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 II
Pembimbing I
(Thecla Brenda Chandrawati, ST. MT)
(Leonardus Heru Pratomo, ST. MT) NPP : 058.1.2000.234
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
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
ABSTRAK
iii
KATA PENGANTAR
iv
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR GAMBAR
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
8
2.3
Kontrol Integral
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
BAB IV
Rangkaian Virtual LC
35
ANALISA
37
4.1
Simulasi DC – DC konverter
37
4.1.1
37
DC – DC konverter tanpa Penambahan LC
vii
4.1.2
DC – DC konverter dengan penambahan LC pada beban
4.1.3
38
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
BAB V
50
4.3 Pembahasan
52
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
Gambar 4.6
Gambar 4.7
40
Simulasi Arus Keluaran dengan menggunakan pembebanan LC iref=2V
40
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
