AyuCitra Almareza - Buck Boost Converter [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM ELEKTRONIKA INDUSTRI 1 BUCK-BOOST CONVERTER



Nama : Ayu Citra Almareza Kelas : 2 D3 Elektronika A NRP : 1103181030



PROGGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK ELEKTRONIKA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA 2019



PRAKTIKUM 4 BUCK – BOOST CONVERTER A. JUDUL : BUCK – BOOST CONVERTER B. KOMPONEN PERCOBAAN  Alat : - Solder - Kabel + Jepit Buaya - Kabel Function - Kabel Power - Kabel Probe - Trafo 1 A / 15 Vac - Oscilloscope - Power Supply DC Variabel - Function Generator  Bahan : - Timah - PCB Matrix - MOSFET N-CHANNEL IRFP460 - Ferrit Lingkaran - Diode 6 A - Induktor 0,35 mm2 - Header Male - Resistor 5 ohm / 20 W C. DASAR TEORI  Buck – Boost Converter  Pada konsep dari buck boost converter ini adalah dapat mengubah tegangan input yang dimana bisa dibesarkan atau dikecilkan menurut dari sinyal PWM tepatnya pada pengubahan nilai duty cycle. Untuk buck sendiri pemfungsiannya adalah menurunkan tegangan input sehingga hasil dari tegangan output akan drop dan turun atau bisa dikatakan Vin > Vout. Lalu boost converter ini memiliki konsep penaik tegangan input dan bisa dikatakan bahwa boost converter ini adalah step up yaitu Vin < Vout. Dan bilamana pencampuran dari buck boost converter ini adalah bisa menurunkan atau menaikkan tegangan input sehingga tegangan output ini bisa lebih kecil atau besar dari tegangan input dengan 1 modul gabungan dari buck converter dan juga boost converter.  Aplikasi Buck – Boost Converter  Buck boost converter ini adalah konverter DC yang output tegangannya dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan input, dan juga tegangan outputnya selalu bernilai negatif. Untuk prinsip kerja dari converter ini adalah : 1. Ketika switch closed : maka tegangan input langsung terhubung dengan induktor sehingga energi terkumpul pada induktor. 2. Ketika switch opened : maka induktor terhubung dengan output. Sehingga energi ditransfer dari induktor ke kapasitor dan beban. 3. Buck- boost converter memiliki polaritas tegangan output terbalik dari tegangan input, sehingga sering dikatan inverting buck boost converter.



 [1] Ada beberapa tahap untuk menghitung nilai komponen yang sesuai dan yang tepat untuk rangkaian buck boost converter dengan tegangan output yang diinginkan : 1. Menentukan besarnya tegangan input, tegangan output, arus output, dan dapat bekerja pada frekuensi output. 2. Mencari besar duty cycle untuk mendapatkan nilai output yang ditetapkan. 𝐕𝐨𝐮𝐭 𝐃 = 𝐕𝐢𝐧 𝟏 − 𝐃 3. Mencari nilai R untuk load. 𝐕𝐨𝐮𝐭 𝐑= 𝐈𝐨𝐮𝐭 4. Mencari besarnya induktansi induktor L.



𝐋𝐦𝐢𝐧 =



(𝟏 − 𝑫)𝟐 𝟐×𝑭



5. Mencari nilai kapasitansi kapasitor output. 𝑽𝒐𝒖𝒕 × 𝑫 𝐂= 𝑹 × 𝚫𝑽𝒐𝒖𝒕 × 𝑭 6. Mencari nilai rata-rata arus induktor.



𝐈𝐦𝐚𝐱 =



𝑽𝒊𝒏 𝑹(𝟏 − 𝑫)𝟐



7. Mencari jumlah nilai lilitan dari induktor dengan Bmax diasumsikan 0,3 dan menentukan Ac/Aw pada ferrit.



𝐍=



𝑳 × 𝑰𝒎𝒂𝒙 𝑩𝒎𝒂𝒙 × 𝑨𝒄



× 𝟏𝟎𝟒



8. Untuk komponen pendukung lainnya yaitu : - Diode fastrecovery (FR-…) sesuai kemampuan arus maksimal. - Rangkaian penyulutan dapat menggunakan rangkaian analog seperti PWM (R-C). - Komponen switch dapat menggunakan mosfet N-Channel IRFP460.



 Contoh perhitungan untuk mendesain buck – boost converter sebagai penurun tegangan (buck converter) :  Perhitungan PWM untuk R-C  Dik : F = 50 KHz C1 & C2 = 100 nF Koef = 0,7 Dit : Nilai R2 & R3 Jwb :  Mencari nilai T 1 𝑇= 𝑇=



𝐹 1 50000



𝑻 = 𝟐 𝒙 𝟏𝟎−𝟓 𝒔



 Mencari Nilai R 𝑇 = 𝑘𝑜𝑒𝑓 𝑥 𝑅 𝑥 𝐶 2 𝑥 10−5 = 0,7 𝑥 𝑅 𝑥 0,1 𝑥 10−6 2 𝑥 10−5 = 0,07 𝑥 10−6 𝑥 𝑅 2 𝑥 10−5106 = 0,07 𝑥 𝑅 𝑅 =



20 0,07



𝑹 = 𝟐𝟖𝟓, 𝟕 Ω Maka didapat nilai R2 & R3 adalah 280 Ω.



 Perhitungan Buck – Boost Converter  Dik : F = 50 KHz Vin = 12 V Vout = 5 V Iout = 4 A Jwb :  Mencari nilai D 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝐷 = 𝑉𝑖𝑛 1 − 𝐷 5 12



=



𝐷 1−𝐷



5 − 5𝐷 = 12𝐷 5 = 12𝐷 + 5𝐷



7𝐷 = 5 5 𝐷 =



17



𝑫 = 𝟎, 𝟐𝟗



 Mencari nilai Resistor 𝑉𝑜𝑢𝑡 R= 𝑅 =



I out 5 4



𝑹 = 𝟏, 𝟐𝟓 Ω



 Mencari nilai watt pada resistor 𝑃 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑥 𝐼𝑜𝑢𝑡 𝑃=5𝑥4 𝑷 = 𝟐𝟎 𝑾



 Mencari nilai Induktansi 𝐿𝑚𝑖𝑛 = 𝐿𝑚𝑖𝑛 =



(1 − 𝐷)2



𝑥𝑅



2𝑥𝑓



(1 − 0,29)2 𝑥 1,25 2 𝑥 50.000 (0,71)2



𝐿𝑚𝑖𝑛 = 𝐿𝑚𝑖𝑛 =



𝐿𝑚𝑖𝑛 =



100.000 0,5 100.000 0,625



𝑥 1,25 𝑥 1,25



100.000



𝐿𝑚𝑖𝑛 = 6,25 𝑥 10−6 𝐻 𝑳𝒎𝒊𝒏 = 𝟔, 𝟐𝟓 µ𝑯  Mencari nilai rata-rata arus induktor 𝑉𝑖𝑛 𝐼𝑚𝑎𝑥 =



𝑅(1 − 𝐷)2



+



𝑉𝑖𝑛 𝑥 𝐷 𝑥 𝑇2 𝑥 𝐿𝑚𝑖𝑛



12 𝐼𝑚𝑎𝑥 =



𝐼𝑚𝑎𝑥 =



12 𝑥 0,29 𝑥 2 𝑥 10−5



1,25(1 − 0,29)2 12 1,25 𝑥 0,5



+



+



2 𝑥 1,05 𝑥 10−6



6,96 𝑥 10−5 𝑥 106 2,1



12 𝐼𝑚𝑎𝑥 =



0,625



69,6 2,1



+



𝐼𝑚𝑎𝑥 = 19,2 + 33,14 𝑰𝒎𝒂𝒙 = 𝟓𝟐, 𝟑𝟒 𝑨



 Mencari Jumlah lilitan bila Bmax = 0,3 & Ac = 12,705 𝑁=



𝐿 𝑥 𝐼𝑚𝑎𝑥 𝐵𝑚𝑎𝑥 𝑥 Ac



𝑥 104



𝑁=



6,25 𝑥 10−6 𝑥 52,34 𝑥 104 0,35 𝑥 12,705 𝑥 10−4



𝑁=



6,25 𝑥 10−6 𝑥 52,34 𝑥 104 0,35 𝑥 12,705 𝑥 10−2



𝑁=



327,13 𝑥 10−2 4,45 𝑥 10−2



𝑁=



327,13 4,45



𝑁 = 73,5 𝑵 = 𝟕𝟒 𝒍𝒊𝒍𝒊𝒕𝒂𝒏



D. HASIL PERCOBAAN  HASIL SAAT KEADAAN PRAKTEK



 Buck – Boost Converter  Gambar Skematik



 Gambar Hardware Tampak Atas



 Hasil Simulasi Pada Aplikasi Proteus Untuk Non Inverting Buck-Boost Converter  Saat duty cycle = 20 % menghasilkan Vout = 0,41 V.



 Saat duty cycle = 30 % menghasilkan Vout = 1,08 V.



 Saat duty cycle = 40 % menghasilkan Vout = 2,26 V.



 Saat duty cycle = 50 % menghasilkan Vout = 4,98 V.



 Saat duty cycle = 60 % menghasilkan Vout = 6,64 V.



 Saat duty cycle = 70 % menghasilkan Vout = 7,97 V.



 Saat duty cycle = 80 % menghasilkan Vout = 8,71 V.



 Hasil Praktek Untuk Inverting Buck-Boost Converter  Saat tegangan input yang diberikan adalah 5 volt dan output PWM adalah 5 Vpp dengan duty cycle yang berbeda.



 Saat tegangan input yang diberikan adalah 5 volt dan output PWM adalah 5 Vpp dengan duty cycle yang berbeda. Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 20 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 20 %



Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 30 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 30 %



Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 40 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 40 %



Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 50 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 50 %



Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 60 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 60 %



Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 70 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 70 %



Pengaturan input PWM dengan nilai duty cycle adalah 80 %



Hasil tegangan output saat duty cycle adalah 80 %



 Hasil gelombang output. Gelombang output pada PWM yang dihasilkan oleh function generator dengan frekuensi sebesar 50 KHz.



Gelombang output pada rangkaian buck – boost converter



E. KESIMPULAN :  Untuk pengaplikasian pada buck-boost converter ini bisa digunakan untuk aplikasi step down ataupun step up converter. Dan juga hasil tegangan outputnya juga bisa model inverting maupun non-inverting.  Saat duty cycle adalah 50 % untuk Ton dan Toff ini akan menghasilkan tegangan output akan sama atau mendekati tegangan input (Vin ≅ Vout).  Semakin kecil Ton yaitu duty cycle akan < 50 % maka pada tegangan output akan lebih kecil dari tegangan input (Vin > Vout). Untuk hal ini akan sama dengan pengaplikasiannya pada step down converter.  Semakin besar Ton yaitu duty cycle akan > 50 % maka pada tegangan output akan lebih besar dari tegangan input (Vin < Vout). Untuk hal ini akan sama dengan pengaplikasiannya pada step up converter.  Untuk switching-nya ini sebaiknya menggunakan Mosfet N-Channel IRFP460 atau mosfet yang digunakan untuk power yang mampu bekerja untuk arus yang tinggi dikarenakan pada induktor ketika switch closed maka induktor akan menyimpan energi berupa menyimpan arus sehingga arus yang dikeluarkan menjadi besar dan membuat mosfet bisa panas dan terbakar bila over heat karena arus yang mengalir dari drain ke source pada mosfet.  Bilamana tegangan output yang dihasilkan adalah 0 V, maka hal ini terdapat kesalahan dalam menggulung lilitan induktor pada ferrit yang terlalu renggang. Maka dari itu ferrit sebaiknya lebih rapat antara lilitan lainnya. Dan juga bisa disebabkan karena switching mosfet rusak dan perlu diganti dengan yang baru.  Sinyal masukan pada gate adalah berupa PWM dengan duty cycle yang dapat diatur-atur sehingga diperlukannya sinyal yang benar-benar kotak dan tidak cacat. F. DAFTAR PUSTAKA [1] https://ngerumpilistrik.blogspot.com/2012/06/membuat-dan-mendesain-buck-boost.html?m=1 [2] https://www.sandielektronik.com/2018/12/buck-boost-converter.html?m=1 [3] https://m.youtube.com/watch?v=ZiD_X-uo_TQ&t=9s