Desain Switch Mode Power Supply Jenis Push Pull Converter Sebagai Catu Kontroler LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh : STEFANUS RIZAL HIDAYAT 12.50.0010 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2016
i
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul “ Desain Switch Power Supply Jenis Push Pull Converter Sebagai Catu Kontroler” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal .... November 2016. Semarang, .... November 2016
Menyetujui, Pembimbing
Koordinator Tugas Akhir
Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT. 058.1.1992.110
Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT. 058.1.1992.110
Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik
Ketua Progdi Teknik Elektro
Ir. Drs. Djoko Suwarno, MT, IPM 058.1.1988.032
Dr. Ir. Florentius Budi Setiawan, ST, MT, IPM 058.1.1994.050
ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir yang berjudul “ Desain Switch Power Supply Jenis Push Pull Converter Sebagai Catu Kontroler” ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila di kemudian hari ternyata terbukti bahwa tugas akhir ini sebagian atau seluruhnya merupakan hasil plagiasi, maka saya rela untuk dibatalkan, dengan segala akibat hukumannya sesuai peraturan yang berlaku pada Universitas Katolik Soegijapranata dan / atau perundang-undangan yang berlaku.
Semarang, .... November 2016
( Stefanus Rizal Hidayat ) NIM : 12.50.0010
iii
ABSTRAK
Power supply adalah suatu rancangan alat listrik yang menyediakan tegangan atau arus yang kemudian diolah menjadi tegangan keluaran yang diinginkan dan akan digunakan untuk memberikan pasokan energy listrik pada perangkat elektronik lain. Berbagai macam power supply yang tersedia seperti contoh power supply linier dan power supply switching. Power supply linier pada umumnya sering digunakan, power supply ini merubah tegangan sumber AC 220V menjadi tegangan AC yang lebih kecil atau lebih besar keluaranya sesuai dengan apa yang diinginkan dengan menggunakan transformator. Sedangkan power supply switching metodenya berbeda dengan power supply linier, karena terjadinya perubahan bentuk gelombang yang tidak linier pada sisi primer dan sisi sekunder yang merupakan hasil dari pensaklaran / switching. Power supply switching bekerja pada frekuensi tinggi sehingga lilitan yang digunakan lebih sedikit dan berpengaruh pada bentuk ukuran transformator yang lebih kecil. Sehingga pada tugas akhir ini diperlukan keluaran yang banyak dengan jumlah lilitan transformator yang sedikit pada pengoperasianya, maka dibutuhkan sebuah power supply yang dapat diaplikasikan pada rancangan alat ini. Maka switch mode power supply push pull menjadi pilihan untuk diimplementasikan pada catu kontroler high power LED.
Kata kunci : power supply linier, power supply switching, high power LED
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan segala rahmat dan anugerahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Desain Switch Mode Power Supply Jenis Push Pull Converter Sebagai Catu Kontroler” yang menjadi tugas studi dari penulis adalah sebagai mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Pembuatan Tugas Akhir ini dan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Tuhan Yang Maha Esa karena senantiasa memberi rahmat ,kelancaran dan kemudahan kepada penulis. 2. Orang Tua, keluarga, dan teman - teman yang selalu memberi semangat dan dukungan dalam bentuk doa ,moril dan materiil kepada penulis. 3. Bapak Dr.Ir.Ign. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dan juga memberikan teori, saran, kritik, dan semangat kepada penulis. 4. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT. selaku Ketua Progdi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah memberi fasilitas Laboratorium beserta kelengkapan alat-alatnya.
v
5. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah banyak membantu memberikan fasilitas-fasilitas sehingga pengerjaan Tugas Akhir ini berjalan lancar. 6. Teman-teman seperjuangan angkatan 2012 (Hendra, Dian, Ricky, Galih, Moses, Cahyo, Matius, Fajar) yang selalu memberi dukungan dan semangat. 7. Teman-teman yang ada dilaboratorium Program Studi Teknik Elektro (Mas Enggar, Mas Drian, Mas Nikolas, Billy, Ryan, Topan, Vembi, Khusnul) dan teman-teman yang mungkin tidak bisa saya sebutkan satu persatu. 8. Dan juga pihak-pihak lain yang telah membantu saya dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih memiliki banyak kekurangan, maka penulis sangat mengharapkan saran ,masukan maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan di masa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf yang sebesar-besarnya apabila terdapat hal-hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini. Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Semarang,
November 2016
Penulis vi
DAFTAR ISI
JUDUL
i
LEMBAR PENGESAHAN
ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR
iii
ABSTRAK
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR TABEL
xii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Perumusan Masalah
2
1.3
Pembatasan Masalah
2
1.4
Tujuan dan Manfaat
3
1.5
Metode Penelitian
3
1.6
Sistematika Penulisan
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Pendahuluan
6
2.2
Power Supply
7
vii
2.3
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)
9
2.4
Transformator
11
2.5
CMOS Hex Schmitt Trigger 40106
12
2.6
IC Counter 4520
13
2.7
CMOS Hex Non Inverting Buffer 4050
14
2.8
Rangkaian R dan C
15
2.9
High Power LED
15
BAB III
DESAIN DAN IMPLEMENTASI POWER SUPPLY SWITCHING PUSH PULL CONVERTER
3.1
Pendahuluan
18
3.2
Perancangan Alat
18
3.3
Power Supply
20
3.3.1
Power Supply Linier
20
3.3.2
Power Supply Switching
21
3.4
Transformator Ferit
27
3.5
PWM Analog
28
3.6
Mosfet
30
BAB IV
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1
Pendahuluan
31
4.2
Hasil Simulasi
31
4.3
Pengujian Labolatorium
34
viii
4.4
Pembahasan
40
BAB V
PENUTUP
5.1
Kesimpulan
42
5.2
Saran
43
DAFTAR PUSTAKA
44
LAMPIRAN
45
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Rangkaian penyearah dioda tegangan AC menjadi tegangan DC
7
Gambar 2.2
Jenis Power Supply Switching
8
Gambar 2.3
Simbol Mosfet
9
Gambar 2.4
Kondisi saat MOSFET ON
10
Gambar 2.5
Kondisi saat MOSFET OFF
10
Gambar 2.6
Transformator
11
Gambar 2.7
Transformator Ferit
12
Gambar 2.8
Skema IC 40106
13
Gambar 2.9
IC 4520
14
Gambar 2.10
IC 4050
14
Gambar 2.11
Rangkaian R dan C
15
Gambar 2.12
Simbol LED
16
Gambar 3.1
Diagram Blok sistem
19
Gambar 3.2
Power supply linier dan penyearah dioda
21
Gambar 3.3
Power supply switching push pull dengan empat output
22
Gambar 3.4
Mode 1 saklar 1 ON, saklar 2 OFF
23
Gambar 3.5
Mode 2 saklar 1 OFF dan saklar 2 ON
23
Gambar 3.6
Mode 3 saklar 1 dan 2 OFF, kondisi freewheeling 1(A),
25
kondisi freewheeling 2(B) Gambar 3.7
Skema lilitan trafo ferit primer dan sekunder
28
Gambar 3.8
Rangkaian skema PWM analog
29
x
Gambar 3.9
Sinyal PWM
29
Gambar 3.10
Skema MOSFET 2SK2677
30
Gambar 4.1
Pengujian menggunakan Power Simulator
32
Gambar 4.2
Sinyal input (R) dibandingkan dengan sinyal output (B)
33
Gambar 4.3
Sinyal PWM gate 1 (atas), sinyal PWM gate 2 (bawah)
33
Gambar 4.4
Sinyal pada dioda
34
Gambar 4.5
Tegangan input PLN 220 VAC (merah), Tegangan output
35
30 VAC (kuning) Gambar 4.6
Input pada IC 40106
36
Gambar 4.7
Output pada IC 4520, kuning menunjukan sinyal PWM,
37
Dan biru menunjukan hasil NOT nya Gambar 4.8
Hasil output rangkaian PWM analog, (biru) sinyal NOT dari
37
sinyal PWM (kuning) Gambar 4.9
Sinyal pada drain dan source MOSFET, (kuning) drain source
38
pada MOSFET 1, (biru) drain source pada MOSFET 2 Gambar 4.10
Output sekunder pada trafo ferit (kuning dan biru) 12 CT 12
38
Gambar 4.11
Hasil output setelah dioda (ungu), hasil output
39
setelah kapasitor (merah) Gambar 4.12
Hasil Output Pada Rangkaian Push Pull +12v
xi
40
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Parameter pengujian simulasi
32
Tabel 4.2
Parameter pada rangkain daya
35
Tabel 4.3
Parameter pada rangkain push pull
35
xii
