TUGAS ELEKTRONIKA INDUSTRIAPLIKASI DC KUADRAN DUA/DC CONVERTER UNTUK PENGEREMAN PADA KEADAAN BERGERAK

Disusun oleh:Ricky Maulana Siahaan (1222901)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS KRISTEN MARANATHABANDUNG2014

A. TujuanDiperlukan ada converter yang kecil, ringan, dan tingkat efisiensi yang tinggi untuk dipakai pada mobil listrik dan kendaraan hybrid. Dengan menggunakan peralatan power electronic akan diperoleh manajemen efisiensi energi yang lebih baik dan pengurangan berat serta volum. Energi yang timbul pada saat pengereman akan disimpan dan akan dijadikan sumber tenaga untuk penggerak. Batere dan Super Capacitor (SC) bisa digunakan untuk media penyimpanan energi tersebut. SC merupakan perangkat bertegangan rendah. Agar SC bisa bekerja pada tegangan tinggi, maka beberapa SC harus dihubungkan secara seri. Hubungan dari beberapa SC dengan nilai kapasitansi berbeda dapat menimbulkan ketidakseimbangan tegangan pada tiap-tiap sel karena overvoltage. Ketidakseimbangan tegangan ini dapat menimbulkan overvoltage dan kerusakan pada sel. Kapasitas SC dapat berkurang apabila frekuensi arus listrik di atas 100Hz, akan membuat nilai kapasitansi mendekati nol, dan bertindak seperti resistor, hanya menimbulkan loses.Multilevel converter memiliki beberapa keunggulan dibandingkan converter konvensional. Pertama, mengurangi tegangan pada induktor, membagi nilai induktansi menjadi menjadi lebih kecil. Membagi converter menjadi beberapa converter juga mengurangi besar tegangan pada transistor. Transistor bertegangan rendah mampu bekerja pada frekuensi switching yang lebih tinggi, dan dialiri arus yang lebih tinggi. Keuntungan lain yang penting dapat menyederhanakan desain dan untuk pendingin. Multilevel converter dapat meningkatkan performa dan mengurangi harga, juga pengontrol yang cukup kompleks dibandingkan dengan converter konvensional.B. DESAIN MULTILEVEL CONVERTER DAN PERBANDINGAN TOPOLOGI

Gambar 1: Converter kuadran 2DC/sel DCPada Half bridge converter, hubungan antara U1 dan U2 adalah U1D=U2. Berdasarkan hubungan pada SC dan sel, ada 3 topologi yang diperoleh: cascaded buck, cascaded boost, dan multilevel buck. Untuk menentukan hubungan sel secara seri, energi magnetik disimpan di induktansi pada ketiga topologi, lalu dibandingkan. Energi magnetik yang tersimpan berhubungan dengan ukuran dan berat converter, tapi hubungan ukuran dari induktor sangat berpengaruh. Memperkecil energi magnetik berarti mengurangi cost dan mengurangi ukuran serta berat.

Gambar 2 (dari kanan ke kiri) Cascaded buck, cascaded boost, dan multilevel buck three level converter.Energi magnetik yang tersimpan:

Jika diasumsikan energi yang tersimpan pada filter sekitar 1% dari energi yang tersimpan di induktansi pada output untuk 1 level converter, maka energi yang tersimpan pada N level converter adalah:

Lalu, energi tersebut dibagi pada N induktor. Untuk cascaded boost converter, tegangan SC adalah U2N dan tegangan pada DC bus adalah U1.

Hubungan dari 2 induktansi :

Meskipun nilai induktansi cenderung kecil, energi yang tersimpan sama dengan yang tersimpan pada induktansi output cascaded buck.

Pada Multilevel buck Converter, induktansi sama dengan pada Cascaded buck untuk level 1, tapi untuk level diatasnya dan strategi phase shifting digunakan, nilai induktansinya berbeda. Nilai induktansinya adalah:

C. KONTROL MULTILEVEL CONVERTERTanpa memerhatikan arsitektur tipe koneksi, akhirnya dibutuhkan dua kontrol: pertama untuk mengatur tegangan output sistem, kedua untuk mengatur arus output. Pada dasarnya loop kontrol digunakan untuk mengubah-ubah duty cycle pada modul. Bagaimanapun, dengan mengubah-ubah duty cycle memberi efek pada kedua tegangan output dan membagi arus keluaran dari modul. Untuk itu, dua loop kontrol harus sama. Tegangan keluaran tergantung pada nilai duty cycle dari loop tegangan keluaran. Sehingga kestabilan tegangan keluaran loop bisa dikontrol tanpa dipengaruhi main control loop.

Gambar 3: Total energi magnetik yang tersimpan pada masing-masing topologiD. HASIL SIMULASI DAN PERCOBAANBerdasarkan hasil simulasi menggunakan matlab dan simulink, dan telah dibandingkan dengan hasil percobaan, ada 6 half bridge converter dengan SC yang terhubung secara seri dan dikontrol dengan DSP TMS320F2808 Texas Instrument. Keluaran dari DSP merupakan sinyal PWM. Spesifikasi percobaan: Tegangan DC bus: 12 V Tegangan SC: 16,2 V Arus: 5A Frekuensi switching 20kHz Frekuensi arus keluaran: 120 kHz Kapasitas SC: 58,3F/cell Bandwidth loop c = 5/CSC Rise time:tr = 0,4 ms

Gambar 4: Diagram kontrol pada Converter MultilevelAlgoritma diagram kontrol dieksekusi setiap pengukuran baru yang dikonversi pada modul ADC pada DSP. Pengukuran arus diperbarui setiap frekuensi 120 kHz dan tegangan sel pada 20 kHz pada waktu yang berlainan, sehingga setiap pengukuran arus yang baru disertai dengan tegangan sel yang baru pada saat yang suatu waktu. Oleh karena itu ketika pengukuran diperbarui 6 kali, tegangan pada semua sel telah diperbarui dan penyeimbangan tegangan loop bisa dijalankan.E. KESIMPULANSebuah multilevel kuadran dua DC/DC converter bisa dibuat dan diujicoba dengan performa yang baik. Respon arus keluaran tidak hanya cepat tapi juga tanpa osilasi dengan tidak ada overshoot. Ini bisa digunakan untuk regeneratif pengereman yang digunakan di banyak aplikasi untuk keadaan bergerak. Penyeimbang tegangan loop juga berhasil sesuai harapan untuk menjaga tegangan pada kontrol.Strategi Phase Shift Keying mengurangi nilai induktansi yang dibutuhkan untuk ripple konstan, sehingga converter yang lebih ringan bisa dibuat dengan performa yang sama dengan yang sudah lebih dulu ada. Sayangnya, kontrol dari converter lebih kompleks jika dibandingkan dengan converter tanpa strategi kontrol ini.Karena adanya kontrol loop tegangan, semua kapasitor membagi rata tegangannya, dimana membuat rangkaian mudah dikontrol dan memungkinkan untuk aplikasi berbagi macam power. Multilevel buck unggul karena volume yang kecil dan ringan mengingat frekuensi dapat lebih tinggi karena strategi shifted switching, dan induktansi yang lebih kecil, memperkecil berat dan ukuran sistem.

Sumber: http://srv.uib.es/ref/1266.pdf