Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2014 1 Abstrak --- Konverter DC ke DC merupakan peralatan yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan atau arus DC. Konverter DC ke DC memiliki banyak jenis salah satunya adalah rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC) dengan Kapasitor Kopling. Pada Tugas Akhir ini akan dirancang dan diimplementasikan rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling. Rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling yang dirancang dan diimplementasikan memiliki fungsi yang sama dengan rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC) Konvensional. Akan tetapi, memiliki rasio konversi penurunan tegangan DC yang tinggi serta rugi-rugi pensaklaran yang rendah, sehingga efisiensinya tinggi. Hasil implementasi menunjukkan bahwa rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling memiliki efisiensi sebesar 88.31% pada tegangan masukan 60 V dan tegangan keluaran 12 V. Selain itu, konversi penurunan tegangan DC-nya dua kali lebih rendah, dimana untuk tegangan masukan 60 V dan duty cycle 40% diperoleh tegangan keluaran sebesar 11.5 V. Kata kunci—Interleaved Buck Converter (IBC), rasio konversi, kapasitor kopling, duty cycle. I. PENDAHULUAN I era modern seperti sekarang ini, penggunaan catu daya DC semakin banyak. Oleh sebab itu, diperlukan suatu sistem yang dapat mengkonversi tegangan DC dari suatu tingkat tegangan ke tingkat tegangan lain. Salah satu sistem yang dapat mengkonversikan tegangan DC ke tegangan DC yang lebih rendah adalah rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC) Konvensional. Akan tetapi, rangkaian DC- DC IBC Konvensional memiliki banyak kekurangan dalam menurunkan tegangan DC antara lain, memiliki rugi-rugi daya yang besar akibat beroperasi dengan hard switching. Rugi daya ini akan semakin bertambah besar apabila frekuensi switching juga bertambah besar[1]. Nilai frekuensi switching yang digunakan pada konverter berkisar antara 10 Hz sampai 5 MHz tergantung dengan penggunaan[2]. Selain itu, rangkaian DC-DC IBC Konvensional harus menggunakan komponen dengan rating tegangan diatas tegangan masukan. Hal ini disebabkan karena semua tegangan pada komponen rangkaian DC-DC IBC Konvensional sama dengan tegangan masukan. Untuk mengatasi kekurangan dari rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter Konvensional dilakukan pengembangan. Salah satu pengembangannya adalah rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC) dengan Kapasitor Kopling[3]. Rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling memiliki fungsi yang sama dengan rangkaian DC-DC IBC Konvensional. Akan tetapi, memiliki banyak kelebihan dalam menurunkan tegangan DC. Gambar 1 menunjukkan skema dasar rangkaian DC-DC IBC Konvensional sebagai berikut. Gambar 1. Skema dasar rangkaian DC-DC IBC Konvensional II. INTERLEAVED BUCK CONVERTER DENGAN KAPASITOR KOPLING DAN STRATEGI SWITCH Rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC) dengan Kapasitor Kopling merupakan gabungan dari dua buah buck converter yang dihubungkan dengan kapasitor kopling. Skema dasar dari rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling hampir sama dengan rangkaian DC-DC IBC Konvensional. Akan tetapi, dua buah switch atau saklar aktif- nya dihubungkan secara seri. Dua buah switch atau saklar aktif, penyalaannya memiliki pergeseran sudut sebesar 180 o . Tegangan keluaran dari rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling ditentukan dengan mengatur duty cycle pada frekuensi switching. Gambar 2 merupakan skema dasar rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling. Gambar 2. Skema dasar rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling A. Analisis Kondisi Tunak Mode operasi rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling dengan duty cycle 50% ada empat sebagai berikut. Mode operasi 1 Mode operasi 1 dimulai ketika switch 1 (Q 1 ) tertutup sedangkan switch 2 (Q 2 ) terbuka sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3 sebagai berikut. Gambar 3. Mode operasi 1 rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling Singgih Supramono, Dedet C. Riawan 1) , dan Arif Musthofa 2) . Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected]1) , [email protected]2) Perancangan dan Implementasi DC-DC Interleaved Buck Converter dengan Kapasitor Kopling D
6
Embed
Perancangan dan Implementasi DC-DC Interleaved Buck ...digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-36725-2210100157-Paper.pdfpada tegangan masukan 60 V dan tegangan keluaran 12 V. Selain itu,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2014 1
Abstrak --- Konverter DC ke DC merupakan peralatan yang
berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan atau
arus DC. Konverter DC ke DC memiliki banyak jenis salah
satunya adalah rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter
(IBC) dengan Kapasitor Kopling. Pada Tugas Akhir ini akan
dirancang dan diimplementasikan rangkaian DC-DC IBC
dengan Kapasitor Kopling. Rangkaian DC-DC IBC dengan
Kapasitor Kopling yang dirancang dan diimplementasikan
memiliki fungsi yang sama dengan rangkaian DC-DC Interleaved
Buck Converter (IBC) Konvensional. Akan tetapi, memiliki rasio
konversi penurunan tegangan DC yang tinggi serta rugi-rugi
pensaklaran yang rendah, sehingga efisiensinya tinggi.
Hasil implementasi menunjukkan bahwa rangkaian DC-DC
IBC dengan Kapasitor Kopling memiliki efisiensi sebesar 88.31%
pada tegangan masukan 60 V dan tegangan keluaran 12 V.
Selain itu, konversi penurunan tegangan DC-nya dua kali lebih
rendah, dimana untuk tegangan masukan 60 V dan duty cycle
40% diperoleh tegangan keluaran sebesar 11.5 V.
Kata kunci—Interleaved Buck Converter (IBC), rasio konversi,
kapasitor kopling, duty cycle.
I. PENDAHULUAN
I era modern seperti sekarang ini, penggunaan catu daya
DC semakin banyak. Oleh sebab itu, diperlukan suatu
sistem yang dapat mengkonversi tegangan DC dari suatu
tingkat tegangan ke tingkat tegangan lain. Salah satu sistem
yang dapat mengkonversikan tegangan DC ke tegangan DC
yang lebih rendah adalah rangkaian DC-DC Interleaved Buck
Converter (IBC) Konvensional. Akan tetapi, rangkaian DC-
DC IBC Konvensional memiliki banyak kekurangan dalam
menurunkan tegangan DC antara lain, memiliki rugi-rugi daya
yang besar akibat beroperasi dengan hard switching. Rugi
daya ini akan semakin bertambah besar apabila frekuensi
switching juga bertambah besar[1]. Nilai frekuensi switching
yang digunakan pada konverter berkisar antara 10 Hz sampai
5 MHz tergantung dengan penggunaan[2].
Selain itu, rangkaian DC-DC IBC Konvensional harus
menggunakan komponen dengan rating tegangan diatas
tegangan masukan. Hal ini disebabkan karena semua tegangan
pada komponen rangkaian DC-DC IBC Konvensional sama
dengan tegangan masukan. Untuk mengatasi kekurangan dari
rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter Konvensional
dilakukan pengembangan. Salah satu pengembangannya
adalah rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC)
dengan Kapasitor Kopling[3].
Rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling
memiliki fungsi yang sama dengan rangkaian DC-DC IBC
Konvensional. Akan tetapi, memiliki banyak kelebihan dalam
menurunkan tegangan DC. Gambar 1 menunjukkan skema
dasar rangkaian DC-DC IBC Konvensional sebagai berikut.
Gambar 1. Skema dasar rangkaian DC-DC IBC Konvensional
II. INTERLEAVED BUCK CONVERTER DENGAN
KAPASITOR KOPLING DAN STRATEGI SWITCH
Rangkaian DC-DC Interleaved Buck Converter (IBC)
dengan Kapasitor Kopling merupakan gabungan dari dua buah
buck converter yang dihubungkan dengan kapasitor kopling.
Skema dasar dari rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor
Kopling hampir sama dengan rangkaian DC-DC IBC
Konvensional. Akan tetapi, dua buah switch atau saklar aktif-
nya dihubungkan secara seri. Dua buah switch atau saklar
aktif, penyalaannya memiliki pergeseran sudut sebesar 180o.
Tegangan keluaran dari rangkaian DC-DC IBC dengan
Kapasitor Kopling ditentukan dengan mengatur duty cycle
pada frekuensi switching. Gambar 2 merupakan skema dasar
rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor Kopling.
Gambar 2. Skema dasar rangkaian DC-DC IBC dengan
Kapasitor Kopling
A. Analisis Kondisi Tunak
Mode operasi rangkaian DC-DC IBC dengan Kapasitor
Kopling dengan duty cycle 50% ada empat sebagai berikut.
Mode operasi 1
Mode operasi 1 dimulai ketika switch 1 (Q1) tertutup
sedangkan switch 2 (Q2) terbuka sebagaimana ditunjukkan
pada gambar 3 sebagai berikut.
Gambar 3. Mode operasi 1 rangkaian DC-DC IBC dengan
Kapasitor Kopling
Singgih Supramono, Dedet C. Riawan1)
, dan Arif Musthofa2)
.
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)