KONVERTER DC TO DC CHOPPER BUCK

LT2D

KELOMPOK 3

Ghazi Arslandi ( 09 )

Handiyan Bima P. ( 10 )

Hermawan Ivo A. ( 11 )

Ida Mora S. ( 12 )

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2012BAB I

PENDAHULUANPower supply   atau dalam Bahasa Indonesia lebih dikenal dengan

istrilah catu daya berfungsi untuk menkonversikan satu bentuk

sumber listrik ke beberapa beberapa bentuk tegangan dan arus yang

dibutuhkan oleh satu atau lebih beban listrik. Sistem catu-daya

modern saat ini bekerja dalam mode pensaklaran, switching, dan

mempunyai efisiensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan

sistem catu-daya linier. Salah satu komponen utama dari sistem

catu daya mode pensaklaran adalah konverter DC-DC(Chopper).

Gambar.1 Catu Daya Linier Sederhana

Konverter DC-DC berlaku seperti halnya trafo/transformer yang

mengubah tegangan AC tertentu ke tegangan AC yang lebih tinggi

atau lebih rendah. Tidak ada peningkatan ataupun pengurangan daya

masukan selama pengkonversian bentuk energi listriknya, sehingga

secara ideal persamaan dayanya dapat dituliskan dengan persamaan

sebagai berikut :

Sistem catu-daya yang bekerja dalam mode pensaklaran (switching)

mempunyai efisiensi yang jauh lebih tinggi dibanding sistem catu-daya

linier. Oleh karenanya, hampir semua catu-daya modern bekerja dalam

mode switching atau dikenal sebagai SMPS (Switched Mode Power Supply).

Komponen utama dari sistem catu-daya adalah konverter dc-dc yang

berfungsi untuk mengkonversikan daya elektrik bentuk dc (searah) ke

bentuk dc lainnya.

BAB IIPENGERTIAN CHOPPER ( KONVERTER DC KE DC )

Konverter DC-DC atau disebut juga dengan chopper digunakan

untuk mengatur atau mengubah tegangan searah menjadi tegangan

searah dengan tegangan masukan yang tetap sedangkan tegangan

keluarannya dapat di atur.

Gambar.2 Block Diagram Chopper

Penggunaannya diantaranya:

a. pengendalian motor DC untuk peralatan pemindah yang cepat

b. kendaraan listrik

c. pengaturan eksitasi mesin-mesin listrik

d. pengendalian tegangan searah masukan untuk inverter

Ada dua macam cara pengolahan daya dari DC ke DC, yaitu tipe

linier dan tipe peralihan (switching)/chopper. Tergantung dari

jenis aplikasinya, masing masing tipe memiliki kelebihan dan

kekurangan.

Namun dalam perkembangannya, tipe peralihan semakin populer

terutama karena kelebihannya dalam mengubah daya secara jauh

lebih efisien dan pemakaian komponen yang ukurannya lebih

kecil,sedangkan tipe linier memiliki efisiensi yang kecil.

Secara umum chopper dibagi menjadi empat jenis, yaitu:

a. Konverter/chopper Buck

b. Konverter/chopper Boost

c. Konverter Buck-Boost

d. Konverter Boost-Buck atau Cuk

Konverter DC-DC dapat dibagi menjadi 2 kategori besar,

yaitu yang terisolasi dan yang tak terisolasi. Kata ’isolasi’

disini secara sederhana bermakna adanya penggunaan trafo (isolasi

galvanis) antara tegangan masukan dan tegangan keluaran konverter

DC-DC. Beberapa sumber menyebutkan bahwa konverter DC-DC yang tak

terisolasi dengan istilah direct converter, dan konverter yang

terisolasi dengan istilah indirect converter.

DC-DC converter mempunyai dua mode operasi. Pertama adalah

Continuous Conduction Mode (CCM) dan kedua ialah Discontinuous Conduction

Mode (DCM). Pada continuous mode, arus induktor tidak pernah jatuh

ke nol dalam semua siklus pensaklaran. Sedangkan untuk

discontinuous mode, arus pada induktor akan jatuh ke nol sebelum

selesai satu periode pensaklaran.

DC-DC converter memiki 2 klasifikasi yaitu

1. Berdasarkan jumlah fasa

• Satu-fasa

• Multifasa

2. Jumlah kuadran

• Satu kuadran

• Dua kuadran

• Empat kuadran

BAB IIICHOPPER BUCK

Konverter jenis   buck   merupakan konverter penurun tegangan yang

mengkonversikan tegangan masukan DC menjadi tegangan DC lainnya

yang lebih rendah. Seperti terlihat pada gambar di bawah,

rangkaian ini terdiri terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET),

satu saklar pasif (diode), kapasitor dan induktor sebagai tapis

keluarannya.

Gambar.3 Rangkaian konverter DC-DC tipe buck

Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif (dioda)

sering diganti dengan saklar aktif (MOSFET) sehingga susut daya

pada saklar bisa dikurangi. Apabila menggunakan 2 saklar aktif,

kedua saklar ini akan bekerja secara bergantian, dan hanya ada satu

saklar yang menutup setiap saat. Nilai rata-rata tegangan keluaran

konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan saklar

(saklar konduksi/ON) terhadap periode penyaklarannya. Biasanya

nilai faktor daya ini tidak lebih kecil dari 0.2, karena jika

dioperasikan pada rasio tegangan yang lebih tinggi, saklar akan

bekerja dibawah keandalannya dan menyebabkan efisiensi konverter

turun. Untuk rasio (Vd/Ed) yang sangat tinggi, biasanya digunakan

konverter DC-DC yang terisolasi atau topologi yang dilengkapi

dengan trafo.

Untuk menghasilkan keluaran yang konstan, Buck Konverter

dapata ditambah dengan rangkaian feedback (umpan balik). Pada

rangkaian feedback ini, tegangan keluaran akan dibandingkan

dengan tegangan referensi, selisih keduanya akan digunakan untuk

menentukan duty cycle yang perlu ditambah atau dikurang sehingga

menghasilkan tegangan keluaran yang konstan.

Gambar.4 Rangkaian Buck Konverter dengan feedback

BAB IVPRINSIP KERJA CHOPPER BUCK

MOSFET yang digunakan pada rangkaian Buck Konverter adalah

bertindak sebagai saklar yang dapat membuka atau menutup

rangkaian sehingga arus dapat dikendalikan sesuai dengan duty

cycle yang diingankan. Berikut adalah skema secara umum dari.

Gambar.5 Skema Buck Konverter

Kinerja dari Buck Konverter dibagi menjadi 2 kerja utama,

yaitu:

1. Ketika MOSFET on (tertutup) dan diode off, arus mengalir

dari sumber menuju ke inductor (pengisisan inductor),

disaring dengan kapasitor, lalu ke beban, kembali lagi ke

sumber.

Gambar.6 Buck Konverter dengan MOSFET ON

2. Ketika MOSFET off (terbuka) dan diode on, arus yang

disimpan inductor dikeluarkan menuju ke beban lalu ke

diode freewheeling dan kembali lagi ke inductor.

Gambar.7 Buck Konverter dengan MOSFET OFF

Gambar.8 Grafik keluaran Buck Konverter

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat bahwa arus beban

(IL) merupakan arus DC dimana jika kita rata-rata arus beban

tersebut, maka kita dapatkan bukan bernilai nol. Lebar periode

dari arus beban (IL) bergantung pada frekuensi yang diberikan

oleh rangkaian control. Posisi titik tertinggi arus bebean (IL)

dipengaruhi oleh besarnya duty cycle yang diberikan oleh

rangkaian control.

Semakin besar duty cucle, maka semakin besar pula tegangan

keluaran yang dihasilkan Buck Konverter. Namun, tegangan keluaran

tersebut selalu lebih kecil atau sama dengan tegangan masukan

Buck Konverter. Semakin besarnya duty cycle dapat dilihat dari

semakin besarnya area yang diwarnai biru muda pada gambar di

atas.

Fungsi alir dari Buck Konverter / M(D) adalah sebagai berikut:

Berikut adalah grafik hubungan duty cycle dengan fungsi alirBuck Konverter:

Gambar . 9 grafik hubungan duty cycle dengan fungsi alir Buck Konverter

Semakin besar duty cycle (D), maka semakin besar pula fungsi

alihnya/M(D). Begitu pula sebaliknya, semakin kecil duty cycle,

maka semakin kecil pula fungsi alihnya.

Analisis riak arus keluaran diperlukan untuk bisa mendesain

tapis atau filter keluaran konverter DC-DC. Dari persamaan di

bawah ini, terlihat bahwa untuk mendapatkan riak arus keluran

konverter buck yang kecil, diperlukan tapis induktor (L) yang

nilainya akan semakin

kecil dengan meningkatkan

frekuensi penyaklaran.

Riak arus keluaran

konverter DC- DC akan

bernilai maksimum apabila konverter bekerja pada duty cycle (d) =

0,5.

Gambar dibawah ini adalah kondisi arus yang mengalir di

tapis induktor pada saat konverter DC-DC bekerja pada kondisi

kritis. Yang dimaksud dengan kondisi kritis disini adalah kondisi

dimana arus di induktor mengalir ke beban sampai tepat bernilai

nol pada saat saklar OFF, atau induktor bekerja sebagai sumber

arus. Dari gambar terlihat bahwa arus yang mengalir di induktor

sebanding dengan nilai  dari riak arus keluaran. Pada kondisi

ini, dari gambar terlihat bahwa nilai riak arus keluran rata-rata

sebanding dengan 1/2 riak arus puncak ke puncak yang dapat

dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Gambar. 10 bentuk gelombang penyaklaran pada kondisi kritisBerikut bentuk gelombang pada saat kondisi diskontinu

Gambar.11 bentuk gelombang kondisi diskontinu

BAB VKELEBIHAN DAN KEKURANGAN CHOPPER BUCK

Keuntungan pada Buck Konverter :

1. Efisiensi tinggi

2. Rangkaiannya Sederhana

3. Tidak memerlukan transformer

4. Tingkatan stress pada komponen switch yang rendah

5. Riak atau ripple juga rendah

6. Penyaring atau filter yang dibutuhkan relative kecil

Kekurangan pada Buck Konverter :

1. Tidak adanya isolasi antara masukan dan keluaran

2. Hanya satu keluaran yang dihasilkan

3. Tingkat ripple yang tinggi pada arus masukan

4. Metode Buck Konverter digunakan pada aplikasi yang

membutuhkan sistem yang berukuran kecil

SUMBER REFERENSI

http://www.docstoc.com/docs/43479867/Dasar-Teori-Buck

http://indone5ia.wordpress.com/2011/09/02/sekilas-mengenai-konverter-dc-dc/

http://konversi.wordpress.com/2009/01/07/topologi-konverter-dc-dc/

http://jendeladenngabei.blogspot.com/2012/11/dc-chopper-tipe-buck-buck-converter.html