tugas akhir elektron
TRANSCRIPT
5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 1/4
a l a
a n 1
Konverter Buck
Kevin Marojahan B.N. (18009018)Waktu Pembuatan Makalah : 3 September 2010
Tugas Divisi ElektronElektroteknik 2009
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB
Abstrak
Pada makalah ini akan dijelaskan sebuah konverter DC ke DC yaitu konverter buck. Konverter ini terdiri atas satu saklar aktif dan pasif. Konverter buck adalah konverter
yang banyak digunakan dalam industri dan merupakan konverter penurun tegangan.
Kata kunci: tegangan DC, konverter
Pendahuluan
Pada masa kini, konverter atau pengubah tegangan
DC ke DC sangat diperlukan dalam industri dankegiatan elektronika. Laptop dan telepon genggamadalah contoh alat yang memanfaatkan teknologi ini.Mungkin selama ini kita berfikir bahwa konverteratau transformator hanya berlaku pada tegangan ACkarena dibutuhkan perubahan fluks yang berartidibutuhkan pula perubahan tegangan ( turunanfungsi tegangan tidak boleh nol), dan akibatnyamustahil untuk merubah tegangan DC ke DC lewatcara induksi. Ilmuwan peneliti transformator dahulumemang meneliti cara mengubah tegangan padaakumulator (aki) dengan cara induksi, namunhasilnya sia-sia. Pada makalah ini akan dipaparkan
salah satu cara mengkonversi tegangan searahmenjadi tegangan searah pada mode konverter buck.
Dasar Teori
Resistor
Resistor digunakan untuk menahan arus denganmemproduksi penurunan tegangan di antara keduasalurannya. Menurut hukum ohm, persamaan antaraarus dan beda protensial berkaitan dengan resistansiadalah : V= I . R . Sedangkan daya yang diserap olehresistor adalah P=VI
Induktor
Induktor adalah suatu elemen pasif elektronika yang mampu menyimpan energi pada medan magnetyang ditimbulkan arus listrik yang melewatinya.
Persamaan arus dan tegangan akibat induktansi yang ada pada induktor adalah : V= L . di/dt . Sedangkanbesar energi yang tersimpan dalam suatu induktoradalah : E = ½ . L . I2 .
Kapasitor
Kapasitor adalah suatu elemen pasif elektronikayang dapat menyimpan energi dalam bentuk medanlistrik yang dihasilkan tegangan .
Persamaan arus dan tegangan akibat adanyakapasitansi adalah : I= C . dv/dt. Sedangkan energiyang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan dengan :E= ½ . C. V 2 .
Metodologi
Cara pembuatan artikel ini adalah dengan cara studipustaka.
Memilih Judul
Studi Pustaka
Verifikasi
Penulisan Artikel
Gambar Error! Use the Home tab to apply Bab to the text that
you want to appear here.-1 Proses Pembuatan Makalah
Cara Kerja
Konverter Buck adalah konverter penurun tegangan
DC. Konverter ini terkenal sangat efisien (mencapai95% ) dan banyak digunakan pada alat elektronik seperti laptop agar tegangan sesuai dengan yang diminta oleh processor .
Cara operasi konverter buck terbilang simpel,dengan induktor dan dua switch (biasanya transistordan dioda) yang mengontrol induktor.
Gambar 4-1 Topologi Konverter Buck
Mode Kontinu
Konverter buck beroperasi pada mode kontinu jikaarus pada induktor tidak pernah nol.
5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 2/4
a l a
a n 2
Gambar 4-2 Prinsip Operasi Mode Kontinu
Saat switch tertutup (keadaan menyala), teganganpada induktor VL = Vi− Vo. Arus pada induktornaik. Tidak ada arus yang mengalir lewat dioda.
Saat switch terbuka, arus yang mengalir padainduktor akan menurun.
Energi yang tersimpan dalam induktor adalah :
Akibatnya, dapat dilihat bahwa semakin tinggi arusyang melewati induktor, energi yang tersimpan akansemakin besar. L digunakan untuk mentransferenergi dari input ke output konverter.
Perubahan IL dapat dihitung lewat :
Dengan VL adalah Vi − Vo saat On-statedan − Vo saat off-state. Akibatnya, kenaikan arusdinyatakan dengan :
Sedangkan penurunan arus dinyatakan dengan :
Kalau kita mengasumsikan konverter bekerja dalamsteady state, energi yang tersimpan pada komponendi akhir proses sama dengan yang ada di awal.Berarti arus IL sama pada t=0 and at t=T (see figure4). Therefore,
Akibatnya:
Seperti bisa dilihat pada gambar 4-
1, dan . D adalah duty cycle dengan nilai 0 dan 1. Hal ini menghasilkan :
Dari persamaan ini, terlihat bahwa tegangan outputdari konverter secara linear terhadap tegangan input.Dan duty cycle D tidak bisa lebih dari 1.
Akibatnya, . Inilah sebab mengapakonverter buck adalah konverter step down.
Mode Diskontinu
Pada beberapa kasus, besar energi yang dibutuhanoleh beban cukup kecil untuk ditransfer pada waktuyang lebih cepat dari satu periode kumulasi.
Akibatnya, arus pada induktor sempat turun menjadinol. Perbedaan prinsip ini dan prinsip kontinuadalah induktor benar-benar ter-discharge padaakhir perioda. Namun hal ini akan berakibat padabeberapa persamaan.
Gambar 4-3 Prinsip mode operasi diskontinu
Kita masih mengasumsikan konverter bekerja padasteady state. Akibatnya, energi pada awal dan akhirperiode sama. Berarti nilai rata-rata dari teganganinduktor adalah nol .
Jadi nilai δ adalah:
Arus yang diberikan kepada beban konstan, Kitamenganggap bahwa output kapasitor cukup kuatuntuk menjaga tegangan konstan pada terminalnyaselama proses berlangsung. Akibatnya arus rata-ratayang melewati kapasitor bernilai nol. Akibatnya, kita
punya :
5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 3/4
a l a
a n 3
Di mana adalah arus rerata induktor. Dapatdilihat di gambar 4-2, Bentuk gelombang induktoradalah segitiga. Akibatnya nilai rerata IL dapatdinyatakan sebagai :
Arus pada induktor mulanya nol dan naik sampaimencapai maksimum. Berarti ILmax sama dengan:
Substitusi nilai ILmax pada persamaan sebelumnyaberakibat:
Dan mensubstitusikan δ dengan persamaan di atasmenghasilkan:
Dapat juga ditulis sebagai :
Dapat dilihat bahwa tegangan output konverterbuck yang beroperasi pada kondisi diskontinu lebihrumit daripada yang beroperasi dengan modekontinu.
Dari Mode Diskontinu ke Mode Kontinu
Konverter bekerja pada diskontinu mode saat aruskecil dibutuhkan beban, dan kontinu saat arus lebihbesar. Limit antara kontinu dan diskontinu dicapaisaat arus pada induktor turun ke nol pada akhir satucycle. Hal ini ditulis sebagai :
Jadi arus output saat limit adalah :
Dengan mensubstitusikan IL max:
Pada limit di antara dua node, tegangan output
mengikuti baik mode kontinu maupun modediskontinu.
Vo = DVi
Jadi Iolim bisa ditulis sebagai:
Dengan menambahkan dua notasi baru :
Tegangan normal, dinyatakan sebagai: .Bernilai nol saat Vo = 0, dan 1 saat Vo = Vi ;
Arus normal, . samadengan kenaikan maksimum dari arus induktor padasatu cycle.
Gambar 4-4 Arus normal dan tegangan normal
Pada mode kontinu :
Pada mode diskontinu :
5/10/2018 tugas akhir elektron - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akhir-elektron 4/4
a l a
a n 4
Arus batas antara mode kontinu dan diskontinu :
Akibatnya, posisi dari batas antara kontinu dandiskontinu diberikan dengan :
Riak Tegangan Keluaran
Riak tegangan keluaran adalah keadaan saattegangan output naik saat on state dan turun saat off
state. Faktor yang mengakibatkan hal ini,diantaranya: frekuensi switching, kapasitansi output,induktor, beban dan semua pembatas arus padarangkaian. Pada dasarnya, tegangan output akan naik dan turun sebagai akibat dari kapasitor yang charging dan discharging:
Selama Off-state, arus pada persamaan ini adalaharus beban. Pada on state, arus adalah perubahandari arus switch dan arus beban. Durasi waktu (dT)
didefinisikan oleh duty cycle dan switching frequency .
Untuk on state:
Untuk off state:
Secara kualitatif, saat output kapasitor atauswitching frequency naik, magnitudo dari riak akan
naik. Tegangan riak output adalah spesifikasi desainuntuk power supply dan ditentukan oleh beberapafaktor. Pemilihan kapasitor normalnya ditentukanoleh harga, besarnya, dan keidealitasannya.Pemilihan switching frequency ditentukan olehpermintaan efisiensi, yang akan mengecil saatfrekuensi operasi membesar..
Riak tegangan output adalah salah satu kerugian dariswitching power supply, dan merupakan salah satutitik ukur kualitas.
Kesimpulan
Konverter buck adalah sebuah alat yang dapatmenurunkan tegangan DC sehingga cocok dengantegangan yang diminta oleh suatu komponen atauIC. Komponen dari konverter buck adalah resistor,kapasitor, induktor, dioda, dan saklar. Konverterbuck sering digunakan dalam bidang industri danmemiliki efisiensi tinggi.
Daftar Pustaka
http://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter, diakses tanggal 3 September 2010 pukul12.26
http://konversi.wordpress.com/2009/01/07/to
pologi-konverter-dc-dc/, diakses tanggal 3September 2010 pukul 11.12