Dokumen tersebut merangkum proses desain buck konverter dan buck-boost konverter untuk mengatur tegangan keluaran. Terdapat beberapa langkah penting dalam merancang kedua konverter tersebut seperti menentukan nilai duty cycle, induktansi, kapasitansi, arus puncak dan tegangan komponen."

1. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
1. Mendesain Buck Konverter dengan data sendiri, dimana setiap mahasiswa wajib
mendesain buck Konverter dengan data yang berbeda sehingga hasil akhir dapat
menghasilkan out yang berbeda pula.
Gambar Rangkaian Buck Konverter
Untuk menurunkan tegangan DC dengan mengatur besaran duty cycle switching, ditentukan
variable sbb:
• Tegangan Input (Vin) : 50 VDC
• Tegangan Output (Vout) : 24 VDC
• Arus Output (Iout) : 2 A
• Freq. Switching (f) : 10 Khz
• Efisiensi yang diharapkan (ƞ) : 90%
• Ripple Arus : 5%
• Ripple Tegangan : 2%
• Resistance : 12 Ω
TAHAPAN UNTUK MENDESAIN BUCK KONVERTER
1. Hitung Nilai Iout dari nilai efisiensi yang ditargetkan
ƞ
Pout
Pin
Vout x Iout
Vin x Iin
24 VDC x 2 A
50VDC x Iin
90% =
Iin =
.
. ! "
2. Hitung Nilai ΔIL
ΔIL = 5% x 2 A = 0.1 A
3. Hitung Nilai Duty Cycle (D)

2. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
#
$%&'
$()
#
24$*+
50 $*+
, -.
4. Hitung Nilai Vo
/(0012
3$%
$%
1 5 *
8 7+89
2%
∆<= > ? $% 2% ? 24 . -.
5. Hitung Nilai Induktansi Induktor (L)
7
1
8
?@$() 5 $%A?
$%
$B
?
1
∆7
7
1
10CDE
?@50 5 24A?
24
50
?
1
0.48
F G HI
6. Hitung Nilai Kapasitif (C)Kapasitor untuk pengaplikasian nilainya dapat dibulatkan keatas
+
$%@1 5 *A
8?7?∆$%?89
+
24@1 5 0.48A
8 ? 2600K ?0.48 ? 10L9
+
12.48
998400
+ G. NHO
7. Hitung Nilai Arus Induktor (IL) untuk menentukan penampang Induktor
PF Q/
$%
/
24
12
G"
PRST Q7 U
∆Q7
2
2 U
0.1
2
G. N
Maka diameter kawat yang memiliki KHA sebesar 2 Ampere
8. Hitung jumlah lilitan (N) dari Induktor
• Jika ferit tidak diketahui Bmax, maka gunakan 0.3~0.35
• Untuk Ac (core cross sectional area/luas inti ferit) jika menggunakan ferit type FPQ-
32/30, memiliki Ac=1.42 cm²
V
7 ? QWX?
YWX? ?Z[
? 10

3. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
333.0
12
D
1236D
24D12D-12
Dx24D)-(1x12
D-1
D
24
12
1
==
=
=
=
=
−
=
D
D
Vin
Vout
V
2600 ? 2.05
0.3 ? 1.42
125.18~ GN F^_^`Sa
2. Mendesain Buck Boost Konverter, dimana data untuk mendesain diwajibkan
berbeda.
A. Desain I : Mengontrol tegangan output solar cell yang digunakan untuk
mengisi baterai kering
Gambar Rangkaian Buck Konverter
Untuk mendesain buckboost konverter ditetapkanlah beberapa variable sebagai berikut :
• Tegangan input (Vin) : 24 V
• Tegangan output (Vout) : 12 V
• Arus output (Iout) : 4 A
• Frekuensi switching (f) : 60 Khz
• Efisiensi yang diinginkan (ƞ) : 90 %
• Ripple arus : 10 %
• Ripple tegangan : 5 %
1. Mencari Nilai Duty Cycle (D) untuk mendapatkan nilai output yang ditetapkan :

4. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
2. Mencari Nilai R
/
$%
Q%
12$
4Z
bΩ
3. Mencari Nilai Induktansi Induktor (L)
7W()
@1 5 *A9
2?8
?/
7W()
@1 5 0.333A9
2?60CDE
?3Ω
7W()
1.335
120CDE
. G I
4. Mencari Nilai Kapasitansi Kapasitor Output (C)
∆$%
$%?*
/?+?8
+
$%?*
/?∆$%?8
+
12$?0.333
3Ω?0.05?60
+
3.996
9
--- Hd
5. Mencari Nilai Rata-rata Arus Induktor (Imax)
QWX?
$()
/@1 5 *A9
?
$()?*
2?7?8
QWX?
24
3@1 5 0.333A9
?
24?0.333
2?0.01112We?60CDE
QWX?
24
1.335
?
7.992
1.334
QWX?
42.683
1.78
23.98Z~G-"
Maka diameter kawat yang digunakan harus memiliki KHA sebesar 24 Ampere.
6. Mencari Nilai Jumlah Lilitan (N) Induktor
• Jika ferit tidak diketahui Bmax, maka gunakan 0.3~0.35
• Untuk Ac (core cross sectional area/luas inti ferit) jika menggunakan ferit type FPQ-
32/30, memiliki Ac=1.42 cm²

5. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
V
7 ? QWX?
YWX? ?Z[
? 10
V
0.00001112Ke? 23.98
0.3 ? 1.42
?10 6.26~! F^_^`Sa
B. Desain II: Rancang Bangun Buck Bust Konverter
Parameter Nilai
Tegangan Input (Vs) 24 Vdc
Duty cycle (D) Dmin = 5 %
Dmax = 80 %
Resistansi Beban (RL) RL(max) = 100 Ω
RL(min) = 5 Ω
Frekuensi Switching (Fs) Fs1 = 15 KHz
XTAL = 16M dengan besar
prescaler 1, maka
Fs2 = KHzx 37.31
2
1
255
16000000
=
Kontroler PWM Mikrokontroller ATMega8535
Ripple Tegangan (ΔVo) < 5 %
Spesifikasi Buck Bust Konverter
Gambar Rangkain Perancangan Buck Bust Konverter

6. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
STEP - 1 : Menentukan Nilai Tegangan Output (Vout)
Dmin = 5% Dmax = 80%
$%&' 524 g
0.05
1 5 0.05
h 1.26$ $%&' 524 g
0.8
1 5 0.8
h 96$
STEP - 2 : Menentukan Nilai Arus Output (Iout)
RLmax= 100Ω & RLmin= 5Ω
Iout Dmin = 5% Dmax = 80%
Minimum
Q%&'@minA
Vout
RL@maxA
1.26
100
0.0126Z 12.6WZ
Q%&'@minA
Vout
RL@maxA
96
100
0.96Z 960WZ
Maksimum
Q%&'@maxA
Vout
RL@minA
1.26
5
0.252Z 252WZ
Q%&'@maxA
Vout
RL@minA
96
5
19.2Z 19200WZ
STEP - 3 : Menentukan Daya Output (Pout)
Pout(min) = Vout x Iout (min)
Pout(max) = Vout x Iout (max)
Pout Dmin = 5% Dmax = 80%
Pout(min) m%&'@W()A 1.26$?0.0126Z
0.0158 nX''
m%&'@W()A 96$?0.96Z
92.16 nX''
Pout(max) m%&'@WX?A 1.26$?0.252Z
0.317 nX''
m%&'@W()A 96$?19.2Z
1843.2 nX''
STEP - 4 : Menentukan nilai induktor minimum (Lmin)
Pada perancangan buckboost ini digunakan mode CCM, sehingga digunakan parameter Lmin.
Induktor berfungsi sebagai pengatur ripple arus pada rangkaian dan penyimpanan energi.
Fs2
D)-(1
min
2
(max)LR
L =
Freq
Switching (Fs)
Dmin = 5% Dmax = 80%
Fs=31.37Khz 7W()
100Ω@1 5 0.05A9
2?31370eE
90.25
62740
14.35We
7W()
100Ω@1 5 0.8A9
2?31370eE
4
62740
0.064We

7. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
Fs=15Khz 7W()
100Ω@1 5 0.05A9
2?15000eE
90.25
30000
3We 7W()
100Ω@1 5 0.8A9
2?15000eE
4
30000
0.133We
STEP - 5 : Menentukan arus peak to peak pada induktor ΔIL(min)
L.Fs
D)-(1
L
TD)-(1 VoVo
IL ==∆
Freq
Switching (Fs)
Dmin = 5% Dmax = 80%
Fs=31.37Khz ∆Q7
1.26$@1 5 0.05A
31370eE?0.1e
1.197
3137
0.3815WZ
∆Q7
96$@1 5 0.8A
31370eE?0.1e
19.2
3137
6.12WZ
Fs=15Khz ∆Q7
1.26$@1 5 0.05A
15000eE?0.1e
1.197
1500
0.798WZ
∆Q7
96$@1 5 0.8A
15000eE?0.1e
19.2
1500
12.8WZ
STEP - 6 : Menentukan fungsi transfer tegangan (MVDC)
Fungsi transfer tegangan digunakan untuk menentukan Dmin, Dnom, dan Dmax saat
perancangan dengan nilai output yang tetap serta memperhatikan juga nilai efisiensi dari
spesifikasi rangkaian.
opB[
$%&'
$()
#R^a N% #R^a . %
opB[
1.26$
24$
0.0525$ opB[
96$
24$
4$
STEP - 7 : Menentukan arus dc input maksimum dengan Vin 24Volt (Iimax)
Iimax merupakan arus input yang mengalir pada rangkaian.
Q(WX? opB[ ? Q%&'
#R^a N% #R^a . %
Q(WX? 0.0525$?0.25 0.13Z Q(WX? 4$?19.2Z 76.8Z
STEP - 8 : Menentukan current stresses pada komponen semikonduktor ISM(max)
2
(min)
(max)(max)(max)(max)
IL
IIII outiDMSM
∆
++==

8. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
#R^a N% #R^a . %
QqW@maxA 0.13 U 0.25 U
0.000798
2
0.380Z
QqW@maxA 76.8 U 19.2 U
0.0128
2
96Z
STEP - 9 : Menentukan voltage stresses pada komponen semikonduktor VSM(max)
min
(max)(max)
D
Vo
VoVsVV DMSM =+==
#R^a N% #R^a . %
$qW@maxA 24 U 1.26 25.26$ $qW@maxA 24 U 96 120$
Pemilihan Komponen Berdasarkan Data diatas:
1. Mosfet tipe p-channel IRF4905 (komponen switching)
Spesifikasi VDSS = -55V, ISM = -74A, rDS = 0.02Ω, Co = 1400pF, dan Qg = 180 nC.
2. Dioda tipe Schotty STPS10120C
Spesifikasi IF(AV) = 2 x 5A, VF = 0.64V, VDM = 120V, dan RF = 0.128Ω.
STEP - 10 : Menentukan nilai kapasitor output (Cout)
Kapasitor output digunakan sebagai pengurang ripple tegangan yang disebabkan kenaikan
nilai beban. Selain nilai kapasitansi dari kapasitor, nilai ESR kapasitor juga menentukan nilai
ripple tegangan.
• Voutx
100
1
VrVoltageRipple ==
• ESR
I
Vrcpp
rc
DM
==
(max)
max , Vrcpp adalah tegangan ripple peak to peak dan IDM(max)
= ISM(max).
• Ripple Voltage pada kapasitor filter (Vcpp)
Vcpp = Vr – Vrcpp
• Nilai Kapasitor Minimum (Cmin)
Vcpp
Vout
x
Fs
D
C
LminR.
min =

9. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
#R^a N% #R^a . %
$/
1
100
?1.26 0.0126$ 12.6W$
Asumsi Vrcpp=12mV
>[ WX?
0.012$
0.380Z
31.58WΩ
Vcpp = 12.6 mV - 12 mV= 0.6 mV
• FS = 31.37 Khz
+W()
0.05
31370eE?5Ω
?
1.26
0.06$
+W() 6.7Kr~!Hd
• FS = 15 Khz
+W()
0.05
15000eE?5Ω
?
1.26
0.06$
+W() -Hd
$/
1
100
?96 0.96$ 960W$
Asumsi Vrcpp=500 mV
>[ WX?
0.5$
96Z
5.21Ω
Vcpp = 960mV – 500mV = 460 mV
• FS = 31.37 Khz
+W()
0.8
31370eE?5Ω
?
96
0.06$
+W() 8160.66Kr~8161Hd
• FS = 15 Khz
+W()
0.8
15000eE?5Ω
?
96
0.06$
+W() 17066.66Kr~ ! !Hd
STEP - 11 : Menentukan Power Losses (PLS)
1. Arus rms induktor (ILrms) dan daya
LrmsI
stuv @wxyA
z{|
#R^a N% #R^a . %
LrmsI
0.252
1 5 0.05
0.265A LrmsI
19.2
1 5 0.8
96A
2. Asumsi, nilai ESR induktor adalah 50mΩ, maka daya yang dihasilkan pada induktor
(PrL) menjadi :
PrL = rL x ILrms2
#R^a N% #R^a . %
m>1 0.05?0.2659
0.00351 nX''
m>1 0.8?649
3276.8 nX''

10. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
3. Total power losses pada Mosfet dapat dihitung dengan menentukan daya switching
(Psw) dan daya saat Mosfet konduksi Prds(on) terlebih dahulu. Arus switching dapat
dihitung sebagai berikut
D-1
Dx(max)Iout
Isrms =
#R^a N% #R^a . %
Qq>Wq
0.252?√0.05
1 5 0.05
Qq>Wq 0.059Z
Qq>Wq
19.2?√0.8
1 5 0.8
85.87Z
• Daya saat Mosfet konduksi
Prds (on) = rDS x Isrms2
Dimana, rDS Mosfet = 20mΩ
#R^a N% #R^a . %
m>Bq 0.02?0.0599
m>Bq 0.0696WnX''
m>Bq 0.02?85.879
m>Bq 147.47nX''
• Daya switching Mosfet :
Psw = Fs. Co. VSM
2
= Fs . Co . (Vin + Vout)2
#R^a N% #R^a . %
• PSW (31.37Khz)
31370?1400?10{z9 @24 U 1.26A9
28.075 WnX''
• PSW (15Khz)
15000?1400?10{z9 @24 U 1.26A9
13.4 WnX''
• PSW (31.37Khz)
31370?1400?10{z9 @24 U 96A9
633.6 WnX''
• PSW (15Khz)
15000?1400?10{z9 @24 U 96A9
302.4 WnX''
• Sehingga PFET dapat dihitung dengan persamaan (tanpa power gate driver) :
2
Psw
rds += PPFET
#R^a N% #R^a . %
• Pfet (31.37Khz)
g0.0696Wn U
28.075Wn
2
h
14.11Wn
• Pfet (31.37Khz)
g147.47Wn U
633.6Wn
2
h 464.27Wn

11. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
• Pfet (15Khz)
g0.0696Wn U
13.4Wn
2
h 6.77Wn
• Pfet (15Khz)
g147.47Wn U
302.4Wn
2
h 298.67Wn
4. Daya saat dioda konduksi, PD = PVF + PRF
Pada rangkaian buckboost ini digunakan dioda paralel empat buah untuk
menghindari kerusakan komponen akibat arus yang berlebih. Sehingga nilai RF
menjadi 0.032Ω.
Iout(max)x
1
Iout(max)
xI
2
2
Drms
FVF
FFRF
VP
D
RxRP
=






−
==
#R^a N% #R^a . %
m>8 0.032Ω? g
0.252
√1 5 0.05
h
9
2.14Wn
mp8 0.64$?0.252Z 161.28Wn
mB @2.14Wn U 161.28WnA
163.42Wn
m>8 0.032Ω? g
19.2
√1 5 0.8
h
9
58.25nX''
mp8 0.64$?19.2Z 19.84nX''
mB @58.25Wn U 19.84WnA
78.09nX''
5. Daya yang disebabkan ESR pada kapasitor filter adalah : (Asumsi, ESR = rc =
0.005Ω). Untuk menentukan nilai Prc, maka :
#R^a N% #R^a . %
m>[ 0.005Ω? ~0.252•
0.05
1 5 0.05
€
9
0.0167Wn
m>[ 0.005Ω? ~19.2•
0.8
1 5 0.8
€
9
7.37 nX''
Jadi, total power losses (PLS) adalah PLS = Prds + Psw + PD + PrL + Prc
#R^a N% #R^a . %
m1q@31.37CDEA
m>Bq U mq• U mB U m>1
U m>[
m1q@31.37CDEA
0.0696 U 28.075 U 163.42
U 0.00351 U 0.0167
191.58WnX''
m1q@31.37CDEA
m>Bq U mq• U mB U m>1
U m>[
m1q@31.37CDEA
147.7 U 0.633 U 78.09
U 3276.8 U 7.37
3510.6nX''

12. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG
ELEKTRONIKA INDUSTRI 2
Chardian Arguta-1051506
m1q@15CDEA m>Bq U mq• U mB U m>1
U m>[
m1q@15CDEA 0.0696 U 13.4 U 163.42
U 0.00351 U 0.0167
176.91WnX''
m1q@15CDEA m>Bq U mq• U mB U m>1
U m>[
m1q@15CDEA 147.7 U 0.3024 U 78.09 U
3276.8 U 7.37 3510.26Watt
STEP - 12 : Efisiensi (ƞ) Buck boost Konverter
100%x
(max)
(max)
LSPPout
Pout
+
=η
#R^a N% #R^a . %
ƞ@31.37CDEA
0.317
0.317 U 0.192
?100%
G%
ƞ@15CDEA
0.317
0.317 U 0.176
?100% -%
ƞ@31.37CDEA
1843.2
1843.2 U 3510.6
?100%
b-%
ƞ@15CDEA
1843.2
1843.2 U 3510.26
?100%
b-. -%