Pengaplikasian Rangkaian Converter DC To DC [PDF]

Citation preview

PENGAPLIKASIAN RANGKAIAN CONVERTER DC TO DC



KELOMPOK 4 Bimo Satryo



1513617013



Reza Ramadhani



1513617053



Muhammad Ilham Fahmi



1513617054



Daffa Harits Suwandi



1513617057



Rahma Eka Utari



1513617058



Andi Naaziat



1513617068



PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA 2020



KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan kata syukur Alhamdulillah atas kehadirat Allah SWT., atas limpahan rahmat berkah dan hidayahnya sehingga kami dapat bisa menyelesaikan makalah yang berjudul “PENGAPLIKASIAN RANGKAIAN CONVERTER DC TO DC”. Sebagaimana penjelasan yang telah diberikan, makalah ini disusun untuk memenuhi tugas dalam mata kuliah Elektronika Daya. Dalam makalah ini, kami memaparkan dan menjelaskan mengenai rangkaian converter DC to DC serta pengaplikasiannya. Disadari dalam pembuatannya masih ada banyak kekurangan pada pembuatan makalah ini, oleh karena itu kami dengan senang hati menerima kritik dan saran yang bersifat membangun untuk menyempurnakan pembuatan makalah selanjutnya. Atas perhatiannya kami mengucapkan terima kasih.



Jakarta, 12 April 2020



Kelompok 4



2|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...................................................................................................................2 DAFTAR ISI...................................................................................................................................3 Bab 1 Pendahuluan .......................................................................................................................4 1.1 Latar Belakang ..............................................................................................................4 1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................................................4 1.3 Tujuan ............................................................................................................................4 Bab 2 Pembahasan ........................................................................................................................5 2.1 Dasar Teori ....................................................................................................................5 2.1.1 Konverter Boost ...........................................................................................5 2.1.2 Konverter Buck ............................................................................................6 2.1.3 Konverter Buck-Boost .................................................................................7 2.1.4 Konverter Boost-Buck .................................................................................7 2.2 Aplikasi Konverter DC to DC di Industri/Masyarakat ..................................................8 2.2.1 Aplikasi Konverter DC to DC Pada Mobil Listrik ......................................8 2.2.2 Aplikasi Konverter DC to DC Pada Car Charger ..................................... 10 2.2.3 Aplikasi Konverter DC to DC VRM Pada Motherboard ..........................11 Bab 3 Penutup .............................................................................................................................14 Kesimpulan .......................................................................................................................14 DAFTAR PUSTAKA



3|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Catu daya berfungsi untuk menkonversikan satu bentuk sumber listrik ke beberapa beberapa bentuk tegangan dan arus yang dibutuhkan oleh satu/lebih beban listrik. Sistem catudaya saat ini bekerja dalam mode pensaklaran, switching, dan mempunyai efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan sistem catu-daya linier. Salah satu komponen utama dari sistem catu daya mode pensaklaran adalah konverter DC to DC (DC Chopper) yang berfungsi untuk mengkonversi daya elektrik bentuk dc (searah) ke bentuk dc lainnya. Chopper (pemangkas) merupakan suatu rangkaian yang digunakan untukmengubah sumber masukan tegangan DC tetap menjadi sumber tegangan DC yang dapat dikendalikan/diatur. Komponen semikonduktor daya yang digunakandapat berupa SCR, transistor, dan MOSFET yang beroperasi sebagai sakelar danpengatur. DC Choppers umumnya banyak digunakan pada aplikasi – aplikasi industri,ini dikarenakan DC Choppers dapat mengubah sumber tegangan DC yang tetapmenjadi tegangan DC yang variabel. Karena DC Choppers mengubah secara langsungdari tegangan DC ke DC dan biasa disebut DC – DC Converter.



1.2 Rumusan Masalah 1. Apa pengertian dari konverter DC to DC ? 2. Apa saja macam-macam konverter DC to DC ? 3. Bagaimana prinsip kerja dari macam-macam konverter DC to DC ? 4. Apa saja pengaplikasian konverter DC to DC ?



1.3 Tujuan 1. Mengetahui pengertian dari konverter DC to DC 2. Mengetahui macam-macam konverter DC to DC 3. Mengetahui rangkaian dari macam-macam konverter DC to DC 4. Mengetahui prinsip kerja dari macam-macam konverter DC to DC 5. Mengetahui pengaplikasian dari konverter DC to DC



4|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



BAB 2 PEMBAHASAN 2.1 Dasar Teori Pengubah daya DC to DC adalah tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC to DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan. 2.1.1



Konverter Boost Jika tegangan keluaran yang dinginkan lebih besar dari tegangan masukan, maka rangkaian Boost dapat dipakai. Topologi Boost terlihat pada Gambar 1. Pada operasi CCM, tegangan keluaran dan tegangan masukan diekspresikan seperti:



Boost converter bekerja dengan menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. Besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan dapt dihitung dengan menggunakan persamaan.



5|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa transformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Namun juga Boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi pada tegangan keluaran. Aplikasi Boost mencakup misalnya untuk perbaikan faktor daya (Power Factor), dan untuk penaikan tegangan pada baterai. Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa transformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Tetapi boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi pada tegangan keluaran.



2.1.2



Konverter Buck Keuntungan pada konfigurasi Buck antara lain adalah efisiensi yang tinggi, rangkaiannya sederhana, tidak memerlukan transformer, tingkatan stress pada komponen switch yang rendah, riak (ripple) pada tegangan keluaran juga rendah sehingga penyaring atau filter yang dibutuhkan pun relatif kecil. Kekurangan yang ditemukan misalnya adalah tidak adanya isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkat ripple yang tinggi pada arus masukan. Metoda Buck sering digunakan pada aplikasi yang membutuhkan sistim yang berukuran kecil.



Buck converter mengubah nilai tegangan masukan ke nilai tegangan keluaran yang lebih rendah. Nilai tegangan masukan yang dihasilkan dapat dihitung melalui persamaan dibawah ini: 6|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



Dalam metoda yang telah diperlihatkan pada gambar diatas ini, tegangan keluaran akan lebih rendah atau sama dengan tegangan masukan. Disamping itu, jika pada pengoperasiannya arus yang mengalir melalui induktor selalu lebih besar dari nol (CCM - Continuous Conduction Mode).



2.1.3



Konverter Buck-Boost (Samman&Amsiah, 2013) Boost adalah tegangan keluaran memiliki tanda berlawanan dengan tegangan masukan. Oleh karena itu metoda ini pun ditemui pada aplikasi yang memerlukan pembalikan tegangan (Voltage Inversion) tanpa transformer. Walaupun memiliki rangkaian sederhana, metoda Buck-Boost memiliki kekurangan seperti tidak adanya isolasi antara sisi masukan dan keluaran, dan juga tingkat ripple yang tinggi pada tegangan keluaran maupun arus keluaran.



2.1.4



Konverter Boost-Buck/Cuk Seperti halnya metoda Buck-Boost, tegangan keluaran yang dihasilkan dapat diatur menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan masukan. Persamaan tegangan yang berlaku pada CCM pun sama dengan Buck-Boost. Metoda Cuk juga digunakan pada aplikasi yang memerlukan pembalikan tegangan



7|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



(Voltage Inversion) tanpa transformer, namun dengan kelebihan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan maupun arus keluaran.



2.1 Aplikasi Konverter DC ke DC di Industri/Masyarakat



2.2.1



Aplikasi Konverter DC ke DC pada Mobil Listrik Baterai yang terdapat dalam mobil listrik umumnya mempunyai tegangan keluaran nominal di bawah batasan tegangan nominal yang dibutuhkan oleh motor listrik sebagai penggerak utama mobil listrik. Tegangan keluaran baterai sedikit mengalami penurunan bila kandungan muatan listrik yang terdapat di dalamnya sudah mulai berkurang. Dalam beberapa tahun ke depan (estimasi 2020), mobil-mobil listrik akan lebih sering dijumpai di jalan raya. Penggunaan mobil listrik juga sangat tergantung pada kebijakan pemerintah setempat



dan



kesepakatan



dunia



internasional. Kesepakatan beberapa negara untuk menurunkan emisi gas karbonmonoksida serta kecenderungan harga bahan bakar fosil yang akan diestimasi terus meningkat akibat kelangkaan dapat menjadi pendorong diberlakukannya aturan pelarangan mobil berbahan bakar fosil. Agar dapat beroperasi dengan baik, motor listrik mesti mendapatkan suplai tegangan yang konstan, sesuai dengan spesifikasinya. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah peralatan elektronika daya yang mampu menaikkan tegangan baterai dan menjaga tegangan baterai agar tetap berada dalam batas tertentu



8|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



sehingga daya baterai mampu menggerakkan motor listrik tersebut dengan baik. Peralatan ini biasa disebut sebagai konverter step-up atau boost converter.



Gambar diatas memperlihatkan sebuah bagan konverter DC/DC tipe boost converter. Dalam bagan terlihat sebuah contoh baterai listrik dengan tegangan nominal 50V. Boost converter berfungsi menaikkan tegangan baterai hingga mencapai 220V yang diasumsi cukup untuk menggerakkan motor listrik. Disebabkan oleh pemakaian energi listrik dalam baterai untuk memutar motor listrik selama berkendaraan, tegangan keluaran baterai akan mengalami penurunan. Dalam Gambar terlihat tegangan baterai mengalami penurunan hingga 45V. Kondisi ini akan mempengaruhi tegangankeluaran boost converter. Oleh karena itu, sebuah kontroler dibutuhkan untuk menstabilkan tegangan keluaran konverter agar dapat stabil di sekitar 220V. Konverter DC/DC adalah komponen elemen mobil listrik berikut mengubah daya listrik DC bertegangan lebih tinggi dari traction battery package menjadi bertegangan rendah lebih rendah — yang diperlukan menjalankan aksesori mobil berikut mengisi ulang batere tambahan. a. Auxiliary Battery (H) Komponen batere tambahan adalah sumber listrik auxliliary. Fungsinya untuk menyediakan daya untuk keperluan aksesori mobil, seperti alarm, wiper serta lainnya.



9|Pengaplikasian Rangkaian Converter DC to DC



b. Thermal Cystem – Cooling (I) atau sistem pendinginan Sistem pendingin adalah komponen fungsinya mempertahankan kisaran suhu operasi yang sesuai untuk mesin, motor traksi, elektronika daya, berikut komponen lainnya. c. Charge Port (J) atau port pengisian daya Komponen atau elemen mobil listrik berikut berfungsi sebagai tititk pengisian daya memungkinkan kendaraan terhubung ke catu daya eksternal untuk mengisi daya batere mobil. Mobil hybrid serta FCEV tidak memiliki charging sehingga keduanya tak memungkinkan diisi ulang oleh sumber luar. Penjelasan tentang charging port dapat dibaca pada artikel tentang pengisian mobil listrik.



2.2.2



Aplikasi Konverter DC ke DC pada Car Charger Pada mobil terdapat power outlet yang dapat digunakan untuk mengisi daya baterai pada handphone. Untuk mengisi daya baterai handphone, dibutuhkan sebuah alat/device tambahan yaitu car charger. Car charger berfungsi untuk menurunkan tegangan dari dc ke dc (Buck Chopper). Input car charger adalah power outlet yang memiliki tegangan 12-14V yang bersumber dari aki mobil dan outputnya memiliki tegangan 5V untuk mengisi daya baterai handphone.



komponen car charger adalah, Rangkaian Kontrol (Drive Circuit), Dioda Freewheeling, Induktor, Kapasitor, MOSFET, Beban (R).



10 | P e n g a p l i k a s i a n R a n g k a i a n C o n v e r t e r D C t o D C



Cara kerja dari car charger menggunakan prinsip kerja buck converter: MOSFET yang dipakai pada rangkaian DC Chopper Tipe Buck yaitu bertindak sebagai saklar yang sanggup membuka atau menutup rangkaian sehingga keluaran tegangan dapat dikontrol sesuai dengan duty cycle yang disetting. Ketika MOSFET on (tertutup) dan dioda off, arus mengalir dari sumber menuju ke induktor (pengisian induktor), difilter oleh kapasitor, kemudian ke beban, kembali lagi ke sumber Ketika MOSFET off (terbuka) dan dioda on, arus yang disimpan indukor dikeluarkan menuju ke beban kemudian ke dioda freewheeling dan kembali lagi ke induktor 2.2.3



Aplikasi Konverter DC ke DC VRM pada Motherboard VRM (Voltage Regulator Module) atau ada beberapa yang menyebut dengan istilah Processor Power Module (PPM) adalah gabungan dari beberapa komponen elektronika yang terdapat pada motherboard PC/Laptop yang bertugas merubah tegangan 5V dan 12V dari Power Supply/Batre menjadi tegangan rendah yang dibutuhkan prosessor, vga, chipset dan ram untuk bekerja dengan optimal. Selain menurunkan tegangan, VRM ini juga menjalankan fungsi regulasi tegangan. Regulasi tegangan ini memastikan didapatkan nilai tegangan listrik yang selalu stabil dan tepat terlepas dari beban yang sedang diberikan. Hal ini sangat penting untuk memastikan kestabilan sistem terutama jika tiba-tiba prosessor diberikan beban yang memerlukan load besar mencapai maksimum kapasitasnya sehingga tidak terjadi penurunan tegangan (Voltage drop) yang dapat mengganggu



11 | P e n g a p l i k a s i a n R a n g k a i a n C o n v e r t e r D C t o D C



kestabilan atau bahkan merusak komponen-komponen yang terhubung dengan rail voltase yang diberikan.



Komponen pada VRM MOSFET : Metal Oxide Semicondutor Field Effect Transistor atau disingkat MOSFET adalah komponen aktif berupa transistor khusus yang bertugas mengkonversi tegangan 12V dari Power supply/Batre menjadi tegangan yang dibutuhkan. Komponen MOSFET ini adalah komponen VRM yang paling bekerja



12 | P e n g a p l i k a s i a n R a n g k a i a n C o n v e r t e r D C t o D C



keras dan menghasilkan panas yang paling banyak akibat dari tugas konversi yang dilakukannya. Filtering melalui Kapasitor dan Choke : Kapasitor dan Choke pada VRM bertugas melakukan filtering sinyal-sinyal yang tidak diinginkan pada jalur distribusi tegangan listrik serta sebagai penstabil tegangan yang dikeluarkan dari VRM. Pada VRM, dibutuhkan kapasitor yang berkualitas baik karena komponen ini seringkali mendapat beban kerja yang berat. PWM Control IC. Seluruh kerja VRM diatur dari sinyal PWM (PulseWidth-Modulation) yang dikeluarkan oleh ic khusus yang secara spesifik mengatur kerja VRM dan melakukan monitoring atau sensing tegangan pada input dan output VRM. IC ini akan secara aktif melakukan koreksi tegangan dengan mengirimkan sinyal dengan panjang pulse yang berbeda-beda disesuaikan dengan kondisi kelistrikan dan beban kerja komponen yang ditenagai VRM. Cara kerja dari VRM menggunakan prinsip kerja buck converter: MOSFET yang dipakai pada rangkaian DC Chopper Tipe Buck yaitu bertindak sebagai saklar yang sanggup membuka atau menutup rangkaian sehingga keluaran tegangan dapat dikontrol sesuai dengan duty cycle yang disetting. Ketika MOSFET on (tertutup) dan dioda off, arus mengalir dari sumber menuju ke induktor (pengisian induktor), difilter oleh kapasitor, kemudian ke beban, kembali lagi ke sumber Ketika MOSFET off (terbuka) dan dioda on, arus yang disimpan indukor dikeluarkan menuju ke beban kemudian ke dioda freewheeling dan kembali lagi ke induktor



13 | P e n g a p l i k a s i a n R a n g k a i a n C o n v e r t e r D C t o D C



BAB 3 PENUTUP



Kesimpulan Pengubah daya DC to DC adalah tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC to DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan. Pengaplikasian rangkaian converter DC to DC bisa digunakan dalam bidang industry/masyarakat, seperti pada mobil listrik, car charger, dan VRM pada motherboard.



14 | P e n g a p l i k a s i a n R a n g k a i a n C o n v e r t e r D C t o D C



Daftar Pustaka https://www.elektroindonesia.com/elektro/elek25.html Sutedjo, Z. E. (2011). Rancang Bangun Modul DC – DC Converter Dengan Pengendali PI. http://repo.pens.ac.id/296/1/1165.pdf, 2. Samman&Amsiah, F. A. (2013). ANALISIS KONVERTER DC/DC TIPE BOOST UNTUK APLIKASI MOBIL LISTRIK. Analisis-konverter-dc-dc-tipe-boost-untukaplikasi-mobil-listrik.html, 2-3. https://www.nyebarilmu.com/penjelasan-tentang-sistem-dc-buck-converter/ https://keponih.com/teknologi/vrm-voltage-regulator-module-mosfet-dan-powerregulator-pada-motherboard-mainboard-komputer/



15 | P e n g a p l i k a s i a n R a n g k a i a n C o n v e r t e r D C t o D C