PENGGUNAAN BUCK BOOST CONVERTER PADA SISTEM BATTERY CHARGING TERKENDALI MIKROKONTROLER BERSUMBER SOLAR CELL

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR – TE 145561

PENGGUNAAN BUCK BOOST CONVERTER PADA
SISTEM BATTERY CHARGING TERKENDALI
MIKROKONTROLER BERSUMBER SOLAR CELL

Dwi Ranggah Kurniawan
NRP 2213039004
Amalia Kusumaningrum
NRP 2213039021
Dosen Pembimbing 1
Suwito, ST., MT.
Dosen Pembimbing 2
Eko Pujiyatno Matni, S.Pd.

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2016

HALAMAN JUDUL

FINAL PROJECT – TE 145561

USING BUCK BOOST CONVERTER FOR BATTERY
CHARGING SYSTEM BASED ON MICROCONTROLLER
WHICH HAVE SOLAR PANEL SOURCE

Dwi Ranggah Kurniawan
NRP 2213039004
Amalia Kusumaningrum
NRP 2213039021
Advisor 1
Suwito, ST., MT.
Advisor 2
Eko Pujiyatno Matni, S.Pd.

ELECTRICAL ENGINEERING D3 STUDY PROGRAM
Faculty of Industrial Technology

Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2016

v

-----Halaman ini sengaja dikosongkan-----

vi

vii

PENGGUNAAN BUCK BOOST CONVERTER PADA SISTEM
BATTERY CHARGING TERKENDALI MIKROKONTROLER
BERSUMBER SOLAR CELL
Nama Mahasiswa
NRP
Nama Mahasiswa
NRP
Dosen Pembimbing 1
NIP

Dosen Pembimbing 2
NIP

:
:
:
:
:
:
:
:

Dwi Ranggah Kurniawan
2213 039 004
Amalia Kusumaningrum
2213 039 021
Suwito, ST., MT
19810105 200501 1 004
Eko Pujiyatno Matni, S.Pd
19710330 199403 1 002

ABSTRAK
Potensi Energi matahari di Indonesia cukup besar sebagai wilayah
negara tropis. Pemanfaatan energi matahari menggunakan solar cell
yang disimpan dalam baterai membutuhkan sebuah regulator. Umumnya
charge controller yang digunakan merupakan jenis regulator tegangan
dan proses charging saat akan berhenti ketika cuaca berawan sehingga
tegangan luaran solar cell kurang dari tegangan standar pengisian
baterai.
Pada tugas akhir ini dibuat battery charging dengan metode buckboost converter untuk menstabilkan tegangan luaran solar cell. Sistem
battery charging menggunakan mikrokontroler sebagai pusat kendali
untuk menaikkan dan menurunkan tegangan luaran solar cell secara
otomatis. Tegangan output dari sistem pengendali ini dijaga sesuai
standar tegangan pengisian baterai.
Hasil pengujian battery charging mencapai efisiensi 78 % saat
intensitas matahari tinggi yaitu pada pukul 10.00 sampai 14.00 Secara
keseluruhan tegangan charging rata-rata yang terbaca sekitar 13,6 Volt
dan arus charging yang dihasilkan rata-rata 1 Ampere. Charging battery
12 Volt membutuhkan waktu kurang lebih 5 jam.

Kata Kunci : solar cell,mikrokontroler, Buck-Boost Converer, Battery
Charging

viii

-----Halaman ini sengaja dikosongkan-----

ix

USING BUCK BOOST CONVERTER FOR BATTERY
CHARGING SYSTEM BASED ON MICROCONTROLLER WHICH
HAVE SOLAR PANEL SOURCE
Nama Mahasiswa
NRP
Nama Mahasiswa
NRP
Dosen Pembimbing 1
NIP
Dosen Pembimbing 2
NIP

:
:
:
:
:
:
:
:

Dwi Ranggah Kurniawan
2213 039 004
Amalia Kusumaningrum
2213 039 021
Suwito, ST., MT
19810105 200501 1 004
Eko Pujiyatno Matni, S.Pd
19710330 199403 1 002

ABSTRACT

The potential of solar energy in Indonesia is quite large as an area
of tropical countries. Utilization of solar energy using a solar cell that is
stored in the battery requires a regulator. Generally, charge controller
used is a type of voltage regulator and current charging process will
stop when the weather was cloudy, so the output voltage of the solar
cell is less than the standard voltage battery charging,
In this final task, battery charging system created by the method of
buck-boost converter to stabilize the output voltage of the solar cell.
Battery charging system using a microcontroller as the central control
for raising and lowering the output voltage of the solar cell
automatically. The output voltage of this control system is maintained
according to the standard battery charging voltage.
Battery charging system test results reach 78% efficiency when the
high sun intensity is at 10.00 to 14.00 Overall average charging voltage
that is read around 13.6 Volt and the charging current is generated on
average 1 Ampere.Charging battery 12 Volt takes approximately 5
hours.

Keywords : solar cell, microcontroller,Buck -Boost Converer, Battery
Charging

x

-----Halaman ini sengaja dikosongkan-----

xi

KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu
memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan dengan baik. Shalawat serta salam semoga selalu
dilimpahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW.
Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna
menyelesaikan pendidikan Diploma pada Bidang Studi Elektro Industri,
Program Studi D3 Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas
Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
dengan judul :
" PENGGUNAAN BUCK BOOST CONVERTER PADA SISTEM
BATTERY CHARGING TERKENDALI MIKROKONTROLER
BERSUMBER SOLAR CELL"

Dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini, Penulis menyampaikan
terima kasih yang sebesar - besarnya kepada :
1. Kedua orang tua yang senantiasa mendoakan dan memberikan
dukungan dengan tulus tiada henti.
2. Bapak Suwito, ST., MT. selaku dosen pembimbing.
3. Bapak Eko Pujiyatno Matni, S.Pd. selaku dosen pembimbing dari
BLKIP.
4. Bapak Ir. Hanny Budi Nugroho, MT. Slamet Budiprayitno, ST., MT.
Moh. Abdul Hady, ST,. MT. selaku dosen penguji
5. Teman - teman Elektro Industri Angkatan 2013 yang selalu
memberikan doa, semangat, dan dukungannya.
6. Semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun
tidak langsung dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari dan memohon maaf atas segala kekurangan
pada Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat
bermanfaat dalam pengembangan keilmuan di kemudian hari.
Surabaya, Juni 2016
Penulis

xii

-----Halaman ini sengaja dikosongkan-----

xiii

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................... i
HALAMAN JUDUL .................................................................... iii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ........................... v
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................... vii
ABSTRAK .................................................................................. ix
ABSTRACT .................................................................................. xi
KATA PENGANTAR .............................................................. xiii
DAFTAR ISI .............................................................................. xv
DAFTAR GAMBAR ................................................................ xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................ 1
1.3 Batasan Masalah .............................................................. 2
1.4 Tujuan Perencanaan ........................................................ 2

1.5 Sistematika Laporan Tugas Akhir ................................... 2
1.6 Relevansi ........................................................................ 3
BAB II TEORI PENUNJANG
2.1 Mikrokontroler ATMega328 ........................................... 5
2.2 Buck boost converter ........................................................ 5
2.3 Sensor Arus ................................................................... 10
2.4 Voltage Divider ............................................................. 12
2.5 Accumulator/Aki ............................................................ 13
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Blok Diagram Fungsional ............................................. 15
3.2 Perancangan Penunjang Hardware ................................ 16
3.2.1 Perancangan Box Control ................................... 16
3.3 Perancangan Elektronik ................................................ 17
3.3.1 Setting Port Mikrokontroler ............................... 17
3.3.2 Perancangan Buck Boost Converter .................... 18
3.3.3 Perancangan Driver Mosfet ................................ 22
3.3.4 Perancangan Rangkaian Sensor Tegangan .......... 23
3.3.5 Perancangan Rangkaian Sensor Arus .................. 24
3.4 Perancangan Perangkat Lunak (software) ..................... 24
3.4.1 Perancangan Program Pembangkit PWM ........... 25
xiv

3.4.2 Perancangan Program Pembacaan Sensor
Tegangan............................................................. 26
3.4.3 Perancangan Program Pembacaan Sensor Arus .. 27
3.4.4 Perancangan Program Keseluruhan .................... 28
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA
4.1 Pengujian Solar Cell ..................................................... 31
4.2 Pengujian Tegangan Output Terhadap Perhitungan ....... 32
4.3 Pengujian Nilai Duty Cycle .......................................... 33
4.4 Pengujian Sensor Tegangan ........................................... 34
4.4 Pengujian Sensor Arus .................................................. 35
4.5 PengujianKeseluruhan .................................................... 36
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ................................................................... 41
5.2 Saran ............................................................................. 42
DAFTAR PUSTAKA ................................................................ 43
LAMPIRAN A TABEL HASIL PENGUJIAN ..................... A-1
LAMPIRAN B PROGRAM .................................................. B-1
LAMPIRAN C DATASHEET ................................................ C-1
LAMPIRAN D GAMBAR ...................................................... D-1
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ................................................. E-1

xv

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Gambar 2.10
Gambar 2.11
Gambar 2.12
Gambar 2.13
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 3.10
Gambar 3.11
Gambar 3.12
Gambar 3.13
Gambar 3.14
Gambar 3.15
Gambar 3.16
Gambar 3.17

ATMega 128 ...............................................
Rangkaian Non Inverting Buck Boost
Converter mode buck ...................................
Analisa Switch Tertutup ..............................
Analisa Switch Terbuka ...............................
Rangkaian Non Inverting Buck Boost
Converter mode boost ..................................
Analisa Switch Tertutup ..............................
Analisa Switch Terbuka ...............................
Rangkaian Non Inverting Buck Boost
Converter .....................................................
Analisa Switch tertutup ................................
Analisa Switch Terbuka ...............................
ACS712-20A-T ............................................
Diagram pin ACS712...................................
Rangkaian dasar voltage divider ..................
Blok Fungsional Sistem Baterai Charging ...
Desain Box Kontrol .....................................
Skematik Setting Port Mikrokontroler ........
Online Calculator Coil ................................
Spesifikasi Inti Toroid ................................
Rangkaian Keseluruhan Sistem Battery
Charging ......................................................
Rangkaian Driver Mosfet Mode Buck .........
Rangkaian Driver Mosfet Mode Boost ........
Rangkaian Pembagi Tegangan .....................
Rangkaian Sensor Arus ................................
Flowchart Pembangkitan PWM ..................
Contoh Segmen Program Pembangkitan
Pulsa PWM ..................................................
Flowchart Sensor Tegangan ........................
Contoh Segmen Program Pembacaan
Sensor Tegangan ..........................................
Flowchart Kalibrasi Sensor Arus .................
Contoh Segmen Program Kalibrasi Sensor
Arus..............................................................
Flowchart Program Keseluruhan Sistem
Battery Charging . .......................................
xvi

5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
11
11
12
15
16
18
20
21
21
22
23
23
24
25
26
26
27
27
28
30

Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Gambar 4.16
Gambar 4.17

Rangkaian Beban Pengujian Solar Cell ....... 31
Grafik Vout dan Iout yang dihasilkan solar
cell ............................................................... 31
Rangkain Pengujian Buck Boost Converter . 32
Grafik Tegangan output Buck Boost Converter
dan Tegangan output seharusnya ................ 32
Grafik Perbandingan Vinput dan Duty Cucle
Mode Buck ................................................. 33
Grafik Perbandingan Vinput dan Duty Cucle
Mode Boost .................................................. 33
Rangkaian Pengujian Sensor Tegangan ....... 34
Grafik Perbandingan Tegangan input dan
tegangan output yang dihasilkan sensor ....... 34
Rangkaian Pengujian Sensor Arus ............... 35
Grafik Pengukuran Sensor Arus .................. 35
Pengujian Keseluruhan Battery Charging ... 36
Grafik Vinput dan Voutput Battery
Charging I .................................................... 36
Grafik Iinput dan Ioutput Battery
Charging I .................................................... 37
Grafik Vinput dan Voutput Battery
Charging II .................................................. 37
Grafik Iinput dan Ioutput Battery
Charging II .................................................. 38
Grafik Vinput dan Voutput Battery
Charging III ................................................. 38
Grafik Iinput dan Ioutput Battery
Charging III ................................................. 39

xvii

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang
Saat ini banyak perangkat elektronik yang menggunakan sumber
energi dari solar cell yang disimpan dalam sebuah baterai. Baterai
merupakan sumber listrik portable yang dapat di isi ulang. Penggunaan
listrik PLN untuk media pengisian baterai secara terus menerus akan
mengakibatkan pemborosan energi listrik dari PLN. Agar tidak terjadi
pemborosan energi listrik maka digunakan energi alternatif yang
terbarukan. Sebagai negara beriklim tropis seperti di Indonesia banyak
energi alternatif yang bisa dimanfaatkan untuk dikonversi menjadi
energi listrik, misalnya angin, cahaya matahari, ombak dan sebagainya.
Energi matahari sangat cocok jika dikonversi ke energi listrik karena
sinar matahari jumlahnya tak terbatas meskipun ada kurun waktunya
antara terbit sampai terbenam. Pengkonversian energi matahari ke energi
listrik membutuhkan suatu solar cell.
Selama ini baru ada alat charging baterai yang hanya berfungsi
sebagai regulator tegangan solar cell saja. Penelitian sebelumnya telah
dilakukan terkait battery charging bersumber solar cell yaitu Dani S,
Rizka M, 2012, “Rancang Bangun Kontroler Baterai Charger Untuk
Solar Cell” dan Aulia Rizki “Battery Charger Dengan Converter Boost”
Pada penelitian tersebut DC DC Converter menggunakan boost. Pada
penelitian tersebut DC DC Converter menggunakan boost converter.
Namun dengan metode boost converter hanya mengandalkan tegangan
lebih rendah untuk di regulasi ke level lebih tinggi. Hal itu tentunya
akan sangat merugikan karna pada kondisi cuaca yang tidak menentu
menyebabkan output dari solar cell tidak akan mencapai standar
tegangan pengisian baterai. Untuk itu perlu adanya suatu metode yang
dapat mengefektifkan tegangan output solar cell karena intensitas
cahaya matahari yang berubah - ubah.
Salah satu metode yang dapat dilakukan adalah menggunakan
metode buck boost converter bersumber solar cell untuk membuat
sistem pengendali pengisian baterai. Metode Buck Boost Converter
dipilih karna dapat menstabilkan tegangan keluaran dari solar cell ketika
cuaca tidak menentu. Jika intensitas cahaya matahari redup tegangan
keluaran panel juga akan rendah, maka converter akan berada dalam
mode boost untuk meningkatkan level tegangan, sebaliknya jika
intensitas cahaya terang tegangan keluaran panel juga akan tinggi, maka
1

converter akan berada dalam mode buck untuk menurunkan level
tegangan. Tegangan output dari sistem pengendali ini dijaga sesuai
standar tegangan pengisian baterai yaitu 13,6 volt DC.
1.2

Rumusan Masalah
Pada Tugas Akhir ini yang menjadi permasalahan utama adalah
tidak ada sistem battery charging yang dapat menstabilkan tegangan
output dari solar cell baik saat intensitas cahaya rendah, sedang atau
tinggi menjadi standar level tegangan pada battery charging.
1.3




Batasan Masalah
Level terendah tegangan luaran solar cell yang diproses adalah 7,5
Volt dan level tegangan tertinggi adalah 21 Volt. Dibawah 7,5 Volt
sistem battery charging tidak akan bekerja.
Sistem battery charging menggunakan satu solar cell sebagai
sumber dan satu baterai 12 Volt sebagai beban
Mikrokontroler menggunakan Arduino Uno

1.4

Tujuan Perencanaan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat Battery Charging
dengan metode buck boost converter yang dapat bekerja pada berbagai
tingkat pencahayaan. Hasil yang diharapkan adalah output tegangan
yang stabil yaitu 13,6 Volt dari solar cell sehingga mampu digunakan
untuk mencharge baterai
1.5 Sistematika Laporan Tugas Akhir
Sistematika pembahasan tugas akhir ini terdiri dari lima bab, yaitu
pendahuluan, teori penunjang, perencanaan dan pembuatan alat,
pengujian dan analisa alat, serta penutup.
Bab I
: PENDAHULUAN
Pada bab ini membahas tentang latar belakang
permasalahan, permasalahan, tujuan, sistematika laporan,
serta relevansi.
Bab II : TEORI PENUNJANG
Pada bab ini membahas tentang teori penunjang yang
mendukung dalam perencanaan pembuatan alat meliputi
definisi dan aplikasi solar cell, teori buck boost converter,
aplikasi dan perancangan mikrokontroler dan fungsi
fungsi dari prinsip lainnya.
2

Bab III :

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT
Membahas tentang perencanaan dan pembuatan perangkat
keras (hardware) yang meliputi perangkaian solar cell,
pembuatan kotak buck boost converter, perancangan
mikrokontroler, perancangan sensor. Serta perangkat
lunak (software) berupa program untuk membangkitkan
PWM (Pulse Width Modulation) pada Mikrokontroler

Bab IV :

PENGUJIAN DAN ANALISA ALAT
Membahas tentang pengukuran, pengujian, dan
penganalisaan terhadap komponen-komponen fisik seperti
pengukuran tegangan pada input maupun output, pengujian
duty cycle, pengujian keseluruhan baterry charging.

Bab V

PENUTUP
Menjelaskan tentang kesimpulan dari tugas akhir ini dan
saran-saran untuk pengembangan alat ini lebih lanjut

:

1.6 Relevansi
Dengan adanya battery charging ini diharapkan proses charging
baterai menjadi optimal meskipun intensitas cahaya cukup rendah.

3

-----Halaman ini sengaja dikosongkan-----

4

BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1 Mikrokontroler ATMega 328 [1]
Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil disuatu sirkuit
terpadu yang berisi tentang inti prosesor, memori dan input/output yang
telah diprogram. Program disimpan dalam bentuk RAM, Nor Flash,
OTP ROM yang disertakan dalam chip.
Salah satu jenis mikrokontroler dari tipe Atmel AVR (8-bit) adalah
ATmega 328. ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel
yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer)
yang setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC
(Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroller ini memiliki
beberapa fitur antara lain :
 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu
siklus clock.
 32 x 8-bit register.
 Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
 32 KB Flash memory dan pada arduino
 Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data
semi
permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu
daya dimatikan.
 Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
 Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse
Width Modulation) output.

Gambar 2.1 ATmega 328
2.2 Buck- Boost Converter [2]
Buck Boost Converter berfungsi untuk mengubah level tegangan
DC, baik ke level yang lebih rendah dan ke level yang lebih tinggi.
Rangkaian Non-inverting Buck-Boost (NIBB) menggunakan dua buah
switch mode buck dan switch mode boost.
5

Rangkaian NIBB mempunyai tiga mode pengoperasian, yakni mode
buck , boost dan buck-boost. Ketika tegangan input dibawah tegangan
yang diinginkan maka rangkaian akan berubah menjadi mode boost.
Sebaliknya ketika tegangan input diatas tegangan yang diinginkan, maka
mode akan berubah ke mode buck. Ketika tegangan input stabil
mendekati tegangan yang diinginkan, maka bekerja pada mode buckboost.
Mode Buck
Pada mode buck, Switch buck akan mendapat sinyal switching dari
PWM1, sedangkan Switch boost mendapat sinyal switching PWM2
dengan nilai duty-cycle (D) = 0, sehingga switch boost akan open.

Gambar 2.2 Rangkaian Non Inverting Buck Boost Convertermode
buck
Pada mode ini analisa rangkaian terbagi menjadi dua, analisa saklar
tertutup dan terbuka.

Gambar 2.3 Analisa switch tertutup
Analisa switch tertutup pada mode buck, ketika Switch buck kondisi
ON (close) sedangkan Dioda 1 bekerja reverse-bias dan Dioda 2 bekerja
forward-bias, sehingga arus akan mengisi induktor sekaligus menyuplai
beban.

6

Gambar 2.4 Analisa switch terbuka
Analisa switch terbuka ketika Switch buck open maka Dioda 1 dan
diode 2 bekerja forward-bias, arus yang tersimpan di induktor akan
menyuplai beban (discharging).

Dengan persamaan nilai Vout adalah sebagai berikut:

Vout = Vin . D
Mode Boost
Pada mode boost, Switch boost mendapat sinyal switching PWM2.
Switch buck mendapat sinyal PWM1 (duty-cycle=1) dan selalu close.

.
Gambar 2.5 Rangkaian Non Inverting Buck Boost Convertermode
boost
Pada mode boost ini analisa rangkaian terbagi menjadi dua, analisa
switch tertutup dan terbuka.

7

Gambar 2.6 Analisa Switch Tertutup
Analisa switch tertutup pada mode boost, ketika Switch boost pada
kondisi ON (close) , D1 dan D2 bekerja reverse-bias, sehingga arus akan
mengisi induktor. Polaritas induktor pada sisi kiri lebih positif
dibandingkan sisi kanannya.

i

Gambar 2.7 Analisa Switch Terbuka
Analisa switch terbuka ketika Switch boost open maka D1 bekerja
reverse bias dan D2 bekerja forward-bias, arus yang tersimpan di
induktor akan berkurang karena impedansi yang lebih tinggi.
Berkurangnya arus pada induktor menyebabkan induktor tersebut
membalik polaritasnya (lebih negatif dari sisi kiri) sehingga arus yang
mengalir pada dioda dan pada beban adalah penjumlahan antara arus
pada sumber dan arus pada induktor. Disaat yang bersamaan kapasitor
akan melakukan penyimpanan energi dalam bentuk tegangan. Boost
Converter memiliki luaran lebih tinggi dibandingkan tegangan input.

Dengan persamaan nilai Vout adalah sebagai berikut:

8

Mode Buck-Boost
Pada mode buck-boost switch buck dan switch boost mendapat
sinyal switching PWM1 dan PWM2.

Gambar 2.8 Rangkaian Non Inverting Buck Boost Converter
Prinsip kerja rangkaian mode buck-boost ini dibagi menjadi dua
yaitu: analisa switch tertutup dan switch terbuka.

Gambar 2.9 Analisa switch tertutup
Gambar 2.9 menunjukkan rangkaian buck-boost dengan analisa
switch tertutup dimana switch buck dan Switch boost ON (closed). Hal
ini menyebabkan dioda 1 dan dioda 2 bekerja reverse-bias sehingga arus
akan mengisi induktor L (charging) dan arus induktor (IL) naik sampai
arus maksimum dari induktor. Dengan rumus penurunan pada analisa
switch tertutup adalah sebagai berikut:
Vin = VL
Vin = L x (di/dt)
Vin = L x (di/Ton)

Gambar 2.10 Analisa switch terbuka

9

Gambar 2.10 menunjukkan rangkaian buck-boost dengan anlisa
switch terbuka dimana switch buck dan switch boost OFF (open).
Sehingga kedua dioda bekerja forward-bias dan arus yang tesimpan
pada induktor L akan menyuplai ke beban (discharging). Dengan rumus
penurunan pada saat mode saklar terbuka adalah sebagai berikut:
Vout = VL
Vout = L x (di/dt)
Vout = L x (di/Toff)
L di = Vout . Toff
Ketika mode saklar tertutup dan terbuka disubtitusikan, maka akan
diperoleh persamaan tegangan output rangkaian buck-boost converter
sebagai berikut:
Vin
= (Vo.Toff)/Ton
Ton
= D.T
Toff
= (1-D) . T
Vin
Vin
Vout

= (Vo.(1-D).T)/(D.T)
= (Vo.(1-D))/D
= (Vin.D) / (1-D)

2.3 Sensor Arus [3]
ACS712 20A adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek
medan. Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau
DC. Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat
operasional, sehingga sensitivitas pengukuran arusnya meningkat dan
dapat mengukur perubahan arus yang kecil. Sensor ini digunakan pada
aplikasi-aplikasi di bidang industri, komersial, maupun komunikasi.
Contoh aplikasinya antara lain untuk sensor kontrol motor, deteksi dan
manajemen penggunaan daya, sensor untuk catu daya tersaklar, sensor
proteksi terhadap arus lebih, dan lain sebagainya.

10

Gambar 2.11 ACS712-20A-T
Spesifikasi Sensor Arus ACS712-20A-T:
1. Berbasis ACS712-20A-T dengan fitur:
 Waktu kenaikan perubahan luaran = 5 µs.
 Lebar frekuensi sampai dengan 80 kHz.
 Total kesalahan luaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.
 Tahanan konduktor internal 1,2 mΏ.
 Sensitivitas luaran 100 mV/A.
 Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 20 A.
2. Tegangan kerja 5 VDC.
3. Dilengkapi dengan penguat operasional untuk menambah sensitivitas
luaran.
Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui
kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan
magnet yang di tangkap oleh IC medan terintegrasi dan diubah menjadi
tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan
dengan cara pemasangan komponen yang ada di dalamnya antara
penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan tranducer medan
secara berdekatan.

Gambar 2.12 Diagram pin ACS712
Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya
yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari
sensor timah mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan sensor
arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang
membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau
teknik isolasi lainnya yang mahal. IC ACS712 tipe 20A IC ini
mempunyai sensitivitas sebesar 100mV/A. Saat arus yang mengalir 0A
IC ini mempunyai output tegangan 2,5V. Nilai tegangan akan bertambah
berbanding lurus dengan nilai arus.

11

2.4 Voltage Divider [4]
Rangkaian pembagi tegangan biasanya digunakan untuk membuat
suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar, titik
tegangan referensi pada sensor, untuk memberikan bias pada rangkaian
penguat atau untuk memberi bias pada komponen aktif. Rangkaian
pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan 2 buah resistor,
contoh rangkaian dasar pembagi tegangan dengan output VO dari
tegangan sumber VI menggunakan resistor pembagi tegangan R1 dan
R2 seperti pada gambar 2.7.

Gambar 2.13 Rangkaian dasar voltage divider
Tahanan efektif dari kedua resistor seri ini adalah R1 + R2. Jatuh
tegangan pada gabungan kedua resistor ini adalah Vin, menurut Hukum
Ohm arus yang mengalir adalah
Tegangan pada R2 menjadi :
Mensubstitusikan I dengan persamaan pertama, menghasilkan
Persamaan ini adalah persamaan untuk menghitung tegangan output
yang dihasilkan oleh sebuah rangkaian pembagi tegangan. Dengan
memilih dua buah resistor dengan nilai tahanan yang sesuai, kita dapat
memperoleh nilai tegangan output manapun didalam kisaran 0 V hingga
Vin
2.5 Accumulator / Aki [5]
Accumulator atau sering disebut aki mampu mengubah energi
kimia menjadi energi listrik. Dalam sebuah aki berlangsung proses
elektrokimia yang reversible (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi.
Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible yaitu saat aki
diapakai, berlamgsung proses pengubahan energi kimia menjadi energi
listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses
tenaga listrik menajdi tenaga kimia (charging).

12

Tabel 2.1 State of Charge Battery

Berdasarkan Tabel 2.1, pada umumnya dalam kondisi optimal, aki
dikatakan penuh saat pengisian mencapai 80%. Jika pengisian lebih dari
80% akan mengalami over charge yang dapat merusak aki. Selain itu
aki dapat dikatakan kosong atau tidak dapat digunakan ketika pengisian
mencapai 20%. Pada level tersebut maka aki harus segera diisi.
Arus ideal saat pengisian aki adalah 10% sampai 30% dari arus aki.
Lama pengisian aki berkisar 4,5 jam sampai 10 jam. Charger aki dengan
arus yang besar menyebabkan aki cepat penuh, namun aki akan
mendidih dan panas serta beresiko sel pada aki melengkung dan rusak.
Voltage charger biasanya disetting 110% sampai 120% dari nominal
tegangan aki. Bila aki 12 volt maka tegangan charger harus sekitar 14,4
Volt.
Di dalam standar internasional setiap satu sel aki memliki tegangan
sebesar 2 volt. Sehingga aki 12 volt, memiliki 6 sel sedangkan aki 24
volt memiliki 12 sel. Pada aki juga terdapat kapasitas aki saat digunakan
perjamnya yang disebut AH (Ampere-Hour). Dalam pengisian aki
terdapat standar level dimana aki dapat dikatakan penuh. Tegangan
baterai saat terisi penuh memilik nilai di atas 15%-25% dari rating
tegangan baterai.

13

-----Halaman ini sengaja dikosongkan-----

14

BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Pada bab ini dibahas mengenai perancangan perangkat keras
(hardware) dan perangkat lunak (software). Hal tersebut guna
mewujudkan tugas akhir yang berjudul “Penggunaan buck boost
converter pada sistem battery charging terkendali mikrokontroler
bersumber solar cell”.
3.1 Blok Fungsional Sistem

Gambar 3.1 Blok Fungsional Sistem Battery Charging
Sistem battery charging menggunakan solar cell sebagai sumber
energi listrik .Tegangan luaran solar cell berkisar 0-21 Volt maka
diperlukan rangkaian buck boost converter untuk menstabilkan
tegangan. Tegangan luaran solar cell dikontrol agar stabil di 13,6 volt
sebagai standart pengisian baterai.
Pusat pengendali sistem battery charging menggunakan
Mikrokontroler. Sumber tegangan Mikrokontoler berasal dari luaran
solar cell yang diregulasi dengan dc to dc voltage regulator.
Mikrokontroler menghasilkan PWM untuk mengatur switch mosfet pada
buck boost converter. Terdapat dua mosfet pada buck boost converter,
yaitu mosfet untuk buck dan mosfet untuk boost. Ketika tegangan luaran
solar cell dibawah 13,6 volt, maka mosfet mode buck selalu ON dan
MOSFET mode boost switching. Sebaliknya ketika tegangan luaran
solar cell diatas 13,6 volt, maka mosfet mode buck switching dan mosfet
mode boost OFF.
15

Voltage divider mengirimkan sinyal ke mikrokontroler untuk
mengubah duty cycle PWM secara otomatis. Sensor arus mengirim
sinyal ke mikrokontroler untuk menunjukkan arus yang mengalir pada
sumber dan luaran buck boost converter.
Tegangan luaran yang telah stabil sebesar 13,6 volt digunakan
untuk mengisi baterai.
3.2

Perancangan Penunjang Hardware
Perancangan Penunjang hardware terdiri dari perancangan box
control.

3.2.1 Perancangan Box Control
Box control terbuat dari acrylic warna hitam dengan tebal 5mm
dan dibentuk kubus dengan ukuran 25cm x 20cm x 15cm. Box control
berisi rangkaian elektronik meliputi rangkaian buck boost converter,
rangkaian voltage divider, rangkaian sensor arus, dan indikator lampu
yang menunjukan kondisi alat.

Gambar 3.2 Desain Box Control
Bagian depan box control dipasang LCD berukuran 4x20 yang
berfungsi untuk menampilkan informasi pembacaan tegangan input,
tegangan output, duty cycle, arus input dan arus output. Selain itu
terdapat enam lampu indikator dengan keterangan sebagai berikut :
1. Ketika lampu merah (On) menyala menunjukkan bahwa
mikrokontroler sebagai pusat kendali telah aktif.
2. Ketika lampu merah (Low) menyala menunjukkan kondisi baterai
10% - 20% dari keadaan penuh.
16

3. Ketika lampu kuning (Charge) menyala, menunjukkan terjadi proses
charging pada baterai.
4. Ketika lampu kuning (Medium) menyala menunjukkan kondisi
baterai 30% - 80% dari keadaan penuh.
5. Ketika lampu hijau menyala (high), menunjukkan kondisi baterai
90% - 100% (penuh)
6. Ketika lampu hijau (Full) menyala, berarti baterai yang dicharge
sudah penuh.
3.3

Perancangan Elektronik
Perancangan elektronik membahas setting port mikrokontroler,
rangkaian buck boost converter, sensor tegangan, sensor arus.
3.3.1 Setting Port Mikrokontroler
Mikrokontroler digunakan sebagai pusat kendali sistem battery
charging. Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Uno. Arduino
Uno adalah sebuah board mikrokontroler didasarkan pada ATmega 328.
Pada Sistem battery charging digunakan beberapa pin mikrokontroler
dengan rancangan sesuai pada Tabel 3.1.

No

Tabel 3.1 Konfigurasi Port Mikrokontroler
Pin Arduino
Keterangan

1

Pin A0

2

Pin A1

3

Pin A2

Voltage Divider 1 (input)
Voltage Divider 2
(output)
Sensor Arus 1 (input)

4

Pin A3

Sensor Arus 2 (output)

5

Pin 9

PWM mode buck

6

Pin 10
Pin
SDA,SCL,,VCC,GND

PWM mode boost

7

LCD

17

Gambar 3.3 Skematik Setting Port Mikrokontroler
3.3.2 Perancangan Buck-Boost converter
Desain Rangkaian Buck Boost converter menggunakan dua
mosfet sebagai switch dalam menurunkan tegangan (Buck Mode) dan
menaikkan tegangan (Boost Mode) melalui pengaturan duty cycle PWM
yang di hasilkan dari mikrokontroler secara otomatis.
Rangkaian buck boost converter digunakan untuk menstabilkan
tegangan luaran solar cell. Tegangan luaran yang di harapkan mencapai
13,6 Volt.
Pada perancangan buck boost converter di jelaskan mengenai
perhitungan komponen buck boost converter, pembuatan induktor dan
rangkaian buck boost converter secara keseluruhan.
A. Buck-Boost converter
Tabel 3.2 Parameter Perhitungan Buck Boost converter
P ( daya )
Vinput ( tegangan input minimal )
Vinput ( tegangan input rata rata tinggi )
Voutput ( tegangan output yang diinginkan)
Ripple Tegangan Output
Ripple Arus Induktor
Io
Rbeban

27 Watt
7V
17 V
13,6 V
1%
10%
2A
12 Ω

Berikut perhitungan untuk menentukan nilai dari komponenkomponen yang digunakan :
18

1. Perhitungan dengan input 7 Volt
a. Menentukan nilai Duty Cycle
(3.1)

b. Menentukan nilai induktor

(3.2)

c. Menentukan nilai kapasitor
(3.3)

2. Perhitungan dengan input 17 Volt
a. Menentukan nilai Duty Cycle
(3.4)

b. Menentukan nilai induktor

(3.5)

19

c. Menentukan nilai kapasitor
(3.6)

Dari perhitungan buck boost converter dipilih nilai induktor terkecil
560 mikroHenry dan nilai kapasitor terbesar 470 mikroFarad.
B. Perancangan Induktor
Pada perancangan buck-boost converter, induktor berfungsi untuk
menyimpan arus. Agar nilai induktor sesuai dengan perhitungan, maka
induktor dibuat sendiri dengan cara melilitkan kawat pada inti toroid.
Untuk menentukan jumlah lilitan pada inti toroid, digunakan online
calculator coil seperti pada Gambar 3.4. Dibutuhkan 86 lilitan untuk
mendapatkan nilai induktansi 560 uH. Hasil tersebut hampir mendekati
nilai yang diinginkan pada algoritma perhitungan nilai komponen buck
boost converter.

Gambar 3.4 Online Calculator Coil

20

Gambar 3.5 Spesifikasi Inti Toroida
C. Rancangan Keseluruhan Sistem Battery Charging

Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan Sistem Battery Charging

21

Gambar keseluruhan rangkaian sistem battery charging dengan
data:
- Sumber Tegangan ( Solar cell ) = 0 – 21 Volt
- Mikrokontroler Atmega 328
- Induktor (L) = 560 mikroHenry
- Capasitor ( C ) = 470 mikroFarad 100 Volt
- DriverMosfet yang digunakan adalah Transistor C829 dan TLP 250
- Mosfet IRF4905 dan IRF 9640
- Sensor Arus ACS712
- R BEBAN = 12 Ω 20 Watt
3.3.3 Perancangan Driver Mosfet
Driver mosfet yang digunakan ada 2 yaitu Transistor 2SC829 dan
TLP 250. Transistor 2SC829 merupakan transistor yang berfungsi
sebagai switching mode buck. Spesifikasi Transistor 2SC829 sebagai
berikut :
 Collector to base voltage(VCBO)
: 30 V
 Collector to emitter voltage(VCEO)
: 20 V
 Emitter to base voltage(VEBO)
:5V
 Collector Current(Ic)
: 30 mA

Gambar 3.7 Rangkaian Driver Mosfet Mode Buck
Kaki collector transistor 2CS829 disambungkan dengan gate IRF
4905, Emitter disambungkan pada ground, Base disambungkan pada pin
pwm mikrokontroler.
Driver mosfet yang digunakan sebagai switching mode boost adalah
TLP 250. Spesifikasi TLP 250 sebagai berikut :
• Input threshold current: IF=5mA(max.)
22

•
•
•
•
•

Supply current (ICC): 11mA(max.)
Supply voltage (VCC): 10−35V
Output current (IO): ±1.5A (max.)
Switching time (tpLH/tpHL): 1.5µs(max.)
Isolation voltage: 2500Vrms(min.)

Gambar 3.8 Rangkaian Driver Mosfet Mode Boost
Pin 2 disambungkan dengan mikrokontroler untuk dibangkitkan
sinyal PWM, pin 3 disambungkan pada ground mikrokontroler, pin 6
disambungkan pada gate mosfet IRF4905 dan pin 8 disambungkan pada
Vcc 12 volt.
3.3.4 Perancangan Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan adalah rangkaian pembagi
tegangan. Rangkaian pembagi tegangan berfungsi sebagai konversi
tegangan dari solar cell. Tegangan output yang dihasilkan solar cell
dimisalkan 0 - 30 Volt, sedangkan tegangan yang diinputkan pada
mikrokontroler 0 sampai 5 Volt.

Gambar 3.9 Rangkaian Pembagi Tegangan
Perhitungan rangkaian pembagi tegangan sebagai berikut :

(3.7)
23

Misalkan R2 = 25 kΩ
Vout = 5 Volt (V mikrokontroler)
Vin = 30 Volt ( V input dari solar cell)

Jadi dalam rangkaian voltage divider digunakan 2 resistor yaitu
resistor 25 kΩ dan resistor 5 kΩ.
3.3.5 Perancangan Rangkaian Sensor Arus

Gambar 3.10 Rangkaian Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan adalah ACS712. Pin IP+ dan IPterhubung pada input. Sensor arus dicatu oleh tegangan 5V yang
terhubung ke Vcc. Keluaran sensor arus Vout terhubung ke pin ADC
mikrokontroler.
Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Pada bab ini dibahas perancangan program untuk pembangkit
sinyal PWM, perancangan program pembacaan sensor tegangan,
program kalibrasi sensor arus dan perancangan program keseluruhan
sistem battery charging. Simbol Flowchart yang digunakan berdasarkan
Standart ECMA-4 (European Computer Manufacturers Association).
3.4.1 Perancangan Program Pembangkit PWM
Pada sistem battery charging digunakan pembangkitan PWM
dengan metode digital atau dengan menggunakan mikrokontroler.
3.4

24

Gambar 3.11 Flowchart Pembangkitan PWM
Penjelasan flow chart sebagai berikut:
1. Start adalah ketika program dimulai.
2. Inisialisasi Port PWM, Port 9 digunakan untuk PWM mode buck,
Port 10 digunakan untuk PWM mode boost.
3. Duty Cycle akan menyesuaikan dari perubahan tegangan input dan
akan mengatur agar tegangan output tetap pada 13,6 volt
4. Apabila tegangan output belum sesuai dengan duty cycle, maka akan
kembali ke sistem awal dimana Arduino akan menyesuaikan duty
cycle menurut perubahan tegangan input yang akan menjaga
tegangan output di 13,6 Volt.
25

Gambar 3.12 Contoh Segmen Program Pembangkit Pulsa PWM
3.4.2 Perancangan Program Pembacaan Sensor Tegangan

Gambar 3.13 Flowchart Pembacaan Sensor Tegangan
Penjelasan flowchart adalah sebagai berikut:
1. Start adalah ketika program dimulai.
2. Inisialisasi Port ADC Mikrokontroler, sensor tegangan input dibaca
di Port A0, sensor tegangan output dibaca di Port A1
3. Data yang masuk pada port ADC berupa tegangan dengan range 1-5
Volt kemudian dikonversi ke tegangan sebenarnya 0-30 Volt

26

4. Data tegangan input dan tegangan output yang sudah di konversi
ditampilkan pada LCD.

Gambar 3.14
Tegangan

Contoh Segmen Program Pembacaan Sensor

3.4.3 Perancangan Program Pembacaan Sensor Arus

Gambar 3.15 Flowchart Program Pembacaan Sensor Arus
Penjelasan flowchart sebagai berikut:
1. Start adalah ketika program dimulai.
2. Inisialisasi Port ADC Mikrokontroler, sensor arus input dibaca di
Port A2, sensor arus output dibaca di Port A3

27

3. Data yang masuk pada port ADC berupa tegangan. Ketika mendapat
arus input 0 maka terbaca 2.5 Volt. Sensor Arus memiliki resolusi
100mV/Ampere
4. Data arus input dan arus output ditampilkan pada LCD.

Gambar 3.16 Contoh Segmen Program Pembacaan Sensor Arus
3.4.4 Perancangan Program Keseluruhan
Program keseluruhan merupakan penggabungan dari semua
komponen yang digunakan mulai dari pengukuran tegangan yang
dihasilkan solar cell, penggunaan buck boost converter dan indikator
yang digunakan untuk pengisian daya pada baterai.

28

Gambar 3.17 Flowchart Program Keseluruhan Sistem BatteryCharging
29

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.

13.

14.

Penjelasan flow chart sebagai berikut:
Start adadalah ketika program dimulai
Inisialisasi port ADC sebagai pembaca sensor tegangan input pada
pin A0, sensor tegangan output pada pin A1, sensor arus input pada
A2, dan sensor arus output pada A3
Data pembacaan sensor tegangan output juga sebagai pembaca
tegangan baterai masuk ke dalam mikrokontroler
Jika tegangan baterai lebih dari 12,00 volt, maka tidak ada proses
charging, maka lampu status baterai akan menyala.
Jika tegangan baterai lebih dari 12,60 volt, maka Pin 7 = HIGH
yang akan menghidupkan lampu Full&High
Jika tegangan baterai diantara 12,20 sampai 12.60 volt, maka Pin
11= HIGH yang akan menyalakan lampu Medium
Jika tegangan baterai diantara 11,89 sampai 12.20, maka Pin 8 =
HIGH yang akan menyalakan lampu low secara berkedip
Jika tegangan baterai kurang dari 11,89 volt, maka Pin 8= HIGH
yang akan menyalakan lampi Low jika tidak, maka pembacaan data
diulang dari Jika baterai dalam keadaan lebih dari 12.60 volt
Jika tegangan baterai kurang dari 12,00 volt maka masuk pada
proses charging.
Jika tegangan luaran solar cell kurang dari 7,50 volt maka sistem
tidak berjalan
Jika tegangan luaran solar cell diantara 7,50 sampai 13,00 volt,
maka PWM_Buck akan ON dan PWM_Boost akan switching agar
tegangan luaran buck-boost terjaga di 13,60 volt (Boost Mode)
Jika tegangan luaran solar cell diantara 13,00 sampai 14,00 volt
maka PWM_Buck akan switching dan PWM_Boost akan switching
agar tegangan luaran buck-boost terjaga di 13,60 volt (Buck-Boost
Mode)
Jika tegangan luaran solar cell diatas 14,00 volt dan sampai batas
maksimal 21 volt, maka PWM_Buck akan switching dan
PWM_Boost akan OFF agar tegangan luaran buck-boost terjaga di
13,60 volt (Buck Mode)
Jika arus output kurang dari 0,2 ampere, dan tegangan luaran buckboost lebih dari sama dengan 13,60 volt maka proses charge akan
berhenti, dan pembacaan ADC diulang dari keadaan tegangan
baterai apakah kurang dari 12 volt atau tidak

30

BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA ALAT
Pengujian pada sistem battery charging meliputi: pengujian solar
cell, pengujian buck boost converter, pengujian sensor tegangan,
pengujian sensor arus dan pengujian keseluruhan. Setelah melakukan
beberapa pengujian alat, data yang diperolah akan dianalisa untuk
mengetahui proses kerja dari seluruh sistem battery charging.
Pengujian Solar cell
Pengujian Solar cell diperlukan untuk mengetahui tegangan
tertinggi dan tegangan terendah dari solar cell.
Untuk mengukur nilai tegangan dan nilai arus yang dihasilkan
solar cell, dilakukan pengujian sederhana dengan memberikan beban
berupa resistor 12 Ω 20 Watt. Pengujian dilakukan setiap 1 jam sekali.
4.1

Output Solar Cell

Gambar 4.1 Rangkaian Beban Pengujian Solar cell
25
19.1
19.1
18.4
18
20
19.9
18.6
19.1
15
18.8
10
5 1.4 1.5 1.4 1.5 1.4 1.4 1.5 1.3
0

15
Vout
solar
cell
0.41

Iout
solar
cell

Waktu
Gambar 4.2 Grafik Vout dan Iout Yang Dihasilkan Solar cell
Berdasarkan Gambar 4.2 didapatkan nilai tegangan tertinggi
19,1 Volt, tegangan terendah 15 Volt, Arus tertinggi 1,5 A dan Arus
terendah 0,41 A dari solar cell. Tegangan dan arus yang berubah-ubah
tergantung dari intensitas cahaya matahari yang mengenai solar cell.
31

Pengujian Tegangan Output Buck Boost Terhadap Perhitungan
Tahap pertama pengujian Buck-boost converter adalah pengujian
tegangan output yang dihasilkan Buck-boost converter menggunakan
input dari power supply variable. Pada perhitungan Buck-boost
converter, tegangan output yang diharapkan adalah 13,6 Volt.
4.2

V output

Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Buck Boost converter
14
13.8
13.6
13.4
13.2
13

Vout buck
boost
Vout
seharusnya
9.5

11

13

15 17 19 21
V input
Gambar 4.4 Grafik Tegangan Output Buck Boost converter dan
Tegangan Output Seharusnya
Pada Gambar 4.4 dapat dilihat perbedaan tegangan output buck
boost dan tegangan output perhitungan tidaklah jauh. Dapat disimpulkan
hasil perhitungan Buck-boost converter dengan hasil pengujian hampir
sama, eror yang terjadi sebesar 0,07% sampai 0,2%.
4.3 Pengujian Nilai Duty Cycle
Pengujian nilai duty cycle digunakan untuk mengetahui
perbandingan nilai duty cycle pada pengujian dengan hasil perhitungan.
Saat tegangan input dibawah 13,6 Volt, perhitungan duty cycle
menggunakan rumus boost. Ketika tegangan input diatas 13,6 Volt,
perhitungan duty cycle menggunakan rumus buck.
Rumus menentukan duty cycle mode buck :

32

Duty Cycle

Rumus menentukan duty cycle mode boost :

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

0.9

0.9

0.8

0.8 0.81 0.75

0.8 0.75
0.7 0.68
0.7

0.6

0.6 0.56

0.65

Duty cycle
pengujian

0.5
Duty Cycle
perhitunga
n

13.6 15

16 17 18 19 20 21
Vinput
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Vinput dan Duty Cucle Mode Buck

Duty Cycle

0.4

0.32

0.3

0.3
0.2

0.19

0.3

0.13
0.2

0.1

Duty cycle
pengujian

0.11

0
9.5

0.09

0.19

10

Duty Cycle
perhitungan

0.04

11
12
13
Vinput
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Vinput dan Duty Cucle Mode Boost
Gambar 4.5 merupakan grafik perbandingan Vinput dan duty cycle
saat mode buck, dapat dilihat bahwa semakin besar Vinput maka
semakin kecil duty cycle. Gambar 4.6 merupakan grafik perbandingan
Vinput dan duty cycle saat mode boost, dapat dilihat bahwa semakin
besar Vinput maka semakin kecil duty cycle. Nilai duty cycle yang
dibutuhkan pada sistem battery charging adalah 0.1 sampai 0.8.
4.4 Pengujian Sensor Tegangan
Sensor Tegangan menggunakan rangkaian voltage divider.
Pengujian voltage divider bertujuan untuk mengambil data tegangan
yang terbaca oleh rangkaian voltage divider. Pengujian voltage divider
menggunakan fasilitas ADC pada mikrokontroler, Tegangan output pada
rangkaian pembagi tegangan ditampilkan pada LCD.

33

Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan menyambungkan
input rangkaian pembagi tegangan dengan power supply variable.
Tegangan yang keluar dari power supply diatur dengan menggunakan
potensiometer. Tegangan output yang terukur dimunculkan pada LCD
seperti Gambar 4.7.

Voutput

Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian Sensor Tegangan
25
20
15
10
5
0

20.98

16.98
12.99
18.97

8.97
4.96

10.97

14.99

Voutput

6.95
5

7

9

11

13 15 17 19 21
Vinput
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan VInput Dan Voutput sensor tegangan
Berdasarkan Gambar 4.8 didapatkan nilai tegangan input dan
nilai tegangan output sensor yang terukur hampir sama. Terdapat error
atau kesalahan dalam sistem sebesar 0,06% sampai 0,8%.
4.5 Pengujian Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan adalah ACS 712. Pengujian sensor
arus bertujuan untuk mengambil data arus yang terbaca oleh sensor arus.

Gambar 4.9 Rangkaian Pengujian Sensor Arus
Pada pengujian diberikan beban berupa resistor 4.7 Ω dan
dihubungkan pada mikrokontroler sebagai pengendali. Sumber tegangan
yang digunakan adalah power supply variable. Untuk menguji besarnya
34

arus yang terukur oleh sensor arus, dialirkan tegangan input yang
berbeda beda.

I output

4

3.01

3
2
1

0.19

0.61

1.01

1.39

2.19 2.39
1.79 2.01

Iout
sensor
arus

0
0.2

0.6

1

1.4

1.8
2
2.2 2.4
3
I input
Gambar 4.10 Grafik Pengukuran Sensor Arus
Dari grafik didapatkan nilai arus yang terukur pada sensor dan
nilai input hampir sama. Terdapat error atau kesalahan dalam sistem
sebesar 0 % sampai 0,8%
4.6

Pengujian Keseluruhan
Pengujian keseluruhan bertujuan untuk mengetahui performa
sistem sebagai pengisi baterai 12 Volt. Pengujian keseluruhan
menggunakan sumber dari solar cell , luarannya distabilkan oleh buck
boost converter dan digunakan untuk mengisi baterai. Untuk
menghitung efisiensi digunakan rumus sebagai berikut :
Tegangan open circuit baterai sebelum di-charging bernilai 12.12
Volt . Pengujian ini dilakukan tiga kali yaitu pada pukul 10.00 WIB,
pukul 08.00 WIB dan pukul 07.30 WIB.

Gambar 4.11 Pengujian Keseluruhan Battery Charging

35

25
18.56 18.77 18.83 18.59 18.56 18.83 18.83 19.09

Tegangan

20
15
10

13.63 13.53 13.67 13.51 13.67 13.69 13.67 13.57

5

Vin

0

Vout
10.00 10.30 11.00 11.30 12.00 12.30 13.00 13.30
am
am
am
am
pm
pm
pm
pm
Waktu

Gambar 4.12 Grafik Vinput dan Voutput Battery Charging I
2

1.69

Arus

1.5
1
0.5

Iinput
1.05

Ioutput

0.96
0.77

1.16

1

0.65

0.53

0.86
0.63

0.59

0.49

0.4

0.24

0.31

0.26
10.00 10.30 11.00 11.30 12.00 12.30 13.00 13.30
am
am
am
am
pm pm pm pm
Waktu
Gambar 4.13 Grafik I input dan I output Battery Charging I
0

Gambar 4.12 dan Gambar 4.13 merupakan pengujian pertama
yang dilakukan pada tanggal 24 Mei 2016, pukul 10.00 WIB hingga
12.40 WIB. Tegangan charging rata-rata yang terbaca sekitar 13,6 Volt
dan arus charging yang dihasilkan rata-rata 1 Ampere. Charging battery
12 Volt membutuhkan waktu 3 jam dari keadaan battery 12.12 Volt
sampai 12.81 Volt (Full). Pada level tegangan luaran solar cell lebih
dari 14 volt sistem buck bekerja dengan baik, meskipun arus output
belum bisa melebihi arus input dalam keadaan ideal.

36

18.56 18.71 18.68 17.9

Tegangan

20
15

13.61

12.45 12.34 12.69
13.63

10
8.42

5

7.74

13.1
13.63 13.59

8.33

8.24
Vin
Vout

0
08.00 08.30 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
am
am
am
am
pm
pm
pm
pm
Waktu
Gambar 4.14 Grafik Vinput dan Voutput Battery Charging II
1.87
2
Iinput
1.55
Arus

1.5

1.18

0.77

1
0.5

Ioutput

1

0.93
1.17
0.38

0.13

0.14

0.82

0

0.66

0.61
0.44

0.6
0.2

08.00 08.30 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
am am am am pm pm pm pm Waktu
Gambar 4.15 Grafik I input dan I output Battery Charging II
Gambar 4.13 dan Gambar 4.14 merupakan hasil pengujian kedua
yang dilakukan pada 27 Mei 2016, pukul 08.00 WIB hingga 14.20
WIB. Tegangan charging rata-rata yang terbaca sekitar 13,6 Volt dan
arus charging yang dihasilkan rata-rata dibawah 1 Ampere. Charging
battery 12 Volt membutuhkan waktu sekitar 5 jam dari keadaan battery
12,12 Volt sampai 12.81 Volt (Full). Charging baterai lebih lama karena
cuaca berawan sehingga intensistas cahaya matahari rendah.
Pada level tegangan luaran solar cell kurang dari 14 volt sistem
boost bekerja dengan baik, Sistem charging battery terputus ketika
tegangan luaran solar cell kurang dari 7,5 volt atau pada keadaan arus
charging kurang dari 0,2 ampere.

37

Tegangan

20

18.65 18.53

18.18

15

13.84

10

12.36

14.11

18.5

14.08
13.61

12.67

13.18

13.57

13.67

13.63
V