Abstrak—Artikel ini mengusulkan sebuah

rancangan inverter satu fasa yang akan di rancang

untuk mengubah tegangan sumber 12 Vdc agar

dapat menghasilkan tegangan keluaran sinusoidal

220Vac 50Hz. Inverter ini di desain untuk

mengkonversikan tegangan Direct Current (DC)

yang dihasilkan oleh baterai penyimpanan yang

berasal dari produk K-POWERS menjadi tegangan

Alternating Current (AC) yang akan diaplikasikan

untuk menggantikan peran PLN sebagai emergency

power pada saat terjadinya pemadaman atau

gangguan dari PLN saat sedang tidak dapat

mengaliri listrik. Dalam perancangannya, inverter

didesain dengan menggunakan 2 stage atau 2

langkah, yaitu Switching High Frequency (SHF)

sebagai sistem untuk menaikkan tegangan

masukan dan Sinusoidal Pulse Width Modulation

(SPWM) sebagai sistem penghasil sinyal keluaran

berupa pure sine wave atau gelombang sinus murni.

Selanjutnya, kedua langkah tersebut memiliki

drivernya masing-masing. Pada stage 1 (SHF),

driver sistem pensaklaran menggunakan Arduino

Pro Mini kemudian pada stage 2 (SPWM)

menggunakan modul EGS002 sebagai drivernya.

Dalam pengujiannya inverter akan

menghubungkan baterai dari produk K-POWERS

terhadap beban, seperti charger handphone, lampu

pijar, kipas angin, dan solder. Hasil dari

implementasi inverter yang telah didesain bekerja

dengan baik dan parameter nilai yang diukur

mendekati hasil nilai set poin yang diinginkan pada

bagian bagian yang telah dirancang. Keywords—Inverter DC-DC-AC, SHF, SPWM,

Arduino

I. PENDAHULUAN

Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dengan

seiring perkembangan zaman dan teknologi, serta

semakin menipisnya cadangan minyak bumi,

menyebabkan manusia untuk terus menciptakan dan

mencari sumber energi terbarukan untuk memenuhi

kebutuhan energi listrik. Konsumsi kebutuhan sumber

energi listrik di dunia pada umumnya terus meningkat

seiring bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan

ekonomi, dan penggunaan pola konsumsi yang terus

meningkat [1]. Energi terbarukan dapat diartikan

sebagai energi yang secara cepat dapat diproduksi

kembali melalui proses alam, diantaranya meliputi

energi angin, energi matahari, serta energi air. Dalam

pemanfaatannya, dalam skala kecil energi tersebut

dapat menghasilkan listrik yang dapat disimpan ke

dalam suatu penyimpanan seperti baterai. Energi listrik

yang tersimpan didalam baterai tersebut dapat

digunakan sebagai sumber energi listrik alternatif

untuk memenuhi kebutuhan perangkat elektronika

manusia saat terjadinya pemadaman atau gangguan

dari jaringan PLN yang menjadi sumber listrik utama

saat ini.

Pada umumnya sumber energi listrik yang

digunakan saat ini adalah sumber listrik tegangan arus

bolak balik sedangkan baterai memiliki tegangan arus

searah ,sehingga diperlukan suatu alat yang dapat

mengkonversinya [2]. Inverter akan dimanfaatkan

untuk mengkonversi tegangan penyimpanan yang

terdapat pada baterai menjadi keluaran tegangan arus

bolak balik yang dapat dimanfaatkan sebagai

emergency power pada saat terjadinya pemadaman

atau gangguan dari PLN saat sedang tidak dapat

mengaliri listrik . Inverter yang akan di rancang pada

jurnal ini adalah inverter pure sine wave dengan dua

langkah konversi yaitu konversi tegangan rendah

12VDC menjadi tegangan tinggi 380VDC (DC-DC)

dengan metode Switching High Frequency (SHF) dan

konversi tegangan tinggi 380VDC menjadi tegangan

sinusoidal murni 220VAC 50Hz (DC-AC) dengan

metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM).

Pada perancangan ini inverter pure sine wave yang

akan diimplementasikan diharapkan dapat menyalakan

beban linier dan beban non-linier.

II. LANDASAN TEORI

A. Inverter

Rangkaian inverter terdiri dari tiga bagian, bagian

pertama adalah sebuah rangkaian yang terbentuk dari

rangkaian konverter yang mengubah sumber tegangan

bolakbalik jala-jala menjadi tegangan searah dan

menghilangkan riak pada keluaran tegangan searah ini.

Bagian kedua adalah rangkaian inverter yang

mengubah tegangan searah menjadi tegangan bolak-

balik satu fasa dengan frekuensi beragam. Kedua

rangkaian ini disebut rangkaian utama. Bagian yang

ketiga adalah sebuah rangkaian kontrol berfungsi

sebagai pengendali rangkaian utama. Gabungan

keseluruhan rangkaian ini disebut unit inverter [3].

Inverter pada umumnya dapat mengkonversi

tegangan arus searah menjadi tegangan arus bolak

Desain dan Implementasi Inverter DC-AC Satu Fasa dengan Metode

Switching High Frequency dan Sinusoidal Pulse Width Modulation

Muhammad Bhakti Prayoga1, Arief Syaichu Rohman2, Denny Hidayat Tri Nugroho3

1,2,3 Program Studi Teknik Elektro Institut Teknologi Sumatera, Lampung

Email: muhamad.13116100@student.itera.ac.id1, arief@stei.itb.ac.id2, denny.nugroho@el.itera.ac.id3

balik dengan beberapa keluaran bentuk gelombang

yaitu berupa gelombang kotak, gelombang kotak

modifikasi, dan gelombang sinusoidal murni.

Gelombang kotak atau bisa disebut square sine wave

inverter yaitu pada jenis ini tegangan luarannya

berbentuk kotak yang simeteri terhadap ground.

Bentuk ini sangat tidak cocok untuk beban-beban yang

bersifat induktif semisal mesin-mesin listrik.

Kemudian gelombang kotak modifikasi modified sine

wave inverter yaitu pada jenis ini tegangan luarannya

berbentuk kotak yang telah dimodifikasi, dimana

antara bagian tegangan kotak positip dan kotak negatip

diberi jeda waktu tertentu. Bentuk luaran ini sudah bisa

digunakan pada beban induktif/ kumparan tetapi

dengan kerugian daya yang besar. Setelah itu yang

terakhir adalah gelombang sinusoidal murni atau pure

sine wave inverter yaitu pada jenis ini tegangan

luarannya berbentuk Sinusoida murni seperti yang

dihasilkan oleh tegangan jala-jala PLN. [4]

Gambar 1 Bentuk-bentuk gelombang

keluaran inverter [4]

B. Metode Switching High Frequency

Metode Switching High Frequency (SHF) adalah

sebuah metode pensaklaran pada suatu rangkaian

elektronika dengan frekuensi tinggi yang dapat

dikendalikan. Salah satu implentasi dari metode SHF

diantaranya yaitu DC-DC konverter. DC-DC konverter

terdiri dari beberapa macam, diantaranya adalah buck

converter, boost converter, dan gabungan dari

keduanya yaitu buck boost converter. Pada

perancangan inventer pada jurnal ini, rangkaian yang

digunakan adalah DC-DC boost converter untuk

menaikkan tegangan rendah ke tegangan tinggi. Dalam

perancangannya DC-DC ini menggunakan prinsip

kerja push pull. Prinsip kerja dari rangkaian push pull

adalah melakukan pensaklaran dengan cara membuka

dan menutup saklar yang akan mengaliri aliran arus

listrik tegangan rendah menuju trafo secara bergantian

sehingga menghasilkan tegangan tinggi. DC-DC boost

converter juga merupakan konverter yang digunakan

untuk memberikan tegangan keluaran yang lebih tinggi

dari tegangan masukkan yang lebih rendah dengan

dikendalikan oleh sinyal kontrol berupa sinyal Pulse

Width Modulation (PWM) [5]. Tegangan keluaran dari

rangkaian SHF dapat bernilai tetap ataupun berubah-

ubah tergantung variabel tegangan masukan DC [6].

Oleh karena itu, rangkaian ini menghasilkan tegangan

AC yang besar amplitudanya tergantung pada masukan

tegangan DC dan rasio belitan trafo dengan frekuensi

tinggi [7].

Berdasarkan Gambar 2, dengan menutup S2 dan

membiarkan S1 terbuka, maka arus yang mengalir ke

trafo adalah I2. Sedangkan dengan menutup S1 dan

membiarkan S2 terbuka, maka arus yang mengalir ke

trafo adalah I1.

Gambar 2 Prinsip Kerja Rangkaian Push Pull

Dengan melakukan cara tersebut berulang ulang, maka

akan terjadi pensaklaran secara bergantian yang akan

menghasilkan tegangan tinggi bolak balik pada

keluaran trafo step up. Untuk melakukan pensaklaran

agar dapat mengubah tegangan 12VDC menjadi

380VDC, maka dibutuhkan komponen sebagai berikut.

1) Driver Switching

Untuk melakukan pensaklaran pada rangkaian,

maka dibutuhkan driver switching sebagai

pengendali pensaklaran untuk mengatur arus yang

masuk ke trafo secara bergantian melalui S1 dan S2.

Driver Switching yang digunakan adalah Arduino

Pro Mini. Arduino didefinisikan sebagai sebuah

platform electronic open source, berbasis pada

software dan hardware yang fleksibel dan mudah

digunakan. Nama Arduino juga tidak hanya dipakai

untuk menamai board rangkaiannya saja, tetapi juga

untuk menamai bahasa dan software

pemrogramannya atau IDE [8]. Kemudian dalam

melakukan pensaklaran, driver membutuhkan

rangkaian gate driver sebagai jembatan penghubung

terhadap saklar. Komponen yang digunakan adalah

ICL293D. IC akan berfungsi sebagai jembatan

penghubung antara mikrokontroler terhadap

MOSFET yang akan di drive. IC tersebut akan

mengubah tegangan keluaran switching yang berasal

dari mikrokontroler supaya menjadi lebih besar untuk

menaikan tegangan VGS pada MOSFET untuk dapat

melakukan switching.

2) Komponen Switching

Komponen yang digunakan untuk pensaklaran

sebagai S1 dan S2 adalah MOSFET. MOSFET

adalah kependekan dari Metal Oxide Semiconductor

Field Effect Transistor yang merupakan jenis

transistor yang menjadi komponen inti dari sebuah IC

(Integrated Circuit). MOSFET atau Metal Oxide

Semiconductor Field Effect Transistor juga

merupakan sebuah perangkat semikonduktor yang

secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai

penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET

memiliki empat gerbang terminal atau elektroda

antara lain yaitu terminal Source (S), Gate (G), Drain

(D) dan Body (B). Terminal atau Elektroda Gerbang

MOSFET adalah sepotong logam yang

permukaannya dioksidasi. Lapisan oksidasi ini

berfungsi untuk menghambat aliran listrik antara

Terminal Gerbang (Gate) dengan Salurannya

(Source - Drain). Oleh karena itu, MOSFET sering

juga disebut dengan nama Insulated-Gate FET

(IGFET).

Dengan menggunakan MOSFET sebagai saklar,

maka rangkaian elektronik tersebut akan terhubung

dengan semua jenis gerbang logika (Logic Gate).

Selain itu, MOSFET mampu mengendalikan beban

arus yang tinggi dan biayanya relatif lebih murah

dibandingkan transistor bipolar. Jika ingin membuat

MOSFET sebagai saklar, maka kita hanya harus

mengkonfigurasinya dalam kondisi saturasi (ON)

dan cut-off (OFF). [9]

3) Transformer

Transformator atau transformer merupakan satu-

satunya alat yang dapat dipergunakan untuk

menaikkan tegangan (step-up) dan menurunkan

tegangan (step-down). Prinsip kerja dari alat ini

sepenuhnya menggunakan peristiwa induksi. Gaya

gerak listrik (ggl) dapat dibangkitkan di dalam

sebuah kumparan, jika kumparan pembawa arus

ditempatkan di dekatnya. Peristiwa ini dinamakan

induksi timbal balik. Terjadinya induksi timbal balik

disebabkan oleh adanya perubahan medan magnit.

Bila saklar dihubungkan, kumparan pembawa arus

sebagai kumparan primer segera menginduksi diri

lewat medan maknit yang terbentuk. Selanjutnya arus

induksi tersebut diterima oleh kumparan penerima

arus induksi sebagai kumparan sekunder. [10]

Transformator yang digunakan pada rangkaian

SHF ini adalah transformator inti ferit yang bekerja

pada frekuensi tinggi. Transformator ferit yang

digunakan adalah transformator dengan tipe EE42

dengan spesifikasi input lilitan primer CT 12-0-12 (

0-3 lilitan) dan output lilitan skunder dengan variasi

220V (0-55 lilit), 380V (0-95 lilit), dan 18V (0-5

lilitan). Transformator EE42 dipilih karena

spesifikasi yang sesuai dengan rancangan rangkaian

SHF yaitu menaikkan tegangan 12V ke 380V. Untuk

mendapatkan tegangan output yang tepat digunakan

rumus pada persamaan (1) [11]. Sedangkan untuk

menentukan perioda switching yang digunakan

adalah dengan menggunakan persamaan (2) dan

3[12].

𝑉𝑜 = 2 × 𝑉𝑆 ×𝑁𝑆

𝑁𝑝 × 𝐷..........(1)

𝑁𝑝 =𝑉𝑖𝑛 ×108

4×𝑓𝑠𝑤𝑖𝑡𝑐ℎ ×𝐵𝑚𝑎𝑥 ×𝐴𝐶 ..........(2)

4) Rectifier

Rectifier adalah rangkaian penyearah, rangkaian ini

akan menyearahkan tegangan bolak balik AC

menjadi teganan searah DC. Komponen utama

didalam rangkaian ini adalah dioda jembatan penuh /

full bridge sebagai penyearah dan kapasitor sebagai

filter. Dioda yang digunakan pada rangkaian rectifier

adalah fast recovery diode yaitu dioda yang

digunakan untuk fast switching atau pensaklaran

frekuensi tinggi, sedangkan kapasitor yang

digunakan sebagai filter adalah kapasitor tegangan

tinggi pada range 400V.

5) Rangkai an Feedback Output

Rangkaian ini adalah rangkaian yang terhubung ke

output 380VDC pada rangkaian rectifier, rangkaian

ini adalah rangkain pembagi tegangan untuk

memberikan umpan balik terhadap driver

pensaklaran supaya dapat mempertahankan tegangan

output stabil pada 380VDC. Berikut adalah bentuk

rangkaian dan persamaan yang digunakan.

𝑅𝑃= 𝑅15//𝑅16= 𝑅15 × 𝑅16

𝑅15 + 𝑅16 .................(3)

𝑉𝑓𝑏 =𝑅𝑝

𝑅14 + 𝑅𝑝 × 380𝑉 .................(4)

Gambar 3 Rangkaian Pembagi Tegangan

Berdasarkan Gambar 3 didapatkan persamaan (3)

dan (4) untuk mendapatkan nilai tegangan umpan

balik sebagai set point pada mikrokontroler supaya

tegangan keluaran rectifier tetap pada set poin

tegangan 380VDC.

C. Metode Sinusoidal Pulse Width Modulation

Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM) adalah

salah satu teknik pensaklaran yang menghasilkan

bentuk gelombang keluaran inverter dengan

karakteristik mendekati sinusoidal. [13] Secara umum

PWM adalah sebuah cara untuk memanipulasi lebar

sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu

perioda untuk mendapatkan tegangan rata rata yang

berbeda [14]. Prinsip yang digunakan adalah dengan

menggunakan rangkaian full bridge, yaitu rangkaian

dasar untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan

AC. Tegangan keluaran AC dapat dikendalikan dengan

mengatur urutan pengaktifan saklar dan pemutusan

saklar yang mendapatkan sumber tegangan DC.

Tegangan keluaran pada rangkaian tersebut dapat

berupa +Vdc, -Vdc, atau 0V tergantung pada

pengaktifan saklar.

Berdasarkan Gambar 4 untuk S1 dan S4 tidak

diharuskan tertutup secara bersamaan, demikian juga

S2 dan S3 karena akan berakibat hubung singkat pada

sumber DC. Pada kenyataanya saklar yang sebenarnya

tidak dapat dihidupkan dan dimatikan secara seketika.

Oleh karenanya, waktu transisi pensaklaran harus

diperhitungkan dalam pengendalian saklarnya. Setiap

kali terjadi overlap pada saklar konduksi akan

mengakibatkan hubung singkat pada rangkaian,

kadang-kadang disebut juga dengan gangguan

"shootthrough" pada tegangan sumber DC. Untuk

membuat rangkaian H-bridge, komponen yang akan

digunakan adalah sebagai berikut.

Gambar 4 Rangkaian H-bridge

1) Driver Switching

Pengendali pensaklaran yang digunakan untuk

mengendalikan S1, S2, S3, dan S4 pada rangkaian

full bridge pada Gambar 8 yaitu menggunakan driver

dengan modul EGS002. EGS002 adalah modul

driver khusus untuk inverter sinusoidal satu fasa.

Modul ini menggunakan IC EG8010 sebagai kontrol

utama dan IC IR2113S sebagai jembatan kontrol

utama terhadap saklar. Modul ini terintegrasi fungsi

proteksi tegangan, arus, dan temperatur dengan

indikator led dan kontrol kipas. Modul EGS002 juga

mengintegrasikan logika pencegahan konduksi silang

meningkatkan kemampuan anti-interferensi, dan

antarmuka tampilan LCD untuk kenyamanan

pengguna dalam menggunakan fungsi tampilan

bawaan chip. EG8010 adalah inverter gelombang

sinus murni digital ASIC (Application Specific

Integrated Circuit) dengan fungsi lengkap dari

kontrol waktu mati built-in. Ini berlaku untuk

konverter daya dua tahap DC DC-AC sistem atau

sistem transformator frekuensi daya rendah satu

tahap DC-AC untuk meningkatkan. EG8010 bisa

mencapai gelombang sinus murni 50 / 60Hz dengan

akurasi tinggi, harmonik rendah dan distorsi oleh

eksternal Osilator kristal 12MHz. EG8010 adalah IC

CMOS yang mengintegrasikan generator sinusoid

SPWM, dead time kontrol, pembagi jarak, sirkuit

mulai lunak, perlindungan sirkuit, komunikasi serial

RS232, 12832 unit LCD serial, dan lain-lain [15].

2) Komponen Switching

Komponen pensaklaran yang digunakan pada S1,

S2, S3, dan S4 adalah menggunakan MOSFET.

MOSFET yang digunakan harus melebihi range

tegangan sumber DC yang diterima, agar

menghindari terjadinya kerusakan komponen akibat

overshoot saat melakukan switching [16]. Perlu

diketahui bahwa overshoot merupakan efek

sementara yang terjadi pada MOSFET karena bagian

gate (gerbang) yang terkena muatan secara instan.

Biasanya hal ini terjadi pada saat reverse recovery

(pemulihan terbalik) pada dioda dalam bentuk

kecepatan arus, dimana pada saat ini arus balik

bersama arus beban menuju ke bagian bawah Field

Effect Transistor (FET) sehingga terjadi overshoot

arus. Selanjutnya terjadinya induksi menyimpang

pada sirkuit yang berujung pada overshoot tegangan

yang besar. Akan tetapi, adanya overshoot ini perlu

dihindari karena dapat menyebabkan berkurangnya

efisiensi energy secara keseluruhan karena hilangnya

daya pada switching, bahkan dapat berbahaya

terhadap perangkat dan sirkuit elektronik [17].

3) Rangkaian LPF

Rangkian LPF yang akan digunakan bertujuan

untuk membuat frekuensi cut off 50Hz, komponen

LPF yang digunakan adalah induktor dan kapasitor

yaitu LC dengan nilai 3.3mH dan 2,2uF. Selain itu

filter LC digunakan sebagai sirkuit resonansi yaitu

peredam (pereduksi) harmonisa pada suatu rangkaian

sehingga didapatkan bentuk sinyal yang lebih smooth

(bagus atau halus) [13].

III. METODOLOGI

Dengan perancangannya, inverter akan dirancang

dengan menggunakan persamaan yang telah didapat

kemudian menentukan komponen dan implementasi

alat, setelah itu dilakukan pengujian alat inverter

terhadap beban. Berikut ini langkah yang dilakukan

dalam melakukan perancangan inverter.

Gambar 5 Metode Penelitian yang Digunakan

A. Diagram Blok

Diagram blok sistem pada inverter akan terbagi

menjadi beberapa bagian yaitu sumber tegangan DC,

rangkaian SHF, rangkaian SPWM, dan rangkaian

LPF. Diagram blok dapat dilihat pada Gambar 6.

Inverter akan menerima sumber tegangan DC yang

berasal dari baterai kemudian tegangan tersebut akan

menuju rangkaian SHF yang didalamnya terdapat

mikrokontroler yang akan melakukan pensaklaran

atau switching terhadap MOSFET yang terhubung ke

transformator step up, kemudian hasil tegangan step

up tersebut akan disearahkan oleh rangkaian rectifier.

Tegangan tinggi dari transformator yang telah

disearahkan akan digunakan sebagai sumber tegangan

DC, kemudian tegangan DC tersebut akan diubah

menjadi keluaran tegangan AC oleh rangkaian SPWM

dengan kontrol pensaklaran dari driver SPWM .

Setelah itu keluaran tegangan AC tersebut akan

dilewati ke rangkaian LPF untuk mendapatkan

frekuensi cut off yang telah ditentukan.

BATERAI

DRIVER KONVERTER DC-DC

(SHF)KONVERTER DC-DC

(SPWM)DC-AC CONVERTER

LOW PASS FILTER BEBAN

Tegangan5VDC

Sinyal Switching

Sumber Tegangan DC 12V

Tegangan 380VDC

DRIVER KONVERTER DC-AC

Tegangan 220VAC

Tegangan 220VAC 50Hz

Feedback Tegangan Keluaran Konverter DC-DC

Feedback Tegangan Keluaran

DC-AC

Sinyal Switching

Penstabil TeganganTegangan

12VDC

Tegangan 18VDC

Gambar 6 Diagram Blok Sistem Inverter

B. Cara Kerja Alat

1) Prinsip Kerja Rangkaian

Prinsip kerja dari sistem inverter yang dirancang

akan menggunakan dua langkah atau 2 stage

converter. Stage 1 pada sistem inverter adalah

rangkaian Switching High Frequency (SHF) dan

stage 2 pada sistem inverter adalah rangkaian

Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM).

Rangkaian SHF akan mengubah sumber tegangan

12VDC yang berasal dari baterai menjadi tegangan

tinggi 380VDC. Kemudian tegangan tinggi

380VDC tersebut akan diolah rangkaian SPWM

sehingga menjadi tegangan sinusoidal murni

220VAC 50Hz.

2) Stage 1 (Rangkaian SHF)

Rangkaian SHF yang dirancang melakukan

switching pada frekuensi 20KHz oleh Arduino Pro

Mini sebagai pembangkit PWM, kemudian sinyal

PWM tersebut akan diarahkan ke IC L293D

sebagai jembatan penghubung terhadap pin gate

pada MOSFET, setelah pin gate pada MOSFET

mendapatkan frekuensi switching, maka MOSFET

akan menghubungkan pin drain to source sehingga

tegangan dari baterai akan melewati lilitan

transformator. Switching dilakukan terus menerus

secara bergantian dengan metode push pull

terhadap kedua MOSFET sehingga menghasilkan

tegangan 380VAC square wave pada keluaran

transformator. Tegangan 380VAC square wave

tersebut kemudian diubah menjadi tegangan DC

oleh rangkaian rectifier dengan menggunakan

dioda frekuensi tinggi dan kapasitor filter. Setelah

rangkaian rectifier menghasilkan tegangan

380VDC, output tegangan tersebut akan

dihubungkan ke rangkaian pembagi tegangan

dengan nilai set point 1,32VDC sebagai umpan

balik terhadap Arduino Pro Mini agar tetap

menjaga tegangan tetap stabil di 380VDC.

Skematik rancangan pada bagian SHF dapat dilihat

pada Gambar 7 dan 8.

.

Gambar 7 Skematik Driver SHF

Gambar 8 Skematik Rangkaian SHF

3) Stage 2 (Rangkaian SPWM)

Rangkaian SPWM yang dirancang menggunakan

prinsip rangkaian dasar full bridge. Empat unit

MOSFET yang diumpamakan menjadi 4 unit saklar

berdasarkan Gambar 4 tersebut akan dikendalikan

oleh driver EGS002. Driver EGS002 akan

mendapatkan sumber tegangan dari Vaux atau

output tegangan tambahan yang berasal dari

transformator stage 1. Dalam pengoperasiannya,

EGS002 memiliki beberapa proteksi yaitu

overcurrent (lampu indikator berkedip 2 kali) akan

terjadi apabila pin umpan balik arus pada rangkaian

melebihi tegangan 0.5V , overvoltage (lampu

indikator berkedip 3 kali) akan terjadi apabila

tegangan umpan balik pada rangkaian jauh

melebihi 3V, undervoltage (lampu indikator

berkedip 4 kali) akan terjadi apabila tegangan

umpan balik pada rangkaian jauh dibawah 3V, dan

overtemperature (lampu indikator berkedip 5 kali)

apabila tegangan umpan balik dai sensor arus

melebihi 4,3V. Skematik rancangan pada bagian

SPWM dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9 Skematik Rangkaian SPWM

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Impelementasi Inverter

Rancangan inverter yang telah dibuat memiliki

dimensi ukuran dengan panjang 16 cm, lebar 11 cm dan

tinggi 5 cm. Pada tabel 4.1 dapat dilihat bentuk fisik

inverter yang telah buat pada Tabel.1 dan Gambar 10.

Tabel 1. Bentuk fisik sistem inverter bagian luar

Tampak Depan Tampak Belakang

Gambar 10 Bentuk sistem inverter bagian dalam

Dari sisi bagian depan terdapat terminal tegangan

output VAC dan juga tampilan berupa lcd dengan

parameter nilai tegangan output, arus output, frekuensi

output dan nilai suhu pada bagian dalam inverter.

Sedangkan dari sisi bagian belakang, terdapat lubang

udara dari kipas internal didalam inveter, kemudian

soket input dari baterai serta saklar on/off untuk

mengatifkan dan mematikan inverter.

B. Pengujian dan Pembahasan

1) Pengujian Rangkaian Switching High

Frequency

Pengujian rangkaian SHF dilakukan dengan

beberapa tahap, yaitu meninjau sinyal frekuensi

switching dan tegangan keluaran dari Arduino,

pengukuran keluaran dari IC L293D, bentuk

gelombang pada switching MOSFET dan

pengukuran keluaran transformator. Berikut adalah

gambar hasil pengujian pada rangkaian SHF.

Gambar 11 Gelombang keluaran 21,25 KHz

hasil switching Arduino

Gambar 12 Gelombang keluaran 21,25 KHz

ICL293D

Pada Gambar 7, terlihat bentuk gelombang

kotak hasil switching oleh Arduino Pro Mini

dengan frekuensi pensaklaran 21,25 KHz. Hasil

tegangan puncak yang didapat pada sinyal adalah

8,80Vpp dan 8,40Vpp. Hasil tegangan vpp yang

dididapat ternyata lebih dari 5V yang seharusnya

dikeluarkan oleh output maksimal dari

mikrokontroler, hal ini karena terjadinya leaking

curent atau kebocoran arus yang diakibatkan oleh

induktansi pada lilitan primer transformator [18].

Kemudian pada Gambar 8 gelombang keluaran

yang terukur memiliki frekuensi 21,25 KHz dan

tegangan yang dihasilkan menjadi dua kali lipat

dari inputan yang berasal dari mikrokontroler,

akan tetapi pada osiloskop terbaca teganganya

hampir tiga kali lipat yaitu sebesar 15,6 vpp pada

kedua titik, hal ini disebabkan oleh leaking

current atau kebocoran arus [18].

Gambar 13 Gelombang keluaran transformator

Gambar 9 adalah bentuk gelombang keluaran

transformator sebelum masuk ke rangkaian

rectifier. Pengukuran dilakukan dengan

menggunakan rangkaian pembagi tegangan

dengan nilai perbandingan 1:10 terhadap keluaran

380V menjadi 38V, karena pengukuran

spesifikasi oscilloscope RIGOL DS1102D

memiliki batas ukur maksimum 100V [19].

2) Pengujian Rangkaian Sinusoidal Pulse Width

Modulation

Pengujian rangkaian SPWM yang dilakukan

yaitu mengukur sumber tegangan DC masukan

untuk modul EGS002 yang berasal dari tegangan

Vaux atau tegangan keluaran tambahan pada

stage 1. Pada pengujian tegangan sumber untuk

suplai driver EGS002 tegangan yang didapat

pada Vaux adalah 17,4VDC kemudian tegangan

keluaran IC LM7812 adalah 12,1VDC dan

tegangan keluaran IC LM7805 adalah 5,0VDC.

Setelah melakukan pengujian pada driver

EGS002, pengujian lain yang dilakukan adalah

melakukan pengukuran terhadap keluaran

rangkaian SPWM yang telah melewati filter LC.

Hasil pengukuran menunjukan bahwa keluaran

inverter memiliki gelombang keluaran sinusoidal

murni 219,9VAC dengan menggunakan

multimeter Sanwa Digital CD800a [20] dan

keluaran frekuensi sebesar 50Hz dengan

menggunakan Oscilloscope RIGOL DS1102D .

Bentuk gelombang dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 14 Bentuk gelombang keluaran

Inverter

3) Pengujian Beban Inverter

Dalam pengujiannya, inverter ini akan diuji

menggunakan beban lampu pijar, kipas angin,

charger handphone, charger laptop dan charger

baterai. Pengujian dilakukan menggunakan

dengan input tegangan sumber 12V.

Tabel 2. Hasil Pengujian Beban Inverter

Beban

Input Output

Efisiensi Tegangan (V) Arus (A)

Daya Input

(W) Tegangan (V) Arus (A)

Daya Output

(W)

Tanpa beban 11,9 1,48 17,612 209 0 0 0

Charger HP

beban pengisian

HP

10,9 5,47 59,623 219 0,15 32,85 55,09%

Charger HP

beban

pengisian

modul

charger

baterai 1A

11,5 2,67 30,705 219 0,06 13,14 42,79 %

Charger HP

beban

pengisian

modul

charger

baterai 2A

11,5 2,83 32,545 219 0,07 15,33 47,10%

Charger

laptop

beban pengisian

laptop

10,2 8,85 90,27 219 0,31 67,89 75,20 %

Beban

lampu pijar 11,5 9,8 112,7 219 0,34 74,46 66,06 %

Beban kipas angin

Kecepatan

1

10,2 8,26 84,252 207 0,24 49,68 58,96 %

Beban kipas

angin

Kecepatan

2

10,2 8,43 85,986 196 0,25 49 56,98 %

Beban kipas

angin

Kecepatan

3

10,1 8,92 90,092 184 0,27 49,68 55,14 %

Berdasarkan Tabel 2, Inverter diuji dengan

menggunakan beberapa variasi beban seperti lampu

pijar, kipas angin, charger handphone, charger laptop

dan charger baterai. Berdasarkan tabel hasil uji dari

daya keluaran yang dikonsumsi oleh beban terhadap

daya yang dikeluarkan oleh sumber tegangan masuk,

efisiensi yang dihasilkan memiliki range 42,79%

sampai 75% atau memiliki rugi rugi daya dengan range

minimum17,612 W sampai maksimum 48,412 W.

Pada pengujian beban seperti charger handphone,

charger laptop dan charger baterai rugi rugi daya yang

dikonsumsi tidak terlalu jauh dari range 17,612 W,

akan tetapi pada beban lampu pijar dan kipas angin,

inverter mengalami kenaikan rugi rugi daya yang

bertambah besar seiring bertambahnya daya beban.

Pada beban lampu pijar 75 W inverter memiliki rugi

rugi daya sebesar 38,24 W dengan efisiensi sebesar

66,06%, sedangkan pada beban kipas angin 55 W

inverter memiliki range rugi rugi daya dari 34,57 W

sampai 40,412 W pada level kecepatan 1 sampai 3.

Rugi rugi daya yang semakin besar apabila daya beban

yang digunakan semakin besar, hal ini disebabkan oleh

rugi rugi daya yang diserap oleh sistem inverter,

bertambahnya daya beban yang digunakan akan

mengakibatkan naiknya arus dari masukan sisi primer

transformator sehingga sebagian dayanya diubah

menjadi panas. Selain rugi rugi daya juga disebabkan

oleh MOSFET, jika MOSFET dibebani arus yang

semakin besar, maka sebagian arus tersebut akan

menjadi rugi rugi berupa panas pada MOSFET.

Berdasarkan hasil pengujian inverter terhadap beban

yang telah diimplementasikan, inverter yang telah

dirancang akan dibandingkan dengan inverter lainnya

yang telah di uji pada jurnal [21]. Perbandingan

inverter dilakukan menggunakan beban yang sama

yaitu kipas angin 55 W pada kecepatan level 1. Pada

pengujian berdasarkan inverter pure sine wave yang

telah dibuat memiliki rugi rugi daya sebesar 34,57 W,

sedangkan berdasarkan pengujian [21] kipas angin 55

W yang diuji dengan menggunakan sumber inverter

modified square wave yang ada di pasaran memiliki

rugi rugi daya sebesar 36,72 Watt sedangkan pada

pengujian inverter pure sine wave yang ada di pasaran

memiliki rugi rugi daya sebesar 35,19 Watt. Dari

perbandingan tersebut, inverter yang telah dirancang

memiliki keunggulan rugi rugi daya yang lebih kecil

dibandingkan dengan inverter yang ada dipasaran.

Selain itu pada Tabel 2 saat pengujian kipas angin

terjadi penurunan tegangan sumber yang masuk ke

kipas. Hal ini disebabkan oleh rugi rugi daya yang

diserap oleh kipas angin atau efisiensi dari motor

induksi yang terdapat pada kipas angin tersebut.

V. KESIMPULAN

Inverter yang telah dirancang pada jurnal ini

menggunakan dua langkah konversi yaitu DC-DC-AC.

Pada langkah pertama atau stage 1 (DC-DC) inverter

telah berhasil mengimplementasikan rancangan yang

dibuat. Stage 1 dapat mengubah tegangan rendah

menjadi tegangan tinggi, yaitu mengubah tegangan

input 12VDC menjadi tegangan output stabil 382VDC,

hasil output tersebut sudah mendekati set point pada

perancangan yaitu 380VDC, hal ini disebabkan oleh

nilai resistansi yang tidak ideal pada resistor di

rangkaian pembagi tegangan untuk umpan balik

terhadap mikrokontroler. Sedangkan pada langkah

kedua atau stage 2 inverter telah berhasil

mengimplentasikan rancangan yang telah dibuat 2.

Stage 2 dapat mengubah tegangan 380VDC yang

berasal dari stage 1 menjadi keluaran tegangan

mendekati 220VAC 50Hz. Dengan melakukan

pengukuran dengan multimeter SANWA, didapatkan

tegangan output pada stage 2 adalah sebesar 219,9

VAC, kemudian bentuk gelombang yang dihasilkan

oleh stage 2 setelah dilakukan pengukuran

menggunakan oscilloscope RIGOL, bentuk gelombang

yang dihasilkan adalah sinusoidal murni dengan

frekuensi 50Hz.

Selanjutnya dari percobaan inverter terhadap

beban, inverter dapat menyalakan beban lampu pijar,

kipas angin, charger handphone, charger laptop dan

charger baterai. Sedangkan rugi rugi daya berdasarkan

tabel perbandingan daya masuk dan daya keluar yang

dikonsumsi beban, inverter memiliki konsumsi daya

rata rata sebesar 17,61 W tanpa beban dan memiliki

efisiensi sebesar 66,06% pada beban lampu pijar 75W,

58,96% pada beban kipas angin, 55,09% pada beban

charger handpone, 75,20% pada beban charger laptop

dan 42,79% pada beban charger baterai. Jika dilakukan

perbandingan terhadap inverter yang ada dipasaran

dengan menggunakan beban yang sama yaitu kipas

angin 55 W, maka inverter pure sine wave yang telah

dibuat memiliki rugi rugi daya yang lebih sedikit

dibandingkan dengan inverter modified square wave

dan inverter pure sine wave yang ada dipasaran seperti

yang tertera pada junal [21]. Inverter pure sine wave

yang telah dirancang memiliki rugi rugi daya 34,57

Watt, sedangkan inverter modified square wave dan

inverter pure sine wave yang ada dipasaran memiliki

rugi rugi daya yang lebih besar yaitu 36,72 Watt dan

35,19 Watt.

REFERENSI

[1] Y. Daryanto, Kajian Potensi angin Untuk

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, Yogyakarta:

BALAI PPTAGG – UPT-LAGG , 2007.

[2] G. Widayana, "Pemanfaatan Energi Surya,"

JPTK, UNDIKSHA, Vols. 9, No.1, pp. 37-46,

2012.

[3] M. E. Corporation, "FATEC," Inverter School

Text, Inverter Practical Source, p. 211, 2006.

[4] E. M. S. N. Mohammad Luqman, "STUDI

KOMPARASI UNJUK KERJA INVERTER 12V-DC

KE 220V-AC YANG ADA DIPASARAN," ELTEK,

vol. 17, p. 98, 2019.

[5] P. Gendroyono, Sistem Penggerak Motor

Induksi dengan Beban Berubah Mengguakan

Inverter PWM Berbasis Mikrokontoler,

Pascasarjana Universitas Gajah Mada, 1999.

[6] S. P. H. Fierdaus S, Pengaruh Bentuk

Gelombang Sinus Termodifikasi (Modified

Sine Wave) Terhadap Unjuk Kerja Motor

Induksi Satu Fasa, Malang, Indonesia: Tugas

Akhir Sarjana, Universitas Brawijaya, 2011.

[7] M. Z. A. S. S Prasetya, Pemanfaatan Harmonisa

pada Beban Non Linier Sebagai Sumber Energi

Menggunakan Full Bridge Converter dan

Inverter, Surabaya: Tugas Akhir Sarjana,

Institut Teknologi Sepuluh November.

[8] M. Y. Mustar, P. I. Santos and R. Hartanto,

"PERANCANGAN MODEL INTERAKSI MANUSIA

DAN ROBOT DALAM BENTUK TAMPILAN

VISUAL PADA KOMPUTER," in Seminar

Nasional Teknologi Informasi dan Multimedia,

Yogyakarta, 2014.

[9] S. S. Hidayatullah, "belajar online," 2020.

[Online]. Available:

https://www.belajaronline.net/2020/10/pen

gertian-mosfet-dan-fungsinya.html.

[Accessed 20 10 2020].

[10] Z. Hermagasantos, "Teknik Tegangan Tinggi,"

Jakarta: PT Rosda Jayaputra, 1994.

[11] B. A. Hizrian Alnubli, "Design dan Analisis Solar

Battery Charger Berbasis Push-Pull

Converter," Jom FTEKNIK, vol. 4, p. 5, 1

Februari 2017.

[12] M. U. Markus Zehendner, "Push-Pull

Converter," in Power Topologies Handbook,

Texas Instruments, p. 133.

[13] M. M. Chowdhury, "Design and Simulation of

an Inverter with High Frequency Sinusoidal

PWM Switching Technique for Harmonic

Reduction in a Standalone/Utility Grid

Synchronized Photovoltaic System," IEEE

international Conference on Informatic,

Electronics & Vision, vol. 12, pp. 1169-1173,

2012.

[14] R. N. J. d. L. R. A. M A Muslim, "Desain Inverter

Tiga Fasa dengan Minimum Total Harmonic

Distortion Menggunakan Metode SPWM,"

Jurnal EECCIS, vol. 8, Juni 2014.

[15] E. corp, EGS002 Sinusoid Inverter Driver Board

User Manual, Datasheet.

[16] T. Instruments, Ringing Reduction Techniques

for NexFET High Perfomance MOSFETs,

Application Report, SLPA010, November 2011.

[17] F. Blaabjerg, Multiphysics Simulation by

Design for Electrical Machines, Power

Electronic and Drives, John Wiley & Sons,

2017.

[18] K. B. T. M. Abraham Pressman, Switching

Power Supply Design, Third Edition, New York

Chicago: McGraw-Hill Companies, 2001.

[19] R. UK, "Rigol DS1102D 100MHz 2-Channel

Digital Oscilloscope," [Online]. Available:

https://www.rigol-uk.co.uk/Rigol-DS4012-.

[Accessed 20 10 2020].

[20] Indoteknik, "Sanwa Multimeter Digital

CD800A," [Online]. Available:

http://indoteknik.co.id/v1/pi/multimeter-

digital-cd-800a/. [Accessed 20 Oktober 2020].

[21] R. Fierdaus, “PENGARUH BENTUK

GELOMBANG SINUS TERMODIFIKASI

(MODIFIED SINE WAVE) TERHADAP

UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI SATU

FASA,” Universitas Brawijaya, pp. 4-6.