1 BUCK CONVERTER

1.1 TUJUAN

1. Praktikan dapat memahami prinsip dasar Buck Converter.

2. Praktikan dapat menganalisa dan menyimpulkan hasil praktikum.

1.2 DASAR TEORI

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 switch (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.

Buck chopper adalah konverter daya yang digunakan untuk merubah suatu tegangan dc

masukan (Va) ke tegangan keluaran dc yang lebih kecil (Vs). Seperti halnya tranformator pada

tegangan AC. Gambar 3.1 adalah blok diagram dari buck converter yang berfungsi sebagai

penurun tegangan dan Gambar 3.2 merupakan skematik pada buck converter.

Gambar 3.2 Skematik Rangkaian Buck Converter

Gambar 3.1 Blok Diagram Buck Konverter

Supply dc voltage

Buck Konverter

Load

PWM

Cara kerja rangkaian dapat dibagi menjadi dua mode. Mode 1 dimulai pada saat mosfet

Q1 di-on-kan pada t=0, arus masukan, yang meningkat, mengalir melalui filter induktor L, filter

kapasitor C dan beban resistor R. Mode 2 dimulai pada saat transistor Q1 di-off-kan pada t=t1.

Dioda freewheeling Dm terhubung karena energi yang tersimpan pada induktor dan arus induktor

tetap mengalir melalui L,C, beban dan dioda Dm. Arus induktor turun sampai mosfet Q1 di-on-

kan kembali pada siklus berikutnya. Rangkaian ekuivalen untuk kerja mode-mode ditunjukan

pada Gambar 3.3 saat mode on dan Gambar 3.4. Bentuk gelombang untuk arus dan tegangan

dapat dilihat pada Gambar 3.5 dan Gambar 3.6. Untuk arus tetap yang mengalir pada induktor L,

bergantung pada frekuensi pensakelaran, induktansi filter dan kapasitansi, arus induktor dapat

menjadi tidak kontinyu.

Gambar 3.3 Mosfet – On Kondisi Mode 1

Gambar 3.4 Mosfet – Off Kondisi Mode 2

Tegangan yang melalui induktor L, pada umumnya

Dengan mengasumsikan arus induktor naik secara linier dari I1 ke I2 pada waktu t1.

Atau

Dan arus induktor turun secara linier dari I2 ke I1 pada waktu t2

Atau

Dimana ΔI adalah arus riple puncak ke puncak induktor L. Dengan menyamakan nilai ΔI pada

persamaan menghasilkan,

Subtitusi t1=kT dan t2=(1-k)T menghasilkan tegangan keluaran rata-rata

Dengan mengasumsikan bahwa rangkaian tidak mengalami rugi-rugi,

dan arus masukan rata-rata,

Periode pensaklaran T dapat dinyatakan sebagai berikut,

Yang memberikan arus ripple puncak ke puncak,

Atau

Dengan hukum arus kirchhoff, kita dapat menuliskan arus inductor

Gambar 3.5 Tegangan dan Arus dari Buck Converter

Gambar 3.6 Bentuk Gelombang Arus Induktor

Bila kita asumsikan bahwa arus ripple beban io sangat kecil dan bisa diabaikan, CL ii Δ = Δ.

Arus kapasitor rata – rata yang mengalir selama t/2+t/2=T/2 adalah,

Tegangan kapasitor dinyatakan dengan,

Dan tegangan ripple puncak ke puncak kapasitor adalah

Dengan mensubtitusikan nilai I Δ dari persamaan menghasilkan,

Atau

Regulator buck hanya memerlukan sebuah mosfet, sangat sederhana, dan memiliki efisiensi yang

tinggi dari 90%. di/dt atau arus beban dibatsasi oleh induktor L. Namun demikain, arus masukan

tidak kontinyu dan filter masukan biasanya dibutuhkan. Regulator buck memiliki satu polaritas

tegangan keluaran dan arus keluaran yang unidirectional dan memerlukan rangkaian pelindung

untuk kemungkinan adanya hubung singkat pada bila arus yang mengalir pada dioda.

Gambar 3.7 Skematik rangkaian snubber

Rangkaian Snubber ini digunakan untuk meredam (meminimalkan) adanya spike

tegangan ata arus pada kondisi switching ON / OFF. Untuk perhitungan desain rangkaian

snubber adalah sebagai berikut :

Untuk Ion = Io

Voff = V in

D = duty cycle

T =

Untuk pemasangan resistor snubber maka digunakan nilai setengah (1/2) dari nilai perhitungan

resistansi snubber

1.3 RANGKAIAN PERCOBAAN

1.4 DESAIN RANGKAIAN

Vin-min = 15 Volt

Vin-max = 18 Volt

Vo = 10 Volt

Io = 0.5 A

Frekuensi Pensaklaran = 50.500 Hz

Duty Cycle :

Nilai arus rata – rata induktor dimana R adalah resistansi beban :

Nilai Induktor :

dimana : ΔiL ( ripple arus yang diharapkan)

dan Vf = 0,7 Volt (tegangan barrier diode)

pada modul ini, rangkaian didesain tanpa memperhitungkan riple

Nilai Kapasitor output :

Dimana :

C adalah nilai kapasitor

Irms adalah arus rms kapasitor

∆Vo adalah ripple tegangan

D adalah duty cycle

T adalah periode

ID peak = Io/D = 0.5/0.5 = 1 ampere

ID rms = ID peak x √D = 0.707 ampere

Ic rms = √( ID rms2 – Io2)

= √(0.7072-0.52)

= 0.25 ampere

1.5 ALAT DAN BAHAN

1. Modul Buck Converter 1

2. Power Supply DC 1

3. Amperemeter digital 1

4. Amperemeter analog 1

5. Multitester digital 1

6. Osiloskop 1

1.6 LANGKAH KERJA

1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.

2. Buat rangkaian seperti pada gambar rangkaian, atur tegangan input 18 volt frekwensi

switching=50,5 kHz, danatur duty cycle sesuai table, kemudian ukur tegangan output,

arus output danarus input.

3. Amati bentuk pulsa PWM dan tegangan output dengan osiloskop.Gambar di kertas

millimeter.

4. Amati tegangan VDS (drain-source) dan VGS (gate-source)

5. Bandingkan hasil pengukuran untuk beberapa data.

6. Tentukan prosentasi perbedaan hasil pengukuran dengan teori.

1.7 DATA PENGUKURAN

Vin

(Volt)

Iin

(A)

Duty Cycle

D(%)

Vo (exp)

(volt)

Vo(cal)

(Volt)

Io

(A)

η

(%)

18 20

18 30

18 40

18 45

18 50

18 60