PRAKTIKUM I

PERCOBAAN KE 3______________________Sistem Kontrol DayaDC-DC Converter(Switching DC-DC Converter)Tujuan

Mengenalkan sistem switching PWM Mengenalkan prinsip buck-boost Mengenalkan sistem catu daya switchingTeori Penunjang

Konversi Tegangan

Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengubah tegangan DC ke DC, antara lain:

1. Pengaturan Resistansi (arus yang mengalir) regulator linear (analog) Hanya berlaku untuk penurun tegangan

Efisiensi rendah

Sederhana (bisa murah atau mahal tergantung rangkaian dan power) Tegangan keluaran bisa diatur dengan mudah menggunakan rangkaian tertentu.

Sebaiknya hanya digunakan untuk daya rendah

2. Melipat-gandakan (multiplier) arus atau tegangan menggunakan Kapasitor

Bekerja berdasarkan pengaturan muatan listrik yang ada pada kapasitor

Untuk penaik tegangan memiliki konstruksi sederhana

Untuk penurun tegangan memiliki konstruksi yang rumit

Secara umum hanya bisa untuk konversi dengan kelipatan-kelipatan tertentu dan tidak dapat diatur secara langsung tegangan keluarannya. Secara fisik besar dan mahal

3. Arus/tegangan induksi menggunakan Induktor

Bekerja berdasarkan tegangan induksi dari induktor

Bisa untuk penurun, Penaik dan sekaligus penurun dan Penaik dengan Konstruksi yang lebih sederhana

Bisa untuk daya besar dengan fisik komponen yang tidak terlalu besar (secara umum hanya bermain dengan frekuensi dan besar kawat trafo, terlepas dari masalah komponen semikonduktor)

Bisa untuk konversi tegangan yang beragam dan mudah untuk dikendalikan (diatur tegangan keluaran).

4. Transformasi Menggunakan Transformator (Trafo)

Menggunakan transformasi energi dan tergantung dari perbandingan jumlah lilitan

Jumlah lilitan sebanding dengan tegangan yang diinginkan (semakin besar tegangan, semakin banyak jumlah lilitan)

Rangkaian sederhana namun memiliki ukuran yang lebih besar

Harus menggunakan gelombang sinus (rangkaian menjadi lebih rumit kalau menginginkan gelombang yang semakin mendekati sinus murni)

Pada DC-DC converter, tegangan dc harus diubah menjadi tegangan ac.

Tegangan keluaran tidak dapat diatur secara langsung pada rangkaian (kecuali ada mekanisme untuk mengubah jumlah lilitan).

Sumber: http://www.elexp.com/t_dc-dc.htm

Sumber: http://www.bowdenshobbycircuits.info/triple.gif

Teknik switching banyak digunakan sebagai DC-DC converter dengan berbagai alasan seperti pada penjelasan sebelumnya. Secara prinsip, tidak ada kehilangan daya pada rangkaian switching. Hal ini disebabkan rangkaian switching bekerja berdasarkan saklar dalam keadaan on ataupun off. Saat on, komponen switching (idealnya) tersambung dengan baik sehingga resistansi dalam bisa dianggap 0 dan tegangan juga menjadi 0 yang menyebabkan daya yang terbuang juga 0. Saat off, komponen switching (idealnya) terputus dengan baik sehingga arus yang mengalir menjadi 0 dan daya yang terbuang juga 0.

Gambar Teknik switching

Efisiensi daya pada sistem switching banyak berkaitan dengan perancangan dari sistem switching itu sendiri, misalkan kemampuan dari transistor yang digunakan untuk bisa on dan off secara sempurna.

Pengaturan switching umumnya menggunakan sinyal PWM untuk mendapatkan nilai tegangan dc rata-rata sesuai dengan yang diinginkan. Secara perhitungan, tegangan dc rata-rata dari suatu beban yang mendapatkan pengaturan dari sinyal PWM akan sama dengan duty cycle dari sinyal PWM-nya.

Teknik switching memerlukan komponen utama induktor sebagai komponen penyimpan energi. Sifat ini memungkinkan induktor dapat menyimpan energi listrik (yang idealnya) dengan nilai energi (daya) yang selalu sama tetapi dengan kemungkinan konversi tegangan dan arus yang berbeda. Artinya, dengan bantuan induktor dimungkinkan untuk mengubah besar tegangan dengan tetap mempertahankan nilai daya yang ada.

Gambar Rangkaian Switching menggunakan Induktor dan Diode

Kombinasi antara teknik switching dengan induktor dimungkinkan untuk melakukan konversi tegangan tanpa adanya rugi-rugi daya dengan efisiensi (perbandingan daya input dan output) yang (idealnya) 100% (nilai realnya antara 80% sampai dengan 90%).

Dengan konfigurasi tertentu antara komponen switching dengan induktor akan didapatkan fungsi penurunan tegangan (sering disebut dengan buck converter) atau penaikan tegangan (sering disebut dengan boost converter) atau bisa naik dan turun (buck-boost converter) atau pembalik tegangan. Konfigurasi tertentu ada yang disebut sebagai forward converter, fly-back converter dan sebagainya.Komponen bantu dalam sistem switching yang dilengkapi dengan induktor adalah diode cepat atau diode switching, yaitu diode Schottky. Diode ini membantu komponen switching agar aliran arus induksi pada induktor saat komponen switching off dapat dialirkan melalui diode.

Buck ConverterYaitu rangkaian yang digunakan untuk menurunkan tegangan dc, dimana tegangan masukan lebih besar dari tegangan keluaran. Buck converter ini umumnya digunakan dalam hal tegangan masukan terpaut jauh lebih besar dari tegangan keluaran dan/atau arus yang dialirkan cukup besar. Dalam keadaan seperti ini, daya yang terbuang bisa cukup besar yang akan menyebabkan panas yang berlebih. Jika selisih tegangan tidak terlalu besar dan arus tidak terlalu besar, maka dapat menggunakan down converter analog.

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter

Cara kerja kondisi ideal (arus ada terus-menerus, kontinyu, tidak terputus)

1. Saat saklar ON, arus mengalir dari supply, saklar, induktor ke beban. Pada induktor terdapat tegangan VL=VI-VO (kehilangan tegangan pada saklar diabaikan). Arus pada induktor naik dari IMIN sampai IMAX (selama saklar ON).

2. Saat saklar OFF, arus dari supply terputus, dan arus induksi dari induktor mengalir menuju beban melalui diode. Tegangan pada induktor VL=-VO (kehilangan tegangan pada diode diabaikan). Arus induksi dari induktor mengalir dari IMAX menurun sampai IMIN.3. Arus rata-rata IAVE yang mengalir pada induktor (IL) sama dengan arus beban (IOUT) IAVE=(IMAX+IMIN)/2.

4. Pada induktor berlaku . (IL saat ON dan OFF dianggap berbalikan arah, sehingga: atau atau , dimana D adalah duty cycle.5. Dalam kenyataan, energi dari induktor dapat habis sebelum selesai siklus OFF dari saklar, sehingga perhitungan lengkapnya selain tergantung dari tegangan input dan duty cycle, juga tergantung dari arus output, induktor dan frekuensi kerja.

Contoh rangkaian buck converter menggunakan IC MC34063A.

Sumber: http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtmlBoost Converter

Digunakan untuk menaikkan tegangan dc. Sering terjadi sumber tegangan masukan lebih kecil dari tegangan yang diperlukan. Contoh, suatu sistem charger untuk HP yang seharusnya memerlukan tegangan 5 volt didapatkan dari sumber tegangan baterai AA 1,5 volt. Proses penaikkan tegangan dilakukan dengan memanfaatkan sifat induksi diri dari induktor yang dapat menghasilkan tegangan induksi yang cukup besar.

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Boost_converter

Cara kerja kondisi ideal (arus ada terus-menerus, kontinyu, tidak terputus)

1. Saat saklar ON, arus mengalir dari supply melalui induktor dan saklar. Pada induktor terdapat tegangan VL = VI dan mengalir arus IL dari IMIN ke IMAX dengan persamaan

2. Saat saklar OFF, arus induksi dari induktor mengalir ke diode, beban dan ke supply. Pada induktor terdapat tegangan VL = VI VO dan mengalir arus IL dari IMAX turun menjadi IMIN dengan persamaan

3. Arus rata-rata IAVE yang mengalir pada induktor (IL) sama dengan arus beban (IOUT) IAVE=(IMAX+IMIN)/2.

4. Arus induktor IL saat ON dan OFF dianggap berbalikan arah, sehingga: atau , dimana D adalah duty cycle.

5. Dalam kenyataan, energi dari induktor dapat habis sebelum selesai siklus OFF dari saklar, sehingga perhitungan lengkapnya selain tergantung dari tegangan input dan duty cycle, juga tergantung dari arus output, induktor dan frekuensi kerja.

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54631-boost-converter-operation.gifContoh rangkaian boost converter menggunakan IC MC34063A. Sumber: http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

Sumber: http://www.eleccircuit.com/circuit-battery-voltage-regulator-by-mc34063/Buck-Boost Converter

Dalam beberapa alat diperlukan proses penurunan atau penaikan tegangan sekaligus. Hal ini dapat disebabkan terkadang tegangan masukan lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan yang diharapkan. Misalkan dalam sistem pengisi muatan baterai dari solar cell. Misalkan tegangan yang diperlukan untuk mengisi baterai sekitar 14,7 volt, sedangkan tegangan keluaran dari solar cell terkadang lebih kecil dari 10 volt (saat pagi dan sore) dan terkadang lebih tinggi dari 18 volt (saat siang hari).

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Buck-boost_converterCara kerja kondisi ideal (arus ada terus-menerus, kontinyu, tidak terputus)

1. Saat saklar ON, arus mengalir dari supply melalui saklar dan induktor. Pada induktor terdapat tegangan VL = VI dan mengalir arus IL dari IMIN ke IMAX dengan persamaan

2. Saat saklar OFF, arus induksi dari induktor mengalir ke beban melalui diode. Pada induktor terdapat tegangan VL = VO (arah VO negatif/ke bawah, karena itu VL=VO) dan mengalir arus IL dari IMAX turun menjadi IMIN dengan persamaan

3. Arus rata-rata IAVE yang mengalir pada induktor (IL) sama dengan arus beban (IOUT) IAVE=(IMAX+IMIN)/2.

4. Arus induktor IL saat ON dan OFF dianggap berbalikan arah, sehingga: atau , dimana D adalah duty cycle.

5. Dalam kenyataan, energi dari induktor dapat habis sebelum selesai siklus OFF dari saklar, sehingga perhitungan lengkapnya selain tergantung dari tegangan input dan duty cycle, juga tergantung dari arus output, induktor dan frekuensi kerja.

Sumber: Datasheet MC34063A

Contoh DC-DC Converter (Inverting)

Sumber: http://img134.imageshack.us/img134/1254/chargepumpfv2.jpg

Sumber: http://www.elektropage.com/images/555timer/555_dc_dc_converter.JPGContoh Macam-Macam Boost Converter

Sumber: http://electronics-diy.com/led-flashlight-1.5v.php

Sumber: file:///C:/Master/Artikel/electronics%20keralam%20%20CIRCUITS_files/BlockingOscillator.gif

Sumber: http://static.electro-tech-online.com/customimages/2011/06/LEDTorchCct1-1.gif

Sumber: http://i277.photobucket.com/albums/kk49/rafft/1V5-5Vconv.jpg

Q1= CSC2655 & Q2 = BCX56

boost inductor: 18T, (17.7uH)

Output 300mA 5.223V

Sumber: http://img122.imageshack.us/img122/2145/5vboostax4.jpg

Sumber: http://www.joulethief.com/images/boost-schematics.gif

Sumber: http://www.elektrotekno.com/userpix/3028_boost_1.jpg

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54743-mr-als-boost-converter.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54810-mr-als-boost-converter.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54813-mr-als-boost-converter-2.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54825-mr-als-boost-converter-reg.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54770-boost-converter-1e.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54770-boost-converter-1e.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54632-boost-converter-3v-5v.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54713-boost-conv.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54717-boost-conv.gif

Sumber: http://www.electro-tech-online.com/members/carbonzit-albums-att2-picture54825-mr-als-boost-converter-reg.gif

Sumber: http://burningsmell.org/stupid-switch/stupid-switch.png

Sumber: http://obrazki.elektroda.pl/4482804100_1355140465.png

Sumber: http://www.dos4ever.com/flyback/boost2.gif

Gambar Boost converter dari 3V ke 5V 500mA

Sumber: http://cds.linear.com/images/product/3995_app_1.jpg MCP1640

Sumber: http://www.electroniq.net/files/news/MCP1640-3.3v.jpg MCP1640

Sumber: http://www.electroniq.net/files/news/MCP1640-5v.jpg

Sumber: http://www.ams.com/eng/Products/Power-Management/DC-DC-Step-up-Converters/AS1302

Sumber: http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn83/fn8313.jpgPower Bank

Adalah suatu istilah untuk alat yang menyediakan energi yang tersimpan dalam suatu baterai untuk keperluan mencatu suatu peralatan atau mengisi baterai peralatan lain. Power bank terdiri dari:

Lithium-ion Charger (harus dilengkapi dengan terminator)

Baterai jenis yang bisa diisi ulang (Li-Ion)

Monitoring tegangan (harus dilengkapi dengan pengaman over discharging 3V)

Boost converter dari 3V-4,2V menjadi 5V minimal 500mA

Alat-alat Yang Digunakan

Rangkaian catu daya switching Catu daya dc (dc Power Supply) Beban dcRangkaian Percobaan

5V ( R 56R ( ZD 4,7V ( TR BC337 ( Li-IonGambar Lithium-Ion Charger sederhana dengan tegangan konstan 4,1V

Prosedur Percobaan

1. Rancang rangkaian PWM tanpa induktor dan diode yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari 12 volt ke 5 volt.2. Gunakan catu daya 12 volt sebagai sumber dan resistor 10( 10 watt sebagai beban.

3. Uji rangkaian tersebut. Pastikan tegangan keluaran 5 volt.

4. Ukur tegangan dan arus masukan serta tegangan dan arus keluaran. Hitung daya masukan dan keluaran.5. Tambahkan induktor dan diode pada rangkaian tersebut. Pastikan tegangan keluaran tetap 5 volt. Dan ukur sekali lagi.6. Rancang rangkaian boost converter yang dapat digunakan untuk menaikkan tegangan dari baterai Lithium-Ion dengan tegangan 3 volt sampai dengan 4,2 volt menjadi tegangan 5 volt untuk rangkaian charger HP.

7. Gunakan boost converter yang menggunakan IC MC34063A (dilengkapi dengan transistor penguat arus) atau MCP1640

Prosedur Pengujian1. Gunakan resistor 40( 10 watt sebagai beban.

2. Atur catu daya agar mengeluarkan tegangan 4,2 volt untuk mensimulasikan baterai Li-Ion terisi penuh.

3. Ukur tegangan keluaran dari boost converter. Arus keluaran dapat dihitung atau diukur. Bila perlu resistor RSC sebagai pengaman arus lebih dapat dihubung-singkat.4. Turunkan secara bertahap tegangan dari catu daya sampai 3 volt dan ukur tegangan keluaran.

Tabel Pengujian terhadap perubahan tegangan bateraiTegangan InputArus InputTegangan OutputArus OutputEfisiensi

4,2 V

4 V

3,75 V

3,5 V

3,25 V

3 V

2,75 V

5. Atur catu daya agar mengeluarkan tegangan 3,7 volt untuk mensimulasikan tegangan nominal baterai Li-Ion.

6. Gunakan resistor 50( sampai dengan 5( 10 watt sebagai beban.

7. Ukur tegangan keluaran dari boost converter.Tabel Pengujian terhadap perubahan beban dengan tegangan baterai 3,7 voltR BebanArus InputTegangan OutputArus OutputEfisiensi

50(

40(

30(

20(

10(

5(

8. Atur catu daya agar mengeluarkan tegangan 3,7 volt untuk mensimulasikan tegangan nominal baterai Li-Ion.

9. Gunakan resistor tertentu sebagai beban dimana tegangan output masih baik (sesuai dengan percobaan sebelumnya).

10. Gunakan oscilloscope untuk melihat bentuk gelombang pada pin 7 (VCC), pin 1 (switching), dan VOUT.

11. Ubah nilai resistor dimana tegangan output hampir drop dan nilai resistor dimana tegangan output telah drop (sesuai dengan percobaan sebelumnya) dan ukur kembali.Daftar Pustaka

http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_boost_converterhttp://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtmlCoba:

R = 5(

RSC = 0,1(

R2 = 2x 1k5(

Tambahkan TR TIP31 pada pin 2 agar arus lebih besar

PAGE 24Praktikum Bengkel Elektronika 2 PENS2012

_1427560684.unknown

_1427561942.unknown

_1427566351.unknown

_1430019998.doc

EruP2012/2013

VIN

_1459757975.doc

BC337

EruP2012/2013

-

+

VINPUT

5V

4,7V

18(

VOUTPUT

4,1V

_1459759954.doc

USB Host

Micro/Mini USB Host

Baterai

Li-Ion

Li-Ion

Charger

Boost Converter

4.GND 1.+5V

1.+5V 5.GND

4.GND

1.+5V

5.GND

1.+5V

_1427566356.unknown

_1427564470.doc

I

V

PWM

_1427566344.unknown

_1427562305.unknown

_1427562639.unknown

_1427560719.unknown

_1427561723.unknown

_1427560696.unknown

_1427556854.doc

2VP

VP

OSC

VP

_1427560173.unknown

_1427044009.doc

BC337

EruP2012/2013

-

+

VINPUT

5V

4,7V

56(

VOUTPUT

4,1V

_1414217085.doc

I

V

PWM