ANALISA KESTABILAN DC DC KONVERTER DENGAN METODE PENAMBAHAN LC DI SISI KONTROL TUGAS AKHIR Oleh : DENNY ANDRIANTO 03.50.0040 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2008
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul : ANALISA KESTABILAN DC DC KONVERTER DENGAN METODE PENAMBAHAN LC DI SISI KONTROL 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. February 2008. Semarang, February 2008 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 variable disebut dengan DC - DC Converter atau yang sering disebut dengan Chopper. Chopper DC ini dapat digunakan untuk menaikkan dan menurunkan sumber tegangan dc. Penambahan beban converter akan dapat mengurangi riak tegangan output, sehingga tegangan output lebih bagus. Untuk mengurangi riak arus keluaran sistem dipasang filter di bagian beban yang sangat besar. Dengan merubah metode yang sudah ada, maka dapat dimodelkan ke dalam sistem kontrol. Dengan metode ini akan memperkecil bentuk dan ukuran filter. Sebagai komparasi dibandingkan sistem konvensional dan penambahan LC disisi kontrol. Hasil dengan penambahan LC disisi kontrol terbukti dapat menekan riak arus keluaran. Kata Kunci: Chopper, komparasi, dc-dc konverter 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 ANALISA KESTABILAN DC DC KONVERTER DENGAN PENAMBAHAN LC DI SISI KONTROL 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 materiil 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. Mami dan papi ku yang tersayang serta kakak kakakku dan adik adikku 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 koordinator Tugas Akhir, sekaligus Dosen Pembimbing II mata kuliah Tugas Akhir. iv
5. Mas Agoenk yang selalu menemani dalam pembuatan Tugas Akhir. 6. Mas Eka, Timbul, Abud, Domo, Joni, Mbahe Yoyok, pak Beng, April dan Nanik sayangku yang selalu menemani, menghibur dan mendukungku. 7. Buat teman - teman yang seneng main di Lab, serta teman - teman dan semua pihak yang tidak bisa disebutin satu persatu TERIMA KASIH smuanya. 8. B_SOUL Enterprise, yang selalu menemani. Ferry, Andy, Sulis, Ryan, Andri, Hui, Bernad, Cici, Iyut. 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, February 2008 Penulis v
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR i ii iii iv vi 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 3 1.6 Sistematika Penulisan 3 BAB II DASAR TEORI 5 2.1 Buck Konverter 5 2.2 Kontroler 6 2.2.1 Kontrol Proporsional 6 2.2.2 Kontrol Integral 8 2.3 MOSFET 9 vi
2.4 Pembentuk Gelombang Segitiga 12 2.5 Opto Coupler Tlp 250 13 2.6 Penguat Operasional 14 2.6.1 OP AMP Sebagai Penguat Inverting 14 2.6.2 OP AMP Sebagai Komparator 16 BAB III PERANCANGAN DC DC KONVERTER DENGAN PENAMBAHAN LC DI SISI KONTROL 17 3.1 Rangkaian Daya 25 3.2 PWM (Pulse Width Modulation) 26 3.3 Pembangkit Gelombang Segitiga 28 3.4 Rangkaian DC Offset 29 3.5 Rangkaian Penguat Segitiga 30 3.6 Pembangkit Gelombang Kotak 30 3.7 Rangkaian Driver 32 3.8 Sistem Kendali Close Loop 33 3.8.1 Rangkaian Error Amplifier 34 3.8.2 Rangkaian Proporsional Integral 34 3.9 Rangkaian Virtual LC 35 BAB IV ANALISA 37 4.1 Simulasi DC DC konverter 37 4.1.1 DC DC konverter tanpa Penambahan LC 37 vii
4.1.2 DC DC konverter dengan penambahan LC pada beban 38 4.1.3 DC DC konverter dengan Penambahan LC Di sisi kontrol 40 4.2 Analisa Kestabilan 41 4.3 Hasil Pengukuran 44 4.3.1 Pembangkit Gelombang Segitiga 44 4.3.2 DC offset Gelombang Segitiga 46 4.3.3 Penguat Gelombang Segitiga 46 4.3.4 Pembangkit Gelombang Kotak 48 4.3.5 PWM 49 4.3.6 Penambahan LC di sisi kontrol 50 4.3.7 DC DC Konverter 50 4.3 Pembahasan 52 BAB V KESIMPULAN dan SARAN 53 5.1 Kesimpulan 53 5.2 Saran 53 DAFTAR PUSTAKA 54 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangkaian Buck Konverter 5 Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Transfer Energi Buck Konverter 5 Gambar 2.3 Rangkaian Kontrol Proporsional 7 Gambar 2.4 Rangkaian Kontrol Integral 8 Gambar 2.5 Mosfet Tipe Deplesi Kanal N 10 Gambar 2.6 Mosfet Tipe Deplesi Kanal P 11 Gambar 2.7 Mosfet Tipe Enhancement Kanal N 11 Gambar 2.8 Mosfet Tipe Enhancement Kanal P 12 Gambar 2.9 Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga 12 Gambar 2.10 Kontruksi Opto Coupler Tlp 250 14 Gambar 2.11 Penguat Inverting 15 Gambar 2.12 Op Amp Sebagai Komparator 16 Gambar 3.1 Topologi DC DC konverter tanpa penambahan LC 18 Gambar 3.2 Diagram Blok DC DC konverter tanpa penambahan LC 18 Gambar 3.3 Hasil Simulasi tanpa penambahan LC 18 Gambar 3.4 Topologi DC DC konverter dengan beban LC real 20 Gambar 3.5a Diagram Blok DC DC konverter dengan beban LC real 21 Gambar 3.5b Hasil Simulasi dengan beban LC real 21 Gambar 3.6 Diagram Blok DC DC konverter dengan pembebanan LC 22 Gambar 3.7 Hasil Simulasi dengan penambahan LC di sisi kontrol 23 Gambar 3.8 Rangkaian Daya DC DC converter 25 ix
Gambar 3.9 Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi 25 Gambar 3.10 Rangkaian Penghasil Pulsa PWM 27 Gambar 3.11 PWM 27 Gambar 3.12 Pembangkit Gelombang Segitiga 28 Gambar 3.13 Gelombang Segitiga dari XR 2206 29 Gambar 3.14 Rangkaian DC offset 29 Gambar 3.15 Penguat Gelombang Segitiga 30 Gambar 3.16 Skematik Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak 31 Gambar 3.17 Optocoupler TLP 250 32 Gambar 3.18 Rangkaian Driver 32 Gambar 3.19 Sistem Kendali PI 34 Gambar 3.20 Rangkaian Kendali PI 35 Gambar 3.21 Rangkaian pembebanan LC 36 Gambar 4.1 Simulasi Arus Keluaran Tanpa pembebanan LC 37 Gambar 4.2 Root locus untuk D(s)=0, K=0,5 38 Gambar 4.3 Simulasi Arus Keluaran dengan. pembebanan LC real 39 Gambar 4.4 Root locus untuk D(s)=0, K=0,5 39 Gambar 4.5 Simulasi Arus Keluaran dengan menggunakan pembebanan LC iref=1,3v 40 Gambar 4.6 Simulasi Arus Keluaran dengan menggunakan pembebanan LC iref=2v 40 Gambar 4.7 Blok diagram sistem close loop DC DC konverter 41 x
Gambar 4.8 Rootlocus untuk d(s)=0, k=0,4 42 Gambar 4.9 Rootlocus untuk Iref(s)=0,k=0,4 43 Gambar 4.10 Rootlocus untuk Iref(s)=0,k=0,8 43 Gambar 4.11 Pengukuran Gelombang Segitiga XR - 2206 44 Gambar 4.12 DC offset Gelombang Segitiga 46 Gambar 4.13 Penguatan Gelombang Segitiga 47 Gambar 4.14 Gelombang Kotak 48 Gambar 4.15 Sinyal PWM 49 Gambar 4.16 Keluaran beban LC pada kontrol 50 Gambar 4.17 Gelombang Io dengan Iref = 0,8 Vdc 51 Gambar 4.18 Gelombang Io dengan Iref = 0,5 Vdc 51 Gambar 4.19 Gelombang Io dengan Iref = 0,8 Vdc 52 xi