PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : DC-DC CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : DC-DC
CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I
Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Rachmad Putra Pamungkas
201010130311174
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
i
LEMBAR PERSETUJUAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
DC-DC CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI
UNTUK DC HOUSE
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Rachmad Putra P
201010130311174
Diperiksa dan disetujui Oleh
Pembimbing I
Dr.Ir.Lailis Syafa’ah, MT
NIP: 1089009018
Pembimbing II
Ir.M.Irfan,MT
NIP : 10892030255
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
DC-DC CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
RACHMAD PUTRA PAMUNGKAS
201010130311174
Tanggal Ujian : 8 Agustus 2015
Periode Wisuda :
Oktober 2015
Disetujui Oleh :
1. Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT.
NIP : 10890090189
2. Ir. M. Irfan, MT.
NIP : 10892030255
(Pembimbing I)
(Pembimbing II)
3. Ir. Nur Khasan, MT.
NIP : 10893030293
(Penguji I)
4. Machmud Effendy, ST, M.Eng.
NIP : 10802030363
(Penguji II)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT.
NIP : 10892030257
iii
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA
: RACHMAD PUTRA P.
Tempat/Tgl Lahir
: Malang/02 Maret 1992
NIM
: 201010130311174
FAK./JUR.
: TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul “
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : DC-DC CONVERTER
PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE” beserta seluruh isinya adalah karya
saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya
siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang,21 Agustus 2015
Yang Membuat Pernyataan
(Rachmad Putra P )
Mengetahui,
Pembimbing I
Dr.Ir.Lailis Syafa’ah, MT
NIP: 1089009018
Pembimbing II
Ir.M.Irfan,MT
NIP : 10892030255
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan Rahmat dan Karunia-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“PERANCANGAN
DAN PEMBUATAN RUMAH DC:
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : DC-DC
CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE
Ini untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan studi serta dalam rangka
memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
Penghargaan dan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada Ayahanda tercinta
Abu Khamid tercinta dan Ibunda yang kusayangi Nurijah Harijah yang telah
mencurahkan segenap cinta dan kasih sayang serta perhatian moril maupun materil.
Semoga Allah SWT selalu melimpahkan Rahmat, Kesehatan, Karunia dan lenerkahan di
dunia dan di akhirat atas budi baik yang telah diberikan kepada penulis.
Penghargaan dan terima kasih penulis kepada Ibu Dr.Ir.Lailis Syafa’ah,
selaku pembimbing I dan Bapak Ir.M.Irfan,MT selaku pembimbing II telah membantu
penulisan skripsi ini.
Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari
kesempurnaan. Karena itu, penulis memohon saran dan kritik yang sifatnya membangun
demi kesempurnaannya dan semoga bermanfaat bagi kita semua. Amiin
Malang, 21 Agustus 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN........................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iii
SURAT PERNYATAAN............................................................................... iv
ABSTRAK ..................................................................................................... v
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................ vi
KATA PENGANTAR ................................................................................... viii
DAFTAR ISI .................................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 3
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................... 3
1.5 Metodologi .................................................................................... 4
1.6 Sistematika Pembahasan ............................................................... 5
BAB II. DASAR TEORI
2.1 Rumah DC ...................................................................................... 6
2.2 Televisi ........................................................................................... 7
2.3 DC – DC Converter ........................................................................ 8
2.3.1 Prinsip Kerja DC – DC Converter .......................................... 8
vi
2.4 Penurun Tegangan Buck converter ................................................. 11
2.5 Pulse Width Modulation (PWM) .................................................... 15
2.5.1 Kontrol Digital ........................................................................ 17
2.6 Mosfet ............................................................................................. 18
2.6.1 Jenis-Jenis Mosfet ................................................................... 19
2.7 Arduino Uno ................................................................................... 21
2.7.1 Kelebihan Arduino .................................................................. 22
2.8 Program Arduino ............................................................................ 23
2.8.1 Bahasa Pemograman Arduino................................................. 23
BAB III. PERANCANGAN ALAT
3.1 Diagram Blog ..................................................................................... 28
3.1.1 Buck Converter ....................................................................... 29
3.1.2 Rangkaian Buck Converter ..................................................... 30
3.1.3 Perhitungan Converter............................................................ 31
3.1.4 Sensor Tegangan .................................................................... 33
3.1.5 Rangkaian PWM .................................................................... 33
3.1.6 Arduino Uno ........................................................................... 36
3.1.7 Fungsi Pin Arduino Uno ......................................................... 36
3.1.8 Program PWM ........................................................................ 37
3.1.9 Sistem Keseluruhan ................................................................ 39
vii
BAB IV PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Induktor Pada Rangkaingan Buck Converter .................... 40
4.2 Pengujian MOSFET ........................................................................... 42
4.3 Pengujian PWM ................................................................................. 42
4.4 Analisa Penggunaan Frekuensi Terhadap Tegangan Keluaran DC-DC
Converter ........................................................................................... 46
4.5 Pengujian Sensor Tegangan ............................................................... 47
4.6 Pengujian DC – DC Converter pada Beban Televisi ......................... 47
BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 50
5.2 Saran ................................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Diagram Blok Sistem desain Rumah DC ........................ 6
Gambar 2.2
Televisi ............................................................................. 7
Gambar 2.3
Sistem DC-DC Converter ................................................ 8
Gambar 2.4
Dasar DC-DC Converter .................................................. 9
Gambar 2.5
Bentuk Signal dari Nilai Rata-Rata Tegangan Output ..... 9
Gambar 2.6 Blok Diagram Pulse Width Modulator (PWM) ................ 10
Gambar 2.7 Comparator Signals Pulse Width Modulator (PWM) ...... 10
Gambar 2.8
Rangkaian konverter Buck Converter .............................. 11
Gambar 2.9
Tegangan rata-rata Buck Converter ................................. 12
Gambar 2.10 Persamaan tegangan Buck Converter............................... 12
Gambar 2.11 Dua Konfigurasi OFF-Statte dan ON-State ..................... 14
Gambar 2.12 Evolusi tegangan, arus dengan waktu dibuck converter ..........15
Gambar 2.13 Sinyal PWM dan rumus perhitungannya ......................... 15
Gambar 2.14 Pulsa PWM ...................................................................... 16
Gambar 2.15 Pengontrolan Tegangan Pulsa PWM ............................... 17
Gambar 2.16 Sinyal PWM .................................................................... 18
Gambar 2.17 Simbol Transisitor Mosfet Mode Depletion .................... 19
Gambar 2.18 Simbol Transisitor Mosfet Mode Enhancement .............. 20
Gambar 2.19 Arduino Uno .................................................................... 21
Gambar 2.20 Arduino IDE ..................................................................... 23
Gambar 3.1
Diagram Dc – Dc Converter ............................................ 28
ix
Gambar 3.3
Rangkaian Sensor Tegangan ............................................ 33
Gambar 3.4
Rangkaian driver PWM ................................................... 34
Gambar 3.5
Board Arduino.................................................................. 36
Gambar 3.6
Pin Arduino Uno .............................................................. 37
Gambar 3.7
Rangkaian Dc – Dc Buck Converter ................................ 39
Gambar 4.1
Rangkaingan buck converter menggunakan
induktor 3.3mH35 ............................................................ 41
Gambar 4.2
Rangkaingan buck converter menggunakan
induktor toroid.................................................................. 41
Gambar 4.3
Gelombang PWM dengan duty cycle 40% ...................... 44
Gambar 4.4
Gelombang PWM dengan duty cycle 50% ...................... 44
Gambar 4.5
Gelombang PWM dengan duty cycle 60% ...................... 45
Gambar 4.6
Gelombang PWM dengan duty cycle 70% ..................... 45
Gambar 4.7
Pengujian DC-DC Converter Terhadap Beban Televisi . 48
Gambar 4.8
kondisi Telivisi pada saat Pengujian DC-DC Converter 49
Gambar 4.9
Nilai Tegangan pada Arduino IDE ................................. 49
x
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Spesifikasi Buck Converter ............................................... 30
Tabel 3.2
Daftar Komponen.............................................................. 35
Tabel 4.1
Analisa Induktor DC-DC converter .................................. 40
Tabel 4.2
Analisa MOSFET Pada Rangkaian Dc – Dc Converter .. 42
Tabel 4.3
Analisa Dutycyle Pada PWM ............................................ 43
Tabel 4.4
Nilai Tegangan Keluaran Pada Frekuensi 2 Mhz
Dan 16Mhz40.................................................................... 46
Tabel 4.5
Hasil Pengukuran Sistem Sensor Tegangan ..................... 47
xi
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Taufik, 2008 “Practical Design of Buck DC house ”, California Polytecnic
State University, USA
[2]. http://sinarcelltecnic.blogspot.com/2010/10/teori-dasar-televisi1.html
(accessed15okbober 2014)
[3]. E.
Van Dijk. Al,.. “PWM-SWITCH MODELLING OF DC-DC
CONVERTERS Regulators
[4]. Ananaba, Kemjika. Design and Implementation of a Buck Converter.
[5]. Membangun
siyal
PWM
:
http://ini-robot.blogspot.com (accessed
15januari2015)
[6]. http://www.scribd.com/doc/176148161/MOSFET-Sebagai-Saklar#scribd
(accessed 15febuari 2015)
[7]. http:// Arduino.cc (accessed15januari 2015)
51
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi listrik merupakan salah satu penunjang utama berjalannya roda
ekonomi dan kehidupan disebuah negara. Kebutuhan listrik semakin lama
semakin meningkat seiring dengan bertambahnya populasi manusia dan
bertambahnya alat elektronik untuk menunjang Kebutuhan sehari-hari.
Oleh karena itu diperlukan sebuah alternatif baru yang dapat membantu
penyediaan listrik yang lebih murah dan mudah dengan menggunakan sumber
energi yang terbarukan untuk memenuhi kebutuhan peralatan elektronik.
Rumah DC adalah sebuah rumah yang dapat menyediakan kebutuhan
listriknya sendiri dengan pembangkitan system rumah DC. Rumah DC dapat
menyediakan energi DC sendiri melalui berbagai bentuk pengonversian energi
terbarukan seperti panel surya (Photovoltaic), tenaga air, angin, dan tenaga
manusia. Salah satu aplikasi yang paling digunakan dalam kebutuhan sehari-hari
adalah televisi.
DC house secara garis besar adalah satu sistem pengaliran listrik ke
rumah-rumah dengan metode DC (direct current)," Listrik bisa dibangkitkan dari
banyak sumber dan disimpan, misal dari sebuah baterai, dan selanjutnya dipakai
untuk mengoperasikan peralatan elektronik. Dengan demikian, kebutuhan listrik
tidak lagi tergantung pada sistem transmisi jarak jauh dari sumber yang
dibangkitkan dengan pembangkit raksasa.
Selama ini pengaliran listrik dilakukan dengan menggunakan AC
(alternating current) untuk mengalirkan listrik tegangan tinggi dari PLTA, PLTU,
atau pembangkit sejenis.Namun ketika listrik hendak masuk ke peralatan
elektronik.AC diubah menjadi DC oleh adaptor. Konversi ini tidak efisien
1
sehingga banyak energi terbuang. Menurut riset, sekitar 1 triliun Kwh terbuang
akibat inefisiensi itu.
jika membahas transmisi daya, AC memiliki beberapa kelebihan
dibandingkan DC yaitu lebih sederhana saat menaik dan menurunkan tegangan.
Tegangan AC dapat diturunkan (stepped down) dengan biaya yang lebih
murah untuk daerah penduduk. Beberapa saat kemudian Tesla dan Westinghouse
memperkenalkan generator AC, trafo, motor, kabel dan lampu, disinilah akhirnya
arus DC kalah.
Tanpa mempertimbangkan bagaimana menaikkan dan menurunkan
tegangan pada DC, sistem transmisi pada DC secara keseluruhan lebih baik
terutama efisiensinya dibandingkan transmisi AC yang terdapat rugi-rugi (losses).
Transmisi AC terdapat rugi-rugi kapasitif dan induktif yang tidak terdapat pada
transmisi DC.
Dengan DC House konversi AC ke DC tidak diperlukan karena listrik dari
DC House bisa langsung digunakan.Dengan demikian DC House menawarkan
efisiensi dalam pengaliran listrik. bahwa dengan menggunakan DC House,
efisiensi pengaliran listrik bisa ditingkatkan hingga sebesar 5-10 persen.
Dalam rancangan dasarnya DC House didesain mampu menerima listrik
dari sumber apapun, seperti angin, air, surya bahkan orang yang mengayuh
sepeda. Jadi suatu daerah bisa memanfaatkan potensi sumber listrik yang paling
melimpah didaerahnya.
DC House nantinya dapat mengurangi beban PLN untuk menyediakan
listrik ke daerah pedalaman. Keuntungan lain dari DC House ini akan langsung
menggunakan sumber energi terbarukan yang banyak didapatkan di Indonesia
terutama di daerah pedalaman atau kepulauan terpencil.
Listrik yang berhasil dibangkitkan akan dialirkan ke rumah lewat kabel.
Sebelum sampai ke rumah, listrik akan melewati converter yang berperan
menstabilkan tegangan.
Dari sudut harga DC House didesain semurah mungkin dan seramah
mungkin. Contoh yang tengah dikembangkan saat ini adalah sistem .pembangkit
2
listrik tenaga air dan angin skala kecil dengan memanfaatkan generator yang
didapat dari kendaraan bekas.
Dalam DC House, tegangan keluaran dari PV yang merupakan tegangan
Dirrect Current (DC) , DC-DC Coverter antara lain meliputi Input yang diberikan
dari Multiple-Input-Single-Output (MISO) menuju beban televisi.
menggunakan
mikrokontroler
dengan
mengunakan
mikrokontroler
sebagai pembangkit pulsa PWM nya dan beban televisi. Pada sistem ini PWM
berfungsi sebagai pengatur tegangan yang dikeluarkan oleh Dc – Dc Converter.
Dengan kata lain, PWM pada sistem ini memiliki peran yang sangat
penting dalam menghasilkan output. Pemrograman arduino untuk mengkontrol
PWM dibutuhkan karena dc to dc buck converter membutuhkan pengontrolan
duty cycle untuk memperoleh output yang bervariasi.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
1) Bagaimana merencanakan dan membuat alat DC to DC Converter pada
beban Televisi?
2) Bagaimana menguji dan mengetahui kerja sistem DC to DC converter
pada beban Televisi?
1.3
BATASAN MASALAH
1) DC-DC converter untuk perangkat Televis menghasilkan tegangan
keluaran 12 V
1.4
2)
Beban Televisi yang digunakan menggunakan arus DC.
3)
Menggunakan Converter jenis Buck Converter
TUJUAN PENELITIAN
1) Untuk memperoleh alat DC to DC Converter pada beban Televis.
2)
Untuk memperoleh hasil uji kerja sistem DC to DC pada beban Televis.
3
1.5
METODOLOGI
1.5.1
Studi Literatur
1.5.2
Perancangan dan Pengujian Sistem
a) Merancang untuk menurunkan tegangan dari input 48V ke
output Televisi 12V. dengan menggunakan rangkaing Buck
Converter.Merangcang rangkaing Buck Converter sendiri
dibagi menjadi beberapa tahap :
1. Menghitung Duty Cycle.
2. Mencari Nilai Induktor.
3. Mencari Nilai kapasitor.
b) Pembuatan alat sesuai dengan perancangan alat yang dibuat
untuk DC House kepada beban Televisi.
c) dengan menggunakan avometer dan osiloskop, untuk menguji
perbandingan tegangan yang masuk dan tegangan yang keluar
pada beban Televisi.
1.5.3
Analisa Data
Hasil yang di dapat dari pengujian sistem akan digunakan sebagai
data untuk di analisa dan di ketahui kenapa hasilnya bisa seperti itu
.
1.5.4
Pengambilan Kesimpulan
Dari hasil analisis data di tarik kesimpulan apakah pada alat DCDC Conventer menggunakan Buck Conventer dapat menurutkan
tegangan dari input 48V ke output Televisi 12V.
4
1.6
Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan pada tugas akhir “Perencanaan Dan Pembuatan
Rumah DC : DC-DC Konverter Pada Beban Televisi adalah sebagai berikut:
A. BAB I Pendahuluan
Pada Bab I ini akan menguraikan secara garis besar terhadap
permasalahan yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah,
batasan
masalah,
tujuan,
metodologi
pembahasan,
sistematika
pembahasan.
B. BAB II Dasar Teori
Pada Bab II ini akan memaparkan teori yang mendasari penyusunan
tugas akhir ini.
C. BAB III Analisa dan Perancangan
Pada Bab III ini akan membahas tentang perancangan DC-DC
Converter menngunakan Buck Converter.
D. BAB IV Pengujian Alat
Pada Bab IV ini akan membahas tentang hasil pengujian hardware dari
perancangan DC-DC Converter menngunakan Buck Converter.
E. BAB V Kesimpulan dan Saran
Pada Bab V ini berisikan kesimpulan dari penyusunan tugas akhir dan
saran untuk pengembangan selanjutnya
5
CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I
Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Rachmad Putra Pamungkas
201010130311174
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
i
LEMBAR PERSETUJUAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
DC-DC CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI
UNTUK DC HOUSE
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Rachmad Putra P
201010130311174
Diperiksa dan disetujui Oleh
Pembimbing I
Dr.Ir.Lailis Syafa’ah, MT
NIP: 1089009018
Pembimbing II
Ir.M.Irfan,MT
NIP : 10892030255
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
DC-DC CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
RACHMAD PUTRA PAMUNGKAS
201010130311174
Tanggal Ujian : 8 Agustus 2015
Periode Wisuda :
Oktober 2015
Disetujui Oleh :
1. Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT.
NIP : 10890090189
2. Ir. M. Irfan, MT.
NIP : 10892030255
(Pembimbing I)
(Pembimbing II)
3. Ir. Nur Khasan, MT.
NIP : 10893030293
(Penguji I)
4. Machmud Effendy, ST, M.Eng.
NIP : 10802030363
(Penguji II)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT.
NIP : 10892030257
iii
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA
: RACHMAD PUTRA P.
Tempat/Tgl Lahir
: Malang/02 Maret 1992
NIM
: 201010130311174
FAK./JUR.
: TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul “
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : DC-DC CONVERTER
PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE” beserta seluruh isinya adalah karya
saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya
siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang,21 Agustus 2015
Yang Membuat Pernyataan
(Rachmad Putra P )
Mengetahui,
Pembimbing I
Dr.Ir.Lailis Syafa’ah, MT
NIP: 1089009018
Pembimbing II
Ir.M.Irfan,MT
NIP : 10892030255
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan Rahmat dan Karunia-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“PERANCANGAN
DAN PEMBUATAN RUMAH DC:
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : DC-DC
CONVERTER PADA BEBAN TELEVISI UNTUK DC HOUSE
Ini untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan studi serta dalam rangka
memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
Penghargaan dan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada Ayahanda tercinta
Abu Khamid tercinta dan Ibunda yang kusayangi Nurijah Harijah yang telah
mencurahkan segenap cinta dan kasih sayang serta perhatian moril maupun materil.
Semoga Allah SWT selalu melimpahkan Rahmat, Kesehatan, Karunia dan lenerkahan di
dunia dan di akhirat atas budi baik yang telah diberikan kepada penulis.
Penghargaan dan terima kasih penulis kepada Ibu Dr.Ir.Lailis Syafa’ah,
selaku pembimbing I dan Bapak Ir.M.Irfan,MT selaku pembimbing II telah membantu
penulisan skripsi ini.
Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari
kesempurnaan. Karena itu, penulis memohon saran dan kritik yang sifatnya membangun
demi kesempurnaannya dan semoga bermanfaat bagi kita semua. Amiin
Malang, 21 Agustus 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN........................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iii
SURAT PERNYATAAN............................................................................... iv
ABSTRAK ..................................................................................................... v
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................ vi
KATA PENGANTAR ................................................................................... viii
DAFTAR ISI .................................................................................................. ix
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 3
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................... 3
1.5 Metodologi .................................................................................... 4
1.6 Sistematika Pembahasan ............................................................... 5
BAB II. DASAR TEORI
2.1 Rumah DC ...................................................................................... 6
2.2 Televisi ........................................................................................... 7
2.3 DC – DC Converter ........................................................................ 8
2.3.1 Prinsip Kerja DC – DC Converter .......................................... 8
vi
2.4 Penurun Tegangan Buck converter ................................................. 11
2.5 Pulse Width Modulation (PWM) .................................................... 15
2.5.1 Kontrol Digital ........................................................................ 17
2.6 Mosfet ............................................................................................. 18
2.6.1 Jenis-Jenis Mosfet ................................................................... 19
2.7 Arduino Uno ................................................................................... 21
2.7.1 Kelebihan Arduino .................................................................. 22
2.8 Program Arduino ............................................................................ 23
2.8.1 Bahasa Pemograman Arduino................................................. 23
BAB III. PERANCANGAN ALAT
3.1 Diagram Blog ..................................................................................... 28
3.1.1 Buck Converter ....................................................................... 29
3.1.2 Rangkaian Buck Converter ..................................................... 30
3.1.3 Perhitungan Converter............................................................ 31
3.1.4 Sensor Tegangan .................................................................... 33
3.1.5 Rangkaian PWM .................................................................... 33
3.1.6 Arduino Uno ........................................................................... 36
3.1.7 Fungsi Pin Arduino Uno ......................................................... 36
3.1.8 Program PWM ........................................................................ 37
3.1.9 Sistem Keseluruhan ................................................................ 39
vii
BAB IV PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Induktor Pada Rangkaingan Buck Converter .................... 40
4.2 Pengujian MOSFET ........................................................................... 42
4.3 Pengujian PWM ................................................................................. 42
4.4 Analisa Penggunaan Frekuensi Terhadap Tegangan Keluaran DC-DC
Converter ........................................................................................... 46
4.5 Pengujian Sensor Tegangan ............................................................... 47
4.6 Pengujian DC – DC Converter pada Beban Televisi ......................... 47
BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 50
5.2 Saran ................................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Diagram Blok Sistem desain Rumah DC ........................ 6
Gambar 2.2
Televisi ............................................................................. 7
Gambar 2.3
Sistem DC-DC Converter ................................................ 8
Gambar 2.4
Dasar DC-DC Converter .................................................. 9
Gambar 2.5
Bentuk Signal dari Nilai Rata-Rata Tegangan Output ..... 9
Gambar 2.6 Blok Diagram Pulse Width Modulator (PWM) ................ 10
Gambar 2.7 Comparator Signals Pulse Width Modulator (PWM) ...... 10
Gambar 2.8
Rangkaian konverter Buck Converter .............................. 11
Gambar 2.9
Tegangan rata-rata Buck Converter ................................. 12
Gambar 2.10 Persamaan tegangan Buck Converter............................... 12
Gambar 2.11 Dua Konfigurasi OFF-Statte dan ON-State ..................... 14
Gambar 2.12 Evolusi tegangan, arus dengan waktu dibuck converter ..........15
Gambar 2.13 Sinyal PWM dan rumus perhitungannya ......................... 15
Gambar 2.14 Pulsa PWM ...................................................................... 16
Gambar 2.15 Pengontrolan Tegangan Pulsa PWM ............................... 17
Gambar 2.16 Sinyal PWM .................................................................... 18
Gambar 2.17 Simbol Transisitor Mosfet Mode Depletion .................... 19
Gambar 2.18 Simbol Transisitor Mosfet Mode Enhancement .............. 20
Gambar 2.19 Arduino Uno .................................................................... 21
Gambar 2.20 Arduino IDE ..................................................................... 23
Gambar 3.1
Diagram Dc – Dc Converter ............................................ 28
ix
Gambar 3.3
Rangkaian Sensor Tegangan ............................................ 33
Gambar 3.4
Rangkaian driver PWM ................................................... 34
Gambar 3.5
Board Arduino.................................................................. 36
Gambar 3.6
Pin Arduino Uno .............................................................. 37
Gambar 3.7
Rangkaian Dc – Dc Buck Converter ................................ 39
Gambar 4.1
Rangkaingan buck converter menggunakan
induktor 3.3mH35 ............................................................ 41
Gambar 4.2
Rangkaingan buck converter menggunakan
induktor toroid.................................................................. 41
Gambar 4.3
Gelombang PWM dengan duty cycle 40% ...................... 44
Gambar 4.4
Gelombang PWM dengan duty cycle 50% ...................... 44
Gambar 4.5
Gelombang PWM dengan duty cycle 60% ...................... 45
Gambar 4.6
Gelombang PWM dengan duty cycle 70% ..................... 45
Gambar 4.7
Pengujian DC-DC Converter Terhadap Beban Televisi . 48
Gambar 4.8
kondisi Telivisi pada saat Pengujian DC-DC Converter 49
Gambar 4.9
Nilai Tegangan pada Arduino IDE ................................. 49
x
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Spesifikasi Buck Converter ............................................... 30
Tabel 3.2
Daftar Komponen.............................................................. 35
Tabel 4.1
Analisa Induktor DC-DC converter .................................. 40
Tabel 4.2
Analisa MOSFET Pada Rangkaian Dc – Dc Converter .. 42
Tabel 4.3
Analisa Dutycyle Pada PWM ............................................ 43
Tabel 4.4
Nilai Tegangan Keluaran Pada Frekuensi 2 Mhz
Dan 16Mhz40.................................................................... 46
Tabel 4.5
Hasil Pengukuran Sistem Sensor Tegangan ..................... 47
xi
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Taufik, 2008 “Practical Design of Buck DC house ”, California Polytecnic
State University, USA
[2]. http://sinarcelltecnic.blogspot.com/2010/10/teori-dasar-televisi1.html
(accessed15okbober 2014)
[3]. E.
Van Dijk. Al,.. “PWM-SWITCH MODELLING OF DC-DC
CONVERTERS Regulators
[4]. Ananaba, Kemjika. Design and Implementation of a Buck Converter.
[5]. Membangun
siyal
PWM
:
http://ini-robot.blogspot.com (accessed
15januari2015)
[6]. http://www.scribd.com/doc/176148161/MOSFET-Sebagai-Saklar#scribd
(accessed 15febuari 2015)
[7]. http:// Arduino.cc (accessed15januari 2015)
51
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi listrik merupakan salah satu penunjang utama berjalannya roda
ekonomi dan kehidupan disebuah negara. Kebutuhan listrik semakin lama
semakin meningkat seiring dengan bertambahnya populasi manusia dan
bertambahnya alat elektronik untuk menunjang Kebutuhan sehari-hari.
Oleh karena itu diperlukan sebuah alternatif baru yang dapat membantu
penyediaan listrik yang lebih murah dan mudah dengan menggunakan sumber
energi yang terbarukan untuk memenuhi kebutuhan peralatan elektronik.
Rumah DC adalah sebuah rumah yang dapat menyediakan kebutuhan
listriknya sendiri dengan pembangkitan system rumah DC. Rumah DC dapat
menyediakan energi DC sendiri melalui berbagai bentuk pengonversian energi
terbarukan seperti panel surya (Photovoltaic), tenaga air, angin, dan tenaga
manusia. Salah satu aplikasi yang paling digunakan dalam kebutuhan sehari-hari
adalah televisi.
DC house secara garis besar adalah satu sistem pengaliran listrik ke
rumah-rumah dengan metode DC (direct current)," Listrik bisa dibangkitkan dari
banyak sumber dan disimpan, misal dari sebuah baterai, dan selanjutnya dipakai
untuk mengoperasikan peralatan elektronik. Dengan demikian, kebutuhan listrik
tidak lagi tergantung pada sistem transmisi jarak jauh dari sumber yang
dibangkitkan dengan pembangkit raksasa.
Selama ini pengaliran listrik dilakukan dengan menggunakan AC
(alternating current) untuk mengalirkan listrik tegangan tinggi dari PLTA, PLTU,
atau pembangkit sejenis.Namun ketika listrik hendak masuk ke peralatan
elektronik.AC diubah menjadi DC oleh adaptor. Konversi ini tidak efisien
1
sehingga banyak energi terbuang. Menurut riset, sekitar 1 triliun Kwh terbuang
akibat inefisiensi itu.
jika membahas transmisi daya, AC memiliki beberapa kelebihan
dibandingkan DC yaitu lebih sederhana saat menaik dan menurunkan tegangan.
Tegangan AC dapat diturunkan (stepped down) dengan biaya yang lebih
murah untuk daerah penduduk. Beberapa saat kemudian Tesla dan Westinghouse
memperkenalkan generator AC, trafo, motor, kabel dan lampu, disinilah akhirnya
arus DC kalah.
Tanpa mempertimbangkan bagaimana menaikkan dan menurunkan
tegangan pada DC, sistem transmisi pada DC secara keseluruhan lebih baik
terutama efisiensinya dibandingkan transmisi AC yang terdapat rugi-rugi (losses).
Transmisi AC terdapat rugi-rugi kapasitif dan induktif yang tidak terdapat pada
transmisi DC.
Dengan DC House konversi AC ke DC tidak diperlukan karena listrik dari
DC House bisa langsung digunakan.Dengan demikian DC House menawarkan
efisiensi dalam pengaliran listrik. bahwa dengan menggunakan DC House,
efisiensi pengaliran listrik bisa ditingkatkan hingga sebesar 5-10 persen.
Dalam rancangan dasarnya DC House didesain mampu menerima listrik
dari sumber apapun, seperti angin, air, surya bahkan orang yang mengayuh
sepeda. Jadi suatu daerah bisa memanfaatkan potensi sumber listrik yang paling
melimpah didaerahnya.
DC House nantinya dapat mengurangi beban PLN untuk menyediakan
listrik ke daerah pedalaman. Keuntungan lain dari DC House ini akan langsung
menggunakan sumber energi terbarukan yang banyak didapatkan di Indonesia
terutama di daerah pedalaman atau kepulauan terpencil.
Listrik yang berhasil dibangkitkan akan dialirkan ke rumah lewat kabel.
Sebelum sampai ke rumah, listrik akan melewati converter yang berperan
menstabilkan tegangan.
Dari sudut harga DC House didesain semurah mungkin dan seramah
mungkin. Contoh yang tengah dikembangkan saat ini adalah sistem .pembangkit
2
listrik tenaga air dan angin skala kecil dengan memanfaatkan generator yang
didapat dari kendaraan bekas.
Dalam DC House, tegangan keluaran dari PV yang merupakan tegangan
Dirrect Current (DC) , DC-DC Coverter antara lain meliputi Input yang diberikan
dari Multiple-Input-Single-Output (MISO) menuju beban televisi.
menggunakan
mikrokontroler
dengan
mengunakan
mikrokontroler
sebagai pembangkit pulsa PWM nya dan beban televisi. Pada sistem ini PWM
berfungsi sebagai pengatur tegangan yang dikeluarkan oleh Dc – Dc Converter.
Dengan kata lain, PWM pada sistem ini memiliki peran yang sangat
penting dalam menghasilkan output. Pemrograman arduino untuk mengkontrol
PWM dibutuhkan karena dc to dc buck converter membutuhkan pengontrolan
duty cycle untuk memperoleh output yang bervariasi.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
1) Bagaimana merencanakan dan membuat alat DC to DC Converter pada
beban Televisi?
2) Bagaimana menguji dan mengetahui kerja sistem DC to DC converter
pada beban Televisi?
1.3
BATASAN MASALAH
1) DC-DC converter untuk perangkat Televis menghasilkan tegangan
keluaran 12 V
1.4
2)
Beban Televisi yang digunakan menggunakan arus DC.
3)
Menggunakan Converter jenis Buck Converter
TUJUAN PENELITIAN
1) Untuk memperoleh alat DC to DC Converter pada beban Televis.
2)
Untuk memperoleh hasil uji kerja sistem DC to DC pada beban Televis.
3
1.5
METODOLOGI
1.5.1
Studi Literatur
1.5.2
Perancangan dan Pengujian Sistem
a) Merancang untuk menurunkan tegangan dari input 48V ke
output Televisi 12V. dengan menggunakan rangkaing Buck
Converter.Merangcang rangkaing Buck Converter sendiri
dibagi menjadi beberapa tahap :
1. Menghitung Duty Cycle.
2. Mencari Nilai Induktor.
3. Mencari Nilai kapasitor.
b) Pembuatan alat sesuai dengan perancangan alat yang dibuat
untuk DC House kepada beban Televisi.
c) dengan menggunakan avometer dan osiloskop, untuk menguji
perbandingan tegangan yang masuk dan tegangan yang keluar
pada beban Televisi.
1.5.3
Analisa Data
Hasil yang di dapat dari pengujian sistem akan digunakan sebagai
data untuk di analisa dan di ketahui kenapa hasilnya bisa seperti itu
.
1.5.4
Pengambilan Kesimpulan
Dari hasil analisis data di tarik kesimpulan apakah pada alat DCDC Conventer menggunakan Buck Conventer dapat menurutkan
tegangan dari input 48V ke output Televisi 12V.
4
1.6
Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan pada tugas akhir “Perencanaan Dan Pembuatan
Rumah DC : DC-DC Konverter Pada Beban Televisi adalah sebagai berikut:
A. BAB I Pendahuluan
Pada Bab I ini akan menguraikan secara garis besar terhadap
permasalahan yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah,
batasan
masalah,
tujuan,
metodologi
pembahasan,
sistematika
pembahasan.
B. BAB II Dasar Teori
Pada Bab II ini akan memaparkan teori yang mendasari penyusunan
tugas akhir ini.
C. BAB III Analisa dan Perancangan
Pada Bab III ini akan membahas tentang perancangan DC-DC
Converter menngunakan Buck Converter.
D. BAB IV Pengujian Alat
Pada Bab IV ini akan membahas tentang hasil pengujian hardware dari
perancangan DC-DC Converter menngunakan Buck Converter.
E. BAB V Kesimpulan dan Saran
Pada Bab V ini berisikan kesimpulan dari penyusunan tugas akhir dan
saran untuk pengembangan selanjutnya
5