3 

 

 

SISTEM KONVERTER DC 

  Desain Rangkaian Elektronika Daya 

 

Oleh : 

Mochamad Ashari Profesor, Ir., M.Eng., PhD. 

  

  Edisi I  : cetakan I tahun 2012  

 

Diterbitkan oleh: 

 

ITS Press. 

 

 

 

 Hak Cipta dilindungi Undang‐undang Dilarang mencetak dan menerbitkan sebagian atau seluruh isi buku ini dengan cara dan dalam bentuk apapun tanpa persetujuan tertulis penerbit

ISBN 978‐602‐9494‐13‐6 

 

4 

 

 

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, penulis memanjatkan puji syukur kehadlirat Allah SWT atas terselesaikannya buku “Sistem Konverter DC, Desain Rangkaian Elektronika Daya”. Buku ini diterbitkan sebagai serial yang pertama, yaitu berfokus pada sistem konverter dc atau konverter yang menghasilkan keluaran dc. Buku serial berikutnya Insya Allah akan diterbitkan dalam waktu yang tidak terlalu lama, membahas tentang sistem konverter ac. Buku ini sangat bermanfaat bagi mahasiswa, peneliti, maupun praktisi di industri dalam mengetahui sistem, prinsip kerja dan perancangan konverter dc. Bagi mahasiswa, buku ini digunakan sebagai buku pegangan mata kuliah Elektronika Daya, khususnya bagi mahasiswa semester 5 di Jurusan Teknik Elektro – Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya. Para peneliti dan praktisi di industri atau badan riset - pengembangan dapat memanfaatkan buku ini sebagai buku pegangan, serta memanfaatkan untuk melakukan verifikasi terhadap data-data yang dikeluarkan oleh vendor atas suatu perangkat. Dalam buku ini dibahas 2 macam konverter dc, yaitu ac-ke-dc, dan dc-ke-dc. Namun, sebelumnya didahului dengan pembahasan hal-hal pendukung, seperti saklar semikonduktor, kondisi peralihan beban-beban listrik, dan karakteristik sistem dengan saklar yang bekerja periodik. Penulis menyampaikan penghargaan yang tinggi kepada pihak-pihak yang telah berkontribusi dalam penyusunan buku ini,

 

5 

 

termasuk anggota Lab Konversi Energi dan kolega Jurusan Teknik Elektro ITS. Penulis menyadari segala keterbatasan dan kekurangan, sehingga umpan balik atau koreksi dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan buku ini.

Surabaya, Juli 2012 Prof.Ir.Mochamad Ashari, M.Eng, PhD.  

 

 

 

6 

 

Daftar Isi

 

BAB 1 REKAYASA ELEKTRONIKA DAYA  8 

1.1.  Saklar Elektro Mekanik  15 

1.2.  Saklar Semikonduktor: Transistor  16 

1.3.  Saklar Semikonduktor: Thyristor  20 

1.4.  Saklar Semikonduktor: Dioda  22 

2.1.  Beban R  27 

2.2.  Beban RL  28 

2.3.  Beban RC  34 

2.4.  Beban LC  39 

2.5.  Beban Baterai  43 

BAB 3 EFEK POLA PENYAKLARAN PERIODIK  47 

3.1.  Arus Input Konverter dc  50 

3.2.  Deret Fourier  54 

BAB 4 SISTEM KONVERTER 1 FASA AC KE DC  63 

4.1.  Penyearah Setengah Gelombang - Tak Terkontrol  64 

4.2.  Penyearah Setengah Gelombang - Terkontrol  73 

 

7 

 

4.3.  Penyearah Gelombang Penuh - Tak Terkontrol  75 

4.4.  Penyearah Gelombang Penuh - Terkontrol Semi dan Terkontrol Penuh  84 

BAB 5 SISTEM KONVERTER 3 FASA AC KE DC  87 

5.1.  Penyearah 3 Pulsa  87 

5.2.  Penyearah 6 Pulsa  92 

5.3.  Penyearah 12 Pulsa  95 

BAB 6 SISTEM KONVERTER DC KE DC  100 

6.1.  Konverter Buck  101 

6.2.  Konverter Boost  110 

6.3. Konverter Buck Boost 114

DAFTAR PUSTAKA 118

 

8 

 

BAB 1 REKAYASA ELEKTRONIKA DAYA

Elektronika Daya adalah bidang ilmu yang mengembangkan

sistem pengonversi energi listrik menggunakan saklar-saklar

semikonduktor. Sistem pengonversi energi merupakan

rangkaian elektronik yang berfungsi mengendalikan aliran

energi, misalnya dari ac ke dc, dari dc ke ac, memperbaiki

kualitas tegangan dan sebagainya. Perangkat pengonversi energi

listrik banyak digunakan di sektor rumah tangga, industri,

sistem ketenaga-listrikan, misalnya peralatan pengisi baterai

telepon seluler, Uninterruptible Power Supply (UPS), filter aktif

dan sebagainya. Seiring dengan kemajuan teknologi, sistem

pengonversi energi telah mengalami kemajuan yang sangat

cepat dalam beberapa dasawarsa terakhir. Pada awalnya,

tegangan dc diperoleh langsung dari suatu generator dc, atau

dari motor ac yang digandeng dengan generator dc.

Perkembangan berikutnya, digunakan sebuah transformator

yang dilengkapi dengan diode sebagai penyearah tegangan.

Pada akhir abad 20 dan awal abad 21, peralatan penyearah

tegangan telah berubah menjadi sebuah kotak kecil yang

berukuran 70% dibanding sistem dengan kapasitas sama

menggunakan transformator, atau berukuran hanya 10%

dibanding generasi motor-generator. Gambar 1.1 menunjukkan

ilustrasi perubahan teknologi sistem penyearah tegangan.

 

9 

 

Gambar 1.1. Perubahan teknologi sistem penyearah tegangan

Elektronika daya tersusun atas 4 bidang utama dalam lingkup

Teknik Elektro, yaitu:

1. Teknik Sistem Tenaga 2. Elektronika 3. Sistem Kendali 4. Pemrosesan Sinyal

Gambar 1.2 menunjukkan keterkaitan 4 bidang utama terhadap

teknologi Elektronika daya. Sebagai contoh adalah teknologi

alat pengisi baterai dalam suatu telepon seluler atau laptop.

Peralatan tersebut merupakan mesin statik yang menggunakan

saklar semikonduktor. Saklar-saklar semikonduktor

dikendalikan oleh rangkaian elektronik yang menggunakan

umpan balik tertutup untuk menjaga kestabilan dan keakuratan

hasil keluarannya. Proses pengendalian dapat menggunakan

teknik analog yang memanfaatkan op-amp, ataupun

menggunakan teknik digital yang berbasis pemrograman

dikombinasi dengan sistem kecerdasan buatan.

           

 

10 

 

Gambar 1.2. Susunan Elektronika Daya dan 4 bidang utama dalam lingkup Teknik Elektro

Di sisi aplikasi perangkat keras, gabungan beberapa bidang

tersebut membentuk suatu perangkat Elektronika Daya, yang

berperan sebagai antarmuka antara sumber tegangan dan beban,

seperti terlihat pada Gambar 1.3. Beban-beban yang dipikul

dapat berupa motor listrik, kapasitor bank, baterai, ataupun alat-

alat elektronik seperti radio, TV, komputer, lampu pendar

(fluorescent).

 

ELEKTRONIKA 

DAYA 

Sistem Tenaga: mesin statik 

Elektronika: sistem rangkaian 

Sistem Kendali:

open/ closed 

loop 

Proses Sinyal:

analog, digital 

Microcontroller/ 

Microprocessor 

Digital Signal 

Processing 

Rangkaian Linier/ 

Op‐Amp 

Semiconductor Devices

Konversi Energi

Kualitas Daya  Sistem Kecerdasan 

Buatan 

Sistem 

Kestabilan 

 

11 

 

Gambar 1.3 Diagram blok suatu sistem dengan perangkat Elektronika

Daya

Gambar 1.3 menunjukkan pula arah aliran daya, yaitu dari

sumber ke beban. Pada perangkat tersebut, daya ditransfer dari

sumber untuk digunakan oleh beban. Parameter-parameter

utama yang perlu mendapat perhatian adalah:

Tegangan (satuan Volt), pengamatan meliputi besaran

dan bentuk gelombang

Arus (satuan Ampere), meliputi besaran dan bentuk

gelombang, sudut fasa

Daya aktif (satuan Watt), merupakan daya rata-rata

Energi (satuan Watt jam atau Wh), merupakan hasil

perkalian antara daya dan waktu dalam rentang tertentu

Sistem perangkat Elektronika Daya beroperasi berdasarkan

prinsip on-off, atau menggunakan saklar untuk mengubah status

memutus dan menyambung. Dengan prinsip on-off, proses

konversi energi bekerja pada efisiensi yang cukup tinggi.

Gambar 1.4 adalah ilustrasi terhadap 2 macam perangkat untuk

menurunkan tegangan dc. Gambar 1.4 adalah perangkat

pengkonversi energi, berupa sebuah kotak dengan garis putus-

Perangkat 

Elektronika 

Daya 

Sumber 

Tegangan 

 

Beban Listrik 

 

12 

 

putus yang memiliki 2 terminal input (Vin) dan 2 terminal output

(Vout). Untuk mempermudah penjelasan, dimisalkan tegangan

input = 100 volt dc dan tegangan output = 20 volt dc. Cara

pertama (Gambar 1.4.a) menggunakan metode pembagi

tegangan berupa R1 dan R2, sedangkan cara kedua (Gambar

1.4.b) menggunakan saklar on-off. Gambar bagian bawah

adalah bentuk gelombang tegangan output yang dihasilkan oleh

kedua macam metode.

a) Metode pembagi tegangan b) Metode saklar

Gambar 1.4. Metode menurunkan tegangan

Metode pertama menghasilkan tegangan output Vout sesuai

persamaan berikut:

Vin

Vout  

Vin

T

to