Pages - Menu

Thursday, September 20, 2012

Design Buck Converter, Chapter 2


Pada bab sebelumnya, kita sudah panjang lebar menerangkan mengenai buck converter, nah pada chapter 2 ini, sesuai janji, saya akan menerangkan kepada teman-teman sekalian merancang sebuah buck converter dengan teori-teori yang telah kita pelajari.

Design Buck Converter 12 to 6 Volt, 1 Ampere.
 
Mari kita buat ya, huhuhu...kawan-kawan tidak usah bingung. Maksud soal itu adalah, kita diminta membuat sebuah buck converter dari sumber 12 Volt, lalu output yang diinginkan adalah 6 Volt, dan arus keluaran adalah 1 Ampere. Bayangin aja, kita pingin bikin charger nie... dengan spesifikasi diatas…paham? Bagus.. lest try!
 
Diketahui:
               Vin   = 12 VDC
               Vout = 6 VDC
               Iout  = 1 A

Untuk menjawab persoalan diatas, kita dapat memulainya dengan menalar nilai penguatannya. berdasarkan teori yang telah kita pelajari, Buck Converter memiliki persamaan penguatan:
Vout = kVin, sehingga
k=Vout/Vin
k=6/12
k=0.5 (duty cycle dari rangkaian ini adalah 0.5), dari duty cyle ini kita dapat mencari nilai dari waktu off dan waktu on.

Berawal dari persamaan:
k=ton/T, maka
T=1/f, dengan f adalah frequency swtich. Frekuensi disini kita sebagai designer harus menentukan sendiri nilainya, semakin tinggi frekuensi maka dia akan smakin smooth, dan semakin rendah frekuensi maka akan short. Kalo dalam prakteknya kita dapat memakai rangkaian ocillator pembangkit frekuensi, atau kita memakai AND gate. Pada bab ini, kita akan membahas khusus simulasi, dan untuk prakteknya akan dibahas pada bab selanjutnya.

Ok kita tentukan saja, switch yang dipakai ini frekuensinya 2000Hz, sehingga
T=1/2000=0.5 ms
lalu, dari sini kita bisa mencari nilai dari ton dan toffnya, yakni
k=ton/T
ton= kT
      =0.5*0.5 10-3                       
      =0.25 ms
toff=T-ton
       =0.5 10-3 – 0.25 10-3
       =0.25 ms
 
Dengan ini, kita bisa kebayang nie, kalo dalam 1 periode itu (0.5 ms), periode on-nya sama dengan periode off-nya yakni 0.25 ms. ini juga disebut sebagai duty cyle 50%. Pada buck ini duty cyle semakin tinggi, artinya mendekati 100%, maka tegangan output yang dihasilkan akan mendekati tegangan input. sedangkan jika duty cyle mendekati 0%, maka outputnya akan mendekati 0. Namun kalo duty-nya besar, tentu saja akan panas. Karena waktu on sama hampir sama dengan 1 periode, artinya apa? artinya adalah komponen tersebut bekerja maksimum.

Menghitung nilai L dan C,

Setelah kita mendapatkan duty cycle, selanjutnya kita harus menentukan besarnya L dan C. Sesuai difinisi awal bahwa DC to DC converter memanfaatkan charge dan discharge dari induktor untuk memanipulasi output, dan juga kapasitor untuk melandakaian ripple yang terjadi.

Ok, kita mulai dengan menghitung berapa besar L. Dari persamaan yang telah dipelajari sebelumnya, ketika meninjau system rangkaian secara penuh (dalam1 periode), kita dapatkan persamaan sebagai berikut:
L Δi[(Vin)/(Vin-Vout)Vout]=T
dari persamaan inilah kita akan mencari nilai, dari L. Nilai dari perubahan arus induktor (Δi) pada dasarnya adalah perubahan arus dibeban, sama. Jadi ketika  kita bicara Δi  maka maka sebenarnya sama dengan arus (I) yang mengalir di Resistor. Jadi nilai dari Δi adalah 1 Ampere
L (1)(12/(12-6)6=0.5 10-3
L /3=0.5 10-3
L   =1.5 mH
Vc=Vr=6 Volt
Ic Xc =6 , Ic sama dengan Δi=1 amper
1/2πfC=6
1/2(3.14)2 103C=6
C=1/[(6.28X2. 103)X6]
C=13.2uF
 
Terakhir kita menghitung berapa besar nilai matching impedance (R) yang ideal untuk beban 1 amper sesuai rangkaian diatas. Mengapa kita harus menentukan nilai yang ideal? karena, R adalah representasi dari beban, kita dapat mengetahui seberapa handal buck converter rangkaian kita, dan mengetahui berapa nilai impedance yang paling ideal yang harus dipasang, untuk mendapatkan nilai 1 Ampere 6 Volt. Bila beban ditambahkan terus hingga batas tertentu, nilai arus akan drop dan nilai tegangan akan naik, dan sebailnya bila beban terlalu kecil arus akan tinggi dan tengangan akan drop, sehingga design kita menjadi tidak ideal. Kalau kita menambah beban mulai dari ideal impedance, hingga batas tertentu dan arus maupun tegangan tidak berubah secara drastis,maka kita dapat mengatakan kalau desain kita ini handal sobat. Ya kira-kira begitulah... 

Ok kita hitung sekarang:
Vout=Vr=6 Volt
arus yang diinginkan Ir=1 Ampere
R=V/Ir
R=6/1=6 Ohm
Nah berarti matching impedance yang ideal adalah 6 Ohm sobat-sobat, gimana mudah kan? hehehe... iya donk. Dengan ini, maka kita telah menghitung nilai L dan C, sekarang kita dapat melengkapi nilai-nilai dari kompenen yang akan kita design.

Ok kita ulangi lagi, kita telah menentukan f=2000Hz, arus =1 Ampere, Vin=12, Vout=6, dan L=1.5mH, dan C=13.2uF. Maka rangkaian yang dihasilkan adalah sebagai berikut.
Rangkaian Hasil Perhitungan

Hasil Simulasi:

Frekuensi 2000 Hz, dengan Duty Cycle 0.5
Duty cycle yang dihasilkan diatas adalah hasil simulasi menggunaka PSIM, kita dapat mengatur duty cyle 0.5 dengan mengatur swtiching points [0.180].


Respon Tegangan Input, Tegangan Ouput dan Arus Output.
Respon output yang dihasilkan oleh rangkaian diatas udah tepat, respon Vout =6Volt, Respon Iout=1 Ampere. Untuk lebih jelas silahkan dilihat secara seksama gambar berikut ini.
Respon output Vin, Vout, Iout

Begitulah kira-kira sobat-sobat sekalian cara design sebuah buck converter, kalian dapat mepraktekkannya sendiri, dan coba membuat design sendiri, sesuai dengan keinginan kalian. Kita akan jumpa lagi di chapter selanjutnya yang akan membahas applikasi buck converter pada peralatan electronik.

 To be continue...





Popular Posts