JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER PERANCANAN KOMPENSATOR PI LEAD PADA KESTABILAN TEANAN BUCK CONVERTER Irma Hunaini Anil ABSTRACT Thi aer decribe a combination two comenator are PI and Lead comenator to control the buck converter outut voltage to remain table in a tate of load change. PI Comenator can eliminate teady tate error at the time but have a ytem tranient reone i not good. While the lead comenator ha an excellent tranient reon ytem but can not eliminate error in teady tate condition. In thi reearch the buck converter outut remained table at 5 volt even though the load changed from kohm to Ohm. The reult howed a combination of both comenator can control the outut voltage of the buck converter remained table at 5 volt deite load change. Keyword: Buck converter, comenator PI-Lead INTISARI Penelitian ini bertujuan untuk engendalian tegangan keluaran buck converter agar teta tabil dalam keadaan erubahan beban. Kontroler yang digunakan ada engendalian ini meruakan gabungan dari dua komenator yaitu komenator PI dan Lead. Komenator PI mamu menghilangkan kealahan ada aat keadaan tunak tetai memiliki reon tranien item yang kurang baik edangkan komenator Lead memiliki reon tranien item yang baik namun tidak daat menghilangkan kealahan ada kondii keadaan tunak. Pada enelitian ini diinginkan keluaran buck converter teta tabil ebear 5 volt mekiun beban berubah dari K menjadi. Hail enelitian menunjukkan gabungan dari kedua komenator terebut daat mengontrol tegangan keluaran dari buck converter teta tabil ebear 5 volt mekiun terjadi erubahan beban. Kata Kunci : Buck converter, komenator Lead dan PI Doen Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik UNP Doen Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik UNP 6
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER PENDAHULUAN Seiring dengan erkembangan dan kemajuan teknologi, eningkatan terhada kebutuhan konverter daya dengan kinerja dinamik yang tinggi dalam banyak alikai angat diraakan terutama di indutri dan enggunaan barang-barang elektronik. DC-dc konverter meruakan alah atu contohnya, dimana konverter ini bia menghailkan tegangan atau aru yang daat diatur euai dengan keinginan yang beraal dari ower uly atau baterey. Buck konverter meruakan rangkaian elektronika daya yang berfungi menurunkan tegangan dc menjadi tegangan dc lain euai kebutuhan []. Pemilihan konverter dc-dc dikarenakan efiieninya yang tinggi dalam erubahan daya inut ke daya outut. Diantara beberaa kriteria kinerja dinamik yang angat enting untuk diertimbangkan adalah riak, tegangan outut, dan waktu recovery. Keuntungan ada konfigurai Buck antara lain adalah efiieni yang tinggi, rangkaiannya ederhana, tidak memerlukan tranformer, riak (rile) ada tegangan keluaran yang rendah ehingga enyaring atau filter yang dibutuhkan un relatif kecil. Kekurangan dari konfigurai buck konverter adalah hanya atu keluaran yang dihailkan, dan tingkat rile yang tinggi ada aru maukan. Umumnya tegangan outut berubah berdaarkan variai beban atau akibat erubahan tegangan inut. Perubahan nilai tegangan outut tergantung ada filter induktor dan nilai kaaitor dalam rangkaian dan frekueni witching erta algoritma kontroler. Jika induktor, kaaitor dan frekueni witching teta, erbedaan algoritma kontroler menghailkan erbedaan reon dinamik. Beberaa hal haru dilakukan untuk memerbaiki reon dinamik terebut. Oleh karena itu angat enting menentukan kemungkinan kinerja dinamik terbaik untuk konverter daya. Untuk memerbaiki kinerja item dibawah variai beban dierlukan kontroler. Metode-metode atau algoritma kendali yang digunakan kontroler dalam roe engendalian juga telah banyak berkembang. Penggunaannya dieuaikan dengan kebutuhan engguna akan erformani atau efiieni tertentu. Makin beragamnya jeni-jeni eralatan yang akan dikontrol melahirkan tuntutan akan kontroler yang daat menanggani bermacammacam jeni lant. Beberaa model kendali yang dikenal diantaranya adalah komenator PI dan komenator Lead. Agar kinerja dinamik konverter dc-dc terbaik daat dicaai, kedua komenator terebut daat digunakan untuk memerbaiki kinerja item dibawah variai beban. Komenator PI mamu menghilangkan kealahan ada aat keadaan tunak tetai memiliki reon tranien item yang kurang baik edangkan komenator Lead memiliki reon tranien item yang baik namun tidak daat menghilangkan kealahan ada kondii keadaan tunak. Pada enelitian ini gabungan dari kedua komenator terebut diharakan daat aling menutui kekurannya dan mamu untuk mengontrol keluaran dari buck converter agar teta tabil mekiun terjadi erubahan beban. PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH Buck converter Buck converter meruakan jeni konverter yang banyak digunakan dalam indutri, khuunya mengenai catu daya. Konverter ini mengkonverikan tegangan dc menjadi tegangan dc lain yang lebih rendah (Tegangan inut lebih bear dari ada tegangan out u. Buck converter terdiri ari atu aklar aktif (mofe dan atu aklar aif 7
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER (dioda). Untuk tegangan kerja yang rendah, aklar aif ering diganti dengan aklar aktif ehingga uut daya yang terjadi bia dikurangi. Kedua aklar ini bekerja bergantian. Setia aat hanya ada atu aklar yang menutu. Nilai rata-rata tegangan keluaran konverter ebanding dengan raio antara waktu enutuan aklar aktif terhada eriode enaklarannya (faktor kerja). Nilai faktor kerja bia diubah dari nol amai atu. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan keluaran elalu lebih rendah dibanding tegangan maukannya. Buck converter bia diuun aralel untuk menghailkan aru keluaran yang lebih bear. Jika inyal ON-OFF maing-maing konverter berbeda udut atu ama lainnya ebear 36 /N, yang mana N menyatakan jumlah konverter, maka didaat konverter dc-dc N- faa.buck converter multi faa juga banyak diakai dalam induri logam yang memerlukan aru dc yang angat bear ada tegangan yang rendah. ambar. Toologi buck converter [5] Buck converter ada keadaan ideal dengan eriode enaklaran T dan duty cycle D daat dilihat ada gambar. Peramaan keadaan buck converter dalam bentuk Continuo Cunduction Mode (CCM) dieroleh berdaarkan hukum kirchof. Ketika aklar ON, aru dinamik ada induktor I L ( dan tegangan kaaitor V C ( daat dieroleh dari eramaan berikut [][][3]; dil ( Vin vo ) dt L, t dt, Q : ON dvo v ( o il ) dt C R...() dan ketika aklar OFF dieroleh eramaan berikut; dil ( vo ) dt L, dt t T, Q : OFF dvo v ( o il ) dt C R...() Sebagai daar model buck converter terdiri dari dua fungi alih, model ertama memengaruhi duty cycle ada outut, vd(), dan model kedua memengaruhi tegangan ada outut, vg(). Bentuk umum fungi alih ebagai berikut[5]; d vd ( )...(3) Q vg ( ) Q g...(4) Dengan D g D d, D, LC, C Q R L...(5) Komenator Prooional Integral (PI) Komenator PI (Proorional Integral ) meruakan kontroler yang mengabungkan buah jeni kontroler dengan karakteritiknya maingmaing. ambar memerlihatkan blok diagram item Kendali []. 8
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER Maukan Sitem + - E() Pengendali Senor U() Kendalian ambar. Blok Diagram Sitem Kendali Keluaran Sitem Elemen ertama dari komenator PI yang akan dikembangkan yaitu kendali roorional. Dinamika dari engendali roorional adalah memberikan uatu nilai dalam bentuk kontanta yang bearnya daat diubah-ubah euai dengan kebutuhan keluaran item yang hendak dicaai. Untuk engendali roorional, hubungan antara maukan engendali u ( dengan inyal galat aktuai e ( adalah [][4]. u( K e( (6) Fungi alih dari engendali roorional adalah U( ) K...(7) E( ) Blok diagram dari item dengan elemen engendali roorional daat digambarkan ebagai berikut R() + E() K U() mengakibatkan emakin bearnya derau dan item menjadi tidak tabil. Elemen kedua dari komenator PI yaitu kontroler integral [3]. Kontroler integral berfungi menghailkan reon item yang memiliki kealahan keadaan manta nol. Kalau ebuah lant tidak memiliki unur integrator (/ ), kontroler roorional tidak akan mamu menjamin keluaran item dengan kealahan keadaan mantabnya nol. Dengan kontroller integral, reon item daat dierbaiki, yaitu memunyai kealahan keadaan mantanya nol. Kontroler integral memiliki karakteritik eerti halnya ebuah integral. Keluaran kontroler angat diengaruhi oleh erubahan yang ebanding dengan nilai inyal kealahan. Keluaran kontroler ini meruakan jumlahan yang teru meneru dari erubahan maukannya. Kalau inyal kealahan tidak mengalami erubahan, keluaran akan menjaga keadaan eerti ebelum terjadinya erubahan maukan. ambar 4 menunjukkan blok diagram antara bearan kealahan dengan keluaran uatu kontroler integral [ ][4 ]. - ambar 3. Blok diagram item dengan elemen engendali roorional Kekurangan engendali ini adalah terjadinya kealahan manta (galat offe bila ada erubahan beban. Dengan demikian item ini haru daat direet ecara manual dan ebaliknya erubahan beban tidak bear. Error teady tate daat dikurangi dengan memerbear enguatan, akan tetai enguatan yang terlalu bear akan ambar 4. Blok diagram hubungan antara bearan kealahan dengan kontroler integral Atau du( K ie(...(8) dt t i u( K e(...(9) dengan Ki : kontanta yang daat diatur. Fungi alih Pengendali: 9
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER U( ) Ki E( )......() Kekurangan engendali roorional daat dihilangkan dengan memaukkan elemen engendali integral. Bentuk eramaan komenator PI adalah ebagai berikut u( K e( Ki e( dt (). Sehingga fungi alihnya daat dituli ebagai berikut U( ) K ( )...() E( ) Ti Dengan K = enguatan roorional i T = waktu integral K = enguatan integarl i Dua arameter komenator, t K dan K i ditentukan dengan roe erancangan. Fungi alih komenator PI diajikan ebagai K I c ( ) K...(3) c ( ) c...(4) Fungi alihl loo tertutu buck konverter dengan komenator PI berdaarkan eramaan[5], T( ) T c Q......(5) Dan RC...(6) c RC...(7) Sedangkan realiai komenator PI berdaarkan gambar 5 dibawah ini. ambar 5. Realiai Komenator PI menggunakan O-Am Fungi alih rangkaian komenator PI daat dituli dalam bentuk R RC c ( ) R RC.(8) Komenator Lead (faa maju) Komenator Lead (faa maju) digunakan untuk erbaikan reon tranient tana banyak memengaruhi reon teady tate item. Fungi alih komenator Lead dituli dalam bentuk [5], c c ( )...(9) Dimana. Fungi alih loo tertutu buck converter dengan komenator Lead dituli dalam bentuk, T( ) T c Q...() Dan
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER R C R C...()...() Realiai komenator berdaarkan gambar dibawah ini ambar 6. Realiai Komenator Lead menggunakan O-Am Sehingga fungi alih rangkaian komenator lead daat dituli, R RC c ( ) R RC......(3) c( ) c...(4) adalah ero dan dengan komenator lead, nilai < =, C C R L R L RC R C c...(5)...(6) Realiai komenator Lead dan PI berdaarkan gambar 7. Komenator PI dan Lead Komenator lead baik dalam memerbaiki reon tranien, tai tidak daat menghilangkan error teady tate ada aat gangguan. Komenator PI mamu menghilangkan error teady tate tai memiliki karakreitik tranient yang tidak diinginkan. Kombinai kedua komenator daat memerbaiki reon item. Fungi alih kombinai kedua komenator dituli ebagai [4] : ambar 7. Realiai Komenator PI dan Lead menggunakan O-Am HASIL DAN PEMBAHASAN Seifikai buck ditetakan ebagai berikut Tegangan inut (Vin) = Volt Tegangan outut (Vou = 5 Volt Hail enelitian berua grafik tegangan keluaran buck converter terhada waktu. Kriteria yang ingin dicaai dalam enelitian ini adalah tegangan keluaran aktual buck converter euai dengan tegangan yang diinginkan mekiun terjadi erubahan beban. Untuk mengetahui
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER kinerja item dilakukan beberaa engujian yang meliuti:. Pengujian lant buck converter tana menggunakan komenator PI- Lead untuk beban dan k. Pengujian lant buck converter dengan menggunakan komenator PI-Lead untuk beban dan k Pengujian buck converter tana komenator Pengujian dilakukan dengan memberikan beban dan k ada keluaran buck converter. Hail engujian daat dilihat ada gambar 7 dan 8 dibawah ini. ambar 7. Keluaran buck converter untuk beban K menyebabkan keluaran buck converter turun menjadi 4,93 Volt, keluaran ini tidak euai dengan tegangan yang diinginkan yaitu 5 Volt diaming meningkatnya error teady tate. Pengujian buck converter dengan komenator PI-Lead ambar 9. Keluaran buck converter untuk beban K dengan komenator PI-Lead Berdaarkan ambar 9 daat dilihat keluaran buck converter untuk beban K telah euai dengan yang diinginkan ebear 5 volt dengan error teady tate mendekati nol dan waktu yang dibutuhkan untuk mencaai keadaan teady tate ebear,5 m. ambar 8. Keluaran buck converter untuk beban ambar 7 memerlihatkan Keluaran buck converter untuk beban K telah euai dengan yang diinginkan ebear 5 volt dengan error teady tate ebear.5 volt amai 3,3 m, dan waktu yang dibutuhkan untuk mencaai keadaan teady tate ebear 4, m. Berdaarkan gambar 8 daat dilihat bahwa erubahan beban ambar. Keluaran buck converter untuk beban dengan komenator PI-Lead ambar memerlihatkan reon keluaran buck converter dengan beban. Mekiun terjadi erubahan beban, keluaran buck converter maih daat diertahanankan ebear 5 Volt dengan waktu mencaai keadaan teady tate ebear,4 m dan error teady tate ebear,5 Volt.
JURNAL TEKNOLOI INFORMASI & PENDIDIKAN ISSN : 86 498 VOL. 5 NO. SEPTEMBER KESIMPULAN Berdaarkan hail enelitian yang dieroleh daat diimulkan ebagai berikut:. Perubahan beban menyebabkan keluaran buck converter tana komenator PI-Lead tidak tabil dan tidak euai dengan yang diinginkan ebear 5volt. Penggunaan komenator PI-Lead mamu menjaga ketabilan keluaran buck converter ebear 5 Volt DAFTAR PUSTAKA [] Bhuaandra Veeranna Sreenivaaa dan Yaragatti Udaykumar.. Elimination of Outut Voltage Ocillation in DC-DC Converter Uing PWM with PI Controller, Serbian Journal Of Electrical Engineering, Vol. 7, No., May, 57-68. [] Anil.. Perancangan Sitem Kendali Tegangan Keluararan buck convereter menggunakan Pengendali PI, Jurnal Teknologi Informai & Pendidikan Vol.5, Maret,89-96 [3] Hunaini, Irma.. Perancangan Kendali PID Digital Pada Keluaran Buck converter Berdaarkan Perubahan Beban, Jurnal Teknologi Informai & Pendidikan Vol.5 Maret,66-73 [4] Philli, L. Charle and R.J Widodo. 998. Sitem Kontrol:Daar-daar. 3 rd Edition, Edii Bahaa Indoneia, PT Prenhallindo, Jakarta. 3