DC to DC converter

1

1

DC to DC Converter

Dr. Ir. Mochamad Ashari, MEng

Department of Electrical EngineeringSepuluh Nopember Institute of Technology (ITS)

Surabaya

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 2

DC-to-DC Konverter

Berfungsi untuk mengubah suatu tegangan dc menjadi tegangan dc yang lain (dinaikkan atau diturunkan)Nama lain:– DC Chopper– Switch Mode Power

Supply – DC Regulator

Aplikasi:Pengatur kecepatan motor dc, mobil listrikBattery ChargerPeralatan elektrolisaIndustri-industri kimia

Dimensi lebih kecil dan lebih ringan

2

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 3

Switching Regulator

Switching Regulator– Bisa step down, step up

dan inversi polaritas– Menggunakan alat

penyimpan energi spt induktor atau kapasitor

– Efisiensi tinggi

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 4

Switching Regulator

Menggunakan switch semikonductorSwitch dioperasikan pada frekuensi tinggi (puluhan -ratusan kHz)Energi ditransfer dari input ke output secara diskritDapat menggunakanrangkaian feedback untukmengatur outputnya agar konstan.

3

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 5

Prinsip Kerja

Memanfaatkan charging dan discharging arus induktorTegangan output berupa diskritKapasitor berfungsi menyimpan dan meratakan tegangan outputSwitch dioperasikan pada frekuensi tinggi dengan periode TDuty cycle, k = ratio antara waktu switch konduksi dan periode switchingt1 T

Ttcycledutyk 1)( =−

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 6

Charging

Saat switch menutup (on), arus charging mengalir ke inductorArus naik selama switch menutup dan mencapai Imaxsaat t= t1

Tenggang waktu switch menutup dapat diubah-ubahKenaikan arus dianggap linier

4

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 7

Discharging

Saat switch membuka (off), arus dischargingArus turun dan mencapai Iminsaat t= TTenggang waktu switch off adalah T-t1

Penurunan arus dianggap linier

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 8

Jenis DC-DC Konverter

Boost Converter: hanya menaikkan teganganBuck Converter: hanya menurunkan teganganBuck-Boost Converter: bisa menaikkan dan menurunkan teganganInverting Topology (Flyback):polaritas tegangan outputnya dibalik

Vin Vout

ton

T

toff

t1

5

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 9

Boost Converter

Tegangan output selalu lebih besar dari tegangan inputTegangan output mempunyai polaritas yang sama dengan teganganinput

Ttk on=

offon ttT +=ton

T

toff

t1

kTton =

Tktoff )1( −=

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 10

Boost Converter

onin t

iLV∆∆

=onin tViL ∆=∆

Charging (switch on):

Discharging (switch off):

outoff

in VtiLV +

∆∆

−=

offinout t

iLVV∆∆

+=

kVV in

out −=

1

+=

off

oninout t

tVV 1

6

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 11

Buck Converter

Tegangan output selalu lebih kecil dari tegangan inputTegangan output mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan input

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 12

Buck Converter

oon

in VtiLV +

∆∆

= ( ) onoutin tVViL ∆−=∆

Charging (switch on):

Discharging (switch off):

outoff

VtiL +

∆∆

−=0off

out tiLV

∆∆

=

kVV inout =

7

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 13

Buck-Boost Converter

Tegangan output dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan inputTegangan output mempunyai polaritas yang terbalik terhadap tegangan input

kkVV in

out −=

1

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 14

Fly-back Converter

Polaritas tegangan output dapat dibalikTegangan output terisolasi terhadap tegangan inputDapat dibuat konfigurasi boost, buck maupun buck-boost konverter

8

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 15

Teknik Pengontrolan

Metode Switching:– Pulse Frequency

Modulation (PFM)– Pulse Width Modulation

(PWM)Yang dikontrol:– Tegangan– Arus

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 16

Pulse Frequency Modulation (PFM)

Diperlukan gelombang:– Tegangan persegi dg frekuensi

konstan– Tegangan feedback (Vfb)– Tegangan dc murni sbg

referensi (Vref)

Jika Vref>Vfb, maka output flip-flop = ‘0’, sehingga beberapa pulsa akan hilangJika Vref<Vfb, flip-flop bekerja normal (semua pulsa muncul)

9

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 17

Contoh Simulasi PFM

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 18

Hasil Simulasi PFM

10

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 19

Pulse Width Modulation (PWM)

Diperlukangelombang:– Tegangan segitiga

(Vtri) dg frekuensi konstan

– Tegangan feedback (Vfb)

– Tegangan dc murni sbg referensi (Vref)

Error= Vref- VfbJika Vtri>Error, output comparator = 1 (high)

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 20

Contoh Simulasi PWM

11

DC Converter, Dr. M.Ashari-T.Elektro ITS 21

Hasil Simulasi PWM