan sumber dari inverter. Pada konversi energi

listrik seperti PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya) perlu juga memerlukan adanya

inverter, hal ini dikarenakan hasil dari solar cell merupakan tegangan DC sedangkan

peralatan – peralatan elektronik memerlukan sumber tegangan AC sehingga inverter

mengubah sumber tegangan tersebut agar peralatan – peralatan elektronik dapat berjalan

dengan baik.

1.3. Batasan Masalah

Pada penulisan tugas akhir ini akan dibuat inverter dengan masukan tegangan 12V DC

dan tegangan keluaran AC dengan frekuensi yang dapat diatur. Adapun batasan masalah

pada alat yang akan dibuat sebagai berikut :

1. Inverter yang akan dibuat dengan masukan tegangan 12 V DC bersumber dari

aki.

2. Tegangan keluaran pada inverter sebesar 220V AC, satu fasa.

3. Bentuk gelombang keluaran berupa gelombang sinus, dengan frekuensi yang

dapat diatur dari 10 Hz hingga 60Hz.

4. Mikrokontroler ATmega328p sebagai pengontrol PWM.

5. Beban keluaran maksimal inverter sebesar 300 watt.

1.4. Metodologi Penelitian

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai, langkah – langkah yang digunakan dalam

penyusunan tugas akhir ini adalah

1. Studi pustaka


3

Pencarian bahan referensi berupa buku – buku, jurnal – jurnal, jejaring internet,

dan lain – lain yang berkaitan dengan batasan masalah dan pembuatan tugas

akhir. Studi pustaka mencakup teori tentang regulator tegangan, mikrokontroler

ATmega328p, LCD, MOSFET sebagai saklar, konverter 12V DC ke 320V DC,

dan konverter 320V DC ke 220V AC.

2. Perancangan alat

Gambar 1.1. Diagram blok perancangan alat

Berisikan tiap bagian dari inverter dengan masukan 12V DC menghasilkan

tegangan 220V AC dengan frekuensi yang dapat diatur yaitu penyearah,

mikrokotroler untuk pembangkit gelombang kotak dan sinus, konverter 12V DC

ke 320V DC, konverter 320V DC ke 220V AC, penampil LCD. Pada bagian ini

terdapat bagian perancangan inverter yang menggunakan 12V DC sebagai

masukan dan keluaran berupa tegangan 220V AC dengan gelombang sinus,

frekuensi keluaran dapat diatur tetapi tidak merubah keluaran tegangan yang

tetap 220V AC.

3. Pembuatan alat

Pada tahap ini pembuatan alat berupa perangkat keras (hardware) yang mana

terdapat pembuatan rangkaian inverter dan perangkat lunak (software) sebagai

pengontrol gelombang keluaran SPWM.

4. Pengambilan data

Tahap ini berupa pengujian alat yang telah dibuat dengan cara mengukur

tegangan masukan, tegangan keluaran, daya keluaran, dan menguji bentuk

gelombang keluaran serta pengambilan data THD.

5. Analisis dan kesimpulan

Tahap ini berupa analisis dan kesimpulan dengan melakukan perbandingan data

dari hasil percobaan dengan hasil perancangan serta kesimpulan dari hasil

percobaan yang didapat.


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Prinsip Dasar Inverter Inverter merupakan rangkaian yang mengubah sumber tegangan DC menjadi tegangan

AC, keluaran inverter berupa tegangan yang dapat diatur dan tegangan yang tetap. Sumber

– sumber searah atau DC merupakan masukan dari inverter tersebut dapat berupa baterai,

aki maupun solar cell. Sehingga pada dasarnya inverter merupakan alat yang membuat

tegangan AC dari sumber DC dengan cara pembentukan gelombang tegangan tetapi

gelombang yang terbentuk masih berupa gelombang persegi, tidak berbentuk gelombang

sinus[1].

2.1.1. Prinsip Full Bridge Inverter Prinsip kerja inverter dengan mengendalikan 4 saklar seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.1. bila saklar S1 dan S2 dalam kondisi aktif maka akan mengalir aliran arus DC

ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika saklar S3 dan S4 aktif maka akan mengalir aliran

arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Saklar S1 dan S4 tidak boleh menutup pada saat

yang bersamaan, begitu juga dengan saklar S2 dan S3 yang akan menyebabkan terjadinya

short circuit pada sumber DC, pada kenyataannya saklar yang nyata tidak dapat aktif atau

mati secara seketika. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa PWM

(Pulse Width Modulation) dalam proses konversi tegangan DC menjadi tegangan AC[1].

Gambar 2.1. Prinsip kerja inverter full bridge[2].


5

Tabel 2.1. Tegangan keluaran pembentukan pasangan saklar[2].

Saklar tertutup Tegangan keluaran

S1 dan S2 +Vdc

S3 dan S4 -Vdc

S1 dan S3 0

S2 dan S4 0

2.1.2. Pulse Width Modulation (PWM) PWM merupakan sebuah mekanisme untuk membangkitkan sinyal keluaran yang

periodenya berulang antara high dan low dimana pengontrolan durasi sinyal high dan low

dapat diatur seperti yang diinginkan. Duty cycle merupakan prosentase periode sinyal high

dan periode sinyal, prosentase duty cycle akan berbanding lurus dengan tegangan rata – rata

yang dihasilkan. Modulasi lebar pulsa PWM diperoleh dengan bantuan sebuah gelombang

kotak yang mana siklus kerja duty cycle gelombang dapat diubah – ubah untuk mendapatkan

sebuah tegangan keluaran yang bervariasi ini merupakan nilai rata – rata dari gelombang

tersebut[2].

Gambar 2.2. Bentuk gelombang pulsa (kotak)[2].

Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (high atau 1) dan Toff

adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah (low atau 0). Ttotal

adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton dengan Toff, biasanya disebut dengan

istilah periode satu gelombang.

𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑇𝑜𝑛 + 𝑇𝑜𝑓𝑓 (2.1)

Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang didefinisikan dengan persamaan 2.2.

𝐷 = 𝑇𝑜𝑛

𝑇𝑜𝑛+ 𝑇𝑜𝑓𝑓=

𝑇𝑜𝑛

𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (2.2)


6

Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty cycle dan dapat dirumuskan dalam

persamaan 2.3[2].

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝐷 × 𝑉𝑖𝑛 = 𝑇𝑜𝑛

𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 × 𝑉𝑖𝑛 (2.3)

2.2. Mikrokontroler ATmega328p Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian

elektronik dan umumnya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler terdapat

beberapa item didalamnya seperti ROM (Read Only Memory), RAM (Read-Write Memory),

port yang berguna sebagai input – output, pencacah waktu, dan ADC (Analog to Digital

Converter). Mikrokontroler yang banyak digunakan dipasaran adalah AVR, mikrokontroler

AVR merupakan mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit. Pada

umumnya mikrokontroler dikelompokan menjadi 3 bagian ,yaitu AT90Sxx, ATmega, dan

ATtiny. Pengelompokan mikrokontroler tersebut berdasarkan dari perbedaan memori,

peripheral, dan fitur[3]. Sehingga mikrokontroler ATmega328p terdiri dari berbagai unit

fungsional Aritthmatic dan Logical Unit (ALU), register kerja, instruksi, dan pewaktu.

Berikut merupakan fitur dari ATmega328p terdiri dari :

1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 20MIPS pada frekuensi 29MHz.

2. Memiliki kapasitas flash program memory 32Kbyte, EEPROM 1Kbyte, dan

SRAM 2Kbyte.

3. I/O 23 pin dengan PortB, PortC, dan PortD.

4. User interupsi internal dan eksternal.

5. Port interface SPI.

6. Komunikasi serial menggunakan port USART.

7. Fitur peripheral yang dimiliki :

a. 2 buah 8-bit timer/counter dengan prescaler yang terpisah dan compare

mode.

b. 1 buah 16-bit timer/counter dengan prescaler yang terpisah, compare mode,

dan capture mode.

c. Real Time Counter dengan oscillator terpisah.

d. 4 saluran PWM.

e. 6 saluran untuk 10-bit ADC.

f. I2C.


7

g. Watchdog timer dengan oscilator internal.

Gambar 2.3. Konfigurasi ATmega328p[5].

- VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

- GND merupakan pin ground.

- AVCC merupakan pin masukan tegangan ADC.

- AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

- PORTC (PC0.PC5) \merupakan pin input/output dua arah atau bidirectional dan

pin ADC.

- PORTB (PB0.PB7) merupakan pin input/output dua arah atau bidirectional.

- XTAL 1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock external.

Tabel 2.2. Fungsi khusus dari PORT B[5].

PIN FUNGSI KHUSUS

PB0 ICP1 (Timer / Counter1 Input Capture Pin)

PB1 OC1A (Timer / Counter1 Compare A Match Output)

PB2 OC1B (Timer / Counter1 Compare B Match Output)

SS merupakan jalur masukan SPI

PB3 OC2A (Timer / Counter2 Compare A Match Output)

MOSI (Master Output Slave Input SPI)

PB4 MISO (Master Input Slave Output SPI)

PB5 SCK (Serial Bus Clock SPI)

PB6 TOSC1 (Timer Oscillator PIN1)

PB7 TOSC2 (Timer Oscillator PIN2)


8

- PORTD (PD0.PD5) merupakan pin input/output dua arah atau bidirectional.

- RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

Tabel 2.3. Fungsi khusus dari PORT D[5].

PIN FUNGSI KHUSUS

PD0 RXD (USART Input Pin)

PD1 TXD (USART Output Pin)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

OC2B (Timer / Counter2 Compare B Match Output)

PD4 XCK (Two-wire Serial Bus Clock Line SPI)

T0 (Timer / Counter0 External Counter Input)

PD5 OC0B (Timer / Counter0 Compare B Match Output)

T1 (Timer / Counter1 External Counter Input)

2.2.1. Analog to Digital Converter (ADC) IC Atmel AVR ATmega328p memiliki ADC built-in dengan resolusi 10-bit, ADC

tersebut memiliki 6 channel / saluran tunggal yang terhubung pada pin ADC0 sampai dengan

ADC5. Mikrokontroler ATmega328p memiliki jumlah ADC 10-bit yang bekerja secara

berurutan. ADC ini dihubungkan melalui 6 saluran multiplexer analog yang memungkinkan

6 tegangan masukan yang terhubung pada pin PORTC0 sampai PORTC5[5].

2.2.2. Register Pengendali ADC dan ADMUX (ADC Multiplexer) Pada mikrokontroler AVR ada empat register yang digunakan oleh ADC yang

memiliki dua register data yang berisi data setelah konversi, dua register berisi status kendali

dan ADC.

Register ADMUX merupakan register 8-bit kontrol dengan tegangan referensi

pemilih, saluran dan mode operasi ADC. Fungsi masing – masing bit dalam register dapat

terlihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Register ADMUX[5].

Bit ini memilih tegangan referensi untuk ADC, nilai minimum ADC mengacu nilai

ground (GND) dan nilai maksimum tegangan pin AREF. Setelah proses konversi selesai


9

(ADCSRA.ADIF set) dalam posisi set hasil konversi terdapat pada ADCL dan ADCH, maka

persamaan 2.4 untuk menghitung hasil ADC.

𝐴𝐷𝐶 = 𝑉𝑖𝑛 ×1024

𝑉𝑟𝑒𝑓 (2.4)

Gambar 2.5. Tegangan referensi untuk ADC[5].

2.2.3. Timer / Counter Fungsi utama dari timer/counter adalah sebagai pewaktu (timer) dan penghitung

(counter), timer/counter juga dapat berfungsi untuk menentukan lebar pulsa atau untuk

membangkitkan sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Pada ATmega328p memiliki satu

buah timer 16-bit (timer/counter1) dan Watchdog timer untuk me-reset sendiri.

Timer/counter1 selain dapat digunakan untuk menghasilkan lebar pulsa PWM yang

digunakan untuk tujuan kendali, juga dapat menghasilkan dua buah sinyal PWM yang

independen[5].

2.2.4. Perhitungan Waktu Timer Perhitungan timer pada mikrokontroler merupakan perhitungan yang dapat

menghitung jarak waktu dan time delay. Persamaan 2.5 untuk menghitung frekuensi pada

output timer.

𝑓𝑂𝐶𝑛𝑥 = 𝑓𝑐𝑙𝑘 𝐼/𝑂

2 × 𝑁 × (1+𝑂𝐶𝑅𝑛𝑥) (2.5)

Menentukan waktu atau periode output dari timer yang diinginkan maka dapat dicari dengan

persamaan 2.6.

𝑇 = 1

𝑓𝑜𝑛𝑥 (2.6)

2.2.5. Fast mode PWM Fast mode PWM merupakan mode PWM yang memberikan frekuensi tinggi, fast

PWM berbeda dengan mode PWM lain berdasarkan operasi single slope. Counter


10

menghitung dari nilai BOTTOM hingga TOP kemudian kembali lagi menghitung dari nilai

BOTTOM[5].

Gambar 2.6. Timing Diagram Fast Mode PWM[5].

Persamaan 2.7 untuk menentukan output frekuensi dari PWM mikrokontroler:

𝑓𝑂𝐶𝑛𝑥(𝑃𝑊𝑀) = 𝑓𝑐𝑙𝑘𝐼/𝑂

𝑁 ×256 (2.7)

Keterangan:

𝑓𝑂𝐶𝑛𝑥(𝑃𝑊𝑀) = frekuensi output PWM.

𝑓𝑐𝑙𝑘𝐼/𝑂 = frekuensi crystal yang digunakan.

𝑁 = prescaler (1, 8, 64, 256, 1024)

2.3. Pembagi tegangan Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan (V) yang melewati sebuah penghantar

berbanding lurus dengan arus (I) dari elemen rangakaian. Faktor perbandingan V dibagi I

dinamakan resistansi atau R (komponennya disebut dengan resistor) dan dinyatakan dalam

satuan ohm (disingkat Ω). Kalau V dalam Volt dan I dalam Ampere, maka berlaku

persamaan 2.8.

𝑉 = 𝐼𝑅 (2.8)

Hukum Arus Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah semua arus yang menuju ke suatu

simpul harus sama dengan nol pada setiap saat. Hukum ini juga bias dinyatakan sebagai arus

pada suatu penghantar yang bercabang sama dengan jumlah semua arus percabangan, maka

diperoleh persamaan 2.9.

∑ I masuk + ∑ I keluar = 0 (2.9)


11

Hukum Tegangan Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah drop atau penurunan tegangan

pada satu loop harus sama dengan nol pada setiap saat[6]. Sehingga diperoleh persamaan

2.10.

∑ V + ∑ I x R = 0 (2.10)

Gambar 2.7. Pembagi tegangan[6].

Tegangan pada R1 dapat dinyatakan dengan persamaan 2.11:

𝑉1 = 𝑅1

𝑅1+ 𝑅2 × 𝑉2 (2.11)

Tegangan pada R2 dapat dinyatakan dengan persamaan 2.12.

𝑉2 = 𝑅2

𝑅1+ 𝑅2 × 𝑉1 (2.12)

2.4. LCD (Liquid Crystal Display) LCD atau Liquid Crystal Display pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama yaitu

bagian backlight (lampu latar belakang) dan bagian liquid crystal (kristal cair). Seperti yang

disebutkan sebelumnya, LCD tidak memancarkan pencahayaan apapun, LCD hanya

merefleksikan dan mentransmisikan cahaya yang melewatinya. Oleh karena itu, LCD

memerlukan backlight atau Cahaya latar belakang untuk sumber cahayanya. Cahaya

backlight tersebut pada umumnya adalah berwarna putih. Sedangkan kristal cair (liquid

crystal) sendiri adalah cairan organik yang berada diantara dua lembar kaca yang memiliki

permukaan transparan yang konduktif.

Setiap kolom pada LCD memiliki rangkaian tunggal tersendiri, piksel-piksel pada

LCD dialamatkan sekali menurut alamat baris dan kolom. Tipe ini disebut pengalamatan

matriks pasif karena piksel harus bertahan pada keadaan stabilnya meskipun sebenarnya

harus melakukan refresh tanpa kelebihan dari pengisian listrik yang stabil. Semakin banyak

piksel, maka tampilan yang dihasilkan oleh LCD matriks akan semakin halus. Berikut

merupakan gambar 2.8 dan tabel 2.4. LCD[7].


12

Gambar 2.8. LCD 16×2[7].

Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD[7].

PIN number Symbol Function

1 Vss GND

2 Vdd +3 or +5

3 Vo Contrast Adjusment

4 RS H/L Register Selected Signal

5 R/W H/L Read/Write Signal

6 E H →L Enable Signal

7 DB0 H/L Data Bus Line




PIN number Symbol Function





15 A/Vee +4.2V for LED/Negative Voltage Output

16 K Power Supply for B/L (OV)

2.5. Transistor Sebagai Saklar Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua daerah

kerjanya yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor akan mengalami

perubahan kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya. Transistor dalam keadaan

menyumbat dapat dianalogikan sebagai saklar dalam keadaan terbuka, sedangkan dalam

keadaan jenuh seperti saklar yang menutup.

Titik kerja transistor meliputi daerah jenuh transistor, daerah aktif transistor, dan

daerah mati transistor. Daerah kerja transistor saat jenuh adalah keadaan dimana transistor


13

mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor tersebut

seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Pada daerah ini transistor dikatakan

menghantar maksimum (sambungan CE terhubung maksimum).

Daerah aktif transistor, pada daerah kerja ini transistor biasanya digunakan sebagai

penguat sinyal. Transistor dikatakan bekerja pada daerah aktif karena transistor selalu

mengalirkan arus dari kolektor ke emitor walaupun tidak dalam proses penguatan sinyal, hal

ini ditujukan untuk menghasilkan sinyal keluaran yang tidak cacat. Daerah aktif terletak

antara daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (Cut off).

Daerah cut off merupakan daerah kerja transistor dimana keadaan transistor

menyumbat pada hubungan kolektor – emitor. Daerah cut-off sering dinamakan sebagai

daerah mati karena pada daerah kerja ini transistor tidak dapat mengalirkan arus dari kolektor

ke emitor. Pada daerah cut-off transistor dapat di analogikan sebagai saklar terbuka pada

hubungan kolektor – emitor. Gambar 2.9. Grafik kurva karakteristik transistor[8].

Gambar 2.9. Grafik karakteristik transistor[8].

Untuk membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi tegangan.

Besarnya tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan 0,7 untuk silicon).

Dengan mengatur Ib>Ic/β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan kolektor dan

emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa hambatan dan Vce≈0. Besar

arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan Vcc/Rc. Keadaan seperti ini

menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (ON). Transistor dalam keadaan jenuh terlihat

pada gambar 2.10[8].

Gambar 2.10. Transistor kondisi jenuh (saklar posisi ON)[8].


14

Transistor dalam keadaan mati (cut-off) terlihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11. Transistor kondisi mati (saklar posisi OFF)[8].

Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau basis diberi

tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cut-off),

sehingga tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈ Vcc. Keadaan ini

menyerupai saklar pada kondisi terbuka seperti ditunjukan pada gambar 2.11[8].

Besarnya tegangan kolektor emitor Vce suatu transistor pada konfigurasi diatas dapat

diketahui dengan persamaan 2.13.

𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝐼𝑐 𝑥 𝑅𝑐 (2.13)

Karena kondisi jenuh Vce = 0V (transistor ideal) maka besarnya arus kolektor (Ic) seperti

pada persamaan 2.14.

𝐼𝑐 = 𝑉𝑐𝑐

𝑅𝑐 (2.14)

Besarnya arus yang mengalir agar transistor menjadi jenuh (saturasi) seperti pada persamaan

2.15.

𝑅𝑏 = 𝑉𝑖−𝑉𝑏𝑒

𝐼𝑏 (2.15)

Sehingga besar arus basis Ib jenuh ditunjukkan pada persamaan 2.16.

𝐼𝑏 ≥ 𝐼𝑐

𝛽 (2.16)

Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut-off

pada persamaan 2.17.

𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 (2.17)


15

Karena kondisi mati Ic = 0 (transistor ideal) maka besar arus basis Ib pada persamaan 2.18.

𝐼𝑏 =𝐼𝑐

𝛽 (2.18)

Sehingga dengan persamaan diatas dapat diperoleh nilai Rb dan Rc yang sesuai agar dapat

berfungsi sebagai saklar.

2.6. Mosfet Sebagai Saklar MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor

dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu.

Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor

MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon digunakan

sebagai landasan (substrat) dari penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate).

Selanjutnya transistor dibuat sedemikianrupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi

oleh oksida silikon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri dari kanal,

sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT

(Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah.[9].

Ada dua tipe MOSFET yaitu depletion MOSFET dan enhancement MOSFET.

MOSFET memiliki kecepatan kontak yang tinggi dan waktu kontak dalam orde nano detik.

MOSFET dapat ditemui dalam aplikasi daya rendah dengan konversi frekuensi tinggi.

MOSFET memiliki impedansi input yang tinggi, 109 hingga 1011. MOSFET membutuhkan

energi gate yang rendah dan memiliki switching losses yang rendah. Penguatan arus yaitu

perbandingan antara arus drain ID dan arus gate IG rata–rata dalam orde 109.

Transconductance yaitu perbandingan arus drain ID dengan tegangan gate, sebagai transfer

karakteristik dan merupakan parameter yang penting[10].

Gambar 2.12. Simbol MOSFET[10].


16

2.6.1. Karakteristik MOSFET Grafik karakteristik MOSFET (NMOS) arus ID sebagai fungsi VDS dengan parameter

VGS ditunjukkan dalam gambar 2.13. Pada MOSFET terdapat tiga daerah operasi yaitu

daerah cut-off, linear dan saturasi. Pada daerah cut-off, tegangan gerbang lebih kecil dari

tegangan ambang, sehingga tidak terbentuk saluran, dan arus tidak dapat mengalir (ID = 0).

Pada daerah linear, pada awalnya gerbang diberi tegangan hingga terbentuk saluran.

Apabila drain diberi tegangan yang kecil, maka elektron akan mengalir dari source menuju

drain atau arus akan mengalir dari drain ke source. Selanjutnya saluran tersebut akan

bertindak sebagai suatu tahanan, sehingga arus drain (ID) akan sebanding dengan tegangan

drain, diperoleh persamaan 2.19.

𝐼𝐷(𝐿𝐼𝑁) = 𝑘𝑛 [(𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇)𝑉𝐷𝑆 −𝑉 𝐷𝑆

2

2] (2.19)

Apabila tegangan drain tersebut ditingkatkan hingga tegangan pada gate menjadi

netral, lapisan inversi saluran pada sisi drain akan hilang, dan mencapai suatu titik yang

disebut titik pinch-off. Pada titik pinch-off ini merupakan permulaan dari daerah kerja

saturasi. Apabila melebihi titik ini, peningkatan tegangan drain tidak akan mengubah arus

drain, sehingga arus drain tetap (konstan) dengan persamaan 2.20.

𝐼𝐷(𝑆𝐴𝑇) =𝑘𝑛

2 (𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑇𝑛)2 (2.20)

Gambar 2.13. Grafik karakteristik MOSFET arus ID sebagai fungsi VDS dengan parameter

VGS[9].

Bentuk operasi untuk MOSFET saluran-p adalah sama seperti pada trasistor MOSFET

saluran-n. pernyataan arus drain identik dengan polaritas tegangan dan arah arus terbalik[9].


17

1. Daerah cut – off ketika VGS ≤ VT

2. Daerah saturasi ketika VDS ≥ VGS - VT

3. Daerah linear ketika VDS ≤ VGS - VT.

Transconductance gm didefinisikan dengan persamaan 2.21.

𝑔𝑚 = ∆𝐼𝐷

∆𝑉𝐺𝑆 (2.21) dengan VDS = konstan

Gambar 2.14. Transfer karakteristik dari n – chanel MOSFET tipe enhancement[9].

Gambar 2.15. Karakteristik keluaran dari MOSFET tipe enhancement[9].

Ketika pada daerah linear, arus drain ID berubah secara proporsional terhadap

tegangan drain source VDS. Pada daerah saturasi arus drain ID selalu konstan untuk setiap

penigkatan nilai VDS.

Tanpa sinyal gate, MOSFET memiliki karakteristik sama dengan dioda yang

dihubung berlawanan atau serperti transistor NPN. Gambar 2.16 menunjukkan rangkaian

pensaklaran dengan MOSFET, dengan hambatan sumber sinyal Rs, hambatan gatesource

Rg dan hambatan beban Rl[10].

Gambar 2.16. Rangkaian pensaklaran MOSFET[10].

Tegangan gate-source VGS dapat ditentukan dengan persamaan 2.22.

𝑉𝐺𝑆 = 𝑅𝐺× 𝑉𝐺

𝑅𝑆+ 𝑅𝐺 (2.22)


18

Nilai RS adalah nilai hambatan dalam pada kendali kaki gate. Maka nilai RG diperoleh

dengan persamaan 2.23.

𝑅𝐺 = 𝑅𝑆× 𝑉𝐺𝑆

𝑉𝐺− 𝑉𝐺𝑆 (2.23)

2.6.2. Driver double emmiter-follower Daerah kerja MOSFET bekerja saat keadaan switching berkisar antara 10V – 20V,

sebuah rangkaian driver MOSFET ditunjukkan pada gambar 2.17. yang terdiri dari transistor

NPN dan PNP bipolar. Saat driver diberi tegangan sumber pulsa, tegangan input tinggi maka

Q1 on dan Q2 off, begitupun juga sebaliknya ketika sinyal input rendah, maka Q1 off dan Q2

on.

Gambar 2.17. Driver double emitter-follower[2].

2.7. DC to DC Push – Pull Converter Push-pull merupakan salah satu konfigurasi DC to DC terisolasi, converter

terisolasi menggunakan transformator untuk memisahkan sisi masukan dan sisi keluaran.

Perbedaan converter DC to DC tipe push-pull dengan converter DC to DC terisolasi lainnya

lainnya adalah sisi primer dari transformator disuplai arus dari dua saklar (transistor) yang

terhubung dengan sumber arus DC secara simetris. Dua transistor tersebut dipicu bergantian

sehingga menghasilkan aliran arus bolak-balik menuju transformator. Setelah itu, seperti

halnya konverter DC to DC terisolasi lainnya, tegangan keluaran transformator disearahkan

dengan jembatan dioda penyearah gelombang penuh atau dua dioda penyearah Center Tap

(CT) bergantung pada konfigurasi lilitan sekunder transforamator yang digunakan[13].

Gambar 2.18. Push-pull converter terisolasi[13].


19

Perancangan DC to DC ini dimaksudkan agar tegangan DC rendah ditingkatkan

menjadi tegangan DC tinggi supaya kinerja dari inverter ini bekerja dengan optimal. Agar

rasio konversi tegangan DC tinggi dapat tercapai maka perancangan transformator harus

tepat dengan mengubah desain rasio dalam memperhitungkan tegangan input ke fungsi

tegangan output maka didapat persamaan 2.24[12].

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 2𝑁𝑠

𝑁𝑝𝐷 × 𝑉𝑖 (2.24)

Waktu switching untuk periode ditentukan dalam persamaan 2,25.

𝑇 = 1

𝑓 (2.25)

Maksimum nilai duty cycle untuk setiap fase waktu on dari converter push-pull dengan

persamaan 2.26.

𝑡𝑜𝑛 = 0.5 × 𝑇 (2.26)

Dead time diberikan agar menghindari konduksi secara bersamaan maka untuk memilih duty

cycle maksimum menggunkan persamaan 2.27.

𝐷𝑚𝑎𝑥 = ƞ × 𝑡𝑜𝑛 (2.27)

Keterangan:

Ƞ = efficiency

Vout = tegangan keluaran

Vin = tegangan masukan

Duty cycle dapat diatur dengan menggunakan mode PWM yang sudah diatur untuk

menjaga agar tegangan output tetap konstan. Sehingga tegangan DC dapat diubah menjadi

tegangan AC menggunakan penyearah gelombang penuh. Berdasarkan prinsip kerja

Sinusoida Pulse Width Modulation (SPWM) tercapai, maka disarankan menggunakan

rangkaian LC agar kualitas gelombang sinus terlihat sinus terlihat lebih halus[12].

2.7.1. Transformator Transformator merupakan sebuah peralatan yang dapat memindahkan daya listrik dari

lilitan primer ke lilitan sekunder, tanpa terjadi adanya perubahan frekuensi. Transformator


20

terdiri dari dua kumparan induktif yang secara listrik terpisah tetapi terhubung secara

magnetic[11].

Prinsip kerja transformator adalah induksi yang bekerja secara bersamaan dari dua

kumparan yang mempunyai hubungan magnetic. Di dalam perancangan transformator

terdapat dua kumparan yang saling terinduksi. Jika salah satu kumparan dihubungkan

terhadap suatu sumber tegangan maka fluks akan timbul inti sehingga akan menimbulkan

gaya gerak listrik. Kumparan yang diberi sumber tegangan dinyatakan sebagai kumparan

primer, dan kumparan yang berhubungan dengan beban dinyatakan sebagai kumparan

sekunder.

Gambar 2.19. Transforamtor switching.

Menentukan perbandingan lilitan transformator (turns rasio):

𝑁 = 𝑁𝑠

𝑁𝑝 (2.28)

Menentukan jumlah lilitan primer:

𝑁𝑝 = (𝑉𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛) × (𝑡 𝑜𝑛) × 𝐷𝑚𝑎𝑥

𝐴𝑒 𝑥 𝐵𝑚𝑎𝑥 (2.29)

Mencari equivalaent puncak arus maksimum:

𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘 = 1.1 × 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛 (2.30)

Menentukan maksimum arus (RMS):

𝐼𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘 × 𝐷𝑚𝑎𝑥 (2.31)

Menentukan maksimum arus (RMS):


21

𝐼𝑖𝑛 =𝑃𝑖𝑛

𝑉𝑖𝑛𝑚𝑖𝑛 (2.32)

Mencari daya masukan:

𝑃𝑖𝑛 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

ƞ (2.33)

Menentukan jumlah lilitan sekunder:

𝑁𝑠 = 𝑁𝑝 ×𝑉𝑜𝑢𝑡+ 𝑉𝑓

2×𝑉𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛×𝐷𝑚𝑎𝑥 (2.34)

Menentukan jumlah lilitan sekunder:

𝑉𝐷𝑆 = 1,3 × (2 × 𝑉𝑖𝑛𝑚𝑎𝑥) (2.35)

Keterangan:

𝑉𝑓 = tegangan bias maju dioda.

𝐷𝑚𝑎𝑥 = duty cycle maximum.

𝐴𝑒 = effective core area (mm2).

𝐵𝑚𝑎𝑥 = flux density swing (gaus).

2.7.2. Penyearah Full Bridge Penyearah full bridge menggunakan empat dioda adalah jenis rectifier, jika

transformator mengeluarkan output sisi sinyal positif maka output D1 dan D2 akan berada

pada posisi forward bias sehingga melewatkan sinyal positif tersebut sedangakan D3 dan

D4 akan menghambat sinyal sisi negatifnya. Kemudian pada saat output berubah menjadi

sisi sinyal negatif maka D3 dan D4 akan berada dalam kondisi forward bias sehingga

melewatkan sinyal positif tersebut sedangakan D1 dan D2 akan menghambat sinyal[14].

Gambar 2.20. Penyearah full bridge[14].

Menentukan tegangan puncak amplitudo:

𝑉𝑚 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 × √2 (2.36)


22

Menentukan arus rata-rata maksimum keluaran:

𝐼𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑜𝑢𝑡 (2.37)

Menentukan tegangan dioda penyearah:

𝑉𝑑𝑖𝑜𝑑𝑎 = 𝑁 × 𝑉𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛 (2.38)

Menentukan nilai induktansi:

𝐿 =1−2×𝐷

32×𝑓2×∆𝑉𝑜×𝐶 (2.39)

2.8. Gate Driver MOSFET IR2110 IC IR2110 merupakan IC bertegangan dan kecepatan tinggi, IC ini berfungsi sebagai

driver MOSFET dengan dua keluaran high dan low. Pada IC IR2110 terdapat gerbang logika

sebagai saklar yang bekerja sesuai perintah yang diberikan dari mikrokontroler, IC IR2110

memiliki fungsi utama untuk menaikkan level tegangan sinyal dari mikrokontroler sehingga

sinyal dari mikrokontroler dapat digunakan untuk menggerakan MOSFET.

Gambar 2.21. Rangkaian gate driver MOSFET[18].

2.9. Pembangkit Gelombang Sinus Gelombang sinusoid keluaran inverter merupakan gelombang keluaran yang menyerupai

gelombang jala – jala PLN ini dikarenakan agar peralatan elektronik dapat digunakan.

Inverter dengan gelombang keluaran sinusoid merupakan modifikasi dari inverter keluaran

gelombang kotak. Gelombang sinusoid PWM (SPWM) dibentuk dari dua buah sinyal yang

dibandingkan, yaitu sinyal sinusoid sebagai sinyal referensi dan sinyal kotak sebagai sinyal

carrier. Terdapat dua bentuk dasar gelombang keluaran inverter SPWM yaitu bipolar SPWM


23

dan unipolar SPWM. Bipolar SPWM berupa pulsa lebar modulasi yang memiliki 2 puncak

positif dan negatif tanpa pembatas tegangan nol. Setiap pulsa memiliki tinggi dari puncak

negatif ke puncak positif dengan lebar yang proporsional terhadap magnitudo sinusoid.

Gambar 2.22. Bipolar SPWM[11].

Unipolar SPWM berupa pulsa dengan ketinggian dari nol ke amplitudo positif atau dari nol

ke amplitudo negatif. Lebar pulsa proporsional terhadap magnitudo sinusoid[11].

Gambar 2.23. Unipolar SPWM[11]..

Persamaan gelombang sinus dengan 2.40.

𝑉 = 𝑉𝑚 sin(𝜔𝑡) (2.40)

Nilai tegangan efektif (Vrms) gelombang ditentukan dengan persamaan 2.41.

𝑉𝑒𝑓 = 1

√2 × 𝑉𝑚 (2.41)

Sudut dalam derajat dapat dinyatakan dalam persamaan 2.42

𝐷𝑒𝑟𝑎𝑗𝑎𝑡 = 180°

𝜋 × 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 (2.42)

2.10. Total Harmonic Distortion Indeks cacar gelombang adalah suatu metode untuk mengukur kandungan cacat

gelombang. Indeks cacat gelombang disajikan dalam persen atau per-unit. Terdapat


24

beberapa macam indeks untuk mengukur besaran cacat gelombang, salah satunya

menggunakan Total Harmonic Distortion (THD).

Menghitung indeks THD memerlukan data harmonik. Harmonik adalah komponen

distorsi atau komponen yang menyebabkan cacat gelombang. Pada sistem AC, komponen

yang diinginkan pada suatu tegangan atau arus adalah komponen fundamental. Definisi THD

adalah harga efektif (rms) dari gabungan seluruh komponen harmonisa dibagi dengan nilai

efektif (rms) komponen fundamental[11]. Persamaaan THD tegangan dinyatakan sebagai

persamaan 2.43.

𝑇𝐻𝐷𝑉 = √∑ (𝑉𝑛,𝑟𝑚𝑠)

2∞𝑛=2

𝑉1,𝑟𝑚𝑠=

√𝑉2𝑟𝑚𝑠− 𝑉 1,𝑟𝑚𝑠2

𝑉1,𝑟𝑚𝑠 (2.43)

THD arus ditentukan dengan menggantikan persamaan THD tegangan diatas, THD

arus sering digunakan untuk mengukur tegangan output yang lebih besar. Definisi THD

didasarkan pada seri fourier, sehingga dapat digunakan dalam metode deret fourier untuk

analisis. Persamaan THD arus dinyatakan dengan persamaan 2.44.

𝑇𝐻𝐷𝐼 = √∑ (𝐼𝑛,𝑟𝑚𝑠)

2∞𝑛=2

𝐼1,𝑟𝑚𝑠 (2.44)


25

BAB III

PERANCANGAN

3.1. Diagram Blok Sistem Pengubah tegangan dari DC menjadi AC atau biasa disebut dengan inverter. Tahap

inverter bekerja dimulai dari baterai 12V DC dikonversikan menjadi tegangan AC sebesar

220V AC dan keluaran tegangan berupa gelombang sinus dengan cara diperoleh dari

pengaturan mikrokontroler, catu daya pada mikrokontroler menggunakan IC LM7805 agar

tegangan yang masuk dalam mikrokontroler tetap stabil 5V DC dan driver mosfet sebagai

penguat sinyal PWM yang keluar dari mikrokontroler. Pada tahap perancangan DC to AC

converter bagian terpenting yaitu konverter 12V DC ke 320V DC dan konverter 320V DC

ke 220V AC, keluaran dari konverter 12V DC ke 320V DC bertegangan tinggi yang akan

diubah menjadi tegangan AC dengan daya output maksimal sebesar 300W dan frekuensi

dapat diatur dari 10Hz sampai dengan 60Hz yang mengacu pada gambar 1.1.

Perancangan konverter 12V DC ke 320V DC mengacu pada gambar 3.1, pengubahan

tegangan 12V DC akan dibuah menjadi tegangan DC tinggi sebesar 320V DC menggunakan

sebuah driver yang meliputi driver transistor dan driver mosfet. Transformator switching

digunakan untuk mendapatkan tegangan AC dengan penyearah full bridge untuk mengubah

tegangan AC dari transformator switching menjadi tegangan DC, dikarenakan untuk

mendapatkan tegangan DC dari sumber tegangan AC memerlukan penyearah yang

kemudian jika tegangan DC tinggi yang diharapkan tidak sesuai akan di proses

mikrokontroler sehingga nilai PWM dapat sesuai dengan yang diinginkan yaitu sebesar

320V DC.

Gambar 3.1. Diagram blok konverter 12V DC ke 320V DC.


26

Perancangan konverter konverter 320V DC ke 220V AC mengacu pada gambar 3.2,

menggunakan IC IR2110 untuk mengaktifkan driver mosfet agar menghasilkan gelombang

keluaran sinus dan mengubah keluaran tegangan 320V DC menjadi tegangan AC sebesar

220V AC. Mikrokontroler digunakan sebagai pengatur pulsa yang akan di sampling menjadi

gelombang sinus dan mengatur konversi nilai dari potensiometer menjadi frekuensi yang

dapat diatur dari 10Hz sampai 60Hz, serta penampil tegangan keluaran AC dan frekuensi

pada tegangan keluaran AC.

Gambar 3.2. Diagram blok konverter 320V DC ke 220V AC.

Tabel 3.1. Spesifikasi inverter yang akan dirancang.

Spesifikasi Simbol Nilai

Tegangan masukan DC VDC 12V

Daya output Pout 300W

Tegangan keluaran AC VAC 220V

Target efficiency ƞ ≥ 90%

Frequency switching f 31,250KHz

3.2. Mikrokontroler 1 untuk Konverter 12V DC ke 320V DC Pada mikrokontroler ATmega328p setiap komponen mengacu pada datasheet yang

ada, yaitu dua kapasitor keramik yang bernilai 22pF, kapasitor elco bernilai 10μF, dan XTAL

sebesar 16MHz agar dapa menyesuaikan frekuensi pada mikrokontroler, hambatan resistor

pull-up pada nilai hambatan 30kΩ. Tombol push-button berfungsi sebagai reset agar saat

terjadi eror pada sistem akan dapat me-reset data tersebut.

Perancangan rangkaian mikrokontroler 1 IC ATmega328p berfungsi sebagai pengatur

nilai PWM pada konverter 12V DC ke 320V DC dan peak detector untuk keluaran tegangan


27

DC agar keluaran tegangan DC dapat sesuai yang diinginkan sebesar 320V DC jika tegangan

keluaran DC tidak sesuai maka mikrokontroler akan mengulangi proses hingga mendapatkan

tegangan DC yang diinginkan. Gambar rangakaian perancangan mikrokontroler ATmega

328p mengacu pada gambar 3.3.

Gambar 3.3. Mikrokontroler 1 untuk konverter 12V DC ke 320V DC.

Tabel 3.2. Pin input/output mikrokontroler 1 untuk DC to DC.

No Pin Pin I/O Keterangan

24 PORTC.0/ADC.0 Input sensor tegangan baterai

25 PORTC.1/ADC.1 Feedback tegangan output

15 PORTB.1 Output PWM push-pull driver mosfet 1

16 PORTB.2 Output PWM push-pull driver mosfet 2

3.3. Mikrokontroler 2 untuk Konverter 320V DC ke 220V AC Perancangan rangkaian mikrokontroler 2 IC ATmega328p berfungsi sebagai sampling

gelombang kotak yang akan dikonversikan menjadi gelombang sinus, pengatur frekuensi,

dan menampilkan data pada LCD pada konverter 320V DC ke 220V AC. Gambar rangkaian

perancangan mikrokontroler ATmega 328p mengacu pada gambar 3.4.

Gambar 3.4. Mikrokontroler 2 untuk konverter 320V DC ke 220V AC.


28

Tabel 3.3. Pin input/output mikrokontroler 2 untuk DC to AC.

No Pin Pin I/O Keterangan

15 PORTB.1 PIN LIN IR2110, IC-A

16 PORTB.2 PIN LIN IR2110, IC-B

2 PORTD.0 PIN HIN IR2110, IC-A

14 PORTB.0 PIN HIN IR2110, IC-B

27 PORTC.4 PIN SD IR2110, IC-A

28 PORTC.5 PIN SD IR2110, IC-B

26 PORTC.2 Input pengatur frekuensi dengan potensiometer

3 PORTD.1 LCD Pin D7




7 PORTD.5 LCD Pin E

8 PORTD.6 LCD Pin R/W

9 PORTD.7 LCD Pin RS

3.4. Pembagi tegangan sebagai peak detector Rangkaian pembagi tegangan sebagai peakdetector, digunakan untuk sensor pembagi

tegangan. Perhitungan untuk tegangan input maksimal sebesar 400V dengan nilai resistor

yang mengacu pada persamaan 2.12

Gambar 3.5. Rangkaian pembagi tegangan sebagai peak detector.

R2 = 2kΩ

Vin = 400V

Vout = 5V

𝑅1 = (2𝐾 ×400𝑉)−(2𝐾 ×5𝑉)

5𝑉= 158𝐾Ω


29

Dioda yang digunakan pada perancangan ini adalah dioda zener dengan tegangan

sebesar 5.1V yang diperoleh dari datasheet. Fungsi dari dioda zener sebagai pembatas

tegangan output, agar tegangan yang masuk ke mikrokontroler tidak melebihi dari 5V.

3.5. Perancangan LCD Pada tahap ini perancangan LCD akan menunjukan nilai tegangan masukan DC,

tegangan keluaran AC dan frekuensi pada keluaran tegangan AC. Nilai-nilai komponen yang

terdapat pada perancangan LCD ini sudah disesuaikan dengan datasheet. Nilai resistor

variable adalah 10kΩ, fungsi dari resistor variable untuk mengatur kontras pencahayaan

yang keluar dari LCD dan setiap port masukan pada LCD disesuaikan pada port keluaran

pada mikrokontroler 2 konverter 320V DC ke 220V AC . Rangkaian LCD ditunjukkan pada

gambar 3.8.

Gambar 3.6. Rangkaian perancangan LCD.

3.6. Konverter 12V DC ke 320 V DC

Gambar 3.7. Rangkaian konverter 12V DC ke 320V DC .

Driver1

Driver2

Driver mosfet


30

Tahap ini dirancang tahap ini dirancang DC to DC converter memiliki tahapan penting

dalam merancang inverter. Bagian penting yang dirancang agar output converter yang

dihasilkan memiliki output yang diinginkan maka perancangan driver mosfet menggunakan

transistor menjadi bagian yang utama. Untuk mengendalikan driver mosfet menggunakan

dua driver transistor yaitu driver1 dan driver2.

3.6.1. Pengaktifan driver transistor Pada bagian ini menggunakan dua driver transistor yaitu driver1 dan driver2 yang

memiliki fungsi yang sama untuk mengendalikan mosfet. Jenis transistor yang dirancang

bertipe 2SD882 sebagai NPN, 2SD882 memiliki nilai β 96~135 dan dapat diasumsikan

bahwa nilai β 100 dan nilai hambatan pada kaki R7 collector 2kΩ, tegangan basis emitor Vbe

0,7V, tegangan yang masuk sebesar 12V sehingga dapat menggunakan persamaan 2.14

sampai 2.18 untuk mengaktifkan driver1 transistor.

𝐼𝐶 =12𝑉

2𝑘= 6𝑚𝐴

𝐼𝐵 =6𝑚𝐴

100= 60𝜇𝐴

𝑅𝑏 = 𝑅8 =12𝑉−0,7𝑉

60𝜇𝐴= 188333,33Ω

Besarnya nilai Rb = R8 yang dapat digunakan adalah 20kΩ

Agar transistor T4 dapat mencapai saturasi maka Rb ≤ Rmax , sehingga menggunakan Rb

sebesar 20kΩ. (Rb = Rc)

𝐼𝐶 =12𝑉

20𝑘= 0,6𝑚𝐴

𝐼𝐵 =0,6𝑚𝐴

100= 6𝜇𝐴

Jika saat input dari mikrokontroller logika tinggi 5V, tegangan basis emitor Vbe 0,7V maka

𝑅𝑏 = 𝑅9 =5𝑉−0,7𝑉

6𝜇𝐴= 716666,67Ω

Besarnya nilai Rb = R9 yang digunakan 100kΩ.

Agar T5 transistor saturasi maksimal Rb≤ Rmax maka Rb = 100kΩ (Rb = Rc)

Sedangkan pada T2, T9 dan T6, T11 dapat mengikuti rangkaian driver double emmiter-

follower. Seperti yang mengacu pada dasar teori dalam gambar 2.17 sebuah rangkaian yang


31

terdiri dari driver transistor dan driver mosfet yaitu sepasang transistor NPN dan PNP serta

mosfet. Untuk transistor PNP menggunakan 2SB772 dikarenakan transistor jenis tersebut

dapat digunakan sebagai driver mosfet switching. Untuk pengaktifan driver2 transistor

berlaku hal yang sama dengan driver1 transistor sehingga kedua driver tersebut dapat

mengendalikan driver mosfet.

3.6.2. Perancangan Transformator Perancangan transformator yang akan dibuat memiliki tegangan masukan sebesar

12V. Tujuan dari perancangan transformator agar tegangan masukan DC dapat

dikonversikan menjadi tegangan AC. Dalam perancangan ini penetapan lilitan sekunder dan

primer adalah hal yang utama, dikarenakan perancangan lilitan akan mempengaruhi

tegangan keluaran AC tersebut. Frekuensi yang digunakan untuk perancangan ini mengikuti

keluaran frekuensi dari mikrokontroler dengan nilai XTAL 16×106. Perhitungan frekuensi

diperoleh dari persamaan 2.5.

𝑓 = 16 × 106

2 × 1 × (1 + 255)= 31,250 𝑘𝐻𝑧

Frekuensi switching dari mikrokontroler sebesar 31,250 kHz. Untuk menentukan waktu

switching periode, 𝑡𝑜𝑛 untuk setiap fase dari converter push-pull dapat diperoleh dari

persamaan 2.19. sampai 2.20.

𝑇 = 1

31,250 × 103= 32𝜇𝑠

𝑡𝑜𝑛 = 0,5 × 32𝜇𝑠 = 16𝜇𝑠

dead time harus diberikan agar menghindari konduksi yang secara bersamaan maka untuk

memilih duty cycle maksimum dengan efficiency sebesar ƞ = 90% didapat dengan persamaan

2.21.

𝐷𝑚𝑎𝑥 = 0,9 ×16 × 10−3

32 × 10−3= 0,45

Diperoleh Dmax = 0.45 sesuai dengan penetapan dari dasar teori dead time, dikarenakan nilai

tersebut merupakan nilai ideal untuk merancang sebuah converter push-pull. Dalam

merancang sebuah lilitan primer, dapat menggunakan tegangan minimum pada masukan

baterai yang berkisar antara 11,7V sampai 12,3V dan tegangan yang paling minimum dapat


32

digunakan sebagai Vmin. Dengan menentukan jenis trafo yang digunakan maka diperoleh Ae

= 114mm2 dan Bmax = 0,3 Gauss, untuk mendapatkan jumlah lilitan primer dapat diperoleh

dengan persamaan 2.23. Besarnya tegangan amplitudo dapat di hitung dari persamaan 2.30,

setelah didapatkan nilai Vin maka penentuan untuk lilitan sekunder dapat diperoleh dari

persamaan 2.28.

𝑁𝑝 =11,7𝑉 × 16 × 10−3 × 0,45

114 × 0,3= 2,463 𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛

𝑉𝑖𝑛 = 220 × √2 = 311,13𝑉

𝑁𝑠 = 2 ×311,13 + (1,3 + 1,3)

2 × 11,7 × 0,45= 60 𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛

Menentukan perbandingan lilitan transformator dapat diperoleh dengan persamaan 2.22.

𝑁 =60

2,463= 24,3605

Hasil perhitungan Np sebanyak 2,463 lilitan. Menentukan masukan arus puncak maksimum

dengan daya yang diinginkan sebesar 300W dapat menggunakan persamaan 2.24.

𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘 =1,1 × 300𝑊

11,7𝑉= 28,2051𝐴

Dapat diperoleh puncak arus maksimum dari persamaan berikut sebesar 28,2051A sehingga

dalam menentukan menentukan maksimum arus RMS dengan duty cycle sebesar √0,45

dengan menggunakan persamaan 2.25.

𝐼𝑅𝑀𝑆 = 28,2051 × √0,45 = 18,92𝐴

Dari penetapan nilai effisiensi 90% dan daya output sebesar 300W maka nilai daya masukan

dapat diperoleh menggunakan persamaan 2.26.

𝑃𝑖𝑛 =300𝑊

0,9= 333,33𝑊

Dengan diperoleh daya input sebesar 333,33W dan tegangan minimum baterai sebesar 11,7V

maka arus rata-rata maksimum dapat diperoleh dengan persamaan 2.27.

𝐼𝑖𝑛 =333,33𝑊

11,7= 28,5𝐴


33

Perhitungan nilai tegangan breakdown agar dapat menentukan tegangan maksimal VDS pada

mosfet yang akan digunakan. Sehingga perhitungan nilai VDS dapat menggunakan

persamaan 2.29.

𝑉𝐷𝑆 = 1,3 × (2 × 12,3) = 31,98𝑉

Dari persamaan berikut maka didapat jenis mosfet yang baik untuk digunakan tipe IRF3205,

mosfet ini berfungsi sebagai saklar switching karena dari parameter kerja mosfet ini

memiliki tegangan VDS mencapai 55 V dan tegangan VGS ± 20 V.

3.6.3. Perancangan dioda penyearah

Gambar 3.8. Rangkaian dioda penyearah full-bridge.

Agar mendapatkan tegangan keluaran DC dari sumber AC maka dibutuhkan

rangkaian penyearah yang dirancang menggunakan penyearah full-bridge. Seperti yang

dapat terlihat pada gambar 3.8. tipe diode yang digunakan adalah FR207 dengan VRRM

(maximum peak reverse voltage) sebesar 1000V dan tegangan bias maju pada dioda sebesar

1,3V.

Diperoleh tegangan DC 311,13V serta daya keluaran yang diinginkan sebesar 300W maka

rata-rata arus keluaran maksimum dapat diperoleh dari persamaan 2.37. Tegangan dioda

Penyearah


34

yang akan digunakan pada rangkaian ini agar nilai tegangan maksimal atau tidak kurang dari

311,13V dan tegangan dioda dapat diperoleh dari persamaan 2.38.

𝐼𝑜𝑢𝑡 =300𝑊

311,13𝑉= 0,96𝐴

𝑉𝑑𝑖𝑜𝑑𝑎 = 30 × 11,7 =351V

Rangkaian LC bertujuan mengurangi ripple dari tegangan keluaran dengan menentukan C

33μF dan tegangan kapasitor adalah 450V, perhitungan induktansi pada rangkaian tersebut

dapat diselesaikan dengan persamaan 2.39.

𝐿 =1 − (2 × 0,45)

32 × (32𝑘𝐻𝑧)2 × 0,5% × 33𝜇𝐹= 19,393𝜇𝐻

Sehingga nilai induktansi pada rangkaian LC yaitu 19,393μH.

3.7. DC to AC Inverter Driver IC IR2110 ini digunakan karena memiliki ketahanan tegangan yang mencapai

500V dan arus yang mengalir mencapai 2.5A sesuai tipe dalam datasheet. Driver IC IR2110

digunakan untuk mengendalikan mosfet jenis IRF740, pengoperasian driver IC IR2110 akan

dikendalikan melalui sinyal PWM yang dihasilkan dari mikrokontroler yang terhubung

dengan pin HIN dan LIN pada IC IR2110. Komponen-komponen yang terdapat pada

rangkaian IC IR 2110 adalah kapasitor dan dioda, nilai setiap komponen tersebut diperoleh

berdasarkan datasheet. Pin HIN dan LIN akan aktif atau on jika logika masukan tegangan

bernilai tinggi atau 5V, saat kondisi pulsa bernilai tinggi pada pin HIN maka mosfet 1 akan

on dan mosfet 2 off sehingga beban akan mendapatkan tegangan positif. Kondisi sebaliknya

terjadi jika pin LIN diberi nilai logika tegangan tinggi atau 5V, beban akan mendapatkan

tegangan positif dari arah yang berlawanan. Kondisi ini akan menghasilkan pemindahan

switch mosfet 1 dan mosfet 2 secara bergantian dan menghasilkan tegangan bolak-balik.

Tabel 3.4. Pin input/output pada IC IR2110.

No Pin input/output Keterangan

1 VDD Masukan tegangan 5V

2 VSS Ground

3 HIN Masukan logika tinggi dan rendah dari mikrokontroler 2

4 LIN Masukan logika tinggi dan rendah dari mikrokontroler 2


35

Tabel 3.4. (lanjutan) Pin input/output pada IC IR2110.

No Pin input/output Keterangan

5 SD Masukan untuk mematikan komponen

6 HO Keluaran pada pin HIN untuk mengaktifkan mosfet

7 LO Keluaran pada pin LIN untuk mengaktifkan mosfet

Masukan pada pin HIN dan LIN merupakan gelombang keluaran dari mikrokontroler

dan transistor yang digunakan berjenis PNP yaitu 2SA1015. Masukan yang akan masuk pada

pin HIN dan LIN akan bernilai tinggi dan rendah secara bergantian, untuk masukan bernilai

tinggi transistor akan on dan mengaktifkan pin LIN A, sehingga pada saat masukan bernilai

rendah menyebabkan transistor akan off dan pin HIN A tidak aktif. Berlaku hal yang sama

untuk masukan bernilai tinggi pada pin HIN A akan mengaktifkan transistor dan pin HIN A

akan aktif, sehingga saat masukan bernilai rendah menyebabkan transitor pada pin LIN A

akan off dan pin LIN A menjadi tidak aktif. Keluaran dari mikrokontroler dibuat agar

masukan pada pin HIN A dan LIN A tidak mendapat nilai tinggi dan rendah secara

bersamaan. Jika terjadi hal tersebut, maka transistor tidak bekerja sehingga gelombang

keluaran dari mikrokontroler tidak dapat bernilai tinggi dan rendah secara bersamaan.

Keluaran pada pin HIN A yang bernilai tinggi akan dapat mengaktifkan mosfet2 dan

keluaran pada pin LIN A yang bernilai rendah tidak dapat mengaktifkan mosfet1, berlaku

hal yang sama jika keluaran pada pin LIN A yang bernilai tinggi akan mengaktifkan mosfet1

dan keluaran pada pin HIN A yang bernilai rendah tidak dapat mengaktifkan mosfet2. Proses

tersebut akan terus bergantian dikarenakan gelombang keluaran dari mikrokontroler akan

bernilai tinggi dan rendah. Untuk mengaktifkan mosfet3 dan mosfet4 menggunakan proses

yang sama sehingga akan mendapatkan tegangan bolak – balik dikarenakan switching mosfet

tersebut yang dapat dilihat pada rangkaian 3.10 untuk konverter 320V DC ke 220V AC

Proses pembentukan gelombang sinus mengacu pada dasar teori dalam gambar 2.23

yaitu unipolar SPWM, dengan sampling pada keluaran gelombang kotak dengan

menggunakan mikrokontroler 2 agar dapat membentuk gelombang sinus maka keluaran

pada HIN A akan aktif dengan LIN B secara bergantian dan HIN B akan aktif dengan LIN

A secara bergantian sehingga dapat terlihat pada gambar 3.9.


36

Gambar 3.9. Pembentukan gelombang sinus.


37

Gambar 3.10. Rangkaian konverter 320V DC ke 220V AC


38

3.8. Flowchart mikrokontroler 1

Gambar 3.11. Diagram alir mikrokontroler 1 konverter 12V DC ke 320V DC.

Pada tahap berikut ini dirancang program alir seperti terlihat pada gambar 3.9, program

ini diawali dengan inisialisasi port I/O pada mikrokontroller yang akan digunakan untuk port

sensor tegangan dan PWM. Pada proses PWM awal menunjukan mikrokontroller bekerja

saat diberi tegangan, sehingga proses selanjutnya jika nilai tegangan output kurang dari

320V maka PWM akan ditambahkan sampai nilai tegangan yang diinginkan. Tetapi jika

tegangan output lebih dari 320V maka PWM akan dikurangkan hingga nilai tegangan output

yang diinginkan sebesar 320V.


39

3.8.1. Flowchart mikrokontroler 2

Gambar 3.12. Diagram alir mikrokontroler 2 konverter 320V DC ke 220V AC.

Pada tahap ini dirancang mikrokontroler untuk pengontrol keluaran sinyal AC dengan

proses diawali dengan inisialisasi port I/O yang digunakan untuk port pengatur frekuensi

dan tampilan data pada LCD. Pengaturan frekuensi menggunakan potensiometer dan nilai

potensiometer akan dikonversikan menjadi nilai ADC sehingga nilai ADC ditentukan

melalui nilai masukan pada potensiometer dengan nilai frekuensi sampai dengan 60Hz.

Sinyal keluaran PWM pada mikrokontroler akan dihubungkan pada pin HIN dan LIN

dengan mengatur sisi tinggi maupun rendah pada keluaran PWM tersebut. Sinyal PWM 2

diberi masukan off atau sama dengan 0, PWM 1 akan diberi rumus 255 × sin ( 2 × 𝜋 × f × t

), begitupun sebaliknya proses berikutnya dengan masukan PWM 1 dengan nilai 0. Pada

pengaturan frekuensi dilakukan dengan pengubahan sinyal PWM 1 sesuai rumus yang

digunakan dengan mengasumsikan nilai frekuensi f 10Hz dan periode t 100ms sehingga

sinyal PWM 1 yang didapat,

𝑃𝑊𝑀 1 = 255 × sin(2 × 𝜋 × 10 × 100−3) = 16,011

Berlaku hal yang sama pada penentuan sinyal PWM 2 untuk nilai frekuensi yang telah

ditentukan.


40

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada tahap ini dilakukan pengujian pada perancangan inverter yang telah dibuat.

Pengujian data yang akan dilakukan yaitu, tegangan input sebesar 12 V DC, tegangan DC

to DC converter, tegangan output AC sebesar 220 V AC dengan pengaturan frekuensi 10-

60 Hz, dan daya maksimal 300 W. Pengamatan juga meliputi rangkaian penyearah full

bridge, gelombang sinus, PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler, dan output driver IC

IR2110. Nilai ADC keluaran akan ditampilkan pada serial monitor yang terhubung pada

mikrokontroler 2 sedangankan tegangan keluaran tidak dapat ditampilkan menggunakn

LCD. Terdapat tambahan kipas pendingin yang berfungsi sebagai pendingin komponen.

Inverter menggunakan pengaman berupa fuse agar dapat menghindari terjadinya

hubung singkat dan beban lebih, terdapat 2 fuse yang terdapat pada inverter yaitu untuk

pengaman input tegangan pada rangkaian DC to DC converter dan tegangan input DC to

AC converter sebesar 320 V DC. Sehingga alat dapat berfungsi dengan aman dikarenakan

terdapat komponen yang menggunakan tegangan dan arus yang rendah seperti

mikrokontroler, LM7805 dan IC IR2110. Pengujian dan pengambilan data yang dilakukan

menggunakan multimeter digital, osiloskop, dan baterai atau aki sebagai tegangan sumber

untuk inverter.

4.1. Bentuk fisik sistem elektronik

Gambar 4.1. Rangkaian Sistem Inverter.


41

Gambar 4.2. Rangkaian DC to DC converter.

Tabel 4.1. Keterangan nama bagian gambar 4.2.

No Keterangan

1 Saklar input tegangan

2 Tegangan input

3 Mikrokontroller 1

4 Driver transistor

5 Penyearah full bridge

6 Driver mosfet

7 Transformator switching

8 Kipas pendingin komponen

9 Pembagi tegangan feedback

Gambar 4.2. merupakan rangkaian DC to DC converter, saklar digunakan untuk on off

tegangan input 12 V DC. Mikrokontroller 1 sebagai pengatur nilai PWM untuk driver

transistor dengan transistor NPN 2SD882 dan PNP 2SB772 agar keluaran tegangan pada

transistor dapat maksimal serta berfungsi untuk feedback agar tegangan keluaran dapat

konstan sebesar 320 V DC, keluaran dari driver transistor untuk on off driver mosfet dengan

mosfet tipe N IRF3205. Mosfet ini mempunyai VDS 55 V (datasheet), arus drain mencapai

110 A (datasheet). Transformator switching untuk menaikkan arus yang masuk sehingga

keluaran transformator dapat mencapai 320 V yang akan disearahkan dengan penyearah full

bridge agar tegangan keluaran dari transformator menjadi tegangan DC. Kipas pendingin

1 2

3

4

5

6

7

8

9


42

berfungsi pendingin komponen terutama untuk driver mosfet dikarenakan kerja driver

mosfet terpengaruh dari beban yang diberikan pada rangkaian DC to DC converter

Gambar 4.3. Rangkaian DC to AC converter.

Tabel 4.2. Keterangan nama bagian gambar 4.3.

No Keterangan

1 Tegangan input untuk driver IC IR2110

2 Tegangan input 320V DC

3 Driver IC IR2110

4 Mikrokontroller 2

5 Driver mosfet

6 Regulator tegangan

Gambar 4.3 merupakan rangkaian DC to AC converter, tegangan input untuk driver IC

IR2110 sebesar VCC 12V DC dan VDD 5 V DC (datasheet) dalam mendapatkan tegangan

sebesar 5 V DC dibutuhkan regulator tegangan LM7805. Driver IC IR2110 sebagai

pengontrol gelombang SPWM, keluaran mikrokontroller 2 sebagai trigger untuk driver IC

IR2110 yang masuk pada kaki HIN dan LIN. Keluaran dari mikrokontroller berupa sinyal

PWM yang telah di sampling. Driver mosfet tipe N IRF740 dengan VDS 400 V (datasheet),

arus drain mencapai 10 A (datasheet) yang berfungsi sebagai saklar on off agar

menghasilkan gelombang SPWM.

4.2. Pengoperasian alat Agar alat berfungsi dengan benar proses pengoprasian alat dapat mengikuti petunjuk

sebagai berikut :

1

2

3

4

5

6


43

1. Pastikan baterai/aki yang akan digunakan memiliki tegangan 12V dan tegangan

pada aki terisi penuh.

2. Hubungkan antara kabel + (positif) dan - (negatif) ke rangkaian inverter.

Perhatikan antara kedua tersebut untuk tidak terbalik dalam pemasangannya.

3. Hubungkan lampu pada steker yang sudah tersedia.

4.3. Analisis sistem inverter DC to DC converter Dalam pengamatan analisis sistem inverter dilakukan pada tegangan baterai atau aki,

tegangan CT (center tap), tegangan output DC, arus input CT, arus output dari tanpa beban

sampai 180 W, dengan masukan tegangan baterai atau aki 12.63 V.

Tabel 4.3. Pengamatan DC to DC converter dengan beban lampu bohlam.

Kondisi

beban

Tegangan

baterai

(V)

Tegangan

CT (V)

Arus

input

(A)

Daya

input

(W)

Tegangan

(Vo) DC

Arus (Io) Beban real

P=Vo × Io

Tanpa

beban

12.63 12.50 0.683 8.62 335.8 V 0.001 A 0.3358 W

Lampu

60W

11.25 11.18 6.61 74.3 257.6 V 0.284 A 73.158 W

Lampu

120W

10.18 10.03 10.67 108.6 210.3 V 0.514 A 108.09 W

Lampu

180W

9.38 9.25 Tidak

terukur

Tidak

terukur

174.8 V 0.69 A 123.372 W

Pada pengujian DC to DC converter mengamati tegangan dan gelombang keluaran

334.9 Vdc serta arus yang mengalir setiap beban lampu yang dipakai. Dalam pengukuran

tegangan dan arus output, hasil yang didapat pada pengukuran terdapat perbedaan dari beban

yang dipakai. Beban yang dipakai berjenis lampu bohlam dengan daya yang berbeda-beda,

dalam menentukan beban yang sebenarnya menggunakan rumus daya dari perhitungan teori

yang ada, untuk percobaan beban lampu sebesar 180 W tidak dilakukan percobann arus input

dan daya input dikarenakan spesifikasi multimeter yang digunakan hanya mampu

mengalirkan arus tidak lebih dari 12.5 A sedangkan arus yang mengalir pada rangkaian lebih

dari 12.5 A. Salah satu contoh diambil pada perhitungan untuk beban 60 W, maka rumus

perhitungan daya dapat diperoleh:

𝑃𝑂 = 𝑉𝑂 × 𝐼𝑂

𝑃𝑂 = 257.6 𝑉 × 0.284 𝐴 = 73.158 𝑊

Dari hasil perhitungan beban lampu yang dipakai sebesar bukan 60 W tetapi 73.158

W dan beban 120 W menjadi 108.09 W, hal ini disebabkan tegangan input yang tidak dapat


44

konstan sebesar 12 V mengakibatkan tegangan keluaran tidak dapat bekerja dengan baik.

Pada tabel 4.3 ditunjukkan tegangan input dan arus input, dalam percobaan beban 60 W

terlihat daya masukan sama dengan daya keluaran ini membuktikan jika arus yang mengalir

pada arus sumber mengalir sesuai kebutuhan beban yang digunakan.

(a) (b)

Gambar 4.4. (a) Hasil pembagi tegangan output DC, (b) rangkaian pembagi tegangan.

Pengukuran gelombang output DC menggunakan osiloskop digital, spesifikasi

osiloskop yang dipakai hanya dapat membaca tegangan maksimal 320 V sedangkan

tegangan keluaran inverter mencapai 340 V DC. Sehingga diperlukan rangkaian pembagi

tegangan menggunakan resistor R1 158 KΩ dan R2 2KΩ yang dihubungkan secara seri

untuk menurunkan tegangan keluaran menjadi 4.37 V DC sesuai dengan perancangan pada

bab 3, yang terukur seperti pada gambar 4.4.

Percobaan yang dilakukan mendapat nilai tegangan keluaran 4.37 V DC tanpa beban

dan beban 60 W lampu bohlam maka gelombang keluaran yang terlihat seperti gambar

4.5.(a).(b).

(a) (b)

Gambar 4.5. (a) Gelombang tegangan keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W.


45

(a) (b)

Gambar 4.6. (a) Tegangan keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W.

Pada gambar 4.6.(a).(b) menunjukan tegangan keluaran tanpa beban dan beban 60 W

menggunakan lampu bohlam, saat tanpa beban tegangan keluaran menunjukan 335.8 V DC

yang terdapat perbedaan perhitungan pada bab 3. Untuk memperoleh nilai galat pada hasil

percobaan dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝑔𝑎𝑙𝑎𝑡 = (𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 − ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛) × 100%

𝑔𝑎𝑙𝑎𝑡 = (340 𝑉 − 335.8 𝑉

340 𝑉) × 100%

= 1.23%

Dari hasil pengujian alat dapat mengeluarkan tegangan DC dengan galat 1.23%,

tentunya ini akan berpengaruh jika diberi beban penuh sebesar 300 W. Pada tabel 4.3 sudah

diperlihatkan bahwa saat diberi beban sebesar 180 W, tegangan output terukur sebesar 174.8

V DC dikarenakan tegangan input pada aki mengalami penurunan sebesar 9.38 DC sehingga

untuk supply tegangan input tidak dapat konstan sebesar 12 V DC yang ditunjukan pada

gambar 4.7 dan 4.8. Saat tegangan penuh sebesar 300 W tidak dilakukan dikarenakan driver

mosfet mengalami kenaikan suhu yang cukup signifikan yang terlihat pada gambar 4.9


46

Sedangkan tegangan keluaran seharusnya tidak kurang dari 311.1 V dikarenakan bahwa

sumber tegangan AC memiliki tegangan Vm = 220 × √2 = 311.1 V dapat dikatakan bahwa

pengujian DC to DC belum berhasil dengan maksimal dengan perancangan yang sudah

dibuat dengan segala kemungkinan yang terjadi.

Gambar 4.7. Grafik penurunan tegangan output terhadap daya output.

Gambar 4.8. Grafik Penurunan tegangan output terhadap tegangan input.

Gambar 4.9. Suhu driver mosfet saat beban 180 W.

Pada pengamatan beban penuh sebesar 180 W tidak dilakukan untuk penambahan beban

lebih mengingat setiap penambahan sebesar 60 W, driver mosfet mengalami peningkatan

suhu yang signifikan yang ditunjukan pada gambar 4.9 suhu mencapai 33.9 °C. Dikarenakan

335,8

257,6210,3

174,8

0

100

200

300

400

0,3358 73,158 108,09 123,372

Tega

nga

n in

pu

t (V

)

Daya output (W)

Penurunan tegangan Daya output x Tegangan input

335,8

257,6210,3

174,8

0

100

200

300

400

12,63 11,25 10,18 9,38Tega

nga

n o

utp

ut

(V)

Tegangan input (V)

Penurunan tegangan ouput x tegangan input


47

suhu yang bertambah pada driver mosfet yang terjadi pembebanan yang besar pada driver

tersebut.

4.3.1. Pengamatan beban tegangan DC Pengamatan dan pengujian menggunakan beban lampu selama 3 menit dan

pengambilan data per 30 detik untuk mengetahui karakteristik DC to DC converter. Hasil

pengujian tegangan output DC menggunakan lampu yang masing-masing memiliki daya

yang berbeda-beda, pengujian dilakukan mulai dari tanpa beban sampai beban lampu 180

W. Tabel 4.5 menunjukan pengamatan beban yang dipakai berbeda-beda sehingga dapat

terlihat rangkaian DC to DC converter bekerja dengan baik atau tidak, pengukuran hasil

tegangan output dirata-rata dan dibandingkan dengan nilai perancangan yang telah dibuat

sehingga diperoleh nilai galat setiap beban lampu bohlam yang digunakan. Hasil dari nilai

galat yang diperoleh akan ditunjukan pada tabel 4.4 dengan contoh yang diambil dari data

tegangan output pada beban 60 W dan 120 W.

Beban lampu 60 W

𝑔𝑎𝑙𝑎𝑡 = (340 𝑉 − 258.1 𝑉

340 𝑉) × 100%

= 24.1%

Beban lampu 120 W

𝑔𝑎𝑙𝑎𝑡 = (340 𝑉 − 210.3 𝑉

340 𝑉) × 100%

= 38.14%

Tabel 4.4. Pengamatan rata-rata galat tegangan output DC to DC converter.

Kondisi

beban

lampu (W)

Waktu Tegangan

input (V)

Arus

input

(A)

Tegangan

output

(V)

Rata-

rata

nilai (V)

Arus

output

(A)

Galat

(%)

Tanpa

beban

1 menit

2 menit

3 menit

12.63

12.63

12.63

0.683

0.683

0.683

334.9

335.1

335.2

335.06

0.001

0.001

0.001

1.45%

Lampu

60W

1 menit

2 menit

3 menit

11.17

11.17

11.17

6.61

6.61

6.61

258.1

258.1

258.1

258.1

0.278

0.278

0.278

24.1%

Lampu

120W

1 menit

2 menit

3 menit

10.18

10.18

10.18

10.67

10.67

10.67

210.3

210.3

210.3

210.3

0.514

0.514

0.514

38.14%

Lampu

180W

1 menit

2 menit

3 menit

9.37

9.37

9.37

Tidak

terukur

174.8

174.8

174.8

174.8

0.69

0.69

0.69

48.6%


48

4.4. Analisis sistem DC to AC converter Dalam menghasilkan tegangan AC dibutuhkan 2 driver sebagai pembangkit

gelombang PWM dan mosfet berjumlah 4 buah dengan 2 pasang yang bekerja secara on off.

Menggunakan 2 driver IC IR2110 sebagai pendukung pembentukan gelombang SPWM

yang digunakan sebagai masukan driver mosfet yang bekerja on off dan kemudian akan

diberi beban lampu mulai dari tanpa beban hingga beban 180 W. Rangkaian DC to AC

converter ditunjukan pada gambar 4.10.

Gambar 4.10. Rangkaian DC to AC converter.

Mikrokontroller digunakan sebagai pembangkit sinyal PWM untuk memberikan

logika pada kaki HIN dan LIN driver IC IR2110. Keluaran sinyal dari driver IC IR2110

digunakan untuk mengontrol driver mosfet agar menjadi saklar on off sehingga dapat

menghasilkan sinyal SPWM dengan pengaturan frekuensi dari 10-50 Hz. Cara kerja dari

driver IR2110 dengan memberikan nilai logika pada kaki HIN dan LIN, pengamatan

dilakukan menggunakan osiloskop digital pada DC to AC converter.

Dalam pengamatan analisis sistem inverter untuk DC to AC converter dilakukan pada

tegangan input DC, tegangan pada beban, arus pada beban dari tanpa beban sampai 180 W.

Tegangan input DC bervariasi antara sampai tetapi tegangan input DC tidak menggunakan

rangkaian DC to DC converter dikarenakan saat dilakukan percobaan fuse atau pemutus arus

terputus, ini disebabkan terjadinya arus yang berlebih pada beban sehingga fuse sebesar 15

A terputus. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan transformator yang sudah

disearahkan terlebih dahulu sebagai tegangan input DC dengan pengaturan frekuensi

ditetapkan sebesar 50 Hz.

Tabel 4.5. Pengamatan tegangan dan arus pada beban dengan input DC 40 V.

Kondisi beban Tegangan input

DC

Tegangan pada

beban

Arus pada

beban

Daya pada

beban

Tanpa beban 40 V 37.3 V 0.001 A 0.04 W

60 W 31 V 28.69 V 0.107 A 3.06 W

120 W 28.8 V 24.13 V 0.209 A 5.04 W

180 W 25. 1 V 23.02 V 0.305 A 7.02 W


49



DC

Tegangan pada

beban

Arus pada

beban

Daya pada

beban

Tanpa beban 70 V 66.6 V 0 A 0 W

60 W 50.4 V 47.9 V 0.131 A 6.27 W

120 W 47.8 V 44.1 V 0.252 A 11.11 W

180 W 43.7 V 40.7 V 0.375 A 15.26 W



DC

Tegangan pada

beban

Arus pada

beban

Daya pada

beban

Tanpa beban 80 V 76.8 V 0.003 A 0.24 W

60 W 61.7 V 58.9 V 0.139 A 8.18 W

120 W 57.8 V 54.7 V 0.275 A 15.04 W

180 W 57 V 53 V 0.408 A 21.62 W

Dalam pengamatan yang ditunjukan pada tabel 4.5 sampai tabel 4.7 terjadi penurunan

tegangan pada beban ini disebabkan terjadi nilai tegangan input yang tidak dapat konstan

saat diberi beban dari 60 – 180 W sehingga menyebabkan penurunan pada tegangan beban.

Dikarenakan tidak adanya umpan balik dari tegangan input membuat tegangan keluaran pada

beban tidak dapat konstan saat diberi beban. Pada gambar 4.11 menunjukan penurunan

tegangan input saat diberi baban lampu bohlam.

(a) (b)

Gambar 4.11. (a) tegangan input tanpa beban, (b) tegangan input beban 60 W.

Gelombang keluaran dapat berjalan dengan baik saat mulai diberi beban hal ini disebabkan

mulai adanya arus yang mengalir pada beban yang sehingga driver mosfet akan aktif dan

bekerja secara on off untuk menghasilkan gelombang SPWM maka pengujian DC to AC


50

converter berhasil dijalankan dengan perancangan yang telah dibuat sehingga mendapatkan

gelombang keluaran yang ditunjukan pada gambar 4.12.(a).(b) dengan tegangan input 70 V

DC.

(a) (b)

Gambar 4.12. (a) gelombang keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W.

4.4.1. Pengamatan tegangan keluaran DC to AC converter Hasil tegangan keluaran DC to AC converter telah dilakukan dan pengamatan yang

ditunjukan pada gambar 4.13 dengan tegangan masukan dari DC to DC converter sebesar

340 V DC.

Gambar 4.13. Tegangan keluaran DC to AC converter.

Pada pengamatan terukur tegangan keluaran DC sebesar 339.6 V dan tegangan keluaran AC

320.7 V tanpa beban ini menunjukan bahwa pengujian untuk DC to AC converter telah

berhasil dilakukan dikarenakan tegangan yang terukur pada multimeter menunjukan


51

tegangan AC. Untuk pengamatan gelombang SPWM pada tegangan keluaran DC to DC

converter tidak dilakukan, karena tegangan yang mampu digunakan untuk osiloskop

maksimal 300 V sedangkan tegangan keluaran mencapai 320 V AC.

4.4.2. Pengamatan pengaturan frekuensi dengan beban bervariasi Hasil akhir dari percobaan dan pengamatan sistem inverter yang telah dilakukan

adalah dengan mengamati pengaturan frekuensi dilakukan pada beban yang bervariasi mulai

dari tanpa beban sampai 180 W, tegangan input DC sebesar 80V, sedangkan frekuensi yang

diatur mulai dari 10 sampai 50 Hz.

Pada pengamatan ini pengaturan frekuensi diatur sebesar 10 Hz dengan tegangan input

tetap sebesar 80 V, kondisi beban yang bervariasi ditunjukan pada tabel 4.8 dan gambar 4.16

menunjukan gelombang keluaran SPWM untuk frekuensi 10 Hz.

Gambar 4.14. Keluaran ADC mikrokontroller dan input potensimeter.

Gambar 4.15. Pengamatan periode gelombang SPWM dengan simulasi proteus.

Pada gambar 4.15 menunjukan hasil periode gelombang sebesar 95.50mS pada hasil

simulasi software proteus. Dalam pengamatan menggunakan osiloskop pada gambar 4.16

periode gelombang sebesar 98.40mS ini menunjukan bahwa periode gelombang pada

simulasi dan pengukuran dengan osiloskop tidak ada perbedaan yang signifikan. Sehingga

jika dikonversikan menjadi frekuensi berdasarkan periode gelombang akan menunjukan

frekuensi sebesar 10Hz terlihat pada gambar 4.16.


52

Tabel 4.8. Pengamatan tegangan dan arus beban untuk frekuensi 10 Hz.

Kondisi

beban

Tegangan

input DC

Tegangan

pada beban

Arus

pada

beban

Daya

pada

beban

Keluaran

ADC

Input

potensiometer

Tanpa

beban

80 V 69.8 V 0 A 0 W 3000 0 V

60 W 61.7 V 56.1 V 0.138 A 7.74 W 3000 0 V

120 W 57.8 V 51.8 V 0.27 A 13.98 W 3000 0 V

180 W 57 V 48.6 V 0.398 A 19.34 W 3000 0 V

(a) (b)

Gambar 4.16. (a) gelombang keluaran tanpa beban, (b) beban 60 W untuk frekuensi 10 Hz.


tetap sebesar 80 V, kondisi beban yang bervariasi ditunjukan pada tabel 4.9 dan gambar 4.19

menunjukan gelombang keluaran SPWM untuk frekuensi 35 Hz.




53








Kondisi

beban

Tegangan

input DC

Tegangan

pada beban

Arus

pada

beban

Daya

pada

beban

Keluaran

ADC

Input

potensiometer

Tanpa

beban

80 V 78.6 V 0.001 A 0.078 W 1224 3.148 V

60 W 61.7 V 58.4 V 0.139 A 8.11 W 1224 3.148 V

120 W 57.8 V 53.8 V 0.272 A 14.63 W 1184 3.148 V

180 W 57 V 50.7 V 0.4 A 20.28 W 1177 3.148 V

(a) (b)



tetap sebesar 80 V, kondisi beban yang bervariasi ditunjukan pada tabel 4.10 dan gambar

4.22 menunjukan gelombang keluaran SPWM untuk frekuensi 50 Hz.



54









Kondisi

beban

Tegangan

input DC

Tegangan

pada beban

Arus

pada

beban

Daya

pada

beban

Keluaran

ADC

Input

potensiometer

Tanpa

beban

80 V 80 V 0.003 A 0.24 W 695 4.919 V

60 W 61.7 V 58.9 V 0.139 A 8.18 W 690 4.919 V

120 W 57.8 V 54.7 V 0.275 A 15.04 W 688 4.919 V

180 W 57 V 53 V 0.408 A 21.62 W 688 4.919 V

(a) (b)



55

Dalam pengamatan pengaturan frekuensi pada gambar 4.11 sampai 4.13 menunjukan

pengaturan frekuensi telah dapat dilakukan dikarenakan gelombang keluaran telah sesuai

dengan gelombang SPWM sehingga akan menghasilkan tegangan AC dengan frekuensi

mulai dari 10 sampai 50 Hz yang dilakukan mulai dari tanpa beban sampai beban 180 W.

Gelombang yang ditampilkan, berupa gelombang SPWM yang mengatur frekuensi dari 10

sampai 50 Hz dengan menggunakan potensiometer sebagai pengatur frekuensi. Gelombang

SPWM dapat tercapai karena driver mosfet IRF740 yang dapat bekerja secara on off

sehingga gelombang keluaran akan menjadi gelombang SPWM. Pengontrolan nilai

frekuensi didapat dari mikrokontroller yang digunakan sebagai pengatur nilai PWM untuk

mengaktifkan IC IR2110 dan driver mosfet IRF740.

4.5. Pengamatan output PWM mikrokontroller 1 Percobaan ini mengamati gelombang PWM yang dihasilkan mikrokontroler, pengamatan

yang dilakukan menggunakan osiloskop. Tegangan sumber untuk mikrokontroler didapat

dari tegangan ic regulator LM7805 dikarenakan tegangan sumber dari aki sebesar 12 V DC

sehingga diperlukan regulator tegangan untu mendapatkan tegangan 5V DC.

(a) (b)

Gambar 4.23. Gelombang keluaran PWM mikrokontroller, (a) saat tanpa beban, (b) beban

60 W.

4.5.1. Pengamatan PWM driver mosfet IRF3205 Pengamatan dengan melihat driver transistor yang digunakan untuk membangkitkan

sinyal PWM pada driver mosfet. Dalam perancangan bab 3 hasil perhitungan VDS mencapai

55 V (datasheet), daya total dissipation sebesar 200 W (datasheet), RDS saat on 8mΩ

(datasheet), arus drain mencapai 110 A (datasheet). Mosfet jenis ini baik digunakan untuk

merancang sebuah inverter, tetapi dalam perancangan beban maksimal yang akan digunakan


56

300 W sedangkan daya total dissipation mosfet hanya mencapai sebesar 200 W. Sehingga

untuk beban lebih dari 200 W inverter tidak dapat berfungsi dengan maksimal.

Gambar 4.24. Pengamatan keluaran driver transistor untuk driver MOSFET.

(a) (b)

Gambar 4.25. Gelombang keluaran driver transistor, (a) tanpa beban dan (b) 60 W.

Tabel 4.11. Tabel tegangan keluaran driver transistor.

Tegangan baterai

DC

Pengukuran keluaran tegangan Vmax Kondisi Daya

output PWM1 PWM2

12.75 V 1.23 V 1.3 V Tanpa beban

11.30 V 5.5 V 5.48 V Lampu 60W

10.26 V 5.11 V 4.95 V Lampu 120W

9.37 V 4.69 V 4.56 V Lampu 180W


57

4.5.2. Pengamatan output Drain IRF3205

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.26. Hasil gelombang output drain IRF3205.

Gambar 4.20. (b) menunjukan gelombang pada output drain tanpa beban lampu pada

output DC, hasil dari pengamatan tersebut adanya terjadi osilasi pada gelombang output

drain ini disebabkan karena adanya lilitan primer yang terjadi perenggangan pada

transformator switching sehingga menyebabkan terjadinya osilasi. Pada pengamatan dengan

memberikan beban lampu 60 W dan 120 W, gelombang keluaran drain mengalami

CH 1

CH 2


58

perubahan yang baik dikarenakan berkurangnya osilasi yang terjadi, ditunjukan pada gambar

4.20.(c).(d).

4.6. Lilitan transformator switching Pada perancangan tranformator untuk DC to DC penting dilakukan karena beberapa

tahap yang harus diperhatikan agar hasil tegangan output bisa berhasil dengan baik dan

sesuai perancangan awal untuk lilitan primer.

Gambar 4.27. Lilitan primer dengan jumlah satu lilitan.

Lilitan dimulai searah jarum jam. Seperti dalam perancangan bab 3, lilitan Np (primer) dililit

dengan jumlah dua akan tetapi lilitan pertama dililit dengan jumlah satu terlebih dahulu

setelah itu dilanjutkan dengan lilitan sekunder, untuk nilai lilitan Ns (sekunder) terlihat pada

gambar 4.22

Gambar 4.28. Lilitan sekunder dengan jumlah 60 lilitan.

Untuk lilitan sekunder dapat dimulai searah jarum jam dengan jumlah lilitan sebanyak 60

lilitan yang ada dalam perancangan bab 3. Saat melilit lilitan sekunder dapat diusahakan

lilitan tidak boleh ada renggang ini mencegah terjadinya induktansi bocor yang besar.

Setelah selesai melakukan lilitan sekunder maka untuk lilitan terakhir ditutup dengan satu

lilitan primeryang ditunjukan pada gambar 4.23.

Gambar 4.29. Lilitan primer dengan jumlah 1 lilitan untuk menutup lilitan sekunder.


59

4.7. Feedback

Gambar 4.30. Listing program feedback.

Pada gambar 4.24 merupakan listing program feedback dengan Vout pada sistem DC to DC

converter yang digunakan sebagai masukan mikrokontroller menggunakan pembagi

tegangan sehingga dapat mengatur nilai keluaran PWM mikrokotroller, jika tegangan output

lebih besar dari 355 V maka nilai PWM akan dikurangi, jika tegangan output kurang dari

334.75 V maka nilai PWM akan ditambah, jika nilai PWM bernilai negatif maka atau kurang

dari 0 maka PWM akan sama dengan 0. Tabel 4.12 keluaran sistem DC to DC converter.

Tabel 4.12. Keluaran sistem DC to DC converter.

Vi (V) Vo (V)

4,75 375,25

4,5 355

4,25 334,75

4 314,5

3,75 294,25

3,5 274

3,25 253,75

3 233,5

2,75 213,25

4.8. Pengamatan output PWM mikrokontroller 2 Dalam pengamatan output PWM mikrokontroller 2 menggunakan osiloskop digital

untuk melihat frekuensi PWM yang dikeluarkan oleh mikrokotroller 2 serta perhitungan

sampling untuk mendapatkan gelombang SPWM. Frekuensi keluaran dari mikrokontroller

sebesar 1500 Hz (f_pwm) dan frekuensi untuk mendapatkan gelombang SPWM dengan

range sampai 50 Hz sedangkan untuk pengaturan frekuensi menggunakan potensiometer.

Pada program menyeseuaikan nilai pengaturan frekuensi dari 10 sampai 50 Hz sehingga

frekuensi keluaran untuk gelombang SPWM dapat berubah – ubah. Pada penentuan jumlah

sampling yang ditunjukkan gambar 4.25 bagian void sampling() sehingga akan mendapatkan

total sampling.


60

Gambar 4.31. Listing program mikrokontroller 2.


61

Gambar 4.32. Gelombang keluaran mikrokontroller 2.

Gambar 4.26 menunjukan keluaran dari mikrokontroller 2 yang menunjukan setengah

gelombang sepanjang 180°, dalam mikrokontroller tidak dapat membaca sudut dalam derajat

sehingga menggunakan radian yang telah terdapat pada listing program gambar 4.22, setelah

didapatkan sudut untuk menentukan setengah panjang gelombang PWM maka akan dapat

diatur nilai duty cycle untuk masing – masing sampling yang digunakan untuk masukan HIN

dan LIN driver IC IR2110 agar dapat mengaktifkan driver mosfet agar dapat bekerja secara

on off.

4.8.1. Pengamatan LO pada 2 driver IC IR2110 Pengamatan pada kaki output LO driver 1 dan driver 2 IC IR2110 ditunjukan pada

gambar 4.27 dapat terlihat berfungsi dengan baik dikarenakan telah dapat mengirimkan

gelombang sampling mikrokontroller yang akan melebar dan merapat pada frekuensi

terntentu untuk kaki gate driver mosfet sehingga driver mosfet dapat bekerja on off dan

memenuhi syarat aktif Vgs 12 V DC pada kaki gate mosfet yang digunakan untuk

penyaklaran.

Gambar 4.33. Pengamatan kaki LO pada driver 1 dan driver 2 IC IR2110.


62

4.8.2. Pengamatan HO pada 2 driver IC IR2110 Dalam pengamatan kaki output HO driver 1 dan driver 2 IC IR2110 ditunjukan pada

gambar 4.28 dapat terlihat berfungsi dengan baik dikarenakan telah dapat mengirimkan

gelombang sampling mikrokontroller yang akan melebar dan merapat pada frekuensi

terntentu untuk kaki gate driver mosfet sehingga driver mosfet dapat bekerja on off dan

memenuhi syarat aktif Vgs 12 V DC pada kaki gate mosfet yang digunakan untuk

penyaklaran.

Gambar 4.34. Pengamatan kaki HO pada driver 1 dan driver 2 IC IR2110.


63

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan Berdasarkan pengujian dan analisis pada rangkaian inverter dengan tegangan masukan

12 V DC dan tegangan keluaran AC dengan frekuensi yang dapat diatur, diambil

kesimpulan:

1. Hasil pengujian sistem DC to DC converter dapat dilakukan dengan tegangan

masukan 12 V DC dan menghasilkan tegangan keluaran 335.06 V DC tanpa beban

sampai 180 W, saat kondisi beban 180 W tegangan keluaran mengalami penurunan

sebesar 174.8 V DC tidak dapat konstan.

2. Pengujian beban penuh 300 W tidak dapat dilakukan dikarenakan driver mosfet

mengalami peningkatan panas yang signifikan.

3. Hasil pengujian sistem DC to AC converter dilakukan terpisah dari sistem DC to

DC converter tetapi menggunakan tegangan transformator yang telah disearahkan

dan dapat pengaturan frekuensi dapat dilakukan dari 10-50 Hz.

4. Penggabungan sistem DC to DC converter dan DC to AC converter dapat

dilakukan dengan keluaran tegangan 320.7 V AC tanpa beban.

5.2. Saran

Penelitian tentang inverter masih dalam tahap percobaan dan masih ada kekurangan

yang ditemui. Untuk pengembangan inverter terdapat saran sebagai berikut :

1. Untuk sistem DC to DC converter disarankan menggunakan jenis mosfet dengan

disipasi daya yang tinggi lebih dari 300 W atau lebih.

2. Agar trafo switching dapat berjalan dengan maksimal dapat disarankan saat melilit

tidak ada celah sehingga tidak terjadi induktansi bocor yang tinggi dan saat diberi

beban maksimal 300 W dapat berjalan dengan baik.

3. Untuk sistem DC to AC converter disarankan memahami dalam pembuatan

gelombang SPWM sehingga gelombang keluaran SPWM dapat bekerja dengan

baik.


64

DAFTAR PUSTAKA

[1]MR, Fadhli., 2010, Rancang Bangun Inverter 12V DC ke 220V AC dengan frekwensi

50Hz dan Gelombang Keluaran Sinusoidal. Depok, Universitas Indonesia.

[2]Kurniawan, Wilhelmus Agung., 2017, Inverter Masukan 12V DC – 24V DC dengan

Menghasilkan Sinus 220V AC – 230V AC. Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma.

[3]Ginting, Selia Kijany BR., 2017, Rancang Bangun Inverter DC to AC Berbasis

Mikrokontroler Atmega 328. Medan, Universitas Sumatera Utara.

[4]----,2004, Datasheet Positive-Voltage Regulator LM7805, uA7800 series.

[5]----,2004, Datasheet ATmega328P, ATMEL.

[6]Zukhri, Zainudin., 2000, Analisis Rangkaian edisi 2. Yogyakarta, Graha Ilmu.

[7]https://teknikelektronika.com/pengertian-lcd-liquid-crystal-display-prinsip-kerja-lcd/,

diakses 23 Oktober 2018.

[8]http://elektronika-dasar.web.id/transistor-sebagai-saklar/, diakses 26 Oktober 2018.

[9]Maulana, 2014, Teori Dasar MOSFET,

http://maulana.lecture.ub.ac.id/files/2014/03/Teori-Dasar-MOSFET-Metal-Oxide-

Semiconductor-Field-Effect-Transistor.pdf ,diakses 1 November 2018

[10]Atmoko, Yohanes Dwi., 2007, Inverter Controlling Induction Motor. Yogyakarta,

Universitas Sanata Dharma.

[11]Ashari, Mochamad., 2017, Desain Konverter Elektronika Daya. Bandung, Informatika

Bandung.

[12]Rashid, Muhammad H., 2004, Power Electronics Circuit, Devices, and Applications 3rd

edition, New Jersey, Upper Saddle River.

[13] Putra, Argianka Satrio.,2017,Realisasi Konverter DC-DC Tipe Push-Pull Berbasis IC

TTL494 Dengan Umpan Balik Tegangan. Semarang, Universitas Diponegoro.

[14]-----,2012,Transistor Sebagai Saklar,https://teknikelektronika.com/pengertian-rectifier-

penyearah-gelombang-jenis-rectifier/, diakses 10 November 2018.


https://teknikelektronika.com/pengertian-lcd-liquid-crystal-display-prinsip-kerja-lcd/

http://elektronika-dasar.web.id/transistor-sebagai-saklar/

http://maulana.lecture.ub.ac.id/files/2014/03/Teori-Dasar-MOSFET-Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor.pdf

http://maulana.lecture.ub.ac.id/files/2014/03/Teori-Dasar-MOSFET-Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor.pdf

https://teknikelektronika.com/pengertian-rectifier-penyearah-gelombang-jenis-rectifier/

https://teknikelektronika.com/pengertian-rectifier-penyearah-gelombang-jenis-rectifier/

65

[15]Hampton, Charles R.,2017, https://www.allaboutcircuits.com/projects/atmega328p-

fuse-bits-and-an-external-crystal-oscillator/, diakses 1 Desember 2018.

[16]https://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/appropriate-mosfet-

model-drain-source-voltage-100-v-greater-used-irf530-use-spice-simulate-q21441369,

diakses 16 Desember 2018.

[17]-----,2002, Datasheet 16×2 Character LCD, Vishay.

[18]-----,2005, Datasheet IR2110, International IOR Rectifier.


https://www.allaboutcircuits.com/projects/atmega328p-fuse-bits-and-an-external-crystal-oscillator/

https://www.allaboutcircuits.com/projects/atmega328p-fuse-bits-and-an-external-crystal-oscillator/

https://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/appropriate-mosfet-model-drain-source-voltage-100-v-greater-used-irf530-use-spice-simulate-q21441369

https://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/appropriate-mosfet-model-drain-source-voltage-100-v-greater-used-irf530-use-spice-simulate-q21441369

L-1

LAMPIRAN


L-2

LAMPIRAN 1

SISTEM ELEKTRONIK INVERTER


L-3

Gambar rangkaian mikrokontroller 1.

Gambar rangkaian mikrokontroller 2.


L-4

Gambar rangkaian peak detector sebagai feedback.

Gambar Rangkaian konverter 12V DC ke 320V DC.

Driver1

Driver2

Driver mosfet


L-5

Gambar rangkaian DC to AC converter.


L-6

LAMPIRAN 2

LISTING PROGRAM MIKROKONTROLLER 1 DAN

MIKROKONTROLLER 2


L-7

Program mikrokontroller 1

/*******************************************************

This program was created by the

CodeWizardAVR V3.12 Advanced

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2014 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.

http://www.hpinfotech.com

Chip type : ATmega328P

Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 16,000000 MHz

Memory model : Small

External RAM size : 0

Data Stack size : 512

*******************************************************/

#include <mega328p.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <delay.h>

// Declare your global variables here

// Voltage Reference: AREF pin

#define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR))

#define pwm1 OCR1AL

#define pwm2 OCR1BL

#define max_pwm 114 //duty cycle max 45%

int pwm;

unsigned int vbat,vout;

float vi,vo;


L-8

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)

ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE;

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage

delay_us(10);

// Start the AD conversion

ADCSRA|=(1<<ADSC);

// Wait for the AD conversion to complete

while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0);

ADCSRA|=(1<<ADIF);

return ADCW;

void main(void)

DDRB.1=1; PORTB.1=0;

DDRB.2=1; PORTB.2=0;

//DDRC.1=1; PORTC.1=0;

// Declare your local variables here

// Crystal Oscillator division factor: 1

#pragma optsize-

CLKPR=(1<<CLKPCE);

CLKPR=(0<<CLKPCE) | (0<<CLKPS3) | (0<<CLKPS2) | (0<<CLKPS1) |

(0<<CLKPS0);

#ifdef _OPTIMIZE_SIZE_

#pragma optsize+

#endif

// Input/Output Ports initialization


L-9

// Port B initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=Out Bit1=Out Bit0=In

DDRB=(0<<DDB7) | (0<<DDB6) | (0<<DDB5) | (0<<DDB4) | (0<<DDB3) | (1<<DDB2)

| (1<<DDB1) | (0<<DDB0);

// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=0 Bit1=0 Bit0=T

PORTB=(0<<PORTB7) | (0<<PORTB6) | (0<<PORTB5) | (0<<PORTB4) |

(0<<PORTB3) | (0<<PORTB2) | (0<<PORTB1) | (0<<PORTB0);

// Port C initialization

// Function: Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In

DDRC=(0<<DDC6) | (0<<DDC5) | (0<<DDC4) | (0<<DDC3) | (0<<DDC2) | (0<<DDC1)

| (0<<DDC0);

// State: Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

PORTC=(0<<PORTC6) | (0<<PORTC5) | (0<<PORTC4) | (0<<PORTC3) |

(0<<PORTC2) | (0<<PORTC1) | (0<<PORTC0);

// Port D initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In

DDRD=(0<<DDD7) | (0<<DDD6) | (0<<DDD5) | (0<<DDD4) | (0<<DDD3) |

(0<<DDD2) | (0<<DDD1) | (0<<DDD0);

// State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T

PORTD=(0<<PORTD7) | (0<<PORTD6) | (0<<PORTD5) | (0<<PORTD4) |

(0<<PORTD3) | (0<<PORTD2) | (0<<PORTD1) | (0<<PORTD0);

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 0 Stopped

// Mode: Normal top=0xFF

// OC0A output: Disconnected

// OC0B output: Disconnected

TCCR0A=(0<<COM0A1) | (0<<COM0A0) | (0<<COM0B1) | (0<<COM0B0) |

(0<<WGM01) | (0<<WGM00);

TCCR0B=(0<<WGM02) | (0<<CS02) | (0<<CS01) | (0<<CS00);

TCNT0=0x00;


L-10

OCR0A=0x00;

OCR0B=0x00;



// Clock value: 16000,000 kHz

// Mode: Ph. correct PWM top=0x00FF

// OC1A output: Non-Inverted PWM

// OC1B output: Inverted PWM

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// Timer Period: 0,031875 ms

// Output Pulse(s):

// OC1A Period: 0,031875 ms Width: 0 us

// OC1B Period: 0,031875 ms Width: 0,031875 ms

// Timer1 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off


(0<<WGM11) | (1<<WGM10);

TCCR1B=(0<<ICNC1) | (0<<ICES1) | (0<<WGM13) | (0<<WGM12) | (0<<CS12) |

(0<<CS11) | (1<<CS10);

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;


L-11



// Clock value: Timer2 Stopped

// Mode: Normal top=0xFF

// OC2A output: Disconnected

// OC2B output: Disconnected

ASSR=(0<<EXCLK) | (0<<AS2);


(0<<WGM21) | (0<<WGM20);

TCCR2B=(0<<WGM22) | (0<<CS22) | (0<<CS21) | (0<<CS20);

TCNT2=0x00;

OCR2A=0x00;

OCR2B=0x00;

// Timer/Counter 0 Interrupt(s) initialization

TIMSK0=(0<<OCIE0B) | (0<<OCIE0A) | (0<<TOIE0);

pwm1=0;

pwm2=255;


TIMSK1=(0<<ICIE1) | (0<<OCIE1B) | (0<<OCIE1A) | (0<<TOIE1);


TIMSK2=(0<<OCIE2B) | (0<<OCIE2A) | (0<<TOIE2);

// External Interrupt(s) initialization

// INT0: Off

// INT1: Off

// Interrupt on any change on pins PCINT0-7: Off




L-14

Program mikrokontroller 2

#include <TimerOne.h>

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

float sinus[20];

float phi = 3.14;

int total_sample = 20;

int A = 1023;

int outA = 9;

int outB = 10;

int flag = 0;

int sample = 0;

int f_sine = 50; // Hz

int f_pwm = 1500; //Hz

int pot = A0;

int a1 = 0;

int a = 0;

int analogpin=A1;

float val=0;

int vo=0;

void setup()

// put your setup code here, to run once:

Serial.begin(9600);

sampling();

for (int sudut = 0; sudut < total_sample; sudut++)

float derajat = sudut * (180. / total_sample) * phi / 180;

sinus[sudut] = sin(derajat) * A;

//Serial.println(sinus);

//delay(1000);


L-15

//float t_pwm = (1000. / f_pwm) * 1000;

a1 = analogRead(pot);

a = map(a1, 0 , 1023, 3000, 615);

float t_pwm = a;

Serial.println(t_pwm);

delay(1000);

Timer1.initialize(t_pwm); // 20KHz

Timer1.attachInterrupt(generate_sinus);

// lcd.begin(16, 2);

// lcd.setCursor(0, 0);

// lcd.print(t_pwm);

void loop()

// put your main code here, to run repeatedly:

val = analogRead(analogpin);

vo = ( val* 320)/1023;

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(vo);

void generate_sinus()

if (sample > total_sample && flag == 0)

flag = 1;

sample = 0;

if (sample > total_sample && flag == 1)

flag = 0;

sample = 0;


L-16

sample++;

if (flag == 0)

Timer1.pwm(outA, sinus[sample]);

Timer1.pwm(outB, 0);

if (flag == 1)

Timer1.pwm(outB, sinus[sample]);

Timer1.pwm(outA, 0);

void sampling()

float sine = 1. / f_sine;

float duty_pwm = 1. / f_pwm;

total_sample = (sine / duty_pwm) / 2;


L-17

LAMPIRAN 3

PENGAMATAN BEBAN LAMPU BOHLAM


L-18

Beban lampu bervariasi Gambar tegangan input, arus output dan tegangan

output

Tanpa beban

Lampu 60 W

Lampu 120 W


L-19

Lampu 180 W


L-20

LAMPIRAN 4

OUTPUT PWM MIKROKONTROLLER 1


L-21

Beban lampu bervariasi Gelombang keluaran PWM mikrokontroller 1

Tanpa beban

Lampu 60 W

Lampu 120 W


L-22

Lampu 180 W


L-23

LAMPIRAN 5

OUTPUT DRIVER TRANSISTOR


L-24

Beban lampu bervariasi Gelombang keluaran driver transistor

Tanpa beban

Lampu 60 W

Lampu 120 W


L-25

Lampu 180 W


L-26

LAMPIRAN 6

PENGAMATAN TEGANGAN INPUT, TEGANGAN

BEBAN, DAN ARUS BEBAN DENGAN FREKUENSI

50 Hz


L-27

Beban lampu bervariasi Gambar tegangan input, arus beban dan tegangan

beban dengan frekuensi 50 Hz

Tanpa beban


L-28

Lampu 60 W


L-29

Lampu 120 W


L-30

Lampu 180 W


L-31

LAMPIRAN 7

PENGAMATAN TEGANGAN INPUT, TEGANGAN

BEBAN, DAN ARUS BEBAN UNTUK FREKUENSI 10

DAN 35 Hz


L-32

Beban lampu bervariasi Gambar tegangan input, arus beban dan tegangan beban

untuk frekuensi 10 dan 35 Hz

Tanpa beban


L-33

Lampu 60 W


L-34

Lampu 120 W


L-35

Lampu 180 W


L-36

LAMPIRAN 8

GELOMBANG KELUARAN TEGANGAN AC

DENGAN PENGATURAN FREKUENSI


L-37

Beban lampu bervariasi Gelombang keluaran tegangan AC untuk

frekuensi 10 Hz

Tanpa beban

Lampu 60 W

Lampu 120 W


L-38

Lampu 180 W

Beban lampu bervariasi Gelombang keluaran tegangan AC untuk

frekuensi 35 Hz

Tanpa beban

Lampu 60 W


L-39

Lampu 120 W

Lampu 180 W


TUGAS AKHIR INVERTER DENGAN TEGANGAN MASUKAN 12V DC...

Documents

Transcript of TUGAS AKHIR INVERTER DENGAN TEGANGAN MASUKAN 12V DC...