rancang bangun modul boost chopper 48 – 250 volt dc 200 watt

 RANCANG
BANGUN MODUL BOOST CHOPPER 48 – 250 VOLT DC 200 WATT
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16
*Ali Safarudin **Baisrum, Drs.,SST.,M.Eng **Kartono Wijayanto, Drs.,ST.,MT.
* Mahasiswa Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung
** Dosen Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung
ABSTRAK
Boost chopper adalah suatu konverter untuk menaikkan tegangan DC ke DC sesuai kebutuhan beban.
Boost chopper ini menghasilkan tegangan keluaran sebesar 250 Volt DC dari tegangan masukan 48 Volt DC
dan mampu
mensuplai beban 200 Watt. Untuk menghasilkan tegangan keluaran DC yang diinginkan yaitu
dengan cara pengaturan switching pwm dimana komponen yang digunakan sebagai switch tersebut adalah
MOSFET yang disulut
oleh mikrokontroller atmega 16 dengan menggunakan software Bascom AVR dalam
pembuatan programnya. Boost chopper ini diuji dengan beban lampu pijar dari beban 15 Watt hingga 200
Watt. Dari sistem ini didapatkan hasil yaitu pada kondisi tanpa beban dapat menaikkan tegangan dari 48
Volt DC menjadi 253 Volt DC, efisiensi rata-rata sebesar 91,68 %. Pada saat kondisi beban maksimum
dapat menaikkan
tegangan dari 48 Volt DC menjadi 195 Volt DC dengan efisiensi 95,58 %, dan regulasi
tegangan sebesar 29,74 %.
Kata Kunci : Boost Chopper, MOSFET, Switch PWM, Mikrokontroler atmega 16
BAB I
PENDAHULUAN
1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang Masalah
Energi merupakan aspek kehidupan yang
kini menjadi sorotan manusia di seluruh dunia.
Semakin menipisnya cadangan minyak bumi
sebagai bahan bakar utama menyadarkan manusia
untuk segera mencari alternatif pengganti yang
bersifat terbarukan dan juga lebih ramah
lingkungan. Pada saat ini energi matahari menjadi
salah satu sumber energi alternatif yang potensial
untuk membantu memenuhi kebutuhan energi.
Pada sistem ini, energi listrik yang dihasilkan
berasal dari solar sel yang mempunyai fungsi
mengubah energi matahari energi listrik yang
kemudian akan disimpan pada baterai.
Selain itu pada tugas akhir ini bertujuan
untuk
memenuhi
modul
praktikum
di
laboratorium yang tidak lengkap, sehingga untuk
memenuhi kebutuhan tersebut penulis mengambil
judul untuk memenuhi kebutuhan di atas penulis
mengambil judul untuk proyek akhir “Rancang
Bangun Modul Boost Chopper 48 - 250 Volt DC
200 Watt Berbasis Mikrokontroller Atmega 16”.
Dengan alat ini diharapkan dapat menjadi panduan
belajar dan analisis untuk kedepannya dapat
dikembangkan
oleh
mahasiswa
generasi
selanjutnya.
Salah satu kekurangan pada sistem
pembangkit solar sel adalah mahalnya harga dari
solar sel tersebut dan tegangan yang dihasilkan
berkisar 16-20 Volt DC untuk satu panel solar sel.
Dengan perkembangan elektronika daya dan
sistem kontrol pada saat ini sehingga dapat
mengatasi kekurangan tersebut dengan membuat
suatu alat yang dapat menaikkan tegangan DC
yaitu DC chopper.
1.2 Tujuan
Dalam laporan tugas akhir ini, penulis
membuat beberapa tujuan yang menjadi dasar
penulis antara lain :
1) Dapat mengetahui permasalahan dalam
rancang bangun boost chopper berbasis
mikrokontroller.
2) Dapat mengetahui unjuk kerja kerja dari boost
chopper 48 - 250 Volt DC.
3) Dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan
boost chopper
1.3 Perumusan Masalah
Dalam penyusunan
proyek akhir ini akan
dibahas beberapa masalah
yang
menyangkut boost
chopper ini. Ada beberapa rumusan masalah yang
akan dikemukakan
oleh penulis anatar lain :
1) Bagaimana merancang rangkaian boost
chopper yang sesuai
dengan spesifikasi yang
dikehendaki?
2) Bagaimana
membangun
dan
mengimplementsikan modul boost chopper
berbasis
mikrokontroller?
3) Bagaimana menguji unjuk kerja modul boost
chopper
berbasis mikrokontroller?
1.4 Batasan Masalah
Dalam pembuatan
proyek tugas akhir ini,
penulis tidak membahas secara terperinci, tetapi
penulis mencoba untuk membahas bagian tertentu
saja dari proyek tugas akhir, karena banyaknya
permasalahan. Maka penulis membatasi pada
beberapa masalah, yaitu:
1) Tegangan masukan 48 Volt DC, tegangan
keluaran 250 Volt DC dengan daya 200 Watt
2) Teknik switching pulse width modulation
(PWM) dengan berbasis mikrokontroller.
3) Komponen switching menggunakan MOSFET.
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Rangkaian Daya Boost Chopper
2.1.1. Pendahuluan
Pengubah
daya
DC-DC
(DC-DC
converter) 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-DC tersebut adalah
berasal dari sumber daya DC yang biasanya
memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada
dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang
ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan
lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran
dan sisi masukan pada rangkaian yang sama.
Komponen yang digunakan untuk menjalankan
fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah
saklar (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.
Untuk lebih memahami keuntungan dari
tipe peralihan, kita lihat kembali prinsip
pengubahan daya DC-DC tipe linier seperti
terlihat pada gambar 2.1. Pada tipe linier,
pengaturan tegangan keluaran dicapai dengan
menyesuaikan arus pada beban yang besarannya
tergantung dari besar arus pada base-nya
transistor.
Gambar 2.1 Rangkaian ekivalen pengubah tipe linier
Secara matematis tegangan keluaran dari gambar
2.1 dapat ditulis :
𝑉𝑂 = 𝐼𝐿 . 𝑅𝐿 ………………......………………(2.1)
Dengan demikian pada tipe linier, fungsi
transistor menyerupai tahanan yang dapat diubahubah besarannya seperti yang juga terlihat dalam
gambar 2.1. Lebih jauh lagi, transistor yang
digunakan hanya dapat dioperasikan pada batasan
liniernya (linear region) dan tidak melebihi
batasan cut off dan selebihnya (saturation region).
Maka dari itu tipe ini dikenal dengan tipe linier.
Walau tipe linier merupakan cara termudah
untuk mencapai tegangan keluaran yang
bervariasi, namun kurang diminati pada aplikasi
daya karena tingginya daya yang hilang
(powerloss) pada transistor (VCE*IL) sehingga
berakibat rendahnya efisiensi. Sebagai alternatif
untuk meminimalisir powerloss, maka muncul
tipe peralihan yang pada prinsipnya dapat dilihat
Pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Rangkaian ekivalen pengubah tipe peralihan
Pada tipe peralihan, terlihat fungsi
transistor sebagai electronic switch yang dapat
dibuka (off) dan ditutup (on). Dengan asumsi
bahwa saklar tersebut ideal, jika saklar ditutup
maka tegangan keluaran akan sama dengan
tegangan masukan, sedangkan jika switch dibuka
maka tegangan keluaran akan menjadi nol.
Dengan demikian tegangan keluaran yang
dihasilkan
akan berbentuk pulsa seperti pada
gambar 2.3.
Tegangan keluaran
Gambar 2.3.
Besaran rata rata atau komponen DC dari
tegangan
keluaran dapat diturunkan dari
persamaan berikut:
𝐷𝑇
1 𝑇
𝑉𝑂 = 𝑇 0 𝑉𝑂 𝑡 𝑑𝑡 = 0 𝑉𝑖𝑛 𝑑𝑡 = 𝑉𝑖𝑛 . 𝐷…(2.2)
Dari persamaan 2.2 terlihat bahwa
tegangan keluaran DC dapat diatur besarannya
dengan menyesuaikan parameter D. Parameter D
dikenal sebagai duty cycle yaitu rasio antara
lamanya waktu switch ditutup (ton)dengan perioda
T dari pulsa tegangan keluaran (gambar 2.3),
secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:
𝐷=
𝑡 𝑜𝑛
𝑡 𝑜𝑛 +𝑡 𝑜𝑓𝑓
=
𝑡 𝑜𝑛
𝑇
Untuk mendapatkan chopper yang dapat
menaikan tegangan (boost chopper) dapat dibuat
rangkaian seperti pada gambar 2.4. Cara kerja
rangkaian dapat dibedakan menjadi dua moda.
Moda 1 terjadi ketika MOSFET dalam kondisi
konduksi (on) saat t = 0, dioda terbias mundur
sehingga tegangan keluaran Vo sama dengan
tegangan kapasitor. Besar arus masukan mengalir
melalui induktor L dan MOSFET. Mode 2 dimulai
ketika MOSFET dalam kondisi tidak konduksi
(off) saat t = 1. Arus masukan yang semula
mengalir melalui saklar sekarang mengalir melalui
L, C, dioda D dan beban RL. Arus induktor turun
sampai MOSFET konduksi lagi pada siklus
berikutnya. Energi yang tersimpan dalam induktor
disalurkan ke beban. Bila konstanta waktu RC
jauh lebih besar dari perioda penyaklaran
MOSFET, maka tegangan Vo akan menjadi tetap.
Rangkaian ekivalen dari moda 1 dan moda 2
diperlihatkan pada gambar 2.5 dan gambar 2.6 .
= 𝑡𝑜𝑛 . 𝑓…………….(2.3)
Dengan 0  D  1. Parameter f adalah
frekuensi peralihan (switching frequency) yang
digunakan dalam mengoperasikan saklar. Berbeda
dengan tipe linier, pada tipe peralihan tidak ada
daya yang diserap pada transistor sebagai saklar.
Ini dimungkinkan karena pada waktu saklar
ditutup tidak ada tegangan yang jatuh pada
transistor, sedangkan pada waktu saklar dibuka,
tidak ada arus listrik mengalir. Ini berarti semua
daya terserap pada beban, sehingga efisiensi daya
menjadi 100%. Namun perlu diingat pada
prakteknya, tidak ada saklar yang ideal, sehingga
akan tetap ada daya yang hilang sekecil apapun
pada komponen saklar dan efisiensinya walaupun
sangat tinggi, tidak pernah mencapai 100%.
2. 1.2. Pengubah boost
Jika tegangan keluaran yang dinginkan
lebih besar dari tegangan masukan, maka
rangkaian boost dapat dipakai.
Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen moda 1
Dari gambar 2.5 ketika MOSFET on (t1)
maka untuk perhitungan arus pada induktor adalah
sebagai berikut:
𝑑𝑖
𝑑𝑡
=
𝑉𝑖𝑛
𝐿
……………………………………..(2.4)
Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen moda 2
Dari gambar 2.6 ketika MOSFET off (t 2)
maka untuk perhitungan arus pada induktor adalah
sebagai berikut:
𝑑𝑖
𝑑𝑡
=
𝑉𝑖𝑛 −𝑉 𝑐
𝐿
………………………………….(2.5)
Dimana 𝑉𝑐
adalah tegangan pada
kapasitor. Bentuk gelombang tegangan dan arus
pada kondisi kontinyu diperlihatkan pada gambar
2.7.
Gambar 2.4 Pengubah boost
dan ini memberikan arus rippel puncak ke puncak
;
𝛥𝐼 =
1 𝑡1
𝐼
𝑐 0 𝑜
𝛥𝐶 =
Gambar 2.7 Bentuk gelombang arus dan tegangan
pada inductor
Dengan mengasumsikan arus induktor naik secara
linier dari I1 ke I2 pada waktu t1,maka :
𝐼2− 𝐼 1
𝐼1
=𝐿
𝛥𝐼
𝑡1
……………………….(2.6)
𝛥𝐼
𝑡2
…………………………………..(2.8)
Atau
−𝛥𝐼 𝐿
𝑡2 =
𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛
………………………………...(2.9)
dengan ΔI = I2 - I1 adalah arus rippel ke puncak
induktor L. Dari persamaan (2.6) dan (2.7)
didapatkan :
𝑉𝑜 = 𝑉𝑖𝑛
𝑇
𝑡2
=
𝑉𝑖𝑛
1−𝐷
(2.10)
Dengan mengasumsikan rangkaian yang
tidak mengandung rugi-rugi Vin 𝐼𝑖𝑛 = 𝑉𝑜 𝐼𝑜 =
𝑉𝑖𝑛 𝐼𝑜 D / (1 – D) dan arus masukan rata-rata 𝐼𝑖𝑛
memiliki hubungan dengan arus keluaran rata-rata
Io sebagai berikut :
𝐼𝑖𝑛 =
𝐼𝑜 . 𝐷
(2.11)
Periode pensaklaran T dapat ditentukan dari :
𝑇=
=
1−𝐷
1
= 𝑡1
𝑓
𝛥𝐼 𝐿 𝑉𝑜
+ 𝑡2 =
𝑉𝑖𝑛 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
𝐼𝑜 𝑡1
𝐶
𝛥𝐼 𝐿
-
𝛥𝐼 𝐿
𝑉𝑖𝑛 𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛
………………………………………(2.12)
𝐼𝑜 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
𝑓 𝐶 𝑉𝑜
………………………….(2.15)
BAB III
PERANCANGAN DAN REALISASI
ALAT
……………………………………..(2.7)
dan arus induktor turun secara linier dari I 1 ke I2
pada waktu t , maka :
𝑉𝑜 = −𝐿
𝑑𝑡=
Karena boost chopper hanya menggunakan
satu transistor, maka mempunyai efisiensi yang
tinggi. Meskipun demikian arus puncak yang
tinggi mengalir melalui transistor. Tegangan
keluarannya sangat sensitif terhadap siklus kerja
(D). Dan karena transistor dihubungkan paralel
dengan beban, akan sulit memproteksi rangkaian
keluaran terhadap masalah hubung singkat.
Atau
𝑉𝑖𝑛
𝑐
Persamaan (2.10) memberikan t 1 = (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 ) /
(𝑉𝑜 f ) dan persamaan (2.14) menjadi :
𝛥𝐼 𝐿
………………………..(2.13)
……………………………………….(2.14)
𝑡1 =
𝑓 𝐿 𝑉𝑜
Pada saat transistor sedang on, kapasitor
mencatu arus beban selama t = t1. Arus kapasitor
rata-rata selama waktu t 1 adalah I c = Io dan
tegangan rippel puncak ke puncak kapasitor
adalah :
1 𝑡
𝛥𝑉𝑐 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑐 𝑡 = 0 = 0 1 𝐼𝑐 𝑑𝑡 =
𝑉𝑖𝑛 = 𝐿
𝑉𝑖𝑛 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
3.1 Pendahuluan
Perancangan adalah proses menuangkan
sebuah pemikiran atau gagasan berdasarkan teoriteori yang mendukungnya. Perancangan juga
dapat didefinisikan sebagai proses penerapan
berbagai teknik dan prinsip dengan tujuan untuk
mentransformasikan hasil analisis ke dalam
bentuk yang memudahkan pengimplementasian.
3.2 Tahapan Perancangan
Tahapan perancangan merupakan tahap
yang paling penting dalam merealisasikan suatu
alat yang akan dibuat. Dalam perancangan alat ini
terdapat
beberapa
tahapan
yang
akan
dilaksanakan seperti ditunjukan pada diagram alir
dibawah ini:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Menentukan spesifikasi peralatan.
Membuat diagram blok sistem.
Merancang perangkat keras dan lunak.
Merealisasikan perangkat keras dan lunak.
Pengujian perangkar keras dan lunak.
Pengujian sistem.
3.3 Tujuan
Perancangan
Tujuan dilakukannya perancangan ialah
untuk mendapatkan alat yang sesuai dengan
spesifikasi yang diinginkan.
Proses perancangan
dilakukan agar proses
realisasi
lebih mudah dan
terstruktur, sehingga dapat meminimalisasi
kesalahan
dan kerugian waktu serta materil.
Perancangan dalam suatu sistem juga
bertujuan untuk mendapatkan
rangkaian yang
sesederhana mungkin dan sesuai dengan
spesifikasi alat atau
sistem yang diinginkan.
Gambar 3.1 adalah diagram alir proses
perancangan
dan pembuatan alat pada proyek
akhir ini.
3.5. Rangkaian Daya
Spesifikasi alat yang dirancang:
Vin
= 48 Volt
Vo
= 250 Volt
Io
= 0,8 Ampere (200 Watt)
V ripple
= 5%
I ripple
= 5%
Frekuensi yang ditetapkan = 7,404 KHz
Jadi ΔV
= 5% x 250 V = 12,5 V
ΔI = 5% x 0,8A = 0,04 A
3.5.1 Perhitungan rangkaian daya
Perhitungan pada rangkaian daya ini
dimaksudkan agar dalam pemilihan komponen
yang akan dipergunakan tidak salah. Karena
komponen yang akan digunakan dicocokan dulu
dengan data hasil perhitungan untuk masingmasing komponen demi mencapai output sesuai
dengan yang diinginkan. Adapun perhitungannya
adalah:
Siklus kerja yang diperlukan mengacu pada
persamaan (2.10) :
𝑉𝑜 =
𝑉𝑖𝑛
1−𝐷
1−𝐷=
𝑉𝑖𝑛
48
= 0,192
250
Maka D = 1 - 0,0192 = 0,808 atau 80,8 %
𝑉𝑜
=
Arus sumber yang dibutuhkan mengacu pada
persamaan (2.11) :
Iin=
𝐼𝑜
(1−𝐷)
0,8
, (1 – 0,808) =
Iin
Iin
0,8
Maka Iin =
= 4,16 A
0,192
(1-D) =
Gambar 3.1 Flowchart / diagram alir perancangan
3.4. Blok Diagram
Sebelum membuat alat yang direalisasikan,
untuk memudahkan maka diperlukan blok
diagram. Adapun gambar dari blok diagram pada
gambar 3.2.
Gambar 3.2 Blok diagram perancangan
𝐼𝑜.
3.5.2 Pemilihan MOSFET
Untuk komponen switching yaitu dari jenis
MOSFET penulis mementukan spesifikasi sebagai
berikut:
1) Memiliki nilai Vds = lebih dari (Vo + 20%)
(Faktor keamanan untuk
komponen tersebut)
Maka diperoleh nilai Vds ≥ (250 + 20%)
Vds ≥ 300 V
2) Memiliki nilai Ids = lebih dari (Is + 20%)
(Faktor keamanan untuk
komponen tersebut)
Maka diperoleh nilai Ids ≥ (4,16 + 20%)
Ids ≥ 4,992 A
Dalam pemilihan MOSFET ini penulis
membandingkan antara MOSFET yang satu
dengan yang lainnya
mengacu pada perhitungan
diatas. Dan akhirnya
penulis menemukan tipe
MOSFET yang sesuai dengan rangkaian yaitu
MOSFET
dengan seri IRFP 460 dengan
spesifikasi sebagai berikut:
Vds = 500V
Ids = 20A
Rds (on) = 0,85 Ω Min Vgs (th) = 4V
Max Vgs (th) = 20V
3.5.3 Pemilihan induktor
Perhitungan Induktor yang akan digunakan
mengacu pada persamaan (2.13) :
𝑉𝑖𝑛 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
𝛥𝐼 =
𝑓 𝐿 𝑉𝑜
𝐿=
𝑉𝑖𝑛 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
𝑓 𝛥𝐼 𝑉𝑜
Maka L =
48 (250−48)
7404.0,04 .250
= 130,956 mH
Jadi induktor yang digunakan sebesar
130,956 mH dengan KHA lilitan lebih dari 4,16
A. Tapi dengan keterbatasan yang ada penulis
hanya menggunakan induktor sebesar 100 mH.
𝛥𝐶 =
𝐼𝑜 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
𝑓 𝐶 𝑉𝑜
𝛥𝐶 =
𝐼𝑜 (𝑉𝑜 − 𝑉𝑖𝑛 )
𝑓 𝐶 𝑉𝑜
C=
0,8 (250−48)
7404.12,5.250
Jadi kapasitor yang digunakan sebesar 6,629
µF tetapi penulis menggunakan 2 buah kapasitor
dipasang seri dengan nilai 470 µF 400 VDC.
3.6 Rangkaian Kontrol
Salah satu cara untuk membuat konduksi
MOSFET dari keadaan mati ke keadaan hidup
adalah dengan memberikan pulsa tegangan pada
gate-source, pulsa ini disebut dengan pulsa
penyulut. Untuk mendapatkan pulsa tegangan
maka didapatkan dari tegangan keluaran sistem
minimum atmega 16 (rangkaian switching) yakni
antara 0-5 VDC. Rangkaian kontrol merupakan
rangkaian yang dibuat sebagai driver MOSFET,
rangkaian ini terdiri dari rangkaian sis-min
(ATmega 16). Pada pembuatan DC chopper ini
menggunakan metode Pulse Width Modulation
(PWM) dimana frekuensi switching dijaga tetap
namun waktu on atau waktu of divariasikan, maka
perlu adanya suatu komponen dalam rangkaian ini
yang mengatur variasi antara waktu on dan off
tersebut.
Perhitungan frekuensi switching :
𝑋𝑡𝑎𝑙
3.5.4 Pemilihan dioda
Fs =
Dilihat dari gambar rangkaian daya bahwa
dioda terpasang seri dengan induktor. Dengan kata
lain tegangan dan arus akan melewati dioda
sebelum masuk ke beban. Maka untuk pemilihan
dioda penulis memilih dioda dengan karakteristik
sebagai berikut :
PWM 10 bit= 1023
Maka :
1) Nilai Vak ≥ (250 + 20%) (Faktor keamanan
untuk komponen tersebut).
2) Nilai Iak ≥ (4,16 + 20%) (Faktor keamanan
untuk komponen tersebut).
Dengan perhitungan diatas maka penulis
memakai dioda BY329-1500 Dioda tersebut
memiliki Vak = 1500V dan Iak = 6A
3.5.5 Pemilihan kapasitor
Perhitungan Kapasitor yang akan digunakan
mengacu pada persamaan (2.15) :
= 6,629 µF
Fs =
2.𝑃𝑊𝑀.𝑃𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒
16000000
2.1023.1
= 7,820
3.6.1 Program PWM
Program pwm
ini dibuat dengan
menggunakan software bascom AVR karena
bahasa yang mudah dimengerti dan mudah
digunakan yang dijelaskan sebagai berikut.
3.6.1.1 Sistem mikrokontroller
Mikrokontroler yang digunakan dalam
sistem ini adalah mikrokontroler atmega 16
dengan memori program internal 512 Kbyte.
Mikrokontroler atmega 16 dipilih karena
mempunyai ADC internal di dalam chip-nya
dengan tingkat kestabilan yang cukup presisi,
mempunyai compiler canggih dengan bahasa
pemrograman tingkat tinggi yaitu bahasa basic
lebih memudahkan programmer. Selain
sehingga
itu juga karena mikrokontroler jenis ini memiliki
memori, jumlah timer/counter, serta jumlah port
yang cukup untuk digunakan dalam proyek akhir
ini. Dengan mengunakan
atmega 16 pengontrolan
sistem lebih mudah. Gambar 3.3 berikut
merupakan
gambar flowchart sistem dari
perancangan software.
3.8.2. Komponen keseluruhan
Dari perhitungan bahwa untuk merancang
DC chopper penaik tegangan ini dibutuhkan
beberapa komponen, yaitu:
1)
a)
b)
c)
d)
Komponen rangkaian daya :
Induktor 100 mH
MOSFET IRFP 460
Kapasitor 470µF, 400 Volt 2 buah (seri)
Damper dioda fast, high voltage BY329-1500
Gambar 3.3 Flowchart program
. 3.7 Rangkaian Driver
Rangkaian driver adalah rangkaian yang
menghubungkan antara rangkaian kontrol dengan
MOSFET sehingga rangkaian kontrol dapat
berfungsi dengan baik terhadap MOSFET. Dalam
perancangan rangkaian driver komponen yang
digunakan antara lain:
1) Trafo CT step down 220 Volt AC – 12 Volt AC
2) Dioda Bridge 1 ampere
3) Optocoupler TLP 250
4) Kapasitor 47 uf 50 Volt
5) Kapasitor 10 uf 50 Volt
6) Resistor 1 KΩ
7) Heatsink
8) Terminal Header
3.8 Kesimpulan Perancangan
3.8.1. Rangkaian keseluruhan
Gambar 3.4 Rangkaian keseluruhan
2) Komponen rangkaian kontrol dan driver :
a) Sistem minimum atmega 16 dan program
pengendali PWM (Bascom AVR)
b) Rangkaian power supply 12 VDC
c) Optocoupler TLP250
Kemudian dilakukan uji coba pada
komponen-komponen tersebut dengan tujuan
untuk mengetahui apakah komponen-komponen
tersebut masih berfungsi dengan baik atau tidak.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Tujuan Pengujian
Pengujian adalah merupakan suatu proses
pembandingan suatu besaran yang belum
diketahui dengan suatu besaran yang telah
diterima oleh umum. Tujuannya adalah untuk
mengetahui karakteristik alat yang telah
direalisasikan dan kemudian dianalisa hasilnya.
Supaya pengujian dapat memberikan hasil sesuai
dengan yang diharapkan, maka ada beberapa hal
yang perlu diperhatikan:
1) Parameter pengujian
2) Alat ukur yang dipergunakan
3) Hindarkan proses pengukuran dari aspek-aspek
yang mungkin mempengaruhi hasil pengujian
4.2 Penggunaan alat uji
Sebelum menggunakan alat untuk pengujian
hendaklah diperhatikan seluruh aspek dari proses
pengukuran, khususnya pada alat ukur yang
dipergunakan yaitu fungsi, kalibrasi, kemampuan,
dan Standard Operation Procedure (SOP). Alatalat yang dipergunakan yaitu :
1) Oscilloscope
2) Kabel probe
3) Volt meter
4) Ampere meter
5) Watt meter
6) Lampu beban 15 -200 Watt
7) Power Supply DC 48 Volt
8) Kamera
4.3 Langkah Pengujian
1) Mempersiapkan alat– alat yang akan digunakan
2) Merangkai alat dengan
benar.
3) Merangkai alat ukur sesuai dengan besaran
yang akan diukur.
4) Memastikan
rangkaian benar sebelum alat
dioperasikan.
5) Menyambunkan rangkaian dengan sumber.
Baik rangkaian kontrol, rangkaian driver
daya.
maupun rangkaian
6) Catat hasil pengujian.
7) foto gelombang hasil pengujian.
4.4 Pengujian
Alat
4.4.2.1 Data Hasil Pengujian
Tabel 4.1 Data hasil pengujian pengaruh tegangan VRef
terhadap duty cycle (D)
NO
VRef (Volt)
duty cycle (%)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
4.4.1 Pengujian rangkaian
catu daya driver
100
Duty Cycle (%)
Catu daya ini
dirancang untuk mensuplai
rangkaian driver 12 volt karena tegangan kerja
dari optocoupler
ini adalah 10 – 35 Volt,
sedangkan tegangan MOSFET sendiri gate dari
MOSFET yaitu 4 – 20 maka tegangan 12 Volt ini
akan dapat mengoperasikan optocoupler dan juga
memberikan trigger pada MOSFET pada
rangkaian daya chopper ini. Gambar 4.1 dibawah
ini adalah hasil dari pengujian rangkaian catu daya
12 volt :
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
V Ref (Volt)
Gambar 4. 2 Grafik VRef fungsi duty Cycle
4.4.2.2 Analisa
Gambar 4.1 Keluaran tegangan catu daya driver
Volt/div = 5 V; Amplitude = 2,2 V; Time/div = 50 uS
Nilai tegangan keluaran dari rangkaian
power supply 12 Volt DC ini sudah sesuai dengan
spesifikasi yang diinginkan yakni gelombang DC
murni.
4.4.2 Pengujian pengaruh Voltage reference
(VRef) terhadap duty cycle
Voltage reference ini digunakan sebagai
pengatur duty cycle atau sebagai set point yang di
bandingkan dengan gelombang setitiga pada
sinyal
PWM.
Karena
menggunakan
mikrokontroller maka nilai tegangan keluaran dari
rangkaian voltage reference 0-5 Volt DC.
Pengujian ini bertujuan melihat gelombang pwm
atau duty cycle bila tegangan referensi di
variasikan
dari 0 sampa 4,5 Volt
Berdasarkan data hasil pengujian tabel
diatas, semakin besar harga tegangan Vref (volt)
maka nilai duty cycle (%) semakin bertambah.
Frekuensi switching dibuat tetap yaitu 7,404 KHz.
Perpotongan antara sisi luar gelombang
segitiga dengan Vref akan menghasilkan
gelombang pulsa pada keadaan maksimum (t 1)
atau dengan kata lain bentuk pulsa ini yang
berfungsi mengkonduksi MOSFET pada kondisi
on. Sedangkan perpotongan antara sisi dalam
gelombang segitiga dengan tegangan Vref akan
menghasilkan bentuk pulsa pada keadaan
minimum (t2) atau dengan kata lain bentuk
gelombang pulsa ini yang akan membuat
MOSFET kembali pada konduksi OFF. Siklus ini
terus berulang dan membuat MOSFET bekerja
sebagai saklar elektronik. Kontrol jenis inilah
yang dinamakan pengaturan lebar pulsa (Pulse
Width Modulation) dimana frekuensi dijaga tetap
namun waktu on dan waktu off dibuat variabel.
4.4.3.1 Data Hasil Pengujian
Tabel 4.3 Data hasil pengujian karakteristik efisiensi
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 4.10 Gelombang duty cycle
(a) 20 %
(b) 40 %
(c) 60 %
(d) 80 %
Volt/div = 2V; Amplitude = 2,5 V; Time/div = 50 uS
4.4.3. Pengujian karakteristik efisiensi
Untuk mengetahui besarnya tegangan yang
keluar, bentuk gelombang dan efisiensi pada
rangkaian daya dengan kondisi berbeban .
Po = Vo. Io ( Watt )
𝑃𝑜
ɳ =𝑃𝑖𝑛 . 100 %
Pin = Vin. Iin ( Watt )
Beban yang digunakan adalah lampu pijar
dengan daya bervariasi mulai dari 15 watt sampai
Gambar 4.14 Grafik regulasi tegangan
100 watt dan tegangan kerja maksimum 220 V.
Gambar 4.3 Rangkaian pengujian karakteristik efisiensi
Gambar 4.14 Grafik efisiensi
Berdasarkan hasil pengujian diatas bahwa
dari sistem ini didapatkan hasil yaitu pada kondisi
tanpa beban
dapat menaikkan tegangan dari 48
Volt DC menjadi 253 Volt DC, efisiensi rata-rata
sebesar 91,68 %. Pada saat kondisi beban
maksimum dapat menaikkan tegangan dari 48
Volt DC menjadi 195
Volt DC dengan efisiensi
95,58 %, dan regulasi tegangan sebesar 29,74 %.
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan Dari hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa:
1) Modul boost chopper yang dibuat dapat
menaikkan
tegangan dari 48 Volt DC menjadi
253 Volt DC pada kondisi tanpa beban dan
tegangan keluarannya
akan turun menjadi 195
Volt DC pada saat dibebani dengan beban
lampu pijar 200 Watt.
2) Efisiensi rata-rata sebesar 91,68 %, efisiensi
tertinggi
pada beban lampu 90 Watt sebesar
95,90 % .
3) Regulasi tegangan pada beban maksimum 200
Watt sebesar 29,74 % dan pada beban
minimum 15 Watt sebesar 4,76 %.
5.2. Saran
Modul boost dc chopper ini tidak sesuai dengan
spesifikasi yang diinginkan, oleh karena itu
penulis memberikan saran diantaranya:
1) Perlu adanya pengkajian yang lebih mengenai
modul boost chopper ini, sehingga didapatkan
sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.
2) Memperbaiki frekuensi switching hingga 20
Khz
3) Perlu adanya penggantian beberapa komponen
seperti kapasitor harus diganti kemampuan
menyimpan tegangannya dengan yang lebih
besar, menggunakan
4) Nilai induktor yang sesuai perhitungan.
5) Perlu ditambahkan rangkaian feedback agar
saat dibebani secara maksimal tegangan
keluaran tetap stabil.
DAFTAR PUSTAKA
Hayt, William H., Jack E Kemmerly, Steven M,
Durbin. 2005. Rangkaian Listrik Jilid 1
(edisi ke enam). Erlangga. Jakarta
Rashid, Muhammad H.,1999. Elektronika Daya
(Power Electronics: Circuit, Devices, and
Application, 2nd edition), PT. Prenhalindo,
Jakarta.
Surya Hasan, (2004), Elektronika Daya,
Politeknik
Negeri Bandung, Bandung
Sutrisna , Kadek Fendy. 2008. Isolasi Antara
Drive Control dan Rangkaian Power
www.LPKEE ITB’s students blog.com
http://en.wikipedia.org
http://www.alldatasheet.com
http://fahmizaleeits.wordpress.com/2011/02/26/tut
orial-software-bascom-avr/
http://www.elektindo.com