i

DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENINGKATAN EFISIENSI BUCK

BOOST CONVERTER MENGGUNAKAN SOFT SWITCHING

DENGAN METODE CLOSE LOOP CONTROL SYSTEM SEBAGAI

SWITCH MODE POWER SUPPLY (SMPS)

TUGAS AKHIR

Disusun oleh:

Muhamad Nur Hadi Pranoto

201210130311119

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2017

ii

LEMBAR PENGESAHAN

DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENINGKATAN EFISIENSI BUCK

BOOST CONVERTER MENGGUNAKAN SOFT SWITCHING DENGAN

METODE CLOSE LOOP CONTROL SYSTEM SEBAGAI SWITCH

MODE POWER SUPPLY (SMPS)

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun oleh:

Muhamad Nur Hadi Pranoto

201210130311119

Diperiksa dan disetujui oleh

Pembimbing I Pembimbing II

Machmud Effendy, ST. M.Eng Ir. Diding Suhardy, MT

NIP.10802030363 NIP.10890090183

iii

LEMBAR PENGESAHAN

DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENINGKATAN EFISIENSI BUCK

BOOST CONVERTER MENGGUNAKAN SOFT SWITCHING DENGAN

METODE CLOSE LOOP CONTROL SYSTEM SEBAGAI SWITCH

MODE POWER SUPPLY (SMPS)

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun oleh:

Muhamad Nur Hadi Pranoto

201210130311119

Tangal Ujian :

Periode Wisuda :

Disetujui oleh:

1. Machmud Effendy, ST. M.Eng (Pembimbing I)

2. Ir. Diding Suhardi, MT (Pembimbing II)

3. Penguji I

4. Penguji II

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik

Elektro

Ir. Nur Alif Mardiyah, MT

NIP.10892030257

LEMBAR PENGESAHAN

DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENINGKATAN EFISIENSI BUCK

BOOST CONVERTER MENGGUNAKAN SOFT-SWITCHING DENGAN

METODE CLOSE LOOP CONTROL SYSTEM SEBAGAI SWITCH MODE

POWER SUPPLY (SMPS)

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun oleh:

Muhamad Nur Hadi Pranoto

201210130311119

Tangal Ujian : 21 Januari 2017

Periode Wisuda : Februari

Disetujui oleh:

1. Machmud Effendy, ST. M.Eng (Pembimbing I)

NIDN : 0715067402

2. Ir. Diding Suhardi, MT (Pembimbing II)

NIDN : 0706066501

3. Ir. Nurhadi, MT (Penguji I)

NIDN : 0731126202

4. Widianto, ST., MT (Penguji II)

NIDN : 0722048202

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Ir. Nur Alif Mardiyah, MT

NIP : 0718036502

viii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan

rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul :

” DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENINGKATAN EFISIENSI

BUCK BOOST CONVERTER MENGGUNAKAN SOFT SWITCHING

DENGAN METODE CLOSE LOOP CONTROL SYSTEM SEBAGAI

SWITCH MODE POWER SUPPLY (SMPS)”

Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi : aki, dc

converter, buck boost converter, switching, soft-switching, mosfet, induktor,

dioda, kapasitor, arduino, PWM, duty cycle, sensor tegangan.

Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini

masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti

mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi

perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.

Malang,...........................................

Muhamad Nur Hadi Pranoto

x

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL ................................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii

SURAT PERNYATAAN....................................................................................... iv

ABSTRAKSI .......................................................................................................... v

LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................... vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI ........................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv

BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 1

1.3 Batasa Masalah...................................................................................... 2

1.4 Tujuan ................................................................................................... 2

1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ...................................................... 2

BAB II. DASAR TEORI ........................................................................................ 4

2.1 Aki ......................................................................................................... 4

2.1.1 Jenis-jenis Aki .............................................................................. 4

2.2 DC to DC Converter ............................................................................. 6

2.2.1 Converter Buck Boost .................................................................. 6

2.3 Tipe Pengolahan Daya .......................................................................... 8

2.3.1 Metode ........................................................................................ 9

2.4 Mosfet ................................................................................................. 10

xi

2.4.1 Kurva karakteristik mosfet ......................................................... 11

2.5 Microcontroller ................................................................................... 13

2.5.1 Devinisi Microcontroller ........................................................... 13

2.5.2 Arduino ...................................................................................... 13

2.6 Pulse Width Modulation ...................................................................... 15

2.6.1 Prinsip-prinsip PWM ................................................................. 15

BAB III. ANALISA DAN PERANCANGAN ..................................................... 18

3.1 Diagram Blog Prinsip Kerja System ................................................... 18

3.2 Perancangan simulasi Buck Boost Converter ...................................... 20

3.3 Perancangan Hardware Konverter Buck Boost................................... 21

3.4 Perancangan Sensor Tegangan ............................................................ 24

3.5 Microcontroller ................................................................................... 25

3.5.1 Perancangan Control PWM ....................................................... 26

BAB IV. HASIL PENGUJIAN ALAT ................................................................. 28

4.1 Pengujian Buck Boost Converter dengan Software Proteus 8

Profesional .......................................................................................... 28

4.1.1 Hasil Pengujian Buck Boost Converter tanpa Soft-switchhing

menggunakan Software Proteus 8 Profesional .......................... 29

4.1.2 Hasil pengujian Buck Boost Converter dengan Soft-switching

menggunakan Software Proteus 8 Profesional .......................... 32

4.2 Pengujian Hardware buck boost converter ......................................... 36

4.2.1 Hasil pengujian Hardware Buck Boost Converter tanpa

beban .......................................................................................... 36

xii

4.2.2 Hasil pengujian Hardware Buck Boost Converter dengan

menggunakan beban ................................................................... 37

4.3 Data Hasil Pengujian Kontrol PWM ............................................. 38

BAB V. PENUTUP ............................................................................................... 39

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 39

5.2 Saran .................................................................................................... 39

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Rangkaian Buck Boost Converter ....................................................... 7

Gambar 2.2 rangkaian resonant circuit seri LC .................................................... 10

Gambar 2.3 rangkian resonant ciruit L dengan C dan parallel ............................ 10

Gambar 2.4 rangkaian resonant circuit parallel LC ............................................. 10

Gambar 2.5 kurva karakteristik mosfet sebagai saklar ......................................... 11

Gambar 2.6 rangkaian MOSFET sebagai saklar pada kondisi cut-off .................. 11

Gambar 2.7 Rangkaian MOSFET sebagai saklar pada kondisi Saturasi .............. 12

Gambar 2.8 Spesifikasi Arduino Uno R3 ............................................................. 14

Gambar 2.9 Modulasi Lebar Pulsa (PWM)........................................................... 15

Gambar 2.10 Sinyal referensi (sinyal tegangan DC) ............................................. 16

Gambar 3.1 (a) Rangkaian Buck Boost Converter menggunakan software

Microsoft Visio (b) Rangkaian Buck Boost Converter dengan soft-

switching menggunakan software Microsoft Visio (c) Diagram blog

pembuatan Buck Boost Coverter dengan soft-switching ................... 19

Gambar 3.2 Model Buck Boost Converter ............................................................ 20

Gambar 3.3 Model Buck Boost Converter menggunakan soft-switching ............. 20

Gambar 3.4 Sensor Tegangan ............................................................................... 25

Gambar 3.5 Flowchart control PWM.................................................................... 26

Gambar 3.6 Pin Yang Akan Digunakan Pada Board Arduino Uno ...................... 27

Gambar 4.1 model Buck Boost Converter............................................................. 28

Gambar 4.2 model Buck Boost Converter menggunakan soft-switching .............. 29

Gambar 4.3 tegangan output 5v Buck Boost Converter tanpa soft-switching. ...... 30

Gambar 4.4 tegangan output 20 v Buck Boost Converter tanpa soft-switching .... 30

xiv

Gambar 4.5 arus output buck boost converter tanpa soft-switching. ................... 31

Gambar 4.6 Hasil output Ids dan Vds 5v Buck Boost Converter tanpa Soft-

Switching. .......................................................................................... 31

Gambar 4.7 Hasil output Ids dan Vds 20 v Buck Boost Converter tanpa Soft-

Switching. .......................................................................................... 32

Gambar 4.8 tegangan output 5v Buck Boost Converter dengan soft-switching ... 33

Gambar 4.9 tegangan output 20v Buck Boost Converter dengan

soft-switching. .................................................................................. 33

Gambar 4.10 arus output Buck Boost Converter dengan soft-switching ............... 34

Gambar 4.11 Hasil Ids dan Vds 5v Buck Boost Converter dengan

Soft-Switching. ............................................................................... 34

Gambar 4.12 Hasil Ids dan Vds 20v Buck Boost Converter dengan

Soft-Switching. ................................................................................ 35

Gambar 4.13 (a) Rangkaian buck boost tanpa soft-switching (b) Rangaian buck

boost dengan soft-switching............................................................ 36

Gambar 4.14 Gelombang PWM dengan frekuensi 20kHz dan duty cycle 50%. .. 38

xv

DAFTAR TABEL

Table 2.1 Spesifikasi Arduino UNO R3 ............................................................... 14

Table 3.1 Spesifikasi Buck Boost Konverter ........................................................ 21

Tabel 4.1 Hasil pengujian Buck Boost Converter tanpa Soft-Switching ............... 29

Tabel 4.2 Hasil penujian Buck Boost Converter dengan Soft-Switching .............. 32

Tabel 4.3 Data hasil pengujian hardware buck boost converter tanpa soft-

switching tanpa beban ........................................................................... 36

Tabel 4.4 Data hasil pengujian hardware buck boost converter dengan soft-

switching tanpa beban. .......................................................................... 37

Tabel 4.5 Data pengujian hardware buck boost tanpa soft-switching menggunakan

beban. .................................................................................................... 37

Tabel 4.6 Data pengujian hardware buck boost dengan soft-switching

menggunakan beban ............................................................................. 37

41

DAFTAR PUSTAKA

[1] Komarudin, ahmad, Oktober 2014,” DESAIN DAN APLIKASI PROOSIONAL KONTROL BUCK-BOOST CONVERTER PADA SISTEM PHOTOVOLTAIK”.

[2] Alvita, Musviratu, Syahrial, Siti Saodah, Februari 2013,” PERANCANGAN DAN SIMULASI CHOPPER BUCK BOOST PADA APLIKASI PEMBANGKIT LISTIK TENAGA ANGIN”.

[3] Indrajati, Surya, Ir.Moh.Zaenal Effendi, MT,”SWITCH MODE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN BOOST CONVERTER SEBAGAI PFC CONVETER”.

[4] Setyawan Agus, Bambang Sumantri, ST.,M.Sc, Agus Indra Gunawan, ST.,M.Sc,”CHARGER PORTABLE SEBAGAI PENGISIAN BATERAI HANDPHONE DARI SU,BER DAYA DC MENGGUNAKAN METODE BUCK BOOST CONVERTER”.

[5] Hidayat Suryo Muhamad, Juni 2010,”RANCANG BANGUN BUCK BOOST KONVERTER.”

[6] Nugrahani Faradisyah, Dedet Candra Riawan, Mochamad Ashari, 2012,”PERBAIKAN KUALITAS ARUS OUTPUT PADA BUCK-BOOST INVERTER YANG TERHUBUNG D=GRID DENGAN MENGGUNAKAN FEED-FORWARD COMPENSATION (FFC)”.

[7] Jaber Fathi Shaban, May 2011,”DEVELOPMENT OF A DC-DC BUCK BOOST CONVERTER USING FUZZY LOGIC CONTROL