Rancang Bangun Synchronous DC-DC Buck Converter

Abstract

Banyaknya penggunaan sumber daya DC pada energi terbarukan maupun gardu induk menyebabkan kebutuhan terhadap peralatan converter meningkat. Pada panel surya sebagai salah satu contoh energi terbarukan memerlukan sebuah DC-DC converter agar dapat memberikan suplai daya sesuai dengan kebutuhan beban, sedangkan pada gardu induk banyak peralatan pendukung yang dipakai memerlukan suplai daya DC contohnya peralatan proteksi, motor penggerak PMT dan PMS. PLN menyediakan suplai AC dan perlu disearahkan menjadi DC, tetapi suplai DC tersebut masih besar sekitar 311V dikarenakan peralatan proteksi membutuhkan suplai DC 110V. Buck converter merupakan salah satu DC – DC converter yang mengkonversi tegangan DC ke tegangan DC yang lebih rendah. Synchronous buck menggunakan MOSFET sebagai pengganti dioda yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensinya. Synchronous pada buck converter yang dimaksud adalah pada dua MOSFET yang melakukan pensaklaran secara komplemen satu sama lain. Pada penelitian ini mikrokontroler yang digunakan berjenis ESP32 dan driver MOSFET yang digunakan adalah IR2110. Untuk beban yang digunakan merupakan pendekatan resistansi dari relay proteksi 110V yaitu sebesar 221Ohm. Perancangan synchronous buck memperhatikan beberapa faktor yaitu, tegangan masukan, tegangan keluaran, ripple tegangan, arus keluaran maksimum, ripple arus, frekuensi switching, dan beban yang digunakan. Berdasarkan hasil perhitungan dengan memperhatikan faktor-faktor tersebut didapatkan nilai parameter komponen yang digunakan yaitu, induktor jenis toroid sebesar 1,27mH dengan toleransi ±4%, kapasitor jenis ELCO (Electrolytic condensator) sebesar 4,7μF sebagai penyimpan energi dan kapasitor jenis milar sebesar 0,68μF sebagai filter. Hasil pengujian dengan parameter tegangan masukan sebesar 311V, tegangan keluaran 110V, dan duty cycle 36% menghasilkan tegangan keluaran pada prakteknya sebesar 110,3V sedangkan pada simulasi sebesar 112,66V. Untuk selisih terbesar hasil pengujian tegangan keluaran pada praktek dan simulasi dengan beban tetap yaitu pada duty cycle 35% yang memiliki selisih sebesar 4,48%. Hasil analisis yang didapat adalah pada kurva efisiensi daya dengan variasi duty cycle, efisiensi synchronous buck converter semakin meningkat seiring meningkatnya duty cycle yang diberikan. Pada kurva efisiensi daya dengan variasi beban, efisiensi synchronous buck converter semakin meningkat seiring bertambahnya beban yang diberikan. Untuk faktor ripple-nya adalah semakin kecil seiring besarnya tegangan keluaran