MULTILEVEL DC-DC KONVERTER DENGAN KENDALI PWM PHASE SHIFTED CARRIER

Transkripsi

1 MULTILEVEL DC-DC KONVERTER DENGAN KENDALI PWM PHASE SHIFTED CARRIER TUGAS AKHIR oleh: Rissa Dwi Purnomo PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2007

2 PENGESAHAN Laporan tugas akhir dengan judul Multilevel DC-DC Konverter dengan Kendali PWM Phase Shifted Carrier diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal 18 Juli Semarang, 18 Juli 2007 Menyutujui, Pembimbing I Pembimbing II ( Leonardus Heru P. ST,MT ) ( T. Brenda C. ST, MT ) NPP NPP Mengetahui: Dekan FTI (Leonardus Heru P. ST,MT) NPP i

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 dua buah sinyal pembawa segitiga dengan frekuensi yang sama dan saling berkebalikan. Sinyal pembawa tersebut kemudian dibandingkan dengan keluaran dari kendali PI sehingga didapatkan pulsa yang mampu mengkonduksi saklar MOSFET pada frekuensi yang sama sehingga tidak perlu lagi mengendalikan tegangan kapasitor secara keseluruhan. Pada dasarnya pembuatan tugas akhir ini bertujuan untuk mendapatkan metode perbaikan multilevel yang baru. Kata Kunci: DC-DC Konverter 3 level, PWM, teknik kendali ii

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kita panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat- Nya yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul Multilvel DC-DC Konverter dengan Kendali PWM Phase Shifted Carrier. Pada kesempatan ini tidak lupa penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Leonardus Heru P., ST.MT., selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri dan sekaligus dosen pembimbing I yang telah memberikan inspirasi untuk pembuatan tugas akhir ini. 2. T. Brenda C., ST. MT., selaku Dosen Pembimbing II yang telah membimbing penulis atas kesulitan yang telah dihadapi. 3. Kedua orang tua saya yang telah memberikan kasih sayang, dorongan, semangat, dan pedoman hidup kepada penulis. 4. Kakak NIA dan adik META tercinta yang selalu setia menemani di kala suka dan duka, canda tawa, kesulitan telah kita lewati bersama. 5. Alm. Kakek Wagiman yang telah meninggalkan dunia ini sebelum melihat cucunya sukses, semoga kedamaian surga-nya selalu menyertainya. 6. Keluarga besar FTI angkatan yang selalu menemani penulis, khususnya angkatan 2002 (Trembelo, Tompel, Mbok Nah, Prof. Albert, Mbah Puguh, Agung, Hendi, Penggo) Thanx bro atas semua bantuannya iii

5 7. Seluruh dosen FTI, staf laboratorium, dan TU yang telah membantu hingga penulis bisa menyelesaikan pendidikan di Unika Soegijapranata. 8. Teman-temanku SMU 6 Surabaya (Lukman, Dina, Nike, April, Apri, Taufan, Dian), dan SMU 5 Semarang (Ardi, Adit, Taufik) yang telah memberiku mimpi yang sempurna semoga persahabatan kita tetap membatu. 9. Teman-teman Pegawai Perpustakaan dan anak-anak PW (mbak Shanty, Agus, Prita, Shinta, Nando, Tyas, mbak Dayu, Pak Teguh), kalian telah memberikan pengalaman dan kesan yang tak terlupakan. Penulis berharap agar laporan tugas akhir ini dapat memberi manfaat kepada rekan-rekan mahasiswa selanjutnya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis. Tetapi berkat bimbingan, nasehat, dukungan, dan dorongan dari berbagai pihak yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan sebaik-baiknya. Penulis iv

6 DAFTAR ISI PENGESAHAN... i ABSTRAK... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR LAMPIRAN... xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI Multilevel Konverter Chopper Penurun Tegangan Kondisi Saklar Menutup Kondisi Saklar Membuka (t on ) Modulasi Lebar Pulsa MOSFET Jenis Pengisian (enhancement MOSFET) Penguat operasi (OP-Amp) v

7 2.5.1 Penguat Membalik (Inverting Amplifier) Kontroler PI (Proporsional Integral) Rangkaian Driver BAB III PERANCANGAN ALAT Perancangan DC-DC Konverter 3 level Pembentukan Sinyal Carrier XR-2206 sebagai pembangkit gelombang segitiga Rangkaian Penguat Segitiga Pembentukan Sinyal Referensi Sistem Kendali Close Loop Rangkaian Error Amplifier Rangkaian Proporsional Integral (PI) Rangkaian komparator Rangkaian Driver BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Analisa kerja multilevel DC-DC konverter Perancangan sistem multilevel DC-DC Konverter Pengujian Sinyal Carrier Pengujian Io dan Iref Pengujian Sistem Proporsional Integral Pembentukan Sinyal PWM Pengujian Rangkaian Daya multilevel DC-DC konverter Pengujian Tegangan Kapasitor vi

8 4.9 Simulasi Multilevel dc-dc Konverter Analisa Kestabilan sistem multilevel DC-DC konverter BAB V KESIMPULAN dan SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 2 Step Down Chopper... 8 Gambar 2. 5 Modulasi Lebar Pulsa Gambar 2. 6 Lambang dan struktur Mosfet Jenis Pengisian Gambar 2. 7 Kurva Tegangan dan Arus Mosfet jenis Pengisian Gambar 2. 9 Penguat inverting Gambar Rangkaian Kontroler PI Gambar Skematik IC TLP Gambar 3. 1 Konverter DC-DC 3 level Gambar 3. 2 Rangkaian XR-2206 sebagai pembangkit gelombang segitiga Gambar 3. 3 Gelombang segitiga dari XR Gambar 3. 4 Pembentuk Gelombang Segitiga Simetris Terhadap Sumbu Nol Gambar 3. 5 Keluaran Gelombang Segitiga Gambar 3. 6 Rangkaian pembangkit gelombang Segitiga referensi Gambar 3. 7 Sistem kendali PI Gambar 3. 8 Rangkaian kendali PI Gambar 3. 9 Skematik Rangkaian Komparator Gambar Rangkaian driver MOSFET Gambar 4. 1 Blok sistem close loop multilevel DC-DC konverter Gambar 4. 2 Sinyal Carrier dari XR viii

10 Gambar 4. 3 Perbandingan I o dan I ref Gambar 4. 4 Metode PWM dalam sistem kendali multilevel DC-DC konverter.. 37 Gambar 4. 5 Pulsa hasil PWM sebagai pengendali saklar daya Gambar 4. 6 Gelombang V d dan V o multi level DC-DC konverter Gambar 4. 7 Tegangan masukan (atas) dan tegangan kapasitor (bawah) Gambar 4. 8 Simulasi I ref dan I rangkaian daya o Gambar 4. 9 Simulasi sinyal carrier dan sinyal PI pada pembentukan PWM Gambar Simulasi V d dan V o multilevel DC-DC Konverter Gambar Blok sistem close loop multilevel DC-DC konverter Gambar Diagram Blok Multilevel DC- DC Converter Gambar Rangkaian Kendali Proporsional Integral Gambar Diagram Blok Multilevel DC- DC konverter dengan D(s)= Gambar Diagram Blok Multilevel DC- DC konverter dengan Gangguan Gambar Root locus diagram untuk k=0,4 tanpa gangguan Gambar Root locus diagram untuk k=0,8 tanpa gangguan Gambar Root locus diagram untuk k=0,4 dengan gangguan Gambar Root locus diagram untuk k=0,8 dengan gangguan ix

11 DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Mode pensaklaran pada konverter DC-DC 3 level x

12 DAFTAR LAMPIRAN Alat Tugas Akhir Data Sheet XR-2206, TLP-250, TL082, IRF-730, IRF(P)-460 xi