PRAKTIKUM BOOST CONVERTER

1. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa akan dapat :

a. Mengetahui prinsip kerja boost converter.

b. Mengetahui perancangan simulink kontrol driver mosfet.

c. Mengetahui perancangan rangkaian boost converter.

d. Mengetahui pengaruh dutycycle dan penambahan beban terhadap tegangan dan arus

output boost converter.

1.2 Dasar Teori

1.2.1 DC Chopper Tipe Boost (Boost Converter)

DC Chopper Tipe Boost merupakan salah satu jenis dari DC Chopper. Rangkaian

elektronika daya ini dapat mengubah tegangan DC pada nilai tertentu menjadi tegangan DC

yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan tegangan yang lebih tinggi daripada masukannya, DC

Chopper Tipe Boost menggunakan komponen switching untuk mengatur duty cycle-nya.

Komponen switching tersebut dapat berupa thyristor, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor

Field Effect Transistor), IGBT, dll. Berikut adalah rangkaian DC Chopper Tipe Boost (Boost

Converter).

Gambar 1. Rangkaian Boost Converter

Seperti halnya DC Chopper Tipe Buck, komponen-komponen yang menyusun DC

Chopper Tipe Boost (Boost Converter) adalah sumber masukan DC, mosfet, dioda

Freewheeling, Induktor, Kapasitor, Rangkaian Kontrol (Drive Circuit), serta Beban (R).

Boost juga memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa transformer dan

tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Namun, Boost tidak memiliki isolasi antara

masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang 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.

1.2.2 Prinsip Kerja DC Chopper Tipe Boost (Boost Converter)

MOSFET yang digunakan pada rangkaian DC Chopper Tipe Boost adalah bertindak

sebagai saklar yang dapat membuka atau menutup rangkaian sehingga arus dapat

dikendalikan sesuai dengan duty cycle yang diinginkan. Berikut adalah skema secara umum

dari DC Chopper Tipe Boost.

Gambar 2. Skema boost converter beserta keluarannya

Kinerja dari DC Chopper tipe Boost dapat dibagi menjadi 2 kerja utama, yaitu :

1. Ketika MOSFET on (tertutup) dan dioda off, arus mengalir searah jarum jam dari sumber

menuju ke induktor (terjadi pengisian arus pada induktor). Dioda dibias mundur sehingga

tidak ada arus induktor yang mengalir ke beban dan dioda ini menjadi pemisah dari

bagian keluaran. Polaritas induktor pada sisi kiri lebih positif dibandingkan sisi kanannya.

Gambar 3. Saat mosfet ON

2. Ketika MOSFET off (terbuka) dan dioda on, arus yang disimpan di induktor akan

berkurang karena impedansi yang lebih tinggi. Berkurangnya arus pada induktor

menyebabkan induktor tersebut melawannya dengan membalik polaritasnya (lebih

negatif pada sisi kiri). Sehingga, arus yang mengalir pada dioda dan pada beban adalah

penjumlahan antara arus pada sumber dan arus pada induktor (seri). Disaat yang

bersamaan kapasitor juga akan melakukan penyimpanan energi dalam bentuk tegangan.

Itulah sebabnya DC Chopper Tipe Boost memiliki keluaran yang lebih tinggi

dibandingkan dengan masukannya.

Gambar 4. Saat mosfet off

Dari rangkaian DC Chopper Tipe Boost seperti diatas, didapatkan hasil gelombang

keluaran secara terperinci seperti dibawah ini :

Gambar 5. Gelombang keluaran boost

Dari gambar dapat dilihat bahwa arus pada beban (IL) akan naik secara linier ketika

MOSFET dalam kondisi OFF dan turun secara linier pula ketika MOSFET dalam kondisi ON.

Namun penurunan arus beban (IL) tersebut tidak mencapai nol. Sehingga gambar diatas dapat

digolongkan menjadi DC Chopper Tipe Boost Mode Continous.

Bila chopper di-on kan, tegangan yang melalui induktor adalah

vL=Ldidt (1)

Arus ripple puncak ke puncak pada induktor adalah

ΔI=V S

Lt1

(2)

Tegangan keluaran sesaat adalah

v0=V S+LΔIt2

=V S [1+t1

t2]=V S

11−k

(3)

Dari persamaan (3), tegangan keluaran pada beban dapat dinaikan dengan memvariasikan

duty-cycle, k, dan tegangan keluaran minimum adalah Vs pada k = 0.

1.3 Daftar Alat dan Bahan

PCI 1 set

Baterai accu 12 V 1 buah

Power supply 18 V 1 buah

Optocoupler PC817 1 buah

Transistor BC547 1 buah

Mosfet IRFZ44N 1 buah

Diode 1N4004 1 buah

ELCO 2200uF 1 buah

Resistor 22K & 1K @ 2 buah

PCB lubang 1 buah

1.4 Prosedur Kerja

1. Merakit rangkaian boost converter pada PCB lubang.

2. Membuat rangkaian kontrol pada simulink MATLAB.

3. Pasang beban resistor sebesar 390Ω, kemudian atur nilai konstanta dari 1 hingga 5.

4. Hubungkan computer ke rangkaian boost menggunakan PCI.

5. Jalankan program

6. Ukur tegangan dan arus outputnya.

7. Ulangi langkah 3-6, tapi dengan beban 195Ω.

8. Ulangi langkah 3-6, tapi dengan beban 130Ω.

1.5 Gambar Rangkaian

a. Desain rangkaian pensaklaran boost pada matlab

Gambar 6. Rangkaian kontrol dengan simulink

b. Skema hardware boost converter

Gambar 7. Rangkaian hardware boost converter

Beban R (Ω) Konstanta Vout (volt) Iout (mA)

390Ω

1 17,8 41,42 20,4 46,23 26,7 55,14 30,4 63,25 36,9 76,7

390Ω//2

1 17,5 80,12 20,1 95,73 26 115,84 29,9 130,55 36,1 158,4

390Ω//3

1 17,9 110,52 20,7 132,73 26,8 165,34 30,5 190,35 36,3 223,8

1.5 Pembahasan

Pada praktikum kali ini, kami melakukan percobaan mengenai salah satu converter

DC-DC yaitu boost converter. Prinsip kerja dari boost converter adalah menaikkan tegangan

masukan yang rendah menjadi tegangan keluaran yang tinggi. Rangkaian ini tersusun dari

beberapa komponen utama seperti input tegangan DC, mosfet, dioda, induktor, kapasitor dan

beban. Mosfet digunakan untuk mencacah arus sesuai dengan duty cycle sehingga keluaran

DC Chopper dapat sesuai dengan yang diinginkan. Rangkaian kontrol digunakan untuk

mengendalikan mosfet, sehingga mosfet mengetahui kapan dia harus membuka dan kapan

harus menutup aliran arus. Induktor digunakan untuk menyimpan energi dalam bentuk arus.

Energi tersebut disimpan dalam induktor ketika mosfet ON dan dilepas ketika mosfet OFF.

Dioda Freewheeling digunakan untuk mengalirkan arus yang dihasilkan induktor ketika

mosfet off dengan bias maju. Kapasitor sebagai filter output tegangan.

Untuk rangkaian kontrol sebagai trigger mosfet dibuat pada simulink Matlab.

Rangkaian kontrol ini digunakan untuk switching mosfet dengan mengatur dutycyclenya.

Dutycycle ini adalah hasil dari perpotongan antara sinyal segitiga dengan sinyal referensi.

Dimana akan bernilai 1 atau high jika sinyal referensi lebih tinggi dari sinyal segitiga dan

sebaliknya akan bernilai nol atau low jika sinyal referensi lebih rendah dari sinyal segitiga.

Berikut gambar proses pembentukan dutycyclenya.

(a) (b)

(c)

Gambar 8. (a) sinyal segitiga (b) sinyal referensi (c) dutycycle

Dalam mengatur dutycycle, kita hanya perlu mengubah nilai dari sinyal referensi.

Dapat dilihat pada gambar 6, untuk mengubah nilai dari sinyal referensi cukup mengganti dari

nilai konstanta.

Setelah simulink kontrol dan rangkaian boost telah dibuat, maka selanjutnya adalah

menyambungkan simulink kontrol dengan rangkaian boost menggunakan PCI dan

memberikannya tegangan yang didapat dari accu sebesar 12 V. Pada percobaan ini, kita

menggunakan tiga buah beban yakni resistor sebesar 390Ω, 2 buah resistor 390Ω diparalel

dan 3 buah resistor 390Ω diparalel.

Saat dipasang beban 390 Ω, kemudian diubah-ubah nilai konstanta dari 1 sampai 5

maka didapatkan masing-masing tegangan outputnya adalah 17,8 V; 20,4 V; 26,7 V; 30,4 V;

36,9 V dan masing-masing arus outputnya adalah 41,4 mA; 46,2 mA; 55,1 mA; 63,2 mA;

76,7 mA. Selanjutnya, saat dipasang beban 195 Ω, kemudian diubah-ubah nilai konstanta dari

1 sampai 5 maka didapatkan masing-masing tegangan outputnya adalah 17,5 V; 20,1 V; 26 V;

29,9 V; 36,1 V dan masing-masing arus outputnya adalah 80,1 mA; 95,7 mA; 115,8 mA;

130,5 mA; 158,4 mA. Dan yang terakhir saat dipasang beban 130 Ω, kemudian diubah-ubah

nilai konstanta dari 1 sampai 5 maka didapatkan masing-masing tegangan outputnya adalah

17,9 V; 20,7 V; 26,8 V; 30,5 V; 36,3 V dan masing-masing arus outputnya adalah 110,5 mA;

132,7 mA; 165,3 mA; 190,3 mA; 223,8 mA.

Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar konstanta atau duty cycle,

maka semakin besar pula tegangan dan arus outputnya. Tegangan keluaran tersebut selalu

lebih besar atau sama dengan tegangan input. Semakin besarnya duty cycle dapat dilihat dari

semakin besarnya area gelombang yang high. Hal ini telah sesuai dengan teori yang ditulis

dalam persamaan berikut.

Vout= 11−D

Vin

Selain itu, dari data diatas dapat diketahui bahwa penambahan resistor yang diparalel

atau beban semakin kecil tidak terpengaruh terhadap tegangan tapi berpengaruh terhadap nilai

arus yang semakin besar. Jadi, nilai beban berbanding terbalik dengan nilai arus. Hal ini

sesuai dengan persamaan hukum Ohm yaitu :

R=VI

1.6 Kesimpulan