DC DC KONVERTER TERKENDALI ARUS DENGAN VIRTUAL LC TUGAS AKHIR Oleh : ANTON SUBIAKTO 02.50.0012 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2009 i
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul : DC DC KONVERTER TERKENDALI ARUS DENGAN VIRTUAL LC 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. Juli 2009 Semarang, Juli 2009 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II (Leonardus Heru Pratomo, ST. MT) NPP : 058.1.2000.234 (Thecla Brenda Chandrawati, ST. MT) NPP: 058.1.1997.206 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri (Leonardus Heru Pratomo, ST. MT) NPP : 058.1.2000.234 ii
ABSTRAK Suatu sistem yang mampu mengubah tegangan DC konstan menjadi tegangan DC yang nilai tegangan dan frekuensinya konstan maupun variable. Dc-Dc konverter kendali arus dengan virtual LC digunakan sebagai aplikasi daya dan untuk meningkatkan kinerja dari converter tersebut. Pada dasarnya penambahan beban pada konverter ini akan dapat mengurangi riak pada arus aktualnya. Pada tugas akhir ini akan dirancang suatu DC- DC untuk kendali arus dengan menggunakan kontroller Proporsional Integral dan penggunaan metode virtual LC. Sehingga diharapkan bisa mendapatkan arus keluaran yang stabil dan mudah dikontrol dan riak dari arus akan lebih kecil dari Dc-Dc converter tanpa virtual LC atau beban LC.Dengan semakin tingginya frekuensi pada referensi membuat Dc-Dc konverter tanpa Virtual LC tidak dapat mengikuti respon waktu refrensi yang akan menjadi masalah dalam pengendalian tegangan Dc keluaran rangkaian Dc-Dc konverter ini,dengan menggunakan Virtual LC arus aktual masih dapat mengikuti respon waktu referensi pada frekuensi tinggi.untuk implementasi alat ini,seperti pada kebanyakan konverter digunakan untuk mengendalikan motor listrik. Kata kunci:dc-dc konverter dan metode virtual LC iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan Tugas Akhir dengan judul DC-DC KONVERTER TERKENDALI ARUS DENGAN VIRTUAL LC dapat terselesaikan dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini disusun dan 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. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir sampai tersusunnya laporan ini, penulis telah mendapat banyak bantuan dan dukungan baik moril maupun materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar besarnya kepada : 1. Tuhan yang selalu membimbing tiap langkahku dan atas semua anugerahnya. 2. Keluargaku yang tersayang yang telah mendukungku. 3. Bapak Leonardus Heru P., ST, MT, selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, sekaligus Dosen Pembimbing I mata kuliah Tugas Akhir. 4. Ibu Thecla Brenda Chandrawati., ST, MT, selaku Dosen Pembimbing II mata kuliah Tugas Akhir. 5. Mas Agung yang selalu menemani dan mengarahkan dalam pembuatan Tugas akhir iv
6. Pak Beng, Mas A.Rustanto, Kentung, Wiwin, Abri, Yuko-Kopet, Jajank, Nando, semua teman2ku angkatan 2002 terimakasih atas semua bantuan dan dukungannya. 7. Buat teman - teman yang seneng main di Lab, serta teman - teman dan semua pihak yang tidak bisa disebutin satu persatu TERIMA KASIH semuanya. 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, Juli 2009 Penulis v
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR i ii iii iv DAFTAR ISI vi DAFTAR GAMBAR dan TABEL ix BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 2 1.3 Pembatasan Masalah 2 1.4 Tujuan Dan Manfaat 2 1.5 Metodologi Penelitian 2 1.6 Sistematika Penulisan 3 BAB II DASAR TEORI 5 2.1 Buck Konverter 5 2.2 Kontroler 6 2.2.1 Kontrol Proporsional 7 2.2.2 Kontrol Integral 9 2.3 MOSFET 11 vi
2.4 Pembentuk Gelombang Segitiga 13 2.5 Opto Coupler Tlp 250 14 2.6 Penguat Operasional 15 2.6.1 OP AMP Sebagai Penguat Inverting 16 2.6.2 OP AMP Sebagai Komparator 17 BAB III PERANCANGAN DC-DC KONVERTER TERKENDALI ARUS DENGAN VIRTUAL LC 19 3.1 Rangkaian Daya 20 3.2 Diagram block rangkaian 22 3.3 Perancangan 23 3.4 PWM(Pulse width modulation) 28 3.5 Pembangkit gelombang segitiga 30 3.6 Rangkaian Dc offset 31 3.7 Penguat segitiga 31 3.8 Pembangkit gelombang kotak pewaktu 555 32 3.9 Rangkaian driver 33 3.10 Sistem kendali close loop 35 3.10.1 rangkaian error amplifier 35 3.10.2 rangkaian propotional integral 36 3.11 rangkaian Virtual LC 37 vii
BAB IV Hasil Pengujian dan Analisa 38 4.1 Simulasi DC DC konverter 38 4.2 Pengujian sinyal carrier 40 4.3 Pengujian sinyal referensi 42 4.4 Pengujian arus aktual tanpa virtual LC dan dengan Virtual LC 43 4.5 Pengujian sinyal tegangan keluaran tanpa Virtual LC Dan dengan Virtual LC 45 4.6 Perbandingan dengan Tugas Akhir Milik Denny 46 BAB V KESIMPULAN dan SARAN 48 5.1 Kesimpulan 48 5.2 Saran 48 DAFTAR PUSTAKA 49 viii
DAFTAR GAMBAR dan TABEL Gambar 2.1 Rangkaian Buck Konverter dan Time Operasinya 5 Gambar 2.2 Rangkaian kontrol Propotional dan Diagram Blocknya 7 Gambar 2.3 Rangkaian Kontrol Integral dan Diagram Blocknya 9 Gambar 2.4 Mosfet tipe Deplesi Kanal N dan P 12 Gambar 2.5 Mosfet Tipe Enchancement Kanal N dan P 13 Gambar 2.6 Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga 14 Gambar 2.7 Konstruksi opto Coupler TLP 250 15 Gambar 2.8 Penguat Pembalik(Inverting) 16 Gambar 2.9 OP-Amp Sebagai Komparator 17 Gambar 3.1 Diagram block virtual LC pada perancangan milik Denny 19 Gambar 3.2 Rangkaian Daya Dc-Dc Konverter 20 Gambar 3.3 Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi 21 Gambar 3.4 Block Diagram Rangkaian tanpa Virtual LC 22 Gambar 3.5 Block Diagram Rangkaian dengan Virtual LC 23 Gambar 3.6 Topologi Dc-Dc Konverter tanpa penambahan LC 23 Gambar 3.7 Diagram Block Dc-Dc Konverter tanpa Virtual LC 23 Gambar 3.8 Hasil Simulasi tanpa Virtual LC 24 Gambar 3.9 Topologi Dc-Dc Konverter dengan Beban LC real 25 Gambar 3.10 Diagran Block Dc-Dc Konverter dengan Beban Lc real 25 Gambar 3.11 Hasil Simulasi dengan Beban LC real 26 Gambar 3.12 Diagram Block Dc-Dc Konverter dengan Virtual LC 26 ix
Gambar 3.13 Hasil simulasi dengan virtual LC 27 Gambar 3.14 Rangkaian Penghasil Pulsa PWM 28 Gambar 3.15 PWM(Pulse width Modulation) 29 Gambar 3.16 Pembangkit Gelombang Segitiga 30 Gambar 3.17 Gelombang segitiga dari XR-2206 31 Gambar 3.18 Rangkaian Dc offset 31 Gambar 3.19 Penguat Gelombang Segitiga 31 Gambar 3.20 Skematik rangkaian pembangkit Gelombang kotak 32 Gambar 3.21 Opto Coupler TLP 250 33 Gambar 3.22 Rangkaian Driver 34 Gambar 3.23 Sistem Kendali PI 35 Gambar 3.24 Rangkaian Kendali PI 36 Gambar 3.25 Virtual LC 37 Gambar 4.1 Simulasi Arus Aktual tanpa Penambahan LC 39 Gambar 4.2 Simulasi Arus Aktual dengan Penambahan LC 39 Gambar 4.3 Pengukuran Gelombang Segitiga XR-2206 40 Gambar 4.4 Dc Offset Gelombang Segitiga 41 Gambar 4.5 Penguatan Gelombang Segitiga 42 Gambar 4.6 Pengujian Sinyal Referensi Pada Frekuensi 147,9 Hz Dan 248 Hz 42 Gambar 4.7 Pengujian Sinyal Aktual tanpa Virtual LC dan dengan Virtual LC 43 x
Gambar 4.8 Pengujian Sinyal Aktual pada frekuensi 598 Hz tanpa Virtual LC dan dengan Virtual LC 44 Gambar 4.9 Pengujian pada sinyal Tegangan Keluaran tanpa Virtual LC dan dengan Virtual LC 45 Gambar 4.10 Pengujian sinyal Tegangan Keluaran pada Frekuensi 598 Hz tanpa Virtual LC dan dengan Virtual LC 46 Gambar 4.11 Tanpa Iact tanpa Virtual LC (a)milik Denny[3] dan (b)pada tugas akhir ini 46 Gambar 4.12 Dengan Virtual LC (a)milik Denny[3] dan (b)pd tugas akhir ini 47 Tabel 4.1 Pemakaian Komponen Pengujian 38 xi