Desain Buck Chopper Sebagai Catu. Power LED Dengan Kendali Arus

Transkripsi

1 Desain Buck Chopper Sebagai Catu Power LED Dengan Kendali Arus LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : AGUSTINUS BANGKIT HENDRAWAN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2016 i

2 LEMBAR PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul Desain Buck Chopper Sebagai Catu Power LED Dengan Kendali Arus diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal... Juni Semarang,... November 2016 Menyetujui, Pembimbing Koordinator Tugas Akhir Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Ketua Progdi Teknik Elektro Ir. Drs. Djoko Setijowarno, MT, IPM Dr. Ir. Florentius Budi Setiawan, ST, MT, IPM ii

3 PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI) Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir yang berjudul Desain Buck Chopper Sebagai Catu Power LED Dengan Kendali Arus ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila di kemudian hari ternyata terbukti bahwa tugas akhir ini sebagian atau seluruhnya merupakan hasil plagiasi, maka saya rela untuk dibatalkan, dengan segala akibat hukumannya sesuai peraturan yang berlaku pada Universitas Katolik Soegijapranata dan / atau perundang-undangan yang berlaku. Semarang,... November 2016 ( Agustinus Bangkit H ) NIM : iii

4 ABSTRAK Seiring dengan perkembangan teknologi dalam sektor pencahayaan yang berfungsi untuk pencahayaan jalan perkotaan, industri, dan pencahayaan rumah. Banyak ilmuwan menciptakan alat yang berfungsi untuk memberikan cahaya seperti lampu bohlam yang berbentuk bola kaca, lampu TL yang hampir sama dengan lampu bohlam tetapi lumen yang dihasilkan lebih terang dan lebih hemat energi dibandingkan dengan lampu bohlam, dan yang terbaru ini telah diciptakannya lampu LED yang lebih hemat energi dan lebih terang diantara lampu bohlam maupun lampu TL. Lampu LED memberikan banyak keunggulan dibandingkan dengan lampu yang lain, seperti efisiensi tinggi, umur pemakaian yang lebih lama, dan yang terpenting adalah lebih hemat energi. Untuk menghidupkan lampu LED tersebut dapat menggunakan rangkaian daya seperti converter jenis chopper karena lampu LED bekerja pada tegangan DC, chopper diatur sedemikian sehingga lampu LED menyala dengan meperhitungkan besar arus dan tegangan yang disuplaikan ke lampu LED sehingga dijaga konstan agar lampu LED tidak cepat mengalami kerusakan dan lumen yang dihasilkan konstan. Pada Tugas Akhir ini dirancang buck chopper dan kontrolnya sebagai supply Power LED, dengan cara membaca arus pada rangkaian buck chopper dengan menggunakan sensor arus yang difungsikan sebagai nilai actual yang akan dibandingkan dengan nilai referensi yang telah ditentukan dan di olah dengan menggunakan microcontroller dspic30f4012 dan menghasilkan PWM yang mengatur pensaklaran pada buck chopper. Kata Kunci : lampu LED, Buck Chopper, Microcontroller dspic30f4012 iv

5 KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis haturkan kepada Allah Bapa yang ada di Surga, Tuhan Yesus dan Ibu Maria, karena atas berkat, rahmat dan mukjizat-nya yang senantiasa menyertai penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang berjudul DESAIN BUCK CHOPPER SEBAGAI SUPPLY POWER LED DENGAN KENDALI ARUS. Tugas akhir beserta laporan ini sebagai tugas penulis untuk menyelesaikan perkuliahan di Program Studi S1 Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata. Dalam proses pembuatan tugas akhir dan penyusunan laporan, penulis mendapat bimbingan dan support dari berbagai pihak baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang kepada : 1. Allah Bapa yang senantiasa memberi rahmat, berkat, kemudahan dan kelancaran pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan. 2. Orang tua, penulis yang selalu memberi semangat dan dukungan baik secara moril maupun materiil kepada penulis. 3. Bapak Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini dan yang memberikan saran, kritik, dan memberi bantuan dari hal rancangan maupun ide kepada penulis. 4. Bapak Dr. Ir. Djoko Suwarno, M. Si. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. 5. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, ST.MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro, yang telah memfasilitasi laboratoruim dan perlengkapannya. v

6 6. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, terutama Bapak Juang. 7. Mas Enggar, Mas Jefri, Mas Dryan, Mas Arief, dan seluruh angkatan yang telah membantu. 8. Teman-teman seperjuangan yaitu Waluyo, Rizal, Moses, Matius, Galih, Fajar, Icuk, Cahyo, Ricky terimakasih sudah menemani dan saling berdinamika bersama selama kuliah. 9. Teman-teman Elektro angkatan 2009, 2010, 2011 dan 2013 terima kasih atas doa dan dukungannya. 10. Teman-teman Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata. 11. Teman-teman fakultas yang lain yang turut mendukung saya. 12. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir beserta laporannya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, maka penulis dengan rendah hati mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dan perkembangan kedepannya. Penulis juga ingin menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal-hal yang kurang berkenan dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini. Besar harapan penulis semoga laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan Iptek di lingkungan kampus, masyarakat dan negara. vi

7 Semarang,...November 2016 Agustinus Bangkit Hendrawan vii

8 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL i ii iii iv v viii xi xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan dan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan 5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Power Supply Pengertian Power Supply Chopper 11 viii

9 Pengertian Chopper Buck Konverter MOSFET (metal-oxide semiconduktor field-effect 17 transistor) Pengertian MOSFET Cara Kerja MOSFET IRFP 460 (MOSFET) Mikrokontroller Pengertian Mikrokontroller Mikrokontroller dspic30f ADC dspic30f Peta Memori Pada dspic30f LED (Light Emitting Diode) Pengertian LED (Light Emitting Diode) Cara Kerja LED (Light Emitting Diode) 25 BAB III Desain Buck Chopper Sebagai Catu Power LED Dengan Kendali Arus 3.1. Pendahuluan Perancangan Alat Catu Daya Perancangan Buck Chopper Rangkaian Driver TLP Sensor Arus 32 ix

10 3.7. Perancangan Mikrokontroller Sistem Kendali 34 BAB IV Hasil Pengujian dan Analisa 4.1. Hasil Simulasi Pengujian Laboratorium Pembahasan 48 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Saran 49 x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Power Supply Linier 9 Gambar 2.2 Catu Daya Switching tipe Push Pull 10 Gambar 2.3 Diagram Block Cara Kerja Converter 11 Gambar 2.4 Diagram Block Buck Converter 12 Gambar 2.5 Skema Rangkaian Buck Converter 13 Gambar 2.6 Topologi Buck Chopper Ketika Saklar ON 13 Gambar 2.7 Topologi Buck Converter Ketika Saklar OFF 14 Gambar 2.8 MOSFET Type N & MOSFET Type P 17 Gambar 2.9 MOSFET Mode ON 18 Gambar 2.10 MOSFET Mode OFF 18 Gambar 2.11 MOSFET IRFP Gambar 2.12 PIN dspic30f Gambar 2.13 Peta Memori dspic30f Gambar 2.14 Simbol LED 25 Gambar 3.1 Diagram blok system 28 Gambar 3.2 Skema blok catu daya Push Pull 29 Gambar 3.3 Skema blok catu daya linier Sebagai Supply Buck Chopper 30 Gambar 3.4 Skema Perancangan Buck Chopper 31 Gambar 3.5 Rangkaian Driver TLP Gambar 3.6 Sensor Arus 32 Gambar 3.7 Rangkaian Kontrol Digital 33 xi

12 Gambar 3.8 Rangkaian Kontrol Analog metode Hysterisis 34 Gambar 3.9 Flowchart sistem control dengan metode kendali arus 35 Gambar 3.10 Inisialisasi Program Pada dspic30f Gambar 3.11 Program Timer Interrupt Pada dspic30f Gambar 3.12 Program Histerisis digital Pada dspic30f Gambar 4.1 Rangkaian simulasi menggunakan C-Block 39 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Parameter sekunder trafo, suplai tegangan dan arus pada converter Atas sinyal tegangan pada Dioda, Bawah sinyal Arus keluaran Atas sinyal tegangan keluaran converter, Bawah sinyal arus keluaran converter Gelombang Merah Tegangan PLN [skala 10x, 5ms/div, 10 v/div], Gelombang Kuning Tegangan yang akan disearahkan menjadi input converter [skala 10x, 50us/div, 10 v/div] Titik Pengambilan Data Pada Sisi Daya Masukan Konverter Hasil penyearah dan filter yang menjadi Input Tegangan Konverter [skala 10x, 50us/div, 10 v/div] Titik Pengambilan Data tegangan diode dan arus converter Hasil pengambilan Data Sinyal Merah Menunjukan Arus Pada Konverter [skala 1x, 50us/div, 2 v/div], Sinyal Kuning Menunjukan Tegangan Pada Dioda [skala 10x, 50us/div, 500m v/div] Gambar 4.10 Titik Pengambilan Data Pada Gate dan Drain Mosfet IRFP xii

13 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Hasil pengambilan Data Sinyal Biru Gate Mosfet [skala 1x 50us/div, 5 v/div], Sinyal Kuning Menunjukan Tegangan Drain Mosfet [skala 10x 50us/div, 5v/div] Hasil pengambilan Data pada sisi output converter Sinyal Biru [skala 1x 50us/div, 10 v/div], Sinyal Kuning Menunjukan Tegangan input converter [skala 10x, 50us/div, 10 v/div] xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi MOSFET IRFP Tabel 2.2 Fitur dspic30f Tabel 2.3 Bahan dan Warna pada LED 25 Tabel 4.1 Parameter pengujian simulasi 38 Tabel 4.2 Parameter Pada Rangkaian Daya 42 Tabel 4.3 Parameter Pada Rangkaian Kontrol 43 xiv