MULTILEVEL DC-DC KONVERTER TIPE BOOST DENGAN MENGGUNAKAN KENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL

Transkripsi

1 MULTILEVEL DC-DC KONVERTER TIPE BOOST DENGAN MENGGUNAKAN KENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL TUGAS AKHIR Oleh : APRILLIA INDAH P PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2009 i

2 PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul : MULTILEVEL DC-DC KONVERTER TIPE BOOST DENGAN MENGGUNAKAN KENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro pada program studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal. Februari Semarang,. Juni 2009 Menyetujui, Pembimbing I (Leonardus Heru Pratomo, ST., MT.) NPP : Mengetahui, DEKAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI (Leonardus Heru Pratomo, ST., MT.) NPP : ii

3 ABSTRAK DC-DC konverter seringkali digunakan untuk mendapatkan tegangan keluaran DC variabel dari suatu sumber tegangan DC konstan. Pada tugas akhir ini akan dibahas DC-DC konverter yang di dalamnya menggunakan topologi multilevel. Teknik modulasi yang dipakai adalah PWM dengan mengkomparasikan Sinyal carrier (segitiga) dengan keluaran dari rangkaian kontrol, sehingga didapatkan pulsa yang mampu mengkonduksi saklar MOSFET. Dengan sinyal pembawa segitiga yang frekuensinya sama dan saling berkebalikan tersebut, kemudian dibandingkan dengan keluaran dari kendali PI. Sehingga tidak diperlukan kembali untuk mengendalikan tegangan kapasitor secara keseluruhan. Pada dasarnya pembuatan tugas akhir ini bertujuan untuk mendapatkan catu daya yang maksimal adalah dengan menggunakan multilevel dc-dc konverter tipe boost, sehingga tegangan keluaran DC-nya stabil dan mudah dikontrol dari multilevel DC- DC konverter dengan tipe boost tersebut. Kata kunci : chopper, PWM. iii

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas berkat dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan Tugas Akhir dengan judul MULTILEVEL DC-DC KONVERTER TIPE BOOST DENGAN MENGGUNAKAN KENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL dapat terselesaikan dengan baik. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir sampai tersusunnya laporan ini, penulis telah mendapat banyak bantuan dan dukungan baik moril maupun materiil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar besarnya kepada : 1. Mama ku yang tersayang, Papa yang senantiasa mengiringiku di alam sana, mbak dhani, mas fendy, jasmine, calon adiknya jasmine yang telah mendukungku selama proses kuliah yang saya jalani hingga saya dapat menyelesaikan kuliah.. 2. Bapak Leonardus Heru P. ST.MT.yang telah memberikan saya ijin untuk melaksanakan Tugas Akhir, baik dalam pengerjaan alat yang selalu memberikan saran, kritik, dan semangat hingga selama proses penyusunan laporan akhir. 3. T. Brenda Ch., ST, MT selaku dosen wali yang telah membimbing, memberi saran dan kritik kepada saya selama saya kuliah. iv

5 4. Mas E. Agung N dan Mas Achmad R.; selaku pendamping laboratorium, yang telah memberikan informasi mengenai segala hal yang diperlukan selama pengerjaan Tugas Akhir dan selama proses penyusunan laporan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh Dosen dan Karyawan, yang telah banyak membantu memberikan fasilitas sehingga pengerjaan Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar dan cepat selesai. 6. A_Bee (Always Be My Beib) yang selalu memberikan dukungan moril dan mendampingiku, thanks 4 ur support n 4 ur careness, Luv U Much Prast, Nanik, Hendra, Ms Hendy, Nando, Anton 2003 Antz, Anton 2002 Baonk yang senantiasa mengajariku. Terima kasih atas bantuannya dalam proses pengerjaan alat dan dukungannya pada saat saya mengalami kesusahan. 8. Mbak Wiwien, Bu Trisni selaku SSCC Unika yang telah membantu menyemangatiku dalam menyelesaikan TA ini. Mbak Ellok, Mbak Sendy, dek Angie Psiko 05, Ocha Sastra 08, Bima, Pascalis, Pram, Trimey, Mitha, Wowo, Ms Yusuf 97 mereka semua yang membantu menyemangatiku jugaa Mas Mario 02, Mas Yudhi 02, Mas Panggah 02, Supermen, Totok, Bram,, Agus Cengoh, Christian 03, Yudi 03, Ericka 03, Orlin teman seperjuangan dalam menggarap Tugas Akhir. Semangaaaaatttt...!!!!! \^_^/ v

6 10. Teman-teman Kost yang selalu menemaniku Dewi A. Psiko 03, Ira Manejemen 03, Feraningrum Psiko 03, Yunita Sastra 03, Sisca Psiko 05, Wendy Manejemen 06, Arie Manejemen 05, Mbak Minarti Maturtenkgyuuu... ^_* 11. Abri, Krisna Don, Avid, Baskoro, Wisnu Paman, Mahardian, Ibnu Adiyem, Erid 05, Itok 05, Rino 05, Nicko Cumi, yang juga telah dan sedang berjuang menyelesaikan tugas akhirnya. Tetep semangat Broo.. Cayo.. Cayo Bayu Jajaank, Panji, Arie, Wiwin, Windy, Dedy Pedet, Yoko Koko, Audy 03, Jempol 03, Tommy 03, Mbah Tanto 08, Galang 05, yang juga sedang memulai perjuangannya menyelesaikan tugas akhir. Wis pokoke kabehlah... (.) Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi rekan rekan mahasiwa dan semua orang. Semarang, Juni 2009 Penulis vi

7 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK...iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan Dan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI Pendahuluan Topologi Buck Topologi Boost Topologi Buck-Boost Boost-type PWM Converter Kontroller Kontroller Proporsional (P) Komtroller Integral (I) Kontroller PI (Proporsional Integral) BAB III PERANCANGAN MULTILEVEL DC-DC KONVERTER TIPE BOOST DENGAN KENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL Pendahuluan Rangkaian Daya Kondisi Kondisi Kondisi Kondisi Strategi Kendali vii

8 3.4 Pembentukan Sinyal Carrier XR-2206 sebagai pembangkit gelombang segitiga Rangkaian Penguat segitiga PWM (Pulse Width Modulation) Rangkaian Driver Sistem kendali Close Loop Rangkaian Error Ampliflier Kontrol Proporsional Integral BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA MULTILEVEL DC-DC KONVERTER TIPE BOOST DENGAN MENGGUNAKAN KENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL Pendahuluan Pengujian Rangkaian Sinyal Carrier Pengujian Vref dan Vact Pengujian Sistem Proporsional Integral Pengujian Komparator dan Driver Pengujian Tegangan Kapasitor Simulasi Sistem Multilevel DC-DC Konverter BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Topologi Buck...7 Gambar 2.2 Topologi Boost...8 Gambar 2.3 Topologi Buck-Boost...8 Gambar 2.4 Rangkaian DC-DC Boost Type Konverter Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Operasi Kerja normal Rangkaian Boost Konverter...11 Diagram Kontroler Proporsional...13 Rangkaian Kontrol Proporsional...13 Diagram Blok Kontroler Integral...15 Rangkaian Kontrol Integral...15 Gambar 2.10 Diagram Blok Proporsional Integral...17 Gambar 2.11 Rangkaian Kontrol Proporsional Integral...18 Gambar 3.1 Rangkaian Daya Boost type PWM Konverter...21 Gambar 3.2 Prinsip Kerja Boost type PWM Konverter...22 Gambar 3.3 Rangkaian Kondisi Gambar 3.4 Rangkaian Kondisi Gambar 3.5 Rangkaian Kondisi Gambar 3.6 Rangkaian Kondisi Gambar 3.7 Blok Diagram rangkaian Daya dan Sistem Kendali...26 Gambar 38 Kendali Boost-type PWM Konverter...26 Gambar 3.9 Rangkaian XR-2206 sebagai Pembangkit Gelombang Segitiga...28 Gambar 3.10 Gelombang Segitiga dari XR ix

10 Gambar 3.11 Rangkaian Pembentuk Gelombang Segitiga...30 Gambar 3.12 Keluaran Gelombang Segitiga...31 Gambar 3.13 Pulse Width Modulation...32 Gambar 3.14 Rangkaian Driver MOSFET...33 Gambar 3.15 Diagram Blok Error...35 Gambar 3.16 Diagram Blok Kendali PI...36 Gambar 3.17 Rangkaian Kendali Proporsional Integral...37 Gambar 4.1 Sinyal Keluaran Penguat Segitiga Gambar 4.2 Sinyal Penguatan Segitiga yang berkebalikan...40 Gambar 4.3 Hasil Keluaran sinyal aktual...41 Gambar 4.4 Hasil Keluaran sinyal referensi...41 Gambar 4.5 Sinyal Keluaran Kendali PI dan Segitiga Carrier...42 Gambar 4.6 Sinyal Pulsa Pewaktuan...43 Gambar 4.7 Sinyal Keluaran Tegangan Kapasitor atas...44 Gambar 4.8 Sinyal Keluaran Tegangan Kapasitor Bawah...45 Gambar 4.9 Hasil Simulasi tegangan Keluaran boost-type PWM Konverter...46 x