PERANCANGAN ALAT PRAKTIKUM KLASIFIKASI DC CHOPPER PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI ELEKTRIK
ABSTRAK
PERANCANGAN ALAT PRAKTIKUM KLASIFIKASI DC CHOPPER
PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI ELEKTRIK
DC Chopper adalah salah satu alat elektronika daya yang sangat berkembang saat
ini, yang mana konverter ini sangat memiliki banyak fungsi di dalam dunia
industri salah satunya yaitu digunakan untuk mengatur kecepatan motor arus
searah (DC), kontrol motor traksi pada automobil elektris, mobil trolley, kapal
pengangkut dll. DC Chopper itu sendiri adalah sebuah piranti yang mengubah
tegangan sumber arus searah (DC) yang tetap menjadi tegangan DC variabel yang
dapat divariasikan dengan menempatkan saklar berkecepatan tinggi antara sumber
dan beban.
Telah dilakukan percobaan klasifikasi DC chopper, yaitu percobaan klasifikasi dc
chopper kelas A, chopper kelas B dan chopper kelas C. Percobaan ini dilakukan
dengan menggunakan berbagai jenis saklar yaitu BJT, Mosfet dan IGBT.
Pembangkitan sinyal PWM pada Mosfet, IGBT dan BJT tersebut dihasilkan dan
dikendalikan oleh mikrokontroler Atmega 8535. Pada chopper kelas A, telah
dibuktikan bahwa tegangan dan arus dapat bernilai positif (kuadran pertama).
Pada chopper kelas B, tegangannya bernilai positif dan arus bernilai negatif
(kuadran kedua). Kemudian pada chopper kelas C, tegangannya bernilai positif
sedangkan arusnya dapat bernilai positif atau negatif (kuadran pertama dan
kuadran kedua).
Bentuk signal gelombang pada MOSFET sudah hampir seperti kotak, hal ini
disebabkan oleh waktu switching on dan off hampir sama. Ketika MOSFET diberi
variasi dutycycle maka kenaikan tegangannya setiap interval lebih stabil dan
mendekati nilai dari tegangan keluaran perhitungan. Waktu switching on pada
IGBT lebih lama dari pada waktu off yang menyebakan nilai tegangannya selalu
diatas dari nilai tegangan perhitungan. Waktu switching on pada BJT lebih singkat
dari pada waktu off. Dari karakteristik masing-masing bentuk gelombang tersebut
maka dapat disimpulkan bahwa switching yang baik adalah MOSFET karena
waktu on dan off sudah hampir sama.
Kata kunci : dc chopper, Mosfet, BJT, IGBT
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Rangkaian Chopper Kelas A ..........................................................
8
2. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas A .......................................
9
3. Rangkaian Chopper Kelas B ..........................................................
10
4. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas B .......................................
11
5. Rangkaian Chopper Kelas C ..........................................................
12
6. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas C .......................................
12
7. Diagram alir pengerjaan tugas akhir ...............................................
22
8. Rancangan Chopper Kelas A..........................................................
23
9. Rancangan Chopper Kelas B ..........................................................
24
10. Rancangan Chopper Kelas C..........................................................
25
11. Rangkaian converter DC ke DC sederhana....................................
25
12. Rangkaian Penguat Mosfet.............................................................
27
13. Rangkaian Penguat IGBT...............................................................
27
xii
14. Rangkaian Penguat BJT .................................................................
28
15. Skematik chopper kelas A dengan Mosfet sebagai saklar .............
29
16. Skematik chopper kelas A dengan IGBT sebagai saklar ...............
29
17. Skematik chopper kelas A dengan BJT sebagai saklar ..................
30
18. Skematik chopper kelas B dengan MOSFET sebagai saklar ........
30
19. Skematik chopper kelas B dengan IGBT sebagai saklar ..............
31
20. Skematik chopper kelas B dengan BJT sebagai saklar .................
31
21. Skematik chopper kelas C dengan MOSFET sebagai saklar ........
32
22. Skematik chopper kelas C dengan IGBT sebagai saklar ..............
32
23. Skematik chopper kelas C dengan BJT sebagai saklar .................
33
24. Diagram alir kerja mokrokontroller. ..............................................
34
25. Bentuk Pulsa Width Modulation (PWM) .......................................
38
26. Skematik Rangkaian Perangkat Keras ...........................................
38
27. Transformator CT 1A ....................................................................
39
28. Rangkaian Power Supply ...............................................................
40
29. Rangkaian Pengendali Utama ........................................................
40
30. Rangkaian Sevent Segment .............................................................
41
31. Induktor ..........................................................................................
41
xiii
32. Rangkaian Penguat IGBT...............................................................
41
33. Rangkaian Penguat BJT .................................................................
42
34. Rangkaian Penguat Mosfet.............................................................
42
35. Kapasitor ........................................................................................
43
36. Adaptor ...........................................................................................
43
37. Baterai ............................................................................................
43
38. Rangkaian Chopper dan Rangkaian Ekivalen Kelas A ..................
46
39. Contoh Rangkaian Penguat Klasifikasi DC Chopper ....................
47
40. Mode Rangkaian Chopper Kelas A Pada Praktikum ....................
48
41. Bentuk Gelombang Keluaran Chopper Kelas A ............................
49
42. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I)
dengan beban 10 kΩ dan V in 20 V ...............................................
50
43. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I)
dengan beban 20 kΩ dan V in 20 V ...............................................
51
44. Diagram Kerja Kuadran Kesatu .....................................................
52
45. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 20V dan R 10kΩ pada pengujian chopper Kelas A ...
46. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
52
xiv
dengan Vin 20V dan R 20kΩ pada pengujian chopper Kelas A ...
53
47. Bentuk Sinyal Gelombang Keluaran Mosfet,
IGBT dan BJT Pada k=50% ..........................................................
53
48. Rangkaian Chopper dan Rangkaian Ekivalen Kelas B .................
55
49. Mode Rangkaian Chopper Kelas B Pada Praktikum ....................
56
50. Bentuk Gelombang Keluaran Chopper Kelas B ............................
57
51. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd II)
dengan beban 10 kΩ dan V in 40 V ...............................................
59
52. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd II)
dengan beban 20 kΩ dan V in 40 V ...............................................
60
53. Diagram kerja Kuadran kedua ........................................................
61
54. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 10k pada pengujian chopper Kelas B ......
62
55. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 20k pada pengujian chopper Kelas B ......
62
56. Bentuk Sinyal Gelombang Keluaran Mosfet,
IGBT dan BJT Pada k=80% ..........................................................
63
57. Rangkaian Chopper Kelas C dan Rangkaian Ekivalen .................
64
xv
58. Contoh Rangkaian Penguat Chopper Kelas C ..............................
66
59. Mode Rangkaian Chopper Kelas C Pada Mosfet.........................
66
60. Rangkaian Ekivalen Chopper Kelas C Pada Mosfet .....................
67
61. Pengujian Signal Gelombang Dengan Dual Channel ....................
69
62. Pengujian Masing-masing Signal Gelombang
Dengan 2 Osciloscope ...................................................................
70
63. Signal Gelombang saklar 1 dan saklar 2 (40%) .............................
71
64. Bentuk Sinyal Gelombang Keluaran Mosfet,
IGBT dan BJT Pada k=30% ..........................................................
71
65. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I&II)
dengan beban 10 kΩ dan V in 40 V ...............................................
72
66. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I&II)
dengan beban 20 kΩ dan V in 40 V ...............................................
73
67. Diagram kerja Kuadran I&II ..........................................................
74
68. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 10k pada pengujian chopper Kelas C ......
74
69. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 20k pada pengujian chopper Kelas C ......
75
xvi
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI .................................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .........................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xi
I. PENDAHULUAN .....................................................................................
1
A. Latar Belakang ...........................................................................
1
B. Tujuan Penelitian .......................................................................
2
C. Manfaat Penelitian .....................................................................
3
D. Rumusan Masalah. .....................................................................
3
E. Batasan Masalah .........................................................................
4
F. Hipotesis .....................................................................................
4
G. Sistematika Penulisan ................................................................
4
II. TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................
6
A. Pengenalan DC Chopper ............................................................
6
B. Klasifikasi DC Chopper ..............................................................
6
1. Chopper Kelas A ..................................................................
8
2. Chopper Kelas B ...................................................................
9
3. Chopper Kelas C ..................................................................
11
C. Mikrokontroler ............................................................................
12
viii
D. Bahasa C ......................................................................................
15
III. METODE PENELITIAN ........................................................................
20
A. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
20
B. Alat dan Bahan ............................................................................
20
C. Prosedur Kerja .............................................................................
21
1. Studi Literatur..........................................................................
23
2. Spesifikasi Rancangan .............................................................
23
3. Perancangan Perangkat Keras .................................................
25
a. Konverter Dc-Dc sederhana ............................................
25
b. Sisitem Pengendali Utama ................................................
26
c. Rangkaian penguat ............................................................
26
d. Gambar Skematik Rangkaian Perangkat Keras ................
29
4. Perancangan Perangkat Lunak ................................................
33
5. Pembuatan Alat .......................................................................
34
6. Pengujian Alat ........................................................................
36
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................
37
A. Perangkat Lunak .........................................................................
37
1. Pemrograman Mikrokontroler ................................................
37
B. Perangkat Keras ..........................................................................
38
C. Pengujian Alat .............................................................................
44
1. Pengujian input dan input mikrokontroler ..............................
44
2. Pengujian chopper .................................................................
45
a. Chopper Kelas A ...............................................................
46
b. Chopper Kelas B ...............................................................
55
ix
c. Chopper Kelas C ...............................................................
64
V. SIMPULAN DAN SARAN ......................................................................
76
A. Simpulan .....................................................................................
76
B. Saran ...........................................................................................
77
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
78
LAMPIRAN ...................................................................................................
79
DAFTAR PUSTAKA
Adriadi, Y. 2008.Pengaturan Putaran Motor Arus Searah Tipe Penguatan Bebas
Menggunakan Konverter DC-DC Berbasis PC (Personal Computer).
Universitas Lampung. Bandarlampung.
Bishop, O.2002. Dasar-Dasar Elektronika. Erlangga. Jakarta.
Fauzan, A.2008. Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Rotor
Belitan Menggunakan Chopper Berbasis Komputer. Universitas
Lampung. Bandarlampung.
Rashid, M.1993.Elektronika Daya jilid 1. Pt Prenhallindo. Jakarta.
Wardhana, L. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroller Seri ATmega8535. Penerbil
Andi. Yogyakarta.
Zuhal. 1995. Belajar Sendiri Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya.
Penerbil PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Data hasil pengujian chopper kelas A
saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ ..............................................
50
2. Data hasil pengujian chopper kelas A
saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ ..............................................
51
3. Data hasil pengujian chopper kelas B
saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ ..............................................
59
4. Data hasil pengujian chopper kelas B
saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ ..............................................
60
5. Data hasil pengujian chopper kelas C
saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ ..............................................
72
6. Data hasil pengujian chopper kelas C
saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ ..............................................
72
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Dewasa ini, alat yang berhubungan dengan elektronika daya sangat diperlukan
terutama pada sebuah industri yang dapat membantu proses produksi. Salah satu
alat tersebut adalah konverter DC ke DC (DC Chopper), yang mana konverter ini
sangat memiliki banyak fungsi di dalam dunia industri yaitu digunakan untuk
mengatur kecepatan motor arus searah (DC), kontrol motor traksi pada automobil
elektris, mobil trolley, kapal pengangkut dll. Dimana pengertian dari DC Chopper
itu sendiri adalah sebuah piranti yang mengubah tegangan sumber arus searah
(DC) yang tetap menjadi tegangan DC variabel yang dapat divariasikan dengan
menempatkan saklar berkecepatan tinggi antara sumber dan beban (Rashid, M).
Elektronika daya merupakan salah satu mata kuliah yang membahas bidang ilmu
tenaga listrik yang berhubungan dengan penggunaan komponen-komponen
elektronika untuk mengkonversi daya listrik dan pengendalian daya yang besar.
Teknik konversi memerlukan pensaklaran on dan off peralatan semikonduktor
daya (Zuhal).
2
Mengacu pada perkembangan ilmu dan teknologi elektronika daya tersebut, maka
kebutuhan akan praktikum elektronika daya sangat diperlukan guna mendukung
kesuksesan dari matakuliah elektronika daya. Mengingat keterbatasan dan belum
terlaksananya praktikum elektronika daya pada Laboratorim Konversi Energi
Energi Listrik Unila, maka tugas akhir ”Perancangan Alat Praktikum Elektronika
Daya Mengenai Klasifikasi DC Chopper” ini dirancang dan diharapkan dapat
segera dipakai agar praktikum elektronika daya dapat terlaksana.
Pada tugas akhir ini, akan dibuat chopper kelas A dan B, dan kelas C untuk
membuktikan hasil gelombang keluaran dari chopper, apakah sesuai dengan teori
yang diterapkan atau tidak dengan melakukan pengamatan melalui osiloskop.
Dengan dirancangnya alat praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat mengetahui
keluaran, arus, serta
gelombang keluaran dari ketiga bentuk klasifikasi dc
chopper. Pengerjaan tugas akhir ini dititik beratkan pada pembuktian kuadran
kerja dari masing-masing klasifikasi dc chooper dan gelombang hasil keluaran
yang sesuai dengan teori yang didapat.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:
1.
Merancang tiga buah rangkaian klasifikasi DC chopper yaitu, chopper kelas
A, chopper kelas B, dan chopper kelas C.
2.
Menganalisis kuadran kerja DC chopper dari sisi tegangan keluaran, arus
dan bentuk sinyal gelombang yang dihasilkannya.
3
3.
Menghasilkan suatu panduan modul praktikum klasifikasi DC chopper.
C. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dapat tercapai dalam pembuatan Tugas Akhir ini
adalah:
1.
Dapat diaplikasikan sebagai alat praktikum elektronika daya.
2.
Memberikan kontribusi kepada mahasiwa sebagai bahan penelitian lebih
lanjut tentang pengendalian kecepatan motor.
D. Rumusan Masalah
Bagaimana membuat tiga buah alat klasifikasi dc chopper, yaitu chopper kelas A,
chopper kelas B dan chopper kelas C. Dengan menggunakan mikrokontroler
ATMega8535 sebagai pengontrol Mosfet, IGBT, dan BJT yang berfungsi sebagai
switching.
E. Batasan Masalah
Beberapa hal yang membatasi masalah dalam pembahasan tugas akhir adalah:
1. Menggunakan
mikrokontroler
jenis
ATMega8535
sebagai
kontrolnya.
2. Menggunakan program bahasa C, sebagai bahasa pemrogramannya.
3. Saklar pada chopper menggunakan MOSFET, IGBT, dan BJT.
rangkaian
4
4. Membuktikan kuadran kerja dari masing-masing klasfikasi DC chopper.
F. Hipotesis
Untuk mengatur ton dan toff pada klasifikasi dc chopper ini dapat dilakukan
dengan menggunakan rangkaian kontrol mikrokontroler maupun function
generator sebagai pengendali utamanya.
G. Sistematika Penulisan
BAB 1. PENDAHULUAN
Menjelaskan tugas akhir secara umum, berisi latar belakang, tujuan, manfaat
penelitian, batasan, perumusan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB 2. TEORI DASAR
Pada bab ini dijelaskan secara garis besar tentang teori dasar yang digunakan dan
berhubungan dengan sistem yang dibuat.
BAB 3. METODE PENELITIAN
Memuat langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian, diantaranya waktu dan
tempat penelitian, alat dan bahan, komponen serta perangkat penelitian, prosedur
kerja, perancangan, dan pengujian sistem.
5
BAB 4. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi mengenai hasil pengujian dari percobaan dan membahas
terhadap data-data hasil pengujian yang diperoleh.
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini akan menyimpulkan semua kegiatan dan hasil-hasil yang diperoleh
selama proses pembuatan dan implementasi sistem.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengenalan DC Chopper
Chopper adalah suatu alat yang mengubah sumber tegangan arus searah tetap
menjadi sumber tegangan arus searah yang bersifat variable. Pengubah daya DCDC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC
Chopper ini dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang
bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban (Adriadi, Y).
Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC
yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya,
penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara
pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan
pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi
penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti
misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi
pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan
keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan
tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.
7
Chopper digunakan pada regulator tegangan dc, dan juga digunakan
pada
penghubung dengan induktor, untuk membangkitkan sumber arus dc, terutama
untuk pembalik sumber arus. Pada banyak aplikasi industri, diperlukan untuk
mengubah sumber tegangan DC tetap menjadi sumber tegangan dc yang bersifat
variabel. DC chopper mengubah secara langsung dari DC ke DC dan biasanya hal
ini disebut konverter dc ke dc. Chopper dapat disebut sebagai DC, sama dengan
transformator AC dengan perbandingan putaran yang terus menerus. Seperti
transformator, chopper dapat digunakan untuk menaikkan dan menurunkan
sumber tegangan DC (Fauzan, A).
.
B. Klasifikasi Chopper
Chopper dapat diklasifikasikan menjadi lima jenis berdasarkan pada arah arus dan
tegangan yang mengalir yaitu (Rashid, M):
Chopper kelas A
Chopper kelas B
Chopper kelas C
Chopper kelas D
Chopper kelas E
Dalam tugas akhir ini yang akan dirancang adalah klasifikasi DC chopper kelas A,
kelas B, dan kelas C.
8
1. Chopper Kelas A
Chopper kelas A ini hanya mengirimkan daya dari sumber ke beban.
SW
R
Vs
Gambar 1. Rangkaian Chopper Kelas A
Chopper kelas a ini adalah chopper kuadaran kesatu, karena kuadran kerja yang
dihasilkannya berada pada kuadran kesatu. Tegangan dan arus beban nya adalah
positif.
Tegangan keluaran rata-rata diberikan oleh
∫
Dan arus beban rata-rata,
adalah duty cycle
chopper, dan f adalah frekuensi chopping. Nilai rms tegangan keluaran ditentukan
dari
9
∫
)
⁄
√
Dengan mengasumsikan bahwa tidak ada rugi-rugi pada pada chopper maka daya
masukan pada chopper sama dengan daya keluaran yang diberikan dengan
∫
∫
V
i
Gambar 2. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas A
2. Chopper Kelas B
Chopper kelas B ini arus bebannya keluar dari beban, dengan baterai E adalah
bagian dari beban dan dapat menjadi emf balik motor dc.
10
R
Vs
L
SW
E
Gambar 3. Rangkaian Chopper Kelas B
Chopper ini dapat juga disebut sebagai chopper kuadran kesatu, tetapi bekerja
pada kuadran kedua. Tegangan beban positif, tetapi arus beban negatif.
Bila saklar Sw di on-kan, tegangan E menghasilkan arus melalui induktor L dan
tegangan beban vL menjadi nol. Arus il, yang meningkat, dinyatakan sebagai
berikut:
Dengan kondisi mula
) , memberikan
)
Pada t = t1
)
11
Ketika saklar S1 di-off-kan, jumlah energi yang disimpan pada induktor L
dikembalikan pada sumber Vs melalui diode D1. Arus beban iL akan jatuh. Dengan
mendefinisikan ulang waktu mula t = 0, arus beban iL dinyatakan oleh
Dengan kondisi mula
Dengan
)
(
)
)
V
i
Gambar 4. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas B
3. Chopper Kelas C
Chopper kelas C dapat juga disebut sebagai kombinasi chopper kelas A dan chopper
kelas B. S1 dan D2 bekerja seperti chopper kelas A, S2 dan D1 bekerja seperti
chopper kelas B. Harus dijaga hati-hati agar dua saklar tersebut tidak bekerja secara
bersama-sama;bila hal ini terjadi maka sumber Vs akan mengalami hubung singkat.
Chopper kelas C ini dapat bekerja sebagai penyearah atau pembalik (inverter).
12
S1
d1
R
L
Vs
d2
S2
E
Gambar 5. Rangkaian Chopper Kelas C
Arus beban dapat positif atau negatif, sedangkan tegangan beban selalu positif. Ini
disebut chopper kuadran kedua.
V
i
Gambar 6. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas C
C. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah prosesor mikro yang yang terdiri CPU ditambah dengan
RAM, ROM, I/O ports, dan timer yang jumlahnya tetap dan dikemas dalam satu
chip. Mikrokontroler merupakan salah satu bagian dasar dari suatu sistem
13
komputer.
Meskipun
mempunyai
bentuk
elemen-elemen dasar yang sama.
Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan input
yang diterima dan program yang dikerjakan. Seperti umumnya komputer,
mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan
kepadanya.
Artinya,
terkomputerisasi
bagian
adalah
terpenting
program
itu
dan
sendiri
utama
yang
dari
suatu
sistem
dibuat oleh seorang
programmer.Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan
yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih
kompleks yang diinginkan oleh programmer.yang jauh lebih kecil dari suatu
komputer pribadi dan komputer mainframe.
Mikrokontroler
AVR
(Alf
and
vegard’s
Risc
processor)
merupakan
mikrokontroler Atmel yang mempunnyai arsitektur RISC 8-bit,dimana semua
instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi
dalam 1 siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang
membutuhkan
12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler
tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (reduced
Instruction set computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex
Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4
kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan
AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah
memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang
digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama.
14
ATMega8535
ATMega8535 memiliki fitur-fitur sebagai berikut:
a. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu port A, port B, port C, dan port D.
b. ADC 10 bit sebanyak 8saluran.
c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding.
d. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
e. Watchdog Timer dengan osilator internal.
f. SRAM sebesar 512byte.
g. Memori Flash sebesar 8 KB dengan kemampuan Read While Write.
h. Unit interupsi internal dan eksternal.
i. Port antarmuka SPI.
j. EEPROM sebanyak 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
k. Antarmuka komparator analog.
l. Port USART komunikasi serial.
Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut:
a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal
16 MHz.
b. Kapabilitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM
sebesar 512 byte.
c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
d. Port komunikasi serial (USART) dengan kecepatan 2,5 Mbps.
e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
15
Dalam penelitian ini dibutuhkan lebih dari satu buah saluran I/O yang
dihubungkan dengan rangkaian konverter dc ke dc. Sehingga mikrokontroller
yang digunakan harus mempunyai fitur dan port I/O yang memadai. Atas dasar ini
maka digunakan mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengendali utama.
D. Bahasa C
a. Format Penulisan Bahasa C
Untuk mengenal lebih jauh tentang bahasa C, kita terlebih dahulu harus
mengenal struktur atau format penulisan program. Sehingga kita memiliki
gambaran tentang bagian-bagian dalam pembuatan program (Wardhana, L).
Bagian Komentar Keterangan Program
Komentar digunakan untuk memberikan keterangan pada program agar
mudah dibaca dan akan diabaikan oleh compailer.
Cara kerja:
/*……*/ untuk komentar bentuk paragrap
// untuk komentar bentuk per baris (sebelum enter)
Bagian preprocessor
Preprocessor #include biasanya digunakan untuk menyertakan file
header(.h) atau file library. File include berguna untuk memberitahu
compiler agar membaca file yang di-include-kan lebih dahulu agar
mengenali definisi-definisi yang digunakan dalam program agar tidak
dianggap error.
16
Cara penulisan:
#include untuk lokasi standar file yang telah di-setting oleh
tools biasanya pada folder include atau folder direktori compiler.
#include “………” untuk lokasi file yang kita tentukan sendiri
File header io.h adalah file yang berisi segala informasi atau definisi
tentang register-register fungsi khusus (SFR) dan bit-bit atau pin-pin
mikrokontroller AVR.
Bagian deklarasi variable global
Variable global dideklarasikan di luar semua fungsi termasuk fungsi
utama dan letaknya harus di atas. Sifat variabel global yaitu dapat
diakses aleh semua pernyataan dalam program.
Bagian Prototype Fungsi
Berfungsi untuk mendeklarasikan fungsi yang di bawah fungsi “main”.
Jika kita membuat fungsi di atas fungsi “main” maka kita tidak usah
mendeklarasikan fungsi tersebut langsung tulis saja seperti fungsi
“x_pangkat_y”.
Bagian Fungsi Utama/main
Fungsi utama adalah fungsi pertama yang akan dieksekusi dengan
urutan dari atas ke bawah dan akan loncat-loncat bergantung pada
instruksi loncatan “goto” atau instruksi panggilan fungsiatau terjadi
interupsi apabila interupsi diaktifkan
Bagian Subprogram fungsi fungsi yang telah diprototypekan ditulis di
bawah fungsi main. Prototype fungsi berguna untuk memudahkan
17
programmer dalam penulisan program yang besar. Jika kita membuat
sebuah fungsi tanpa kita prototypekan maka harus ditulis diatas fungasi
maindan ini menyulitkan untuk dibaca dan diperbarui sehingga kita
butuh prototype fungsi.
b. Komentar
Komentar tidak akan dikompilasi oleh compiler. Komentar berguna bagi kita
untuk membantu programmer mengingat kembali fungsi tiap pernyataanpernyataan program.
c. Preprocessor
Preprocessor #include
Biasanya digunkan untuk menyertakan file header (.h) atau file library.
Preprocessor #define
Digunakan untuk mendefinisikan konstanta atau makro.
Preprocessor #if-#endif
Digunakan untuk mengetes ekspresi yang valid untuk mengolah kode
program dibawahnya hingga #endif.
Preprocessor #if-#else-#endif
Digunakan untuk mengetes ekspresi yang valid untuk mengolah kode
program di bawahnya atau jika tidak valid maka kode program di
bawah #else hingga #endif.
Preprocessor #ifdef-#endif
18
Digunakan untuk mencari tahu apakah indetifief sudah didefinisikan?
Jika ya akan mengeksekusi program di bawahnya.
Preprocessor #ifndef-#endif
Digunakan untuk mencari tahu apakah indetifier sudah didefinisikan?
Jika belum maka akan mengeksekusi program dibawahnya.
Preprocessor #undef
Digunakan untuk menghilangkan identifier yang telah kita definisikan
dengan #define, sehingga dapat didefinisikan ulang.
d. Pengenal (inditifier)
Pengenal digunakan untuk member nama variable, fungsi, konstanta dan lainlain. Bahasa C bersifat case sensitive (huruf capital dan kecil dianggap
berbeda). Konstruksi pengenal: huruf angka garis bawah( _ ). Tiap pengenal
bisa menggunakan ketiga hal tersebut dengan catatan tidak boleh diawali
dengan angka.
e. Variable
Variable adalah tempat untuk menyimpan dan mengakses data yang mewakili
memori dalam mikrokontroler. Variable harus dideklarasikan dengan tipe data
bersama nama variabel yang akan digunakan.. tiap tipe data mempunyai
jangkauan bilangan yang dapat disimpan, hal ini akibat dari byte memori yang
dipesan dan bentuk bilangan bertanda atau tidak. Misalnya unsigned char oleh
compiler disediakan 1 byte memori ram sehingga hanya bisa menampung
19
bilangan dari 0 sampai dengan 255 sedangkan jika bertanda -128 sampai
dengan 127.
f. Larik (Array)
Array adalah variable yang berisi sekumpulan data yang mempunyai tipe data
yang sama berbentuk matriks tunggal atau matrik multidimensional.
g. Operator
Operator adalah karakter-karakter khusus yang digunakan untuk manipulasi
variable. Operator aritmatika, penugasan (ossigment), logika dan bit, relasi,
pinter.
20
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu
Penelitian dan perancangan tugas akhir ini telah dimulai sejak bulan Agustus
2009, dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Elektrik dan Laboratorium
Sistem Tenaga Elektrik jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan penelitian mencakup berbagai instrumen, komponen, perangkat
kerja serta bahan-bahan yang digunakan dalam proses penelitian, diantaranya:
a. Instrumen dan komponen, yang terdiri dari:
-
Osiloskop
-
Induktor
-
Dioda
-
MOSFET (Metal Oxide Semiconduktor Field Efect Transistor)
-
BJT
-
IGBT
-
Resistor
-
Bahan penelitian berupa literatur yang berasal dari buku teks serta buku
elektronik dari internet.
21
b. Perangkat kerja, yang terdiri dari:
-
Komputer pribadi (PC)
-
Papan projek (Project Board)
-
Power Supply
-
Downloader AVR paralel
-
Kabel penghubung
c. Bahan-bahan, yang terdiri dari:
-
PCB
-
Bahan plastik mika (acrilyc)
-
Socket Banana
-
Solder, timah, dan beberapa peralatan pembersih solder timah
C. Prosedur Kerja
Dalam penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan
untuk mencapai hasil akhir yang diinginkan, diantaranya:
1. Studi literatur
2. Spesifikasi Rancangan
3. Perancangan alat keras
4. Perancangan perangkat lunak
5. Pembuatan alat
6. Pengujian alat
22
Mulai
Mengumpulkan
bahan literatur
Studi literature
Perancangan
perangkat keras
Tidak
Berhasil?
Ya
perancangan
perangkat lunak
Pengujian alat
dan software
Tidak
Berhasil?
Ya
Selesai
Gambar 7. Diagram alir pengerjaan tugas akhir
23
1. Studi Literatur
Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi mengenai segala sesuatu yang
berkaitan dengan penelitian ini, diantaranya adalah:
a. Konverter DC ke DC
b. MOSFET, BJT, IGBT sebagai media pensaklaran
c. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip
kerjanya
d. Cara kerja dan pemograman mikrokontroler jenis ATMega8535
2. Spesifikasi Rancangan
Spesifikasi rancangan alat keras pada tugas akhir ini ada 3 yaitu:
a) Perancangan Chopper Kelas A
Pada perancangan chopper kelas A ini membutuhkan mosfet, BJT, dan IGBT
sebagai saklar yang diberikan inputan PWM melalui Pemrograman ATmega
8535 serta keypad yang merupakan salah satu bagian output.
R2
Kontrol
Seven segment
Keypad
R1
SW
Gambar 8. Rancangan Chopper Kelas A
24
b) Perancangan Chopper Kelas B
Pada perancangan chopper kelas B ini juga akan memakai mosfet, BJT, dan
IGBT sebagai saklar yang diberikan inputan PWM melalui Pemrograman
ATmega 8535 serta keypad yang merupakan salah satu bagian output.
.
R2
L
Kontrol
E
Seven segment
Keypad
R1
SW
Vs
Gambar 9. Rancangan Chopper Kelas B
c) Perancangan Chopper Kelas C
Pada saat perancangan chopper kelas C ini digunakan masing-masing 2
mosfet, 2 BJT, dan 2 IGBT sebagai saklar dan menggunakan mikrokontroler
sebagai inputan inputan nya. Pada chopper ini diusahakan mengatur on dan off
dari kedua saklar tersebut agar tidak terjadi hubungan arus pendek.
25
S1
Kontrol
Seven segment
Keypad
R1
d1
R2
L
d2
E
S2
Gambar 10.Rancangan Chopper Kelas C
3. Perancangan Perangkat Keras
a.
Konverter DC ke DC sederhana
Rangkaian konverter DC ke DC sederhana hanya terdiri dari sebuah Transistor,
dioda, dan resistor. Rangkaian ini dapat digunakan untuk mengatur tegangan
output pada chopper.
Gambar 11. Rangkaian converter DC ke DC sederhana
26
b.
Sistem Pengendali Utama
Dalam penelitian ini untuk pengendali utama digunakan single chip
mikrokontroler ATMega8535 dan kemampuan komunikasi serial secara UART
serta In-System Programming (ISP). Modul ini dapat digunakan untuk
pengendali PWM seperti dalam penelitian ini.
Spesifikasi modul Modul DT-AVR Low Cost Micro System sebagai berikut :
1.
Mikrokontroler ATMega8535 dengan 8 Kbyte Flash memory, dan 8
channel ADC (Analog to Digital Converter) dengan resolusi 10 bit.
2.
Mendukung varian AVR 40 pin antara lain: ATMega8535, ATMega8515,
AT90S8515, AT90S8535.
3.
Memiliki jalur input/output hingga 35 pin.
4.
Terdapat Eksternal Brown Out Detector sebagai rangkaian reset.
5.
LED Programming Indicator.
6.
Tersedia Crystal Oscillator 4 MHz.
7.
Tersedia jalur komunikasi serial UART RS-232 dengan konektor RJ11.
8.
Tersedia Port untuk Pemrograman secara ISP.
9.
Tegangan input 9 – 12 VDC pada VIN dan memiliki tegangan output +5V
(VCC).
c. Rangkaian Penguat
Untuk mengaktifkan transistor daya (chopper) diperlukan penguatan bertingkat
sehingga pulsa yang dikeluarkan oleh mikrokontroler dapat memicu trasistor
27
daya
tersebut.
Hal
ini
disebabkan
karena
port-port
mikrokontroler
ATMega8535 menghasilkan output arus yang tidak terlalu besar yaitu dalam
ukuran mikroAmpere, dengan rating tegangan sekitar 0 – 5V (Bishop, O).
Untuk
mencapai
maksud
tersebut
di
atas
bisa
dilakukan
dengan
menghubungkan transistor 2N2222 atau BC517 dengan beberapa resisitor.
Rangkaian driver pada penelitian tugas akhir ini dapat dilihat seperti gambar.
Gambar. 12. Rangkaian Penguat Mosfet
Gambar. 13. Rangkaian Penguat IGBT
28
Gambar. 14. Rangkaian Penguat BJT
Pada perancangan tugas akhir ini, akan digunakan transistor tipe 2n2222,
BC517 dan beberapa resisitor sebagai penguat. Sedangkan transistor tipe
2n2222 adalah transistor penguat yang lazim digunakan dalam rangkaian
penguat elektronika.
29
e. Gambar Skematik Rangkaian Perangkat Keras
1. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan Mosfet sebagai saklar
Gambar 15. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan Mosfet sebagai saklar
2. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan IGBT sebagai saklar
Gambar 16. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan IGBT sebagai saklar
30
3. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan BJT sebagai saklar
Gambar 17. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan BJT sebagai saklar
4. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan MOSFET sebagai saklar
Gambar 18. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan MOSFET sebagai saklar
31
5. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan IGBT sebagai saklar
Gambar 19. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan IGBT sebagai saklar
6. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan BJT sebagai saklar
Gambar 20. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan BJT sebagai saklar
32
7. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan MOSFET sebagai saklar
Gambar 21. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan MOSFET sebagai saklar
8. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan IGBT sebagai saklar
Gambar 22. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan IGBT sebagai saklar
33
9. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan BJT sebagai saklar
Gambar 23. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan BJT sebagai saklar
4. Perancangan Perangkat Lunak
Dalam penelitian tugas akhir ini akan digunakan perangkat lunak Code Vision
AVR dengan penulisan program menggunakan bahasa C untuk menuliskan
perintah ke mikrokontroller.
34
Mulai
Input %
Duty cycle
Tekan “*”
Aktif (PWM)
Tidak
Apakah
inputan
Sudah benar?
Ya
Menampilkan
gelombang V out
DC
Apakah ingin
mengambil
data kembali?
Ya
Tidak
Selesai
Gambar 24. Diagram alir kerja mokrokontroller.
35
Perangkat lunak yang direncanakan untuk mikrokontroller ATMega8535
mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Menerima input dari keypad.
2. Menampilkan input dari keypad ke seven segmen.
3. Memproses perintah dari keypad yang kemudian menjadi masukan bagi
rangkaian konverter DC ke DC untuk mengatur duty cycle.
5. Pembuatan Alat
Tahapan berikutnya setelah perancangan adalah pembuatan alat berdasarkan
rancangan yang telah dibuat tersebut. Adapun beberapa proses yang dilakukan
dalam tahapan ini adalah:
a. Menuliskan algoritma program ke mikrokontroler.
b. Membuat listing program pada PC.
c. Menggambar rangkaian elektronik menggunakan komputer dengan bantuan
program aplikasi Diptrace.
d. Memplot hasil gambar rangkaian pada PCB.
e. Melakukan pemasangan komponen pada PCB.
f. Melakukan penyolderan terhadap komponen dan PCB.
g. Membentuk konstruksi alat sesuai dengan bentuk yang telah direncanakan.
36
6. Pengujian Alat
Pengujian terhadap hasil perancangan ini dilakukan untuk mengetahui apakah alat
sudah dapat bekerja seperti yang diharapkan, pengujian ini dapat dilakukan
dengan bantuan multimeter dan osiloskop Untuk mengukur tegangan dan arus
keluaran serta bentuk gelombang yang dihasilkan oleh chopper tersebut.
37
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Perangkat Lunak
1. Pemograman Mikrokontroler
Pada penelitian ini untuk memprogram mikrokontroler sendiri digunakan program
CodeVision AVR dengan menggunakan bahasa pemograman C. Program yang di
tuliskan memiliki perintah yaitu, memproses masukkan dari keypad yang
kemudian ditampilkan pada seven segmen, selanjutnya mikrokontroller akan
memberikan output berupa pengaturan PWM yang berfungsi untuk mengatur
proses on-off pada rangkaian converter arus searah.
Setiap program ini memiliki fungsi tersendiri, misalnya pada OCR 1 dan OCR 2
digunakan untuk pulsa width modulation (PWM). Setiap keluaran timer tersebut
dihubungkan terlebih dahulu melalui driver masing-masing saklar, dan
selanjutnya dihubungkan ke MOSFET, BJT dan IGBT. Bila dilihat dari osiloskop
maka keluaran dari pulsa width modulation (PWM)
38
Gambar 25. Bentuk Pulsa Width Modulation (PWM)
B. Perangkat Keras
1. Gambar Skematik Rangkaian Perangkat Keras
Pada penelitian ini digunakan beberapa perangkat keras yang terhubung menjadi
satu sistem.
Gambar 26. Skematik Rangkaian Perangkat Keras
39
1. Transformator
Transformator yang digunakan pada penelitian ini adalah Center Tap
Transformer, dimana digunakan sebagai penurun tegangan dari 220 Volt ke 15
volt dan 5 Volt dengan rating arus sebesar 1 A.
Gambar 27. Transformator CT 1A
2. Rangkaian Power Supply
Rangkaian ini merupakan rangkaian yang digunakan sebagai sumber searah pada
penggunaan peralatan elektonik yang lain. Sumber tegangan yang diberikan dari
Transformator berupa sumber AC akan disearahkan dengan Dioda bridge dengan
rating 1 A. Setelah itu keluaran dari dioda tersebut akan difilter dengan kapasitor
2200 F untuk menghilangkan ripple dan setelah itu dirubah tegangannya dengan
penambahan IC regulator seri 7805 untuk mengubah ke 5 Volt dan IC regulator
seri 7815 untuk mengubah ke 15 volt sehingga rating tegangan yang diperoleh
dari power supply ini yaitu 5 Volt dan 15 Volt.
40
Gambar 28. Rangkaian Power Supply
3. Rangkaian Pengendali Utama
Rangkaian pengendali utama yaitu sebagai pengendali keypad, sevent segment
dan PWM. Dalam hal ini yang dimaksud adalah rangkaian mikrokontroler
Atmega 8535.
Gambar 29. Rangkaian Pengendali Utama
4. Rangkaian Sevent Segment
Rangkaian ini digunakan untuk menampilkan nilai persentase dutycycle yang
diinginkan. Pada penelitian ini digunakan tiga buah seven segment common
katoda yang ditempatkan pada socket.
41
Gambar 30. Rangkaian Sevent Segment
5. Induktor
Induktor merupakan bagian dari suatu rangkaian Klasifikasi DC chopper yang
akan digunakan pada chopper kelas B dan C.
Gambar 31. Induktor
6. Rangkaian Penguat IGBT
Rangkaian ini terdiri dari 2 buah jenis IGBT IRGBC40W, serta beberapa
resisitor dan transistor 2n2222 yang berfungsi sebagai penguat IGBT.
Gambar 32. Rangkaian Penguat IGBT
42
7. Rangkaian Penguat BJT
Rangkaian ini terdiri dari 2 buah jenis BJT BUV48a, beberapa resistor, transistor
BC517, dan dioda yang berfungsi sebagai penguat BJT.
Gambar 33. Rangkaian Penguat BJT
8. Rangkaian Penguat MOSFET
Rangkaian ini terdiri dari 2 buah jenis Mosfet IRFP 450, beberapa resistor,
transistor 2n2222, dan dioda yang berfungsi sebagai penguat mosfet.
Gambar 34. Rangkaian Penguat Mosfet
9. Kapasitor 150 µF
Kapasitor 150 µF ini berfungsi sebagai filter bagi power supply.
43
Gambar 35. Kapasitor
10. Adaptor
Adaptor dalam alat praktikum ini digunakan sebagai power supply kipas (fan).
Gambar 36. Adaptor
11. Baterai
Baterai ini memiliki tegangan 16V, yang digunakan pada saat percobaan chopper
kelas B dan kelas C.
Gambar 37. Baterai
44
C. Pengujian Alat
1. Pengujian input dan output mikrokontroller
Pengujian pada mikrokontroller meliputi pengujian pemberian inputan ke
mikrokontroller dari keypad kemudian mengamati outputnya yaitu berupa
bilangan yang ditampilkan oleh seven segmen dan pengaturan PWM untuk
mengatur proses on-off pada converter arus searah.
Misalnya bila ditekan angka 4 dan 0 pada keypad maka mikrokontroller akan
memberikan output ke seven segment, sehingga seven segment akan menampilkan
angka 40. Selanjutnya bila setelah menekan angka 4 dan 0 kemudian menekan
tanda *, maka mikrokontroller akan memberikan output berupa PWM dengan
lama waktu on 40% dari 1 periode, dalam hal ini fungsi “*” pada keypad seperti
fungsi enter pada computer yang berfungsi Untuk me run DC chopper. outputnya
ditunjukkan pada Saklar 1 (Mosfet 1, BJT 1, IGBT 1) sedangkan Saklar 2 (Mosfet
2, BJT 2, IGBT 2) adalah kebalikan dari Saklar 1. Bila Saklar 1 memilik waktu on
selama 10% dari periodenya, maka Saklar 2 memiliki 10% waktu off dari 1
periodenya. Selanjutnya Saklar-saklar ini akan digunakan sebagai pengaturan
waktu on-off pada converter arus searah.
45
2. Pengujian Chopper
Prosedur Pengujian
Pada penelitian ini digunakan peralatan tambahan untuk mendukung pengambilan
data pada chopper kelas A, chopper kelas B maupun chopper kelas C yaitu Power
supply 250v. Power supply digunakan untuk memberikan tegangan langsung
kesalah satu kaki saklar yaitu sisi drain atau collector, yang nantinya akan di
ganti-ganti nilai tegangan (variabel) sesuai dengan yang ditentukan. Sedangkan
resistor sendiri dihubungkan kerangkaian chopper setelah melewati saklar.
Pada dasarnya prosedur pengujian chopper kelas A, chopper kelas B dan chopper
kelas C dilakukan sama. Prosedur pengujian ini dilakukan dengan mengukur
besarnya nilai power supply dan menyesuaikannya dengan resistor yang
dibutuhkan, setelah itu lalu merangkai rangkaian percobaan yang ingin diuji pada
box praktikum klasifikasi DC chopper yang telah dibuat dan menghubungkan
saklar ke osciloscop. Kemudian menghubungkan rangkaian dc chopper ke Power
Supply.
Pengambilan data dilakukan dengan menghidupkan power supply dan menaikkan
nilai tegangannya dari 20v, 40v dan 60v serta mengubah nilai resistor dari 10 kΩ
dan 20 kΩ. Setelah itu mulai memainkan dutycycle dari 0%, 10%, 20%, 30%,
40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% dan 100%.
46
a. Chopper Kelas A
Pengujian Kelas A ini dilakukan dengan memvariasikan pensaklarannya dengan
menggunakan tiga jenis transistor yaitu, BJT, MOSFET dan IGBT. Selanjutnya
dilakukan dengan memvariasikan tegangan input, % duty cycle dan beban.
Dalam tugas akhir ini chopper Kelas A dibuat dengan menggunakan prinsip
pembagi tegangan, seperti yang terlihat pada rangkaian dibawah ini.
a). Rangkaian Chopper Kelas A
b). Rangkaian ekivalen
Saklar on = close
c).Rangkaian ekivalen
Saklar off = open
Gambar 38.Rangkaian Chopper dan Rangkaian Ekivalen Kelas A
47
Vs
15 V
G
Mikro
Ke rangkaian
B
2n2222
Gambar 39. Contoh Rangkaian Penguat Klasifikasi DC Chopper
Dengan memperhatikan gambar diatas, maka dapat dianalisa rangkaian dari
chopper kelas A yang dapat dibagi menjadi 2 jenis rangkaian yaitu pada saat
saklar close dan pada saat saklar open. Bila duty cycle diatur 0% maka saklar
akan close (on) seperti pada gambar 38.b. PWM yang berasal dari mikro yang
berupa logika low mengakibatkan transistor 2n2222 berada dalam posisi off,
sehingga menyebabkan terdapat tegangan pada kaki basis MOSFET, BJT dan
IGBT yang berasal dari supply sebesar 15v. Tegangan tersebutlah yang
menyebabkan saklar akan close (on) dan selanjutnya arus hanya akan terus
mengalir melalui R1.
Begitu juga halnya ketika duty cycle diatur 100%, maka saklar akan open (off)
seperti pada gambar 38.c dan arus akan mengalir melalui R1 dan R2. PWM yang
berasal dari mikro yang berupa logika high akan mengaktifkan transistor 2n2222,
sehingga tegangan sebesar 15v yang berasal dari power supply langsung
48
terhubung ke ground dan menyebabkan tidak adanya supply tegangan di kaki
basis sehingga saklar dapat dikatakan dalam keadaan off.
Ampere Meter
Collector
Voltmeter
1k8
Vs
R
B
R 10 k ohm
Atau R 20 k ohm
M
I
K
R
o
R1
E
Osciloscope
Gambar 40. Mode Rangkaian Chopper Kelas A Pada Praktikum
Dalam pengujian ini titik ukur tegangan berada pada R2 (10k/20k), dan
merupakan beban yang akan dikonversikan tegangannya. Nilai tegangan pada R2
saat saklar close ( ) adalah 0 (gambar 38.b) dan nilai tegangan saat saklar open
( ) adalah:
4-1
Setelah nilai tegangan pada R2 diperoleh, selanjutnya adalah mencari nilai
tegangan sesuai dengan variasi % dutycycle (k).
4-2
49
Dimana,
4-3
Maka:
4-4
V
Open
0
Closed
t
Gambar 41. Bentuk Gelombang Keluaran Chopper Kelas A
Nilai arus pada saat saklar close adalah 0, Sedangkan nilai arus pada saat saklar
open adalah.
4-5
Dalam hal ini akan terjadi kenaikan tegangan dari R 10kΩ ke R 20kΩ walaupun
tidak terlalu besar sekali. Sedangkan nilai arus yang didapatkan pada chopper kelas
A ini adalah selalu bernilai positif karena arus terus mengalir dari power supply
menuju beban (lihat gambar 38c).
Setelah melakukan pengujian didapatkan data dari hasil pegujian dengan
pensaklaran yang divariasikan yaitu dengan menggunakan BJT (Bipolar Junction
50
Transistor), MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor) dan
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).dihasilkan data sebagai berikut:
Tabel 1. Data hasil pengujian saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ
Duty
cycle
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MOSFET
IGBT
I (mA) Vout i(mA) Vout
0.0
0.0
0.0
0.6
0.3
2.8
0.6
6.2
0.6
6.0
1.0
9.6
1.0
9.5
1.3
13.0
1.3
13.0
1.7
16.3
1.7
16.4
2.0
19.8
2.0
19.8
2.4
23.3
2.4
23.4
2.7
27.0
2.7
27.0
3.0
30.5
3.0
30.4
3.4
33.6
3.5
34.5
3.5
34.4
BJT
i(mA) Vout
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.9
0.4
4.2
0.8
8.0
1.2
12.0
1.6
16.0
2.0
20.7
2.6
25.7
3.2
31.3
3.5
34.5
Perhitungan
i(mA) Vout
0.0
0.0
0.3
3.4
0.7
6.8
1.0
10.0
1.4
13.6
1.7
17.0
2.0
20.3
2.4
23.7
2.7
27.1
3.0
30.5
3.4
34.0
V
40
35
30
25
bjt
20
mosfet
15
igbt
10
5
0
0
1
2
3
4
i (mA)
Gambar 42. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I)
dengan beban 10 kΩ dan V in 40 V
51
Tabel 2. Data hasil pengujian saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ
Duty
cycle
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MOSFET
IGBT
I (mA) Vout i(mA) Vout
0.0
0.0
0.0
0.6
0.1
3.1
0.3
6.7
0.3
6.7
0.5
10.4
0.5
10.3
0.7
14.0
0.7
14.0
0.9
18.0
0.9
17.8
1.0
21.6
1.0
21.5
1.3
25.5
1.3
25
PERANCANGAN ALAT PRAKTIKUM KLASIFIKASI DC CHOPPER
PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI ELEKTRIK
DC Chopper adalah salah satu alat elektronika daya yang sangat berkembang saat
ini, yang mana konverter ini sangat memiliki banyak fungsi di dalam dunia
industri salah satunya yaitu digunakan untuk mengatur kecepatan motor arus
searah (DC), kontrol motor traksi pada automobil elektris, mobil trolley, kapal
pengangkut dll. DC Chopper itu sendiri adalah sebuah piranti yang mengubah
tegangan sumber arus searah (DC) yang tetap menjadi tegangan DC variabel yang
dapat divariasikan dengan menempatkan saklar berkecepatan tinggi antara sumber
dan beban.
Telah dilakukan percobaan klasifikasi DC chopper, yaitu percobaan klasifikasi dc
chopper kelas A, chopper kelas B dan chopper kelas C. Percobaan ini dilakukan
dengan menggunakan berbagai jenis saklar yaitu BJT, Mosfet dan IGBT.
Pembangkitan sinyal PWM pada Mosfet, IGBT dan BJT tersebut dihasilkan dan
dikendalikan oleh mikrokontroler Atmega 8535. Pada chopper kelas A, telah
dibuktikan bahwa tegangan dan arus dapat bernilai positif (kuadran pertama).
Pada chopper kelas B, tegangannya bernilai positif dan arus bernilai negatif
(kuadran kedua). Kemudian pada chopper kelas C, tegangannya bernilai positif
sedangkan arusnya dapat bernilai positif atau negatif (kuadran pertama dan
kuadran kedua).
Bentuk signal gelombang pada MOSFET sudah hampir seperti kotak, hal ini
disebabkan oleh waktu switching on dan off hampir sama. Ketika MOSFET diberi
variasi dutycycle maka kenaikan tegangannya setiap interval lebih stabil dan
mendekati nilai dari tegangan keluaran perhitungan. Waktu switching on pada
IGBT lebih lama dari pada waktu off yang menyebakan nilai tegangannya selalu
diatas dari nilai tegangan perhitungan. Waktu switching on pada BJT lebih singkat
dari pada waktu off. Dari karakteristik masing-masing bentuk gelombang tersebut
maka dapat disimpulkan bahwa switching yang baik adalah MOSFET karena
waktu on dan off sudah hampir sama.
Kata kunci : dc chopper, Mosfet, BJT, IGBT
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1. Rangkaian Chopper Kelas A ..........................................................
8
2. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas A .......................................
9
3. Rangkaian Chopper Kelas B ..........................................................
10
4. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas B .......................................
11
5. Rangkaian Chopper Kelas C ..........................................................
12
6. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas C .......................................
12
7. Diagram alir pengerjaan tugas akhir ...............................................
22
8. Rancangan Chopper Kelas A..........................................................
23
9. Rancangan Chopper Kelas B ..........................................................
24
10. Rancangan Chopper Kelas C..........................................................
25
11. Rangkaian converter DC ke DC sederhana....................................
25
12. Rangkaian Penguat Mosfet.............................................................
27
13. Rangkaian Penguat IGBT...............................................................
27
xii
14. Rangkaian Penguat BJT .................................................................
28
15. Skematik chopper kelas A dengan Mosfet sebagai saklar .............
29
16. Skematik chopper kelas A dengan IGBT sebagai saklar ...............
29
17. Skematik chopper kelas A dengan BJT sebagai saklar ..................
30
18. Skematik chopper kelas B dengan MOSFET sebagai saklar ........
30
19. Skematik chopper kelas B dengan IGBT sebagai saklar ..............
31
20. Skematik chopper kelas B dengan BJT sebagai saklar .................
31
21. Skematik chopper kelas C dengan MOSFET sebagai saklar ........
32
22. Skematik chopper kelas C dengan IGBT sebagai saklar ..............
32
23. Skematik chopper kelas C dengan BJT sebagai saklar .................
33
24. Diagram alir kerja mokrokontroller. ..............................................
34
25. Bentuk Pulsa Width Modulation (PWM) .......................................
38
26. Skematik Rangkaian Perangkat Keras ...........................................
38
27. Transformator CT 1A ....................................................................
39
28. Rangkaian Power Supply ...............................................................
40
29. Rangkaian Pengendali Utama ........................................................
40
30. Rangkaian Sevent Segment .............................................................
41
31. Induktor ..........................................................................................
41
xiii
32. Rangkaian Penguat IGBT...............................................................
41
33. Rangkaian Penguat BJT .................................................................
42
34. Rangkaian Penguat Mosfet.............................................................
42
35. Kapasitor ........................................................................................
43
36. Adaptor ...........................................................................................
43
37. Baterai ............................................................................................
43
38. Rangkaian Chopper dan Rangkaian Ekivalen Kelas A ..................
46
39. Contoh Rangkaian Penguat Klasifikasi DC Chopper ....................
47
40. Mode Rangkaian Chopper Kelas A Pada Praktikum ....................
48
41. Bentuk Gelombang Keluaran Chopper Kelas A ............................
49
42. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I)
dengan beban 10 kΩ dan V in 20 V ...............................................
50
43. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I)
dengan beban 20 kΩ dan V in 20 V ...............................................
51
44. Diagram Kerja Kuadran Kesatu .....................................................
52
45. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 20V dan R 10kΩ pada pengujian chopper Kelas A ...
46. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
52
xiv
dengan Vin 20V dan R 20kΩ pada pengujian chopper Kelas A ...
53
47. Bentuk Sinyal Gelombang Keluaran Mosfet,
IGBT dan BJT Pada k=50% ..........................................................
53
48. Rangkaian Chopper dan Rangkaian Ekivalen Kelas B .................
55
49. Mode Rangkaian Chopper Kelas B Pada Praktikum ....................
56
50. Bentuk Gelombang Keluaran Chopper Kelas B ............................
57
51. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd II)
dengan beban 10 kΩ dan V in 40 V ...............................................
59
52. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd II)
dengan beban 20 kΩ dan V in 40 V ...............................................
60
53. Diagram kerja Kuadran kedua ........................................................
61
54. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 10k pada pengujian chopper Kelas B ......
62
55. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 20k pada pengujian chopper Kelas B ......
62
56. Bentuk Sinyal Gelombang Keluaran Mosfet,
IGBT dan BJT Pada k=80% ..........................................................
63
57. Rangkaian Chopper Kelas C dan Rangkaian Ekivalen .................
64
xv
58. Contoh Rangkaian Penguat Chopper Kelas C ..............................
66
59. Mode Rangkaian Chopper Kelas C Pada Mosfet.........................
66
60. Rangkaian Ekivalen Chopper Kelas C Pada Mosfet .....................
67
61. Pengujian Signal Gelombang Dengan Dual Channel ....................
69
62. Pengujian Masing-masing Signal Gelombang
Dengan 2 Osciloscope ...................................................................
70
63. Signal Gelombang saklar 1 dan saklar 2 (40%) .............................
71
64. Bentuk Sinyal Gelombang Keluaran Mosfet,
IGBT dan BJT Pada k=30% ..........................................................
71
65. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I&II)
dengan beban 10 kΩ dan V in 40 V ...............................................
72
66. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I&II)
dengan beban 20 kΩ dan V in 40 V ...............................................
73
67. Diagram kerja Kuadran I&II ..........................................................
74
68. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 10k pada pengujian chopper Kelas C ......
74
69. Perbandingan V out BJT, MOSFET dan IGBT
dengan Vin 40V dan R 20k pada pengujian chopper Kelas C ......
75
xvi
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI .................................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .........................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xi
I. PENDAHULUAN .....................................................................................
1
A. Latar Belakang ...........................................................................
1
B. Tujuan Penelitian .......................................................................
2
C. Manfaat Penelitian .....................................................................
3
D. Rumusan Masalah. .....................................................................
3
E. Batasan Masalah .........................................................................
4
F. Hipotesis .....................................................................................
4
G. Sistematika Penulisan ................................................................
4
II. TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................
6
A. Pengenalan DC Chopper ............................................................
6
B. Klasifikasi DC Chopper ..............................................................
6
1. Chopper Kelas A ..................................................................
8
2. Chopper Kelas B ...................................................................
9
3. Chopper Kelas C ..................................................................
11
C. Mikrokontroler ............................................................................
12
viii
D. Bahasa C ......................................................................................
15
III. METODE PENELITIAN ........................................................................
20
A. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
20
B. Alat dan Bahan ............................................................................
20
C. Prosedur Kerja .............................................................................
21
1. Studi Literatur..........................................................................
23
2. Spesifikasi Rancangan .............................................................
23
3. Perancangan Perangkat Keras .................................................
25
a. Konverter Dc-Dc sederhana ............................................
25
b. Sisitem Pengendali Utama ................................................
26
c. Rangkaian penguat ............................................................
26
d. Gambar Skematik Rangkaian Perangkat Keras ................
29
4. Perancangan Perangkat Lunak ................................................
33
5. Pembuatan Alat .......................................................................
34
6. Pengujian Alat ........................................................................
36
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................
37
A. Perangkat Lunak .........................................................................
37
1. Pemrograman Mikrokontroler ................................................
37
B. Perangkat Keras ..........................................................................
38
C. Pengujian Alat .............................................................................
44
1. Pengujian input dan input mikrokontroler ..............................
44
2. Pengujian chopper .................................................................
45
a. Chopper Kelas A ...............................................................
46
b. Chopper Kelas B ...............................................................
55
ix
c. Chopper Kelas C ...............................................................
64
V. SIMPULAN DAN SARAN ......................................................................
76
A. Simpulan .....................................................................................
76
B. Saran ...........................................................................................
77
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
78
LAMPIRAN ...................................................................................................
79
DAFTAR PUSTAKA
Adriadi, Y. 2008.Pengaturan Putaran Motor Arus Searah Tipe Penguatan Bebas
Menggunakan Konverter DC-DC Berbasis PC (Personal Computer).
Universitas Lampung. Bandarlampung.
Bishop, O.2002. Dasar-Dasar Elektronika. Erlangga. Jakarta.
Fauzan, A.2008. Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Rotor
Belitan Menggunakan Chopper Berbasis Komputer. Universitas
Lampung. Bandarlampung.
Rashid, M.1993.Elektronika Daya jilid 1. Pt Prenhallindo. Jakarta.
Wardhana, L. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroller Seri ATmega8535. Penerbil
Andi. Yogyakarta.
Zuhal. 1995. Belajar Sendiri Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya.
Penerbil PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Data hasil pengujian chopper kelas A
saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ ..............................................
50
2. Data hasil pengujian chopper kelas A
saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ ..............................................
51
3. Data hasil pengujian chopper kelas B
saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ ..............................................
59
4. Data hasil pengujian chopper kelas B
saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ ..............................................
60
5. Data hasil pengujian chopper kelas C
saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ ..............................................
72
6. Data hasil pengujian chopper kelas C
saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ ..............................................
72
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang dan Masalah
Dewasa ini, alat yang berhubungan dengan elektronika daya sangat diperlukan
terutama pada sebuah industri yang dapat membantu proses produksi. Salah satu
alat tersebut adalah konverter DC ke DC (DC Chopper), yang mana konverter ini
sangat memiliki banyak fungsi di dalam dunia industri yaitu digunakan untuk
mengatur kecepatan motor arus searah (DC), kontrol motor traksi pada automobil
elektris, mobil trolley, kapal pengangkut dll. Dimana pengertian dari DC Chopper
itu sendiri adalah sebuah piranti yang mengubah tegangan sumber arus searah
(DC) yang tetap menjadi tegangan DC variabel yang dapat divariasikan dengan
menempatkan saklar berkecepatan tinggi antara sumber dan beban (Rashid, M).
Elektronika daya merupakan salah satu mata kuliah yang membahas bidang ilmu
tenaga listrik yang berhubungan dengan penggunaan komponen-komponen
elektronika untuk mengkonversi daya listrik dan pengendalian daya yang besar.
Teknik konversi memerlukan pensaklaran on dan off peralatan semikonduktor
daya (Zuhal).
2
Mengacu pada perkembangan ilmu dan teknologi elektronika daya tersebut, maka
kebutuhan akan praktikum elektronika daya sangat diperlukan guna mendukung
kesuksesan dari matakuliah elektronika daya. Mengingat keterbatasan dan belum
terlaksananya praktikum elektronika daya pada Laboratorim Konversi Energi
Energi Listrik Unila, maka tugas akhir ”Perancangan Alat Praktikum Elektronika
Daya Mengenai Klasifikasi DC Chopper” ini dirancang dan diharapkan dapat
segera dipakai agar praktikum elektronika daya dapat terlaksana.
Pada tugas akhir ini, akan dibuat chopper kelas A dan B, dan kelas C untuk
membuktikan hasil gelombang keluaran dari chopper, apakah sesuai dengan teori
yang diterapkan atau tidak dengan melakukan pengamatan melalui osiloskop.
Dengan dirancangnya alat praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat mengetahui
keluaran, arus, serta
gelombang keluaran dari ketiga bentuk klasifikasi dc
chopper. Pengerjaan tugas akhir ini dititik beratkan pada pembuktian kuadran
kerja dari masing-masing klasifikasi dc chooper dan gelombang hasil keluaran
yang sesuai dengan teori yang didapat.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:
1.
Merancang tiga buah rangkaian klasifikasi DC chopper yaitu, chopper kelas
A, chopper kelas B, dan chopper kelas C.
2.
Menganalisis kuadran kerja DC chopper dari sisi tegangan keluaran, arus
dan bentuk sinyal gelombang yang dihasilkannya.
3
3.
Menghasilkan suatu panduan modul praktikum klasifikasi DC chopper.
C. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dapat tercapai dalam pembuatan Tugas Akhir ini
adalah:
1.
Dapat diaplikasikan sebagai alat praktikum elektronika daya.
2.
Memberikan kontribusi kepada mahasiwa sebagai bahan penelitian lebih
lanjut tentang pengendalian kecepatan motor.
D. Rumusan Masalah
Bagaimana membuat tiga buah alat klasifikasi dc chopper, yaitu chopper kelas A,
chopper kelas B dan chopper kelas C. Dengan menggunakan mikrokontroler
ATMega8535 sebagai pengontrol Mosfet, IGBT, dan BJT yang berfungsi sebagai
switching.
E. Batasan Masalah
Beberapa hal yang membatasi masalah dalam pembahasan tugas akhir adalah:
1. Menggunakan
mikrokontroler
jenis
ATMega8535
sebagai
kontrolnya.
2. Menggunakan program bahasa C, sebagai bahasa pemrogramannya.
3. Saklar pada chopper menggunakan MOSFET, IGBT, dan BJT.
rangkaian
4
4. Membuktikan kuadran kerja dari masing-masing klasfikasi DC chopper.
F. Hipotesis
Untuk mengatur ton dan toff pada klasifikasi dc chopper ini dapat dilakukan
dengan menggunakan rangkaian kontrol mikrokontroler maupun function
generator sebagai pengendali utamanya.
G. Sistematika Penulisan
BAB 1. PENDAHULUAN
Menjelaskan tugas akhir secara umum, berisi latar belakang, tujuan, manfaat
penelitian, batasan, perumusan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB 2. TEORI DASAR
Pada bab ini dijelaskan secara garis besar tentang teori dasar yang digunakan dan
berhubungan dengan sistem yang dibuat.
BAB 3. METODE PENELITIAN
Memuat langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian, diantaranya waktu dan
tempat penelitian, alat dan bahan, komponen serta perangkat penelitian, prosedur
kerja, perancangan, dan pengujian sistem.
5
BAB 4. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi mengenai hasil pengujian dari percobaan dan membahas
terhadap data-data hasil pengujian yang diperoleh.
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini akan menyimpulkan semua kegiatan dan hasil-hasil yang diperoleh
selama proses pembuatan dan implementasi sistem.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengenalan DC Chopper
Chopper adalah suatu alat yang mengubah sumber tegangan arus searah tetap
menjadi sumber tegangan arus searah yang bersifat variable. Pengubah daya DCDC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC
Chopper ini dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang
bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban (Adriadi, Y).
Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC
yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya,
penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara
pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan
pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi
penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti
misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi
pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan
keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan
tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.
7
Chopper digunakan pada regulator tegangan dc, dan juga digunakan
pada
penghubung dengan induktor, untuk membangkitkan sumber arus dc, terutama
untuk pembalik sumber arus. Pada banyak aplikasi industri, diperlukan untuk
mengubah sumber tegangan DC tetap menjadi sumber tegangan dc yang bersifat
variabel. DC chopper mengubah secara langsung dari DC ke DC dan biasanya hal
ini disebut konverter dc ke dc. Chopper dapat disebut sebagai DC, sama dengan
transformator AC dengan perbandingan putaran yang terus menerus. Seperti
transformator, chopper dapat digunakan untuk menaikkan dan menurunkan
sumber tegangan DC (Fauzan, A).
.
B. Klasifikasi Chopper
Chopper dapat diklasifikasikan menjadi lima jenis berdasarkan pada arah arus dan
tegangan yang mengalir yaitu (Rashid, M):
Chopper kelas A
Chopper kelas B
Chopper kelas C
Chopper kelas D
Chopper kelas E
Dalam tugas akhir ini yang akan dirancang adalah klasifikasi DC chopper kelas A,
kelas B, dan kelas C.
8
1. Chopper Kelas A
Chopper kelas A ini hanya mengirimkan daya dari sumber ke beban.
SW
R
Vs
Gambar 1. Rangkaian Chopper Kelas A
Chopper kelas a ini adalah chopper kuadaran kesatu, karena kuadran kerja yang
dihasilkannya berada pada kuadran kesatu. Tegangan dan arus beban nya adalah
positif.
Tegangan keluaran rata-rata diberikan oleh
∫
Dan arus beban rata-rata,
adalah duty cycle
chopper, dan f adalah frekuensi chopping. Nilai rms tegangan keluaran ditentukan
dari
9
∫
)
⁄
√
Dengan mengasumsikan bahwa tidak ada rugi-rugi pada pada chopper maka daya
masukan pada chopper sama dengan daya keluaran yang diberikan dengan
∫
∫
V
i
Gambar 2. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas A
2. Chopper Kelas B
Chopper kelas B ini arus bebannya keluar dari beban, dengan baterai E adalah
bagian dari beban dan dapat menjadi emf balik motor dc.
10
R
Vs
L
SW
E
Gambar 3. Rangkaian Chopper Kelas B
Chopper ini dapat juga disebut sebagai chopper kuadran kesatu, tetapi bekerja
pada kuadran kedua. Tegangan beban positif, tetapi arus beban negatif.
Bila saklar Sw di on-kan, tegangan E menghasilkan arus melalui induktor L dan
tegangan beban vL menjadi nol. Arus il, yang meningkat, dinyatakan sebagai
berikut:
Dengan kondisi mula
) , memberikan
)
Pada t = t1
)
11
Ketika saklar S1 di-off-kan, jumlah energi yang disimpan pada induktor L
dikembalikan pada sumber Vs melalui diode D1. Arus beban iL akan jatuh. Dengan
mendefinisikan ulang waktu mula t = 0, arus beban iL dinyatakan oleh
Dengan kondisi mula
Dengan
)
(
)
)
V
i
Gambar 4. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas B
3. Chopper Kelas C
Chopper kelas C dapat juga disebut sebagai kombinasi chopper kelas A dan chopper
kelas B. S1 dan D2 bekerja seperti chopper kelas A, S2 dan D1 bekerja seperti
chopper kelas B. Harus dijaga hati-hati agar dua saklar tersebut tidak bekerja secara
bersama-sama;bila hal ini terjadi maka sumber Vs akan mengalami hubung singkat.
Chopper kelas C ini dapat bekerja sebagai penyearah atau pembalik (inverter).
12
S1
d1
R
L
Vs
d2
S2
E
Gambar 5. Rangkaian Chopper Kelas C
Arus beban dapat positif atau negatif, sedangkan tegangan beban selalu positif. Ini
disebut chopper kuadran kedua.
V
i
Gambar 6. Bentuk Kuadran Kerja Chopper Kelas C
C. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah prosesor mikro yang yang terdiri CPU ditambah dengan
RAM, ROM, I/O ports, dan timer yang jumlahnya tetap dan dikemas dalam satu
chip. Mikrokontroler merupakan salah satu bagian dasar dari suatu sistem
13
komputer.
Meskipun
mempunyai
bentuk
elemen-elemen dasar yang sama.
Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan input
yang diterima dan program yang dikerjakan. Seperti umumnya komputer,
mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan
kepadanya.
Artinya,
terkomputerisasi
bagian
adalah
terpenting
program
itu
dan
sendiri
utama
yang
dari
suatu
sistem
dibuat oleh seorang
programmer.Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan
yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih
kompleks yang diinginkan oleh programmer.yang jauh lebih kecil dari suatu
komputer pribadi dan komputer mainframe.
Mikrokontroler
AVR
(Alf
and
vegard’s
Risc
processor)
merupakan
mikrokontroler Atmel yang mempunnyai arsitektur RISC 8-bit,dimana semua
instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi
dalam 1 siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang
membutuhkan
12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler
tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (reduced
Instruction set computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex
Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4
kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan
AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah
memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang
digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama.
14
ATMega8535
ATMega8535 memiliki fitur-fitur sebagai berikut:
a. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu port A, port B, port C, dan port D.
b. ADC 10 bit sebanyak 8saluran.
c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding.
d. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
e. Watchdog Timer dengan osilator internal.
f. SRAM sebesar 512byte.
g. Memori Flash sebesar 8 KB dengan kemampuan Read While Write.
h. Unit interupsi internal dan eksternal.
i. Port antarmuka SPI.
j. EEPROM sebanyak 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
k. Antarmuka komparator analog.
l. Port USART komunikasi serial.
Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut:
a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal
16 MHz.
b. Kapabilitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM
sebesar 512 byte.
c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
d. Port komunikasi serial (USART) dengan kecepatan 2,5 Mbps.
e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
15
Dalam penelitian ini dibutuhkan lebih dari satu buah saluran I/O yang
dihubungkan dengan rangkaian konverter dc ke dc. Sehingga mikrokontroller
yang digunakan harus mempunyai fitur dan port I/O yang memadai. Atas dasar ini
maka digunakan mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengendali utama.
D. Bahasa C
a. Format Penulisan Bahasa C
Untuk mengenal lebih jauh tentang bahasa C, kita terlebih dahulu harus
mengenal struktur atau format penulisan program. Sehingga kita memiliki
gambaran tentang bagian-bagian dalam pembuatan program (Wardhana, L).
Bagian Komentar Keterangan Program
Komentar digunakan untuk memberikan keterangan pada program agar
mudah dibaca dan akan diabaikan oleh compailer.
Cara kerja:
/*……*/ untuk komentar bentuk paragrap
// untuk komentar bentuk per baris (sebelum enter)
Bagian preprocessor
Preprocessor #include biasanya digunakan untuk menyertakan file
header(.h) atau file library. File include berguna untuk memberitahu
compiler agar membaca file yang di-include-kan lebih dahulu agar
mengenali definisi-definisi yang digunakan dalam program agar tidak
dianggap error.
16
Cara penulisan:
#include untuk lokasi standar file yang telah di-setting oleh
tools biasanya pada folder include atau folder direktori compiler.
#include “………” untuk lokasi file yang kita tentukan sendiri
File header io.h adalah file yang berisi segala informasi atau definisi
tentang register-register fungsi khusus (SFR) dan bit-bit atau pin-pin
mikrokontroller AVR.
Bagian deklarasi variable global
Variable global dideklarasikan di luar semua fungsi termasuk fungsi
utama dan letaknya harus di atas. Sifat variabel global yaitu dapat
diakses aleh semua pernyataan dalam program.
Bagian Prototype Fungsi
Berfungsi untuk mendeklarasikan fungsi yang di bawah fungsi “main”.
Jika kita membuat fungsi di atas fungsi “main” maka kita tidak usah
mendeklarasikan fungsi tersebut langsung tulis saja seperti fungsi
“x_pangkat_y”.
Bagian Fungsi Utama/main
Fungsi utama adalah fungsi pertama yang akan dieksekusi dengan
urutan dari atas ke bawah dan akan loncat-loncat bergantung pada
instruksi loncatan “goto” atau instruksi panggilan fungsiatau terjadi
interupsi apabila interupsi diaktifkan
Bagian Subprogram fungsi fungsi yang telah diprototypekan ditulis di
bawah fungsi main. Prototype fungsi berguna untuk memudahkan
17
programmer dalam penulisan program yang besar. Jika kita membuat
sebuah fungsi tanpa kita prototypekan maka harus ditulis diatas fungasi
maindan ini menyulitkan untuk dibaca dan diperbarui sehingga kita
butuh prototype fungsi.
b. Komentar
Komentar tidak akan dikompilasi oleh compiler. Komentar berguna bagi kita
untuk membantu programmer mengingat kembali fungsi tiap pernyataanpernyataan program.
c. Preprocessor
Preprocessor #include
Biasanya digunkan untuk menyertakan file header (.h) atau file library.
Preprocessor #define
Digunakan untuk mendefinisikan konstanta atau makro.
Preprocessor #if-#endif
Digunakan untuk mengetes ekspresi yang valid untuk mengolah kode
program dibawahnya hingga #endif.
Preprocessor #if-#else-#endif
Digunakan untuk mengetes ekspresi yang valid untuk mengolah kode
program di bawahnya atau jika tidak valid maka kode program di
bawah #else hingga #endif.
Preprocessor #ifdef-#endif
18
Digunakan untuk mencari tahu apakah indetifief sudah didefinisikan?
Jika ya akan mengeksekusi program di bawahnya.
Preprocessor #ifndef-#endif
Digunakan untuk mencari tahu apakah indetifier sudah didefinisikan?
Jika belum maka akan mengeksekusi program dibawahnya.
Preprocessor #undef
Digunakan untuk menghilangkan identifier yang telah kita definisikan
dengan #define, sehingga dapat didefinisikan ulang.
d. Pengenal (inditifier)
Pengenal digunakan untuk member nama variable, fungsi, konstanta dan lainlain. Bahasa C bersifat case sensitive (huruf capital dan kecil dianggap
berbeda). Konstruksi pengenal: huruf angka garis bawah( _ ). Tiap pengenal
bisa menggunakan ketiga hal tersebut dengan catatan tidak boleh diawali
dengan angka.
e. Variable
Variable adalah tempat untuk menyimpan dan mengakses data yang mewakili
memori dalam mikrokontroler. Variable harus dideklarasikan dengan tipe data
bersama nama variabel yang akan digunakan.. tiap tipe data mempunyai
jangkauan bilangan yang dapat disimpan, hal ini akibat dari byte memori yang
dipesan dan bentuk bilangan bertanda atau tidak. Misalnya unsigned char oleh
compiler disediakan 1 byte memori ram sehingga hanya bisa menampung
19
bilangan dari 0 sampai dengan 255 sedangkan jika bertanda -128 sampai
dengan 127.
f. Larik (Array)
Array adalah variable yang berisi sekumpulan data yang mempunyai tipe data
yang sama berbentuk matriks tunggal atau matrik multidimensional.
g. Operator
Operator adalah karakter-karakter khusus yang digunakan untuk manipulasi
variable. Operator aritmatika, penugasan (ossigment), logika dan bit, relasi,
pinter.
20
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu
Penelitian dan perancangan tugas akhir ini telah dimulai sejak bulan Agustus
2009, dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Elektrik dan Laboratorium
Sistem Tenaga Elektrik jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan penelitian mencakup berbagai instrumen, komponen, perangkat
kerja serta bahan-bahan yang digunakan dalam proses penelitian, diantaranya:
a. Instrumen dan komponen, yang terdiri dari:
-
Osiloskop
-
Induktor
-
Dioda
-
MOSFET (Metal Oxide Semiconduktor Field Efect Transistor)
-
BJT
-
IGBT
-
Resistor
-
Bahan penelitian berupa literatur yang berasal dari buku teks serta buku
elektronik dari internet.
21
b. Perangkat kerja, yang terdiri dari:
-
Komputer pribadi (PC)
-
Papan projek (Project Board)
-
Power Supply
-
Downloader AVR paralel
-
Kabel penghubung
c. Bahan-bahan, yang terdiri dari:
-
PCB
-
Bahan plastik mika (acrilyc)
-
Socket Banana
-
Solder, timah, dan beberapa peralatan pembersih solder timah
C. Prosedur Kerja
Dalam penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan
untuk mencapai hasil akhir yang diinginkan, diantaranya:
1. Studi literatur
2. Spesifikasi Rancangan
3. Perancangan alat keras
4. Perancangan perangkat lunak
5. Pembuatan alat
6. Pengujian alat
22
Mulai
Mengumpulkan
bahan literatur
Studi literature
Perancangan
perangkat keras
Tidak
Berhasil?
Ya
perancangan
perangkat lunak
Pengujian alat
dan software
Tidak
Berhasil?
Ya
Selesai
Gambar 7. Diagram alir pengerjaan tugas akhir
23
1. Studi Literatur
Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi mengenai segala sesuatu yang
berkaitan dengan penelitian ini, diantaranya adalah:
a. Konverter DC ke DC
b. MOSFET, BJT, IGBT sebagai media pensaklaran
c. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip
kerjanya
d. Cara kerja dan pemograman mikrokontroler jenis ATMega8535
2. Spesifikasi Rancangan
Spesifikasi rancangan alat keras pada tugas akhir ini ada 3 yaitu:
a) Perancangan Chopper Kelas A
Pada perancangan chopper kelas A ini membutuhkan mosfet, BJT, dan IGBT
sebagai saklar yang diberikan inputan PWM melalui Pemrograman ATmega
8535 serta keypad yang merupakan salah satu bagian output.
R2
Kontrol
Seven segment
Keypad
R1
SW
Gambar 8. Rancangan Chopper Kelas A
24
b) Perancangan Chopper Kelas B
Pada perancangan chopper kelas B ini juga akan memakai mosfet, BJT, dan
IGBT sebagai saklar yang diberikan inputan PWM melalui Pemrograman
ATmega 8535 serta keypad yang merupakan salah satu bagian output.
.
R2
L
Kontrol
E
Seven segment
Keypad
R1
SW
Vs
Gambar 9. Rancangan Chopper Kelas B
c) Perancangan Chopper Kelas C
Pada saat perancangan chopper kelas C ini digunakan masing-masing 2
mosfet, 2 BJT, dan 2 IGBT sebagai saklar dan menggunakan mikrokontroler
sebagai inputan inputan nya. Pada chopper ini diusahakan mengatur on dan off
dari kedua saklar tersebut agar tidak terjadi hubungan arus pendek.
25
S1
Kontrol
Seven segment
Keypad
R1
d1
R2
L
d2
E
S2
Gambar 10.Rancangan Chopper Kelas C
3. Perancangan Perangkat Keras
a.
Konverter DC ke DC sederhana
Rangkaian konverter DC ke DC sederhana hanya terdiri dari sebuah Transistor,
dioda, dan resistor. Rangkaian ini dapat digunakan untuk mengatur tegangan
output pada chopper.
Gambar 11. Rangkaian converter DC ke DC sederhana
26
b.
Sistem Pengendali Utama
Dalam penelitian ini untuk pengendali utama digunakan single chip
mikrokontroler ATMega8535 dan kemampuan komunikasi serial secara UART
serta In-System Programming (ISP). Modul ini dapat digunakan untuk
pengendali PWM seperti dalam penelitian ini.
Spesifikasi modul Modul DT-AVR Low Cost Micro System sebagai berikut :
1.
Mikrokontroler ATMega8535 dengan 8 Kbyte Flash memory, dan 8
channel ADC (Analog to Digital Converter) dengan resolusi 10 bit.
2.
Mendukung varian AVR 40 pin antara lain: ATMega8535, ATMega8515,
AT90S8515, AT90S8535.
3.
Memiliki jalur input/output hingga 35 pin.
4.
Terdapat Eksternal Brown Out Detector sebagai rangkaian reset.
5.
LED Programming Indicator.
6.
Tersedia Crystal Oscillator 4 MHz.
7.
Tersedia jalur komunikasi serial UART RS-232 dengan konektor RJ11.
8.
Tersedia Port untuk Pemrograman secara ISP.
9.
Tegangan input 9 – 12 VDC pada VIN dan memiliki tegangan output +5V
(VCC).
c. Rangkaian Penguat
Untuk mengaktifkan transistor daya (chopper) diperlukan penguatan bertingkat
sehingga pulsa yang dikeluarkan oleh mikrokontroler dapat memicu trasistor
27
daya
tersebut.
Hal
ini
disebabkan
karena
port-port
mikrokontroler
ATMega8535 menghasilkan output arus yang tidak terlalu besar yaitu dalam
ukuran mikroAmpere, dengan rating tegangan sekitar 0 – 5V (Bishop, O).
Untuk
mencapai
maksud
tersebut
di
atas
bisa
dilakukan
dengan
menghubungkan transistor 2N2222 atau BC517 dengan beberapa resisitor.
Rangkaian driver pada penelitian tugas akhir ini dapat dilihat seperti gambar.
Gambar. 12. Rangkaian Penguat Mosfet
Gambar. 13. Rangkaian Penguat IGBT
28
Gambar. 14. Rangkaian Penguat BJT
Pada perancangan tugas akhir ini, akan digunakan transistor tipe 2n2222,
BC517 dan beberapa resisitor sebagai penguat. Sedangkan transistor tipe
2n2222 adalah transistor penguat yang lazim digunakan dalam rangkaian
penguat elektronika.
29
e. Gambar Skematik Rangkaian Perangkat Keras
1. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan Mosfet sebagai saklar
Gambar 15. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan Mosfet sebagai saklar
2. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan IGBT sebagai saklar
Gambar 16. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan IGBT sebagai saklar
30
3. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan BJT sebagai saklar
Gambar 17. Skematik rangkaian chopper kelas A dengan BJT sebagai saklar
4. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan MOSFET sebagai saklar
Gambar 18. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan MOSFET sebagai saklar
31
5. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan IGBT sebagai saklar
Gambar 19. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan IGBT sebagai saklar
6. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan BJT sebagai saklar
Gambar 20. Skematik rangkaian chopper kelas B dengan BJT sebagai saklar
32
7. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan MOSFET sebagai saklar
Gambar 21. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan MOSFET sebagai saklar
8. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan IGBT sebagai saklar
Gambar 22. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan IGBT sebagai saklar
33
9. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan BJT sebagai saklar
Gambar 23. Skematik rangkaian chopper kelas C dengan BJT sebagai saklar
4. Perancangan Perangkat Lunak
Dalam penelitian tugas akhir ini akan digunakan perangkat lunak Code Vision
AVR dengan penulisan program menggunakan bahasa C untuk menuliskan
perintah ke mikrokontroller.
34
Mulai
Input %
Duty cycle
Tekan “*”
Aktif (PWM)
Tidak
Apakah
inputan
Sudah benar?
Ya
Menampilkan
gelombang V out
DC
Apakah ingin
mengambil
data kembali?
Ya
Tidak
Selesai
Gambar 24. Diagram alir kerja mokrokontroller.
35
Perangkat lunak yang direncanakan untuk mikrokontroller ATMega8535
mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Menerima input dari keypad.
2. Menampilkan input dari keypad ke seven segmen.
3. Memproses perintah dari keypad yang kemudian menjadi masukan bagi
rangkaian konverter DC ke DC untuk mengatur duty cycle.
5. Pembuatan Alat
Tahapan berikutnya setelah perancangan adalah pembuatan alat berdasarkan
rancangan yang telah dibuat tersebut. Adapun beberapa proses yang dilakukan
dalam tahapan ini adalah:
a. Menuliskan algoritma program ke mikrokontroler.
b. Membuat listing program pada PC.
c. Menggambar rangkaian elektronik menggunakan komputer dengan bantuan
program aplikasi Diptrace.
d. Memplot hasil gambar rangkaian pada PCB.
e. Melakukan pemasangan komponen pada PCB.
f. Melakukan penyolderan terhadap komponen dan PCB.
g. Membentuk konstruksi alat sesuai dengan bentuk yang telah direncanakan.
36
6. Pengujian Alat
Pengujian terhadap hasil perancangan ini dilakukan untuk mengetahui apakah alat
sudah dapat bekerja seperti yang diharapkan, pengujian ini dapat dilakukan
dengan bantuan multimeter dan osiloskop Untuk mengukur tegangan dan arus
keluaran serta bentuk gelombang yang dihasilkan oleh chopper tersebut.
37
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Perangkat Lunak
1. Pemograman Mikrokontroler
Pada penelitian ini untuk memprogram mikrokontroler sendiri digunakan program
CodeVision AVR dengan menggunakan bahasa pemograman C. Program yang di
tuliskan memiliki perintah yaitu, memproses masukkan dari keypad yang
kemudian ditampilkan pada seven segmen, selanjutnya mikrokontroller akan
memberikan output berupa pengaturan PWM yang berfungsi untuk mengatur
proses on-off pada rangkaian converter arus searah.
Setiap program ini memiliki fungsi tersendiri, misalnya pada OCR 1 dan OCR 2
digunakan untuk pulsa width modulation (PWM). Setiap keluaran timer tersebut
dihubungkan terlebih dahulu melalui driver masing-masing saklar, dan
selanjutnya dihubungkan ke MOSFET, BJT dan IGBT. Bila dilihat dari osiloskop
maka keluaran dari pulsa width modulation (PWM)
38
Gambar 25. Bentuk Pulsa Width Modulation (PWM)
B. Perangkat Keras
1. Gambar Skematik Rangkaian Perangkat Keras
Pada penelitian ini digunakan beberapa perangkat keras yang terhubung menjadi
satu sistem.
Gambar 26. Skematik Rangkaian Perangkat Keras
39
1. Transformator
Transformator yang digunakan pada penelitian ini adalah Center Tap
Transformer, dimana digunakan sebagai penurun tegangan dari 220 Volt ke 15
volt dan 5 Volt dengan rating arus sebesar 1 A.
Gambar 27. Transformator CT 1A
2. Rangkaian Power Supply
Rangkaian ini merupakan rangkaian yang digunakan sebagai sumber searah pada
penggunaan peralatan elektonik yang lain. Sumber tegangan yang diberikan dari
Transformator berupa sumber AC akan disearahkan dengan Dioda bridge dengan
rating 1 A. Setelah itu keluaran dari dioda tersebut akan difilter dengan kapasitor
2200 F untuk menghilangkan ripple dan setelah itu dirubah tegangannya dengan
penambahan IC regulator seri 7805 untuk mengubah ke 5 Volt dan IC regulator
seri 7815 untuk mengubah ke 15 volt sehingga rating tegangan yang diperoleh
dari power supply ini yaitu 5 Volt dan 15 Volt.
40
Gambar 28. Rangkaian Power Supply
3. Rangkaian Pengendali Utama
Rangkaian pengendali utama yaitu sebagai pengendali keypad, sevent segment
dan PWM. Dalam hal ini yang dimaksud adalah rangkaian mikrokontroler
Atmega 8535.
Gambar 29. Rangkaian Pengendali Utama
4. Rangkaian Sevent Segment
Rangkaian ini digunakan untuk menampilkan nilai persentase dutycycle yang
diinginkan. Pada penelitian ini digunakan tiga buah seven segment common
katoda yang ditempatkan pada socket.
41
Gambar 30. Rangkaian Sevent Segment
5. Induktor
Induktor merupakan bagian dari suatu rangkaian Klasifikasi DC chopper yang
akan digunakan pada chopper kelas B dan C.
Gambar 31. Induktor
6. Rangkaian Penguat IGBT
Rangkaian ini terdiri dari 2 buah jenis IGBT IRGBC40W, serta beberapa
resisitor dan transistor 2n2222 yang berfungsi sebagai penguat IGBT.
Gambar 32. Rangkaian Penguat IGBT
42
7. Rangkaian Penguat BJT
Rangkaian ini terdiri dari 2 buah jenis BJT BUV48a, beberapa resistor, transistor
BC517, dan dioda yang berfungsi sebagai penguat BJT.
Gambar 33. Rangkaian Penguat BJT
8. Rangkaian Penguat MOSFET
Rangkaian ini terdiri dari 2 buah jenis Mosfet IRFP 450, beberapa resistor,
transistor 2n2222, dan dioda yang berfungsi sebagai penguat mosfet.
Gambar 34. Rangkaian Penguat Mosfet
9. Kapasitor 150 µF
Kapasitor 150 µF ini berfungsi sebagai filter bagi power supply.
43
Gambar 35. Kapasitor
10. Adaptor
Adaptor dalam alat praktikum ini digunakan sebagai power supply kipas (fan).
Gambar 36. Adaptor
11. Baterai
Baterai ini memiliki tegangan 16V, yang digunakan pada saat percobaan chopper
kelas B dan kelas C.
Gambar 37. Baterai
44
C. Pengujian Alat
1. Pengujian input dan output mikrokontroller
Pengujian pada mikrokontroller meliputi pengujian pemberian inputan ke
mikrokontroller dari keypad kemudian mengamati outputnya yaitu berupa
bilangan yang ditampilkan oleh seven segmen dan pengaturan PWM untuk
mengatur proses on-off pada converter arus searah.
Misalnya bila ditekan angka 4 dan 0 pada keypad maka mikrokontroller akan
memberikan output ke seven segment, sehingga seven segment akan menampilkan
angka 40. Selanjutnya bila setelah menekan angka 4 dan 0 kemudian menekan
tanda *, maka mikrokontroller akan memberikan output berupa PWM dengan
lama waktu on 40% dari 1 periode, dalam hal ini fungsi “*” pada keypad seperti
fungsi enter pada computer yang berfungsi Untuk me run DC chopper. outputnya
ditunjukkan pada Saklar 1 (Mosfet 1, BJT 1, IGBT 1) sedangkan Saklar 2 (Mosfet
2, BJT 2, IGBT 2) adalah kebalikan dari Saklar 1. Bila Saklar 1 memilik waktu on
selama 10% dari periodenya, maka Saklar 2 memiliki 10% waktu off dari 1
periodenya. Selanjutnya Saklar-saklar ini akan digunakan sebagai pengaturan
waktu on-off pada converter arus searah.
45
2. Pengujian Chopper
Prosedur Pengujian
Pada penelitian ini digunakan peralatan tambahan untuk mendukung pengambilan
data pada chopper kelas A, chopper kelas B maupun chopper kelas C yaitu Power
supply 250v. Power supply digunakan untuk memberikan tegangan langsung
kesalah satu kaki saklar yaitu sisi drain atau collector, yang nantinya akan di
ganti-ganti nilai tegangan (variabel) sesuai dengan yang ditentukan. Sedangkan
resistor sendiri dihubungkan kerangkaian chopper setelah melewati saklar.
Pada dasarnya prosedur pengujian chopper kelas A, chopper kelas B dan chopper
kelas C dilakukan sama. Prosedur pengujian ini dilakukan dengan mengukur
besarnya nilai power supply dan menyesuaikannya dengan resistor yang
dibutuhkan, setelah itu lalu merangkai rangkaian percobaan yang ingin diuji pada
box praktikum klasifikasi DC chopper yang telah dibuat dan menghubungkan
saklar ke osciloscop. Kemudian menghubungkan rangkaian dc chopper ke Power
Supply.
Pengambilan data dilakukan dengan menghidupkan power supply dan menaikkan
nilai tegangannya dari 20v, 40v dan 60v serta mengubah nilai resistor dari 10 kΩ
dan 20 kΩ. Setelah itu mulai memainkan dutycycle dari 0%, 10%, 20%, 30%,
40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% dan 100%.
46
a. Chopper Kelas A
Pengujian Kelas A ini dilakukan dengan memvariasikan pensaklarannya dengan
menggunakan tiga jenis transistor yaitu, BJT, MOSFET dan IGBT. Selanjutnya
dilakukan dengan memvariasikan tegangan input, % duty cycle dan beban.
Dalam tugas akhir ini chopper Kelas A dibuat dengan menggunakan prinsip
pembagi tegangan, seperti yang terlihat pada rangkaian dibawah ini.
a). Rangkaian Chopper Kelas A
b). Rangkaian ekivalen
Saklar on = close
c).Rangkaian ekivalen
Saklar off = open
Gambar 38.Rangkaian Chopper dan Rangkaian Ekivalen Kelas A
47
Vs
15 V
G
Mikro
Ke rangkaian
B
2n2222
Gambar 39. Contoh Rangkaian Penguat Klasifikasi DC Chopper
Dengan memperhatikan gambar diatas, maka dapat dianalisa rangkaian dari
chopper kelas A yang dapat dibagi menjadi 2 jenis rangkaian yaitu pada saat
saklar close dan pada saat saklar open. Bila duty cycle diatur 0% maka saklar
akan close (on) seperti pada gambar 38.b. PWM yang berasal dari mikro yang
berupa logika low mengakibatkan transistor 2n2222 berada dalam posisi off,
sehingga menyebabkan terdapat tegangan pada kaki basis MOSFET, BJT dan
IGBT yang berasal dari supply sebesar 15v. Tegangan tersebutlah yang
menyebabkan saklar akan close (on) dan selanjutnya arus hanya akan terus
mengalir melalui R1.
Begitu juga halnya ketika duty cycle diatur 100%, maka saklar akan open (off)
seperti pada gambar 38.c dan arus akan mengalir melalui R1 dan R2. PWM yang
berasal dari mikro yang berupa logika high akan mengaktifkan transistor 2n2222,
sehingga tegangan sebesar 15v yang berasal dari power supply langsung
48
terhubung ke ground dan menyebabkan tidak adanya supply tegangan di kaki
basis sehingga saklar dapat dikatakan dalam keadaan off.
Ampere Meter
Collector
Voltmeter
1k8
Vs
R
B
R 10 k ohm
Atau R 20 k ohm
M
I
K
R
o
R1
E
Osciloscope
Gambar 40. Mode Rangkaian Chopper Kelas A Pada Praktikum
Dalam pengujian ini titik ukur tegangan berada pada R2 (10k/20k), dan
merupakan beban yang akan dikonversikan tegangannya. Nilai tegangan pada R2
saat saklar close ( ) adalah 0 (gambar 38.b) dan nilai tegangan saat saklar open
( ) adalah:
4-1
Setelah nilai tegangan pada R2 diperoleh, selanjutnya adalah mencari nilai
tegangan sesuai dengan variasi % dutycycle (k).
4-2
49
Dimana,
4-3
Maka:
4-4
V
Open
0
Closed
t
Gambar 41. Bentuk Gelombang Keluaran Chopper Kelas A
Nilai arus pada saat saklar close adalah 0, Sedangkan nilai arus pada saat saklar
open adalah.
4-5
Dalam hal ini akan terjadi kenaikan tegangan dari R 10kΩ ke R 20kΩ walaupun
tidak terlalu besar sekali. Sedangkan nilai arus yang didapatkan pada chopper kelas
A ini adalah selalu bernilai positif karena arus terus mengalir dari power supply
menuju beban (lihat gambar 38c).
Setelah melakukan pengujian didapatkan data dari hasil pegujian dengan
pensaklaran yang divariasikan yaitu dengan menggunakan BJT (Bipolar Junction
50
Transistor), MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor) dan
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).dihasilkan data sebagai berikut:
Tabel 1. Data hasil pengujian saat Vin = 40V dengan beban 10kΩ
Duty
cycle
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MOSFET
IGBT
I (mA) Vout i(mA) Vout
0.0
0.0
0.0
0.6
0.3
2.8
0.6
6.2
0.6
6.0
1.0
9.6
1.0
9.5
1.3
13.0
1.3
13.0
1.7
16.3
1.7
16.4
2.0
19.8
2.0
19.8
2.4
23.3
2.4
23.4
2.7
27.0
2.7
27.0
3.0
30.5
3.0
30.4
3.4
33.6
3.5
34.5
3.5
34.4
BJT
i(mA) Vout
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.9
0.4
4.2
0.8
8.0
1.2
12.0
1.6
16.0
2.0
20.7
2.6
25.7
3.2
31.3
3.5
34.5
Perhitungan
i(mA) Vout
0.0
0.0
0.3
3.4
0.7
6.8
1.0
10.0
1.4
13.6
1.7
17.0
2.0
20.3
2.4
23.7
2.7
27.1
3.0
30.5
3.4
34.0
V
40
35
30
25
bjt
20
mosfet
15
igbt
10
5
0
0
1
2
3
4
i (mA)
Gambar 42. Hubungan V-I BJT, MOSFET dan IGBT (kwd I)
dengan beban 10 kΩ dan V in 40 V
51
Tabel 2. Data hasil pengujian saat Vin = 40V dengan beban 20kΩ
Duty
cycle
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MOSFET
IGBT
I (mA) Vout i(mA) Vout
0.0
0.0
0.0
0.6
0.1
3.1
0.3
6.7
0.3
6.7
0.5
10.4
0.5
10.3
0.7
14.0
0.7
14.0
0.9
18.0
0.9
17.8
1.0
21.6
1.0
21.5
1.3
25.5
1.3
25