DC Chopper

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

DC chopper pada umumnya banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi

industri dikarenakan DC chopper dapat mengubah tegangan DC yang tetap

menjadi tegangan DC yang variabel. DC chopper biasanya disebut juga dengan

DC-DC konverter karena mengubah secara langsung dari tegangan DC ke DC.

Penggunaan DC chopper sangat luas. Mulai dari penggunaan pengontrolan

putaran motor, kereta troli, truk pengangkat barang dll. Alat yang digunakan

umumnya harus mempunyai pengontrolan akselerasi yang bagus dan respon

yang cepat.

1.2 MAKSUD DAN TUJUAN

Adapun maksud dan tujuan dari praktikum ini adalah :

1. Memahami rangkaian dasar DC chopper (buck).

2. Mampu menghitung kapasitas masing-masing komponen DC chopper.

3. Menganalisa Daya output, VI dan I keluaran DC chopper.

1.3 PEMBATASAN MASALAH

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka perlu membatasi

masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalahnya adalah :

1. Data-data yang diperlukan diperoleh dari data praktikum dan simulasi DC

chopper.

1

DC Chopper

BAB II

TEORI DASAR

2.1 TEORI PERCOBAAN

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.

Gambar 1.Diagram DC Chopper

2

DC Chopper

Gambar 2.Rangkaian DC converter sederhana

Gambar 3.Tegangan keluaran DC konverter

Cara yang digunakan dalam pengaturan output tegangan dengan

memberikan frekuensi tetap ton-toff switching(dengan frekuensi tetap waktu

periode T =(t on + t off) dan mengatur durasi on pada switch untuk pengaturan

3

DC Chopper

tegangan keluaran. Cara ini dinamakan Pulse Width Modulation (PWM) switch

dengan duty ratio D, didefinisikan sebagai ratio dari durasi waktu periode.

Dc to Dc Convertion Pada frekuensi konstan PWM, pengaturan switch

sinyal terdiri dari pengaturan on off dihasilkan dengan membandingkan

pengaturan level sinyal tegangan Vcontrol dengan bentuk gelombang gergaji

yang ditunjukkan pada gambar. Frekuensi ini akan tetap konstan di bawah

pengaturan PWM dan berkisar beberapa kilohertz hingga ratusan kilohertz.

Gambar 4. Blok diagram PWM

Gambar 5. Comparator Signal PWM

4

DC Chopper

2.2 DC Chopper Buck (Step Down Converter)

Buck converter merupakan salah satu bentuk converter dimana tegangan

output dihasilkan dengan menurunkan tegangan input. Keuntungan pada

konfigurasi Buck antara lain adalah efisiensi yang tinggi, rangkaiannya

sederhana, tidak memerlukan transformer, tingkatan stress pada komponen

switch yang rendah, riak (ripple) pada tegangan keluaran juga rendah sehingga

penyaring atau filter yang dibutuhkan pun relatif kecil. Kekurangan yang

ditemukan misalnya adalah tidak adanya isolasi antara masukan dan keluaran,

hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkat ripple yang tinggi pada arus

masukan. Metoda Buck sering digunakan pada aplikasi yang membutuhkan

sistem yang berukuran kecil.

Gambar 6. Rangkaian DC chopper buck

Sesuai dengan rangkaiannya, buck converter dibagi menjadi 2 bagian ketika

beroperasi.

1. Pada saat transistor S tertutup pada t=0 arus masukkan melewati filter induktor

L, filter kapasitor C dan beban R.

Pada tegangan induktor, Gambar 5 menunjukan rangkaian ketika Switch S Ditutup

Pada tegangan rangkaian induktor

5

DC Chopper

Gambar 7. Rangkaian DC chopper buck ketika S ditutup

Gambar 8. Grafik tegangan dan arus pada induktor

1. Menyebabkan kenaikan sacara linier pada arus induktor. Pada saat

transistor S terbuka pada t=t1 dioda D mengkonduksikan energi yang tersimpan

6

DC Chopper

pada L kemudian diteruskan ke C dan D, arus induktor akan terus menurun hingga

S menutup kembali pada cycle selanjutnya .Rangkaian nya ditunjukkan :

Gambar 9. Rangkaian ketika switch S terbuka

Tegangan dan Arus Pada Induktor Menyebabkan arus mengalir melewati dioda.

Ditunjukkan pada gambar 8.

Gambar 10. Grafik tegangan dan arus pada induktor

7

DC Chopper

Gambar 11. Grafik arus pada induktor

2.3 DC Chopper Boost

Konfigurasi DC chopper BOOST digunakan sebagai penaik tegangan. Jika

tegangan keluaran yang dinginkan lebih besar dari tegangan masukan, maka

rangkaian Boost dapat dipakai. Topologi Boost terlihat pada Gambar 10. Pada

operasi CCM (Continuous Conduction Mode) , tegangan keluaran dan

tegangan masukan diekspresikan seperti:

Gambar 12. Pengubah boost

Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa transformer

dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Namun juga Boost tidak

memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang

8

DC Chopper

dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi pada tegangan keluaran. Aplikasi

Boost mencakup misalnya untuk perbaikan faktor daya (Power Factor), dan

untuk penaikan tegangan pada baterai.

2.4 Tegangan Ripple Keluaran

Gambar 13. Rangkaian dan grafik arus keluaran

Dari rangkaian dan grafik arus keluaran didapatkan rumus :

Sehingga didapatkan rumus ripple :

9

DC Chopper

2.5 Operasi Discontinous Current

Gambar 14. Rangkaian Pack Konverter

Rangkaian Pack konverter dengan tegangan induktor rata-rata adalah nol,

dengan persamaan :

10

DC Chopper

Gambar 15. Tegangan Pada Discountinous Mode

Tegangan Pada Discontinous Mode Rata-rata arus keluaran induktor sama

dengan arus resistor (karena rata-rata arus kapasitor adalah nol). Persamaan

adalah :

11

DC Chopper

BAB III

LANDASAN TEORI

3.1 ALAT-ALAT PRAKTIKUM

1. Sumber DC.

2. Dioda.

3. MOSFET.

4. Ampere meter.

5. Volt meter.

6. Kapasitor.

7. Induktor

8. Laptop.

3.2 PROSEDUR PERCOBAAN

Buatlah Rangkaian seperti di bawah ini :

a. DC chopper BUCK

Gambar 16. Rangkaian Percobaan BUCK

12

DC Chopper

b. DC Chopper BOOST

Gambar 17. Rangkaian Percobaan BOOST

3.3 DATA DAN HASIL PENGAMATAN

Tabel 1. Hasil Pengamatan

NODuty Cycle

DC Chopper BUCK DC chopper BOOSTVo IL Po Vo IL Po

1 20% 5,93954 0,365976 2,17372 4,15018 4,15018 17,22399 2 40% 5,94612 0,351799 2,09183 8,19003 2,27025 18,59342 3 50% 5,89839 0,302651 1,78515 5,69037 4,70163 26,75401 4 70% 5,86544 0,318967 1,87088 4,72543 4,72543 22,3296 5 80% 4,13272 0,695682 2,87505 6,68439 2,21028 14,7744 6 90% 5,99644 0,313121 1,87762 8,21767 6,5225 53,5997

13

DC Chopper

Hasil Simulasi DC chopper BUCK

• Duty Cycle 20%

14

DC Chopper

Gambar 18. Duty cycle 20% (BUCK)

• Duty Cycle 40%

Gambar 19. Duty cycle 40% (BUCK)

15

DC Chopper

• Duty Cycle 50%

Gambar 20. Duty cycle 50% (BUCK)

16

DC Chopper

• Duty Cycle 70%

17

DC Chopper

Gambar 21. Duty cycle 70% (BUCK)

• Duty Cycle 80%

Gambar 22. Duty cycle 80% (BUCK)

18

DC Chopper

• Duty Cycle 90%

Gambar 23. Duty cycle 90% (BUCK)

19

DC Chopper

Hasil Simulasi DC chopper BOOST

• Duty Cycle 20%

20

DC Chopper

Gambar 24. Duty cycle 20% (BOOST)

• Duty Cycle 40%

Gambar 25. Duty Cycle 40% (BOOST)

21

DC Chopper

• Duty Cycle 50%

22

DC Chopper

Gambar 26. Duty cycle 50% (BOOST)

• Duty Cycle 70%

23

DC Chopper

Gambar 27. Duty cycle 70% (BOOST)

• Duty Cycle 80%

Gambar 28. Duty cycle 80% (BOOST)

24

DC Chopper

• Duty Cycle 90%

25

DC Chopper

Gambar 29. Duty cycle 90% (BOOST)

26