1. bab i pendahuluan

1. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini hampir seluruh komponen elektronik memerlukan catu daya DC.
Kebutuhan catu daya DC ini mulai dari skala tegangan rendah seperti yang
digunakan pada mikroprosesor dan IC, tegangan menengah seperti pada motormotor listrik dan generator, sampai pada skala tegangan tinggi untuk transmisi
listrik tegangan tinggi.
Karena penggunaan catu daya DC yang luas ini, diperlukan suatu sistem yang
dapat mengkonversikan tegangan DC dari suatu tingkat tegangan tertentu ke tingkat
tegangan lain sesuai kebutuhan pemakaian. Sistem ini harus dapat bekerja secara
efisien dan keluaran tegangannya pun harus memiliki kualitas yang baik.
Salah satu cara untuk mengkonversikan tegangan DC ke tegangan DC yang
lebih rendah adalah dengan menggunakan linear voltage regulator. Linear voltage
regulator menggunakan transistor untuk mengatur arus beban. Dengan mengatur
arus basis transistor, tegangan keluaran dapat diatur dari tegangan 0 volt sampai
dengan tegangan masukan. Ketika terjadi perubahan tegangan atau beban, arus
basis diatur untuk menghasilkan keluaran tegangan yang diinginkan. Rangkaian
semacam ini dinamakan linear voltage regulator karena transistor bekerja pada
daerah linear, bukan pada daerah cut-off atau saturasi. Akibatnya transistor bekerja
seperti resistor variabel.
Masalah pada regulator semacam ini adalah efisiennya yang rendah. Jika arus
basis yang diberikan kecil maka terdapat daya yang diserap transistor. Rugi daya
pada transistor inilah yang menyebabkan efisiensi rangkaian ini rendah. Misalkan
jika tegangan keluaran adalah seperempat dari tegangan sumber, maka beban
1
2
menyerap 25% dari daya sumber, tetapi transistor regulator menyerap 75% dari
daya sumber.
Masalah lain pada regulator jenis ini adalah dalam hal ukurannya yang tidak
kecil karena memerlukan desain heat-sink yang baik. Daya yang diserap transistor
dibuang dalam bentuk panas sehingga diperlukan medium untuk mempercepat
pelepasan panas dari transistor, medium yang biasa digunakan adalah heat-sink.
Alternatif lain untuk mengubah tegangan DC ke tegangan DC lainnya adalah
dengan menggunakan switching converter. Pada switching converter, transistor
yang digunakan beroperasi sebagai switching, yaitu dengan sepenuhnya on atau
sepenuhnya off. Switching converter memiliki kelebihan berupa efisiensinya yang
lebih tinggi dan ukurannya yang dapat jauh lebih kecil daripada linear voltage
regulator.
Sistem buck converter merupakan salah satu jenis DC chopper yang memiliki
fungsi menstabilkan tegangan dengan menurunkan tegangan dimana tegangan
keluaran lebih rendah dari tegangan masukan tanpa harus menghilangkan daya
yang relatif besar daripada converter tipe linear.
Buck converter ini memiliki tegangan keluaran yang diinginkan yang akan
dibandingkan dengan tegangan keluaran dari sensor. Perbedaan yang didapatkan
dari kedua tegangan keluaran ini adalah error tegangan yang akan dikompensasi
oleh kompensator untuk mengatur penyalaan switching dengan menggunakan Pulse
Width Modulator (PWM). Ada banyak sistem kendali yang telah dikembangkan
untuk mengendalikan tegangan keluaran switching converter, tetapi pada tugas
akhir ini hanya akan dibahas salah satu tipe pengendali yaitu menggunakan
pengendali PID. Pengendali PID merupakan pengendali dengan parameterparameter kendali proportional, integral dan derivative. Dengan kombinasi ketiga
parameter ini yang tepat, keluaran akan memiliki nilai steady state error yang
mendekati nol dan transient response yang cepat.
3
Dalam tugas akhir ini akan dibahas salah satu jenis switching converter, yaitu
buck converter dan pengendaliannya. Buck converter ini dapat menurunkan
tegangan masukan menjadi tegangan keluaran dengan nilai yang lebih rendah.
Untuk mengatur tegangan keluaran sistem digunakan pengendali PID.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang dipaparkan sebelumnya, dapat diambil
rumusan masalahnya adalah bagaimana merancang buck converter dengan
pengendalian PID yang optimal sehingga menghasilkan sistem yang stabil?
1.3
Batasan Masalah
Masalah-masalah yang muncul di lapangan akan dibatasi pada tugas akhir ini
yaitu input yang masuk kedalam sistem buck converter harus sudah diubah bentuk
dari tegangan AC ke tegangan DC dan jangkauan nilai tegangan input berkisar 38
VDC sampai dengan 45 VDC.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan tugas akhir ini adalah untuk merancang sistem buck converter dan
mengamati unjuk kerja pengendali PID yang diterapkan pada sistem buck converter
yang dirancang.
1.5
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dibuatnya alat ini adalah sebagai berikut :
1. Alat untuk sumber catu daya dc variable dengan range voltase 0 VDC
sampai dengan 30 VDC yang dapat digunakan sebagai kebutuhan catu
daya DC seperti yang digunakan pada mikroprosesor dan IC, tegangan
menengah seperti pada motor DC.
2. Salah satu alat untuk mengetahui karakteristik hubungan masing-masing
penyusun PID terhadap tegangan keluaran dengan memvariasikan nilai
Kp, Ki dan Kd-nya pada sistem “buck converter dengan parameter PID
4
sebagai pengendali tegangan keluaran” ini dengan tanpa mengurangi
tingkat efisiensi yang terlalu besar karena menggunakan transistor
switching converter yang beroperasi sebagai switching.
1.6
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
 BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisi dasar teori dalam perancangan buck converter, skema
pengendalian sistem buck converter, pengendali PID dan ardunio, serta
tinjauan pustaka dari penelitian sebelumnya.
 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi uraian alat bahan, perancangan sistem yang digunakan
meliputi : diagram blok sistem, rancangan buck converter dan
pengendalian PID yang digunakan.
 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENELITIAN
Bab ini berisi uraian hasil pengujian dari rancangan sistem yang telah
dibuat serta analisis kinerja sistem secara keseluruhan.
 BAB V PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan sistem serta saran untuk penelitian berikutnya.