RANCANG BANGUN PENYEARAH SATU FASA MENGGUNAKAN DOUBLE SERIES BUCK BOOST CONVERTER UNTUK PERBAIKAN FAKTOR DAYA (Sub Judul : Regulator Tegangan)

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN PENYEARAH SATU FASA MENGGUNAKAN DOUBE SERES BUCK BOOST CONVERTER UNTUK PERBAKAN FAKTOR DAYA (Sub Judul : Regulator Tegangan) Aditya Wika M 1, r Moh Zaenal Efendi MT Mahaiwa Elektro ndutri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, ndoneia 1* Doen Pembimbg, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, ndoneia wikaaditya@gmail.com ABSTRAK Pada peralatan-peralatan elektronika memerlukan catu daya berupa umber tegangan earah yang dihailkan dari rangkaian penyearah. Konekueni dari penyearah terebut menyebabkan bentuk gelombang aru menjadi tidak rata atau terditori. Oleh ebab itu dewaa i banyak dikembangkan dan diteliti bentuk-bentuk baru dari konverter perbaikan faktor daya yang mempunyai kemampuan yang baik, eperti faktor daya tggi, dan harmonia yang rendah. Pada proyek akhir i jeni dc-dc konverter yang akan diaplikaikan ebagai regulator tegangan put adalah jeni converter buck-boot. Regulator diperlukan agar tegangan keluaran dari item tabil dan euai dengan et pot. Agar rangkaian buck-boot dapat digunakan ebagai regulator tegangan maka haru bekerja pada kondii kontyu. Pada proyek akhir i digunakan P kontroler untuk menjaga keetabilan dari tegangan put ehgga perubahan dari tegangan put maupun perubahan beban tidak menyebabkan perubahan yang ignifikan dari tegangan put. Tegangan yang keluar dari regulator i berada pada kiaran 18,5 volt dengan kealahan makimal 1,06%. Pada pengujian akhir tegrai alat diperoleh faktor daya ebear 0,98 dan DPF 0,99 dengan daya put ebear 1,5 Watt. Sudah terjadi perbaikan dari penyearah konvenional yang memiliki faktor daya 0,8 menjadi 0,9. Kata Kunci : Buck-Boot Converter, regulator tegangan, P kontroler ABSTRACT n the electronic device uually require a ource of DC power upply generated from the rectifier diode. The conequence of the rectifier caue the current waveform become uneven or ditorted. Therefore, nowday many people develope new form of power factor improvement converter that ha a good ability, uch a high power factor and low harmonic. At thi fal project the type of dc-dc converter that will be applied a a voltage regulator put i buck boot converter. Regulator i required to put voltage of the ytem i table and accordance with the et pot. n order for buck boot circuit can be ued a a voltage regulator then it hould work contuou mode. n thi fal project P controller i ued to mata the tability of the put voltage although the change of the put voltage or the change of load do not caue a ignificant change of the put voltage. The voltage that come of the regulator i the range of 18.5 volt with a imum error 1.06%. n the end of the tool tegration tetg obtaed power factor i 0,98, DPF i 0,99 and Watt put power. Keyword: Buck-Boot Converter, voltage regulator, P controller 1

2 . PENDAHUUAN Dalam penggunaan peralatan-peralatan elektronika biaanya memerlukan catu daya berupa umber tegangan earah yang dihailkan dari penyearah diode. Pertimbangan harmonia dan ditori gelombang yang terjadi akibat pemaangan penyearah gelombang penuh memegang peranan yang pentg. Terutama yang berhubungan pergeeran aru put dan tegangan put Ac-Dc Full Wave Rectifier yang mengakibatkan faktor daya rendah. Perbaikan kualita umber Ac-Dc Full Wave Rectifier atu faa dengan factor daya mendekati atu telah menjadi objek yang mendapat perhatian ecara khuu. Pada akhir-akhir i banyak dikembangkan dan diteliti bentuk bentuk baru dari konverter yang mempunyai kemampuan yang baik eperti faktor daya tggi, harmonia rendah dan juga ripel tegangan put yang kecil. Sehgga topik i menjadi iu yang menarik untuk diteliti. Pada proyek akhir i dibuat konverter yang memiliki faktor daya tggi, dimana konverter terebut merupakan gabungan dari penyearah dan dua buah buck boot converter. Buck boot converter yang pertama berfungi ebagai konverter perbaikan faktor daya dan buck boot converter yang kedua berfungi ebagai regulator tegangan put. Dengan rangkaian teraebut diharapkan dapat mengatai maalah faktor daya yang rendah pada ii umber (put) erta tegangan keluaran (put) yang kontan.. TEOR PENUNJANG.1 Prip daar buck boot converer DC chopper dapat digunakan ebagai regulator mode penaklaran untuk mengubah tegangan DC, yang tidak teregulai menjadi tegangan DC yang teregulai. Regulai tidak biaa dicapai melalui pengaturan PWM (Pule Widht Modulation) pada frekueni tertentu dan devai penaklaran menggunakan BJT, MOSFET, atau GBT. Salah atu jeni topologi daar penaklaran yaitu Buck Boot. Buck Boot dapat digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan put dengan mengatur duty cycle penyulut dari MOSFET.. Kontrol P Kontrol P merupakan alah atu jeni pengatur yang banyak digunakan pada kontrol loop tertutup. Sela itu item i mudah digabungkan dengan metoda pengaturan yang la eperti Fuzzy dan Robut, Sehgga akan menjadi uatu item pengatur yang emak baik. Kontrol P terdiri dari jeni cara pengaturan yang alg dikombaikan, yaitu Kontrol P (Proportional) dan Kontrol (ntegral). Mag-mag memiliki parameter tertentu yang haru diet untuk dapat beroperai dengan baik, yang diebut ebagai kontanta. Setiap jeni, memiliki kelebihan dan kekurangan mag-mag. Tabel.1. Repon P controller terhadap perubahan kontanta. PERENCANAAN SSTEM.1 Perencanaan buck boot konverter Dalam mendea buck boot converter haru diperhatikan parameter-parameter eperti tegangan put, tegangan put, aru put yang digkan, frekueni witchg dan la-la. Pada awal perencanaan nilai parameter yang ditetapkan ebagai berikut : Tegangan put (V) = 66 Volt Tegangan put (V) = 18,5 Volt Ripple tegangan = 0,1% Aru put () =,5 Ampere Ripple aru = 5% Frekueni witchg = 50 khz 1. Duty cycle D V V 1 D D V 1 D V V D V V D V V V D V V D V Nilai duktor Gambar.1. Rangkaian buck boot konverter m m (1 D) R f (1 0.) 5.9.H 5010

3 . Aru duktani i i where : V D R 1 D % 4. Dea duktor dan kapaitor 0.m n ,5 1,61 Jadi diperlukan 41 lillitan. \ 4.5A A i i A n B A dim ana B 10 0,5tela A 1,61cm c c 4 DT R C 1 0. R n R 1.9K. Perencanaan dan pembuatan kontroler PWM..1 PWM generator Pembangkit pula pwm menggunakan timer/counter pada mikrokontroler ATMega 16 tepatnya pada timer/counter menggunakan regiter counter (TCNT) mencacah naik aja dan tidak pernah mencacah turun. Frekueni dan duty cycle PWM yang dihailkan pada mode fat PWM i dirumukan : Dimana f oc0 = frekueni put OC mode fat PWM f oc = frekueni oilator N = kala clock D = duty cycle.. Optocoupler dan totempole Optocoupler merupakan rangkaian iolai driver dengan rangkaian kontrol. Sedangkan totempole digunakan untuk mengurangi witch loepada aat witchg. Gambar.1 berikut menunjukkan rangkaian lengkap optocoupler dan totempole. V 0,1% V 0, o o Vo Qo DT R Qo Qo Co V 5. Dea rangkaian nubber on t fall C V V V t C C on fall o V F V V 4n on t V fall 4.5A 4.5 4n 1.15nF 84.5 Gambar.1 Rangkaian optocoupler dan totempole.. Dea kontroler Kontroler digunakan untuk mengontrol tegangan put dari buck boot converter agar tegangan putnya tabil. Kontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 16 dengan menggunakan algoritma P kontroler. Dalam membuat kontroler i yang diperhatikan adalah mengenai et pot dari put buck boot yang haru dipertahankan yang dilihat dari data ADC. Dari data ADC maka diperoleh error dari et pot. Dari error terebut akan dikalikan time amplg yang kemudian menghailkan tegral. Kemudian didapatkan nilai P dari kontanta proporional dikalikan error. Sedangkan diperoleh dari kontanta tegral dikalikan tegral. Nilai P

4 adalah penjumlahan dari nilai P dan. Berikut adalah program lengkapnya. SP =154; // Reference = 18.5 volt Senor = read_adc(); PV=Senor ; Error= SP-PV; ntegral += Error * TimeSamplg; P = Kp * Error; = Ki * ntegral; P=P+; PWM =PWM+P; if(pwm<50) PWM = 50; if(pwm>10) PWM =10; OCR =(unigned char) PWM; () = 75 uh dan memiliki nilai Q ebear 16,9. Dalam perencanaan awal nilai nduktani yang eharunya adalah uh. Perbedaan terebut diperkenankan karena tidak melebihi 5% dari dea awal. Nilai Q eperti pada Gambar 4. menunjukkan nilai 16,9, hal i dikarenakan untuk frekueni tggi mimal duktor memiliki nilai Q 10. Sehgga duktor terebut bia digunakan untuk buck boot converter dengan frekueni witchg 50kHz... Dea enor tegangan Pada mikrokontroler tegangan yang dapat dibaca berada dalam range 0-5 VDC ehgga diperlukan pembagi tegangan. Dari tegangan refereni yang ebear 14. V maka tegangan bia dibagi menjadi 4. Gambar. adalah rangkaian pembagi tegangan terebut. Gambar 4.1 nduktor frekueni tggi Gambar. Rangakaian pembagi tegangan Dalam perhitungan V yang digunakan 18.5 volt DC dan V yang diharapkan adalah ekitar,5v DC upaya bia dibaca dengan baik oleh mikrokontroler dan dapat dikontrol, maka: V. Pengujian dan analia V.1 Pengujian buck boot converter dan driver penyulut V.1.1 Pengujian dea duktor Setelah dilakukan dea duktor frekueni tggi tentunya dilakukan pengujian duktor. Hail dari pembuatan duktor eperti pada Gambar 4.1 di bawah.hail pengujian duktor memiliki nilai nduktani Gambar 4. Hail pengukuran duktor menggunakan CR meter V.1. Pengujian driver penyulutan PWM yang digunakan untuk penyulut rangkaian buck boot converter dibangkitkan dari mikrokontroller AT Mega16 dengan frekueni 50 KHz menggunakan timer. Settg Timer program untuk menghailkan PWM 50 KHz pada mikrokontroller AT Mega16 adalah ebagai berikut: // Timer/Counter itialization // Clock ource: Sytem Clock // Clock value: khz // Mode: Fat PWM top=ffh // OC put: Non-nverted PWM TCCR=0x69; TCNT=0x00; OCR=0x00; Nilai OCR pada ettg awal adalah 0x00 heka. Nilai OCR berkiar antara 0-55 ehgga Untuk mengatur bearnya duty cycle penyulutan maka nilai OCR dapat dicari dengan duty cycle dikalikan 55 ebagai nilai makimal OCR. Berikut contoh programnya : 4

5 while (1) { // Place your code here OCR0=18; //50% x 55 =18 } Bentuk gelombang PWM yang dihailkan mikrokontroller ditunjukkan Gambar 4. dibawah i: dari mikrokontroler di ambil dari AVCC yang bernilai ekitar,88 volt. Pada pengujian i tegangan variabel yang di baca oleh eor tegangan adalah DC power upply. Berikut adalah Gambar 4.4 yang menunjukkan enor tegangan dan juga Tabel pengujiannya yang ditunjakkan pada Tabel 4.. Gambar 4.4 Rangkaian Pembagi tegangan Gambar 4. Gelombang PWM keluaran PORTD.7 V.1. Pengujian buck boot converter Pengujian buck boot dilakukan dengan umber DC Power upply dari tegangan put 10 volt ampai 5 volt untuk fungi buck dan put 5 volt ampai 0 volt untuk fungi boot. dengan menggunakan beban lampu 100 watt 0 volt. Hail yang diperoleh eperti pada Tabel 4.1 dan Tabel 4. di bawah Tabel 4.1 Tabel pengujian buck boot fungi buck V (Volt) (A) V (Volt) (A) 10 0,05 5,5 0,1 15 0,06 8,8 0,11 0 0,07 1, 0,15 5 0,07 15,4 0,15 0 0,08 19,5 0,14 5 0,1 5 0,15 Tabel 4. Tabel pengujian buck boot fungi boot V (Volt) (A) V (Volt) (A) 5 0,15 6,5 0,1 10 0, 14,4 0,5 15 0,4,4 0,15 0 0,7 0,5 0,16 Dari kedua tabel diata data yang diperoleh menunjukkan bahwa buck boot converter ecara fungional telah bia berfungi untuk menaikkan dan menurunkan put tegangan DC. Dibandgkan dengan dea tegangan put yaitu 18,5 volt maka terjadi error yang bear. Hal i terjadi karena pada dea awal buck boot i haru dikontrol oleh mikrokontroler menggunakan metode P kontroler. V.. Pengujian enor tegangan Pengujian enor tegangan i bertujuan untuk mendapatkan hail yang euai dengan ytem yaitu bekerja antara range 0-5 Volt. Pada enor i range yang digunakan adalah 0-,88 Volt yang etara dengan tegangan 0-0Volt. Nilai di ata tidak euai teori karena Vreffereni Tabel 4. Hail pengujian enor tegangan Vref (V) V (V) V teori (V) Kealahan 5 0,65 0,65 0% 10 1,0 1,0 0% 15 1,95 1,96 0,5% 18,5,40,41 0,4% 0,59,60 0,4% 5,4,6 0,6% 0,88,91 0,8% Dari tabel diata range tegangan ampai 0 Volt maih bia dikontrol oleh mikrokontroler tetapi jika melebihi range tegangan terebut mikrokontroler keulitan dalam mengontrolnya karena tegangan berapapun diata 0volt tetap dibaca 0 Volt. V.. Pengujian kontroler kontroler dii digunakan untuk menjaga tegangan put buck boot agar tabil. Untuk menguji kontroler i adalah dengan mengubah ubah tegangan put atau dengan mengubah ubah bearrnya beban. Kontroler dikatakan baik apabila bia menjaga ketabilan tegangan put yang dikontrol. Hail pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.4 dan Tabel 4.5. Tabel 4.4 Pengujian kontroler dengan perubahan tegangan put V put (V) put (A) V put(v) Vref (V) error 5 0, 8,9 18,5 51,89 % 10 0,8 18,5 18,5 0 % 15 0,1 18,8 18,5 1,6 % 0 0,1 18,6 18,5 0,54 % 5 0,09 18,6 18,5 0,54 % 0 0,07 18,4 18,5 0,54 % 5 0,06 18, 18,5 1,08 % 5

6 Tabel 4.5 Pengujian kontroler dengan perubahan beban V put (V) put (A) V put(v) Vref (V) error 5 0,09 18,5 18,5 0 % 5 0,11 18,5 18,5 0% 5 0,8 18,8 18,5 1,6 % 5 0,6 18,8 18,5 1,6 % 5 0,95 18,7 18,5 1,08 % 5 1, 18,5 18,5 0% Di bawah i pada Gambar 4.5 kita dapat melihat grafik repon dari buck boot dengan yal tep ebear 5 volt dengan ettg tegangan put 18,5 volt. Gambar 4.5 grafik repon tegangan put buck boot tanpa kontrol P Pada Gambar 4.5 di ata terlihat bahwa repon dari buck boot untuk mencapai et pot ebear 18,5 volt membutuhkan waktu ekitar, detik. Dari hal terebut akan kita pergunakan program P kontroler ehgga diharapkan dapat mempercepat repon item. Gambar 4.6 grafik repon tegangan put buck boot dengan kontrol P Pada Gambar 4.6 yang merupakan grafik repon buck boot etelah menggunakan kontrol P. Dari gambar terebut terlihat bahwa repon dari item lebih cepat untuk mencapai et pot. Repon yang terjadi juga menunjukkan adanya overhoot ebelum mencapai et pot. Kontrol P di ata juga belum memiliki put yang tabil maih ada edikit oilai cukup lama hgga etelah 6 detik baru dalam keadaan tabil di et pot. Kontrol P juga menjaga item ehgga put tetap berada di ekitar et pot mekipun ada perubahan tegangan put maupun perubahan beban. V. Keimpulan dan aran V.1 Keimpulan Setelah dilakukan proe perencanaan pengujian erta analia dan juga membandgkannya dengan teori-teori penunjang, maka dapat diimpulkan bahwa: 1. Buck boot dapat berfungi dengan baik karena bia menaikkan dan menurunkan tegangan put.. Hail penggulungan duktor angat berpengaruh terhadap nilai duktani dan juga nilai Q dari duktor terebut.. Dua buah erie buck boot tidak dapat digunakan enor tegangan dengan ground yang ama, ehgga dibuthkan dua mikrokontroler untuk dua buck boot converter. 4. Pada pengujian buck boot yang dikontrol dengan P kontroler dan dibebani reitor geer udah bekerja dengan baik karena bia mempertahankan tegangan put ekitar 18,5 V. V. Saran Selama pengerjaan proyek akhir i tentunya tidak lepa dari berbagai macam kekurangan dan kelemahan, ecara khuu pada peralatan yang telah dibuat. Namun pada kenyataan yang ada etelah tepat maa waktu Proyek Akhir i habi, penuli belum empat memperbaiki kekurangan-kekurangan itu. Untuk itu demi keempurnaan alat i, penuli dapat memberikan beberapa catatan pentg ebagai berikut: 1. Penggulungan dari duktor dilakukan ebaik mungk ehgga duktor memiliki nilai duktani euai dengan dea dan nilai Q yang tggi.. Pada buck boot konverter i menggunakan mofet RFP 460 Untuk hail yang makimal diharapkan menggunakan komponen yang mempunyai ratg aru dan tegangan lebih bear.. Tung control P dan yang lebih banyak ehgga bia didapatkan tegangan put yang lebih tabil. V. Daftar Putaka [1] r. Moh Zaenal Efendi, MT, DC-DC Converter, PENS- TS, Surabaya [] Yamudi, Deign of One phae AC- DC Full wave Rectifier With Flyback and Buck Konverter a Power Faktor Correction and Current Harmonic, PENS-TS, Surabaya [] Sutejo Mapriyanto, Pengaturan Kecepatan Motor nduki Ø Menggunakan Kontrol P Berbai Direct Torque Control, PENS-TS, Surabaya [4] Tim E, Yoef S. Tobg danwelly Purnomo, AN 116- DC Motor Speed Control Ug PD, TS, urabaya [5] Dataheet of Mikrocontroller AT Mega 16 6