PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : PENGENDALI TEGANGAN DC SMART WALLPLUG (DC TO DC CONVERTER)

BAB I
PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang
Dewasa ini energi listrik telah menjadi kebutuhan pokok untuk menunjang

keberlangsungan hidup manusia. Namun pada kenyataannya tidak semua
kalangan masyarakat dapat mendapatkan aliran listrik. Padahal sebagian besar
dari mereka yang belum teraliri listrik tinggal pada daerah yang memiliki potensi
sumber energi alternatif yang melimpah sehingga sangat disayangkan apabila
sumber tenaga tersebut tidak dimanfaatkan dengan maksimal. Sedangkan sudah
banyak teknik pengembangan pembangkit tenaga listrik alternatif yang telah
dikemukakan oleh para ahli bidang pembangkit listrik.
Salah satu teknik pemanfaatan sumber daya terbarukan (renewable
energy) menjadi tenaga listrik alternatif adalah DC House. DC House secara garis
besar merupakan teknik pengaliran listrik dari rumah ke rumah dengan
menggunakan metode DC (direct current). Selain itu DC House juga mampu
menerima input dari beberapa sumber daya alam sekaligus. Pada perancangannya
DC House terbagi menjadi beberapa bagian, yaitu : (1) Sumber daya (tenaga air,

angin, matahari, dan tenaga manusia), (2) Interface (MISO converter, Battery
Control Management, dan DC to DC Converter), (3) Beban (DC Light bulb, DC
Wall Plug, dan beban DC yang lain).
Kelemahan pada sistem DC House ini adalah penggunaan yang terbilang
rumit karena membutuhkan konverter untuk tiap beban yang berbeda. Sehingga
penggunaannya menjadi kurang kurang efisien. Oleh karena itu dibutuhkan DC
smart wall plug untuk mengatasi masalah tersebut. Smart wall plug merupakan
stop kontak DC yang dapat digunakan untuk output yang bervariasi. Pada
perancangannya DC smart wall plug membutuhkan beberapa komponen yaitu
bagaimana komunikasi antara beban dengan wall plug dan konverter DC yang
bisa mengubah tegangan input 24V DC menjadi beberapa tegangan yang
bervariasi 5V, 6V, 9V, dan 12V.

1

Dengan permasalahan tersebut, maka dirancang sebuah pengendali
tegangan untuk DC smart wall plug. Pengendali ini dapat menghasilkan output
yang bervariasi 5V, 6V, 9V, dan 12V DC. Rancangan tersebut kami kaji dalam
Tugah Akhir dengan judul “Perancangan dan Pembuatan Rumah DC :
Pengendali Tegangan DC Smart WallPlug (DC to DC Converter)”. Sehingga

nantinya diharapkan pengendali ini mampu melengkapi kebutuhan dalam
pembuatan smart wall plug.
1.2

Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka penulis

merumuskan permasalahan, yaitu :
“Bagaimana merancang dan membuat Pengendali Tegangan DC Smart WallPlug
(DC to DC Converter)?”
1.3

Batasan Masalah
Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula,

dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan.
Batasan-batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut,
1. Tidak membahas Pemrograman pemrograman
2. Output yang dihasilkan 5V, 6V, 9V, 12V
1.4


Tujuan Penelitian
Tugas Akhir ini bertujuan untuk :
1. Menrancang dan membuat Pengendali Tegangan DC Smart Wall Plug
(DC to DC Converter)

1.5

Sistematika Penulisan
Penulisan ini disusun dalam beberapa pokok bahasan untuk mempermudah

pembahasan, yaitu :

2

BAB I PENDAHULUAN
Memaparkan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan, metodologi, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Membahas tentang dasar teori atau acuan yang digunakan sebagai
penunjang dalam perancangan dan pembuatan alat.

BAB III PERANCANGAN SISTEM
Berisi tentang perancangan dan pembuatan alat.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Bab ini berisi implementasi/realisasi dari desain pada bab 3 dan
implementasi dari hasil pengujian.

BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan dan saran dari Tugas Ahir.

3

PERANCAN
NGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC
D :
PENGENDALI TEG
TEGANGAN DC SMART WALLPLUG (DC

(D TO DC
CONVERTER)

SKRIPSI
Diajukan Untuk Memen
enuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Tek
eknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :
AGUNG SETYO LAKSONO
201010130311144

JURUSANELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVE
VERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2014

i


PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
PENGENDALI TEGANGAN DC SMART WALLPLUG (DC TO DC
CONVERTER)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

DisusunOleh :
AGUNG SETYO LAKSONO
201010130311144
TanggalUjian

: 5 Mei 2015

PeriodeWisuda

: Mei 2015

Disetujuioleh :


1. Ir. NurAlifMardiyah, MT.
NIP : 10892030257

(Pembimbing I)

2. Ir. DidingSuhardi, MT.
NIP : 10892100286

(Pembimbing II)

3. M.ChasrunHasani, ST, MT.
NIP : 196808071995031003

(Penguji I)

4. Drs. BudhiPriyanto, M.Si.
NIP : 196710261994031003

(Penguji II)


Mengetahui,
KetuaJurusanTeknikElektro

ii

KATAPENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan
rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul :
"PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :

PENGENDALI TEGANGAN DC SMART WALLPLUG (DC TO DC
CONVERTER)”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok pembahasan yang meliputi
pendahuluan,dasar teori, perancangansistem,

dan pengujian sistem. Peneliti

menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak

kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran yang
membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan
kedepan.

Malang, Mei 2015

AgungSetyoLaksono

iii

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ...........................................................................................

i

LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................

ii


LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................

iii

LEMBAR PERNYATAAN.............................................................................

iv

LEMBAR PERSEMBAHAN ..........................................................................

v

ABSTRAK .......................................................................................................

vi

ABSTRACT.....................................................................................................

vii


KATA PENGANTAR .....................................................................................

viii

DAFTAR ISI....................................................................................................

ix

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................

xii

DAFTAR TABEL............................................................................................

xiv

BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...............................................................................

1

1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................

2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................

2

1.4 Tujuan Penelitian ...........................................................................

2

1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................

2

BAB II. LANDASAN TEORI
2.1 Rumah DC ....................................................................................

iv

4

2.2 DC to DC Converter ......................................................................

5

2.2.1 Rangkaian Dasar Buck Converter ............................................

7

2.2.2 Analisa Kondisi Stabil .............................................................

8

2.3 Mikrokontroler ...............................................................................

10

2.3.1 Definisi Mikrokontroler ...........................................................

10

2.3.2 Arduino Board .........................................................................

11

2.4 PWM (Pulse Width Modulation) .................................................

13

2.4.1 Prinsip Dasar PWM ................................................................

13

2.5 Mosfet ............................................................................................

15

2.5.1 Transistor Mode Pengosongan (Transistor Mode Depletion).

16

2.5.2 Transistor Mode Peningkatan (Transistor Mode Enhancement)

16

BAB III. PERANCANGAN SISTEM
3.1 Pendahuluan ...................................................................................

19

3.2 Pemodelan Sistem ..........................................................................

19

3.3 Rangkaian PWM ...........................................................................

21

3.4 Rangkaian DC to DC Converter ...................................................

23

3.5 Rangkaian LCD ............................................................................

26

3.6 Sensor Tegangan ............................................................................

27

3.7 Konfigurasi Sistem.........................................................................

28

3.8 Data Beban.....................................................................................

29

v

BAB IV.PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
4.1 Pengujian PWM ............................................................................

30

4.2 Pengujian Dc to Dc Buck Converter .............................................

32

4.3 Pengujian Sensor Tegangan ...........................................................

34

4.4 Pengujian Sistem............................................................................

37

BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ....................................................................................

42

5.2 Saran .............................................................................................

42

DAFTAR PUSTAKA.....................................................................................

44

LAMPIRAN

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Desain DC House .......................................................................

5

Gambar 2.2 Rangkaian Dasar Buck Converter ...............................................

7

Gambar2.3 Topologi Buck Converter .............................................................

8

Gambar 2.4 Diagram Arus Induktor ................................................................

9

Gambar 2.5 Tampilan Software Arduino IDE ................................................

13

Gambar 2.6 Bentuk Gelombang Kotak (pulsa) dengan Kondisi High 5v
dan Low 0v .................................................................................

14

Gambar 2.7 Sinyal Referensi ...........................................................................

15

Gambar 2.8 (a) N-Chanel Depletion (b) P-Chanel Depletion .........................

16

Gambar 2.9 (a) N-Chanel Enhancement (b). P-Chanel Enhancement ...........

16

Gambar2.10 Skematik Mosfet tipe-N .............................................................

17

Gambar 3.1 Diagram Blok Smart Wallplug.....................................................

20

Gambar 3.2 Rangkaian PWM .........................................................................

21

Gambar 3.3 Gelombang PWM Sebelum Diberi Penguat ................................

22

Gambar 3.4 Gelombang PWM Setelah Diberi Penguat...................................

23

Gambar 3.5 Dc to Dc Buck Converter .............................................................

24

Gambar 3.6 SpesifikasiMosfet IRLZ44N .......................................................

25

Gambar 3.7 Rangkaian LCD ...........................................................................

26

Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Tegangan ........................................................

27

Gambar 3.9 RangkaianDc to Dc Smart Wallplug ............................................

28

Gambar 4.1 Gelombang PWM Mosfet (Gate) ................................................

31

Gambar 4.2 Contoh Simulasi Buck Konverter 12v ........................................

33

Gambar 4.3 Contoh Pengujian Hardware Buck Konverter 12v .....................

34

Gambar 4.4 Contoh Simulasi Output Sensor Tegangan denganVin=12v ......

35

Gambar 4.5 Contoh Pengujian Hardware Sensor TeganganVin=12v ............

36

vii

Gambar 4.6 Pengujian Dengan Beban Kipas Angin DC 12v .........................

38

Gambar 4.7 Pengujian Dengan Beban Mp3 Player 9v ...................................

38

Gambar 4.8 Pengujian Dengan Beban LED 6v ..............................................

39

Gambar 4.9 Pengujian Dengan BebanHp 5v ..................................................

39

Gambar 4.10 Pengujian Tanpa Beban..............................................................

40

viii

DAFTAR TABEL

Tabel3.1 Parameter Pembacaan Beban............................................................

28

Tabel 3.2 Daftar Beban ....................................................................................

29

Tabel 4.1 Perhitungan PWM ...........................................................................

31

Tabel 4.2 Pengukuran PWM ...........................................................................

32

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Buck Konverter ..................................................

33

Tabel 4.4 Hasil PengujianSistem Sensor Tegangan ........................................

34

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Output Sistem Sensor Tegangan ........................

35

Tabel 4.6 Hasil Pengambilan Parameter .........................................................

36

Tabel 4.7 Hasil PengujianDc Smart Wallplug .................................................

`40

ix

DAFTAR PUSTAKA

Detmer Michael and Tyler Blauvelt, 2011, "Variable DC Voltage Wall Outlet for the
DC House Project", California Polytechnic State University, USA.
LexyYustisia,

2011,

"RancangBangun

VA)BerbasisMikrokontroler,

UPS

UntukBeban

InstitutTeknologiSepuluh

November

(900

Surabaya,

Surabaya.
Liu Bowen, 2014, "Buck Converter", California Polytechnic State University, USA.
MicroChipWebSeminars, 2006, "Buck Converter Design Example", Microchip
Technology Incorporate.
Rashid H. Muhammad, 2011, "Pwer Electronics Handbook Third Edition", Elsevier
Inc, USA
SaleemiMubashirFurqan, 2008, "Analysis and Design of Multiphase Interleave DcDc Converter With Input-Output Bypass Capacitor. California Polytechnic State
University, USA.
Setiawan

Ignatius

Riwi,

2010,

"Perancangan

Buck

KonverterSebagaiCatuDayaBerbasis IC TL494 dan ATMega8535", Universitas
Gajah Mada, Yogyakarta.
Sibal Edward Constant, 2012, " SmartWallplug Design for The Dc House Project"
California Polytechnic State University, USA.
Taufik, 2008, "Practical Design of Buck Converter", California Polytechnic State
University, USA.
www.elektronika-dasar.web.id

x