Rancang Bangun Unipolar PWM untuk Pengendalian Rangkaian H-Bridge Menggunakan Operational Amplifier
Asmar
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung asmarubb2@gmail.com
Abstract
Unipolar PWM control technique carried out by comparing triangular wave with two control voltages. The resulting pulses are used to control  H-Bridge  circuit.  The  technique  can be  done  by  using  the  functions  of the  operational amplifier.  There  are  three  main  circuits needed is a triangular wave circuit, voltage control circuit, and a comparator circuit. With proper adjustment between the triangular waves and voltage control, voltage regulation will be obtained smooth.
Keywords : Unipolar PWM, H-bridge , operational amplifier, triangular wave circuit, voltage control.
I ntisari Teknik pengendalian dengan Unipolar PWM dihasilkan dengan membandingkan gelombang segitiga dengan dua tegangan kontrol. Pulsa yang  dihasilkan  digunakan  untuk  pengendalian  rangkaian H-Bridge .  Teknik  pengendalian  tersebut  dapat  dilakukan  dengan  memanfaatkan fungsi dari operational amplifier. Terdapat tiga rangkaian utama yang dibutuhkan yaitu pembangkit gelombang segitiga, tegangan kontrol dan pembanding. Dengan penyesuaian yang tepat antara gelombang segitiga dengan tegangan kontrol, diperoleh pengaturan tegangan yang halus.
Kata Kunci : Unipolar PWM, H-bridge, operational amplifier , gelombang segitiga, tegangan kontrol.

## I. PENDAHULUAN
.  Pengendalian DC-DC  converter dengan topologi H-bridge dilakukan  dengan  menggunakan pulsa PWM .  Pulsa PWM dihasilkan  dengan membandingkan gelombang segitiga dengan tegangan kontrol. Terdapat dua teknik pengendalian dengan  pulsa PWM ,  yaitu  bipolar  dan unipolar . Unipolar  PWM memerlukan  dua  sinyal  kontrol yang nilainya saling berlawanan. Teknik pengendalian  dengan unipolar  PWM memberikan unjuk  kerja  yang  lebih  baik  karena  komponen harmonik  yang  dihasilkan  akan  berkurang.  Hal  ini akan mengurangi getaran pada motor DC [1],[2],[3].
Pulsa PWM yang dibangkitkan dengan mikrokontroler  membutuhkan  biaya  yang  lebih tinggi  karena  harga  mikrokontroler  relatif  lebih mahal. Pada penelitian ini, pulsa PWM dibangkitkan  dengan  menggunakan  komponen utama  berupa Operational  Amplifier ( Op-Amp ). Operational  Amplifier dapat  digunakan  sebagai pembanding, sebagai penguat dan untuk menghasilkan gelombang  [4].

## II. M ETODE P ENELITIAN
Diagram  alir  penelitian  diperlihatkan  pada gambar  1.  Sebelum  menentukan  nilai-nilai  besaran yang akan digunakan pada rangkain, terlebih dahulu harus  ditentukan  frekuensi  pulsa PWM .  Frekuensi
yang  dapat  digunakan  untuk  aplikasi  motor  DC, tergantung  pada  kualitas  motor.  Motor  DC konvensional  bekerja  dengan  baik  pada  frekuensi rendah  (ratusan  Hz).  Beberapa  motor  DC  kelas high-end bekerja  dengan  mulus  pada  frekuensi  20 kHz..  Pada  penelitian  ini,  frekuensi  pulsa PWM yang  akan  dibuat  ditetapkan  pada  kisaran  250  Hz. Hal  ini  sesuai  dengan  kualitas  motor  DC  yang digunakan.
MULAI

## PENENTUAN FREKUENSI PULSA PWM
PERANCANGAN PEMBANGKIT GELOMBANG SEGITIGA PERANCANGAN RANGKAIAN

## TEGANGAN KONTROL
IMPLEMENTASI RANCANGAN (PEMBUATAN RANGKAIAN) PENYESUAIAN/SETTING TEG. KONTROL TERHADAP GEL. SEGITIGA PENGUJIAN RANGKAIAN

## SELESAI
Gambar 1. Diagram alir penelitian.
Rangkaian  pembangkit  gelombang  segitiga  yang digunakan  ditunjukkan  pada  gambar  2. Op-Amp A berfungsi  untuk  menghasilkan  gelombang  persegi. Gelombang  persegi  tersebut  diubah  menjadi gelombang segitiga melalui Op-Amp B. Sedangkan Op-Amp C  berfungsi  untuk  menjaga  kepatuhan tegangan.  Komponen Op-Amp yang  digunakan adalah IC LM324. Analisis untuk menentukan nilai- nilai  resistansi  dan  kapasitansi  pada  rangkaian tersebut dilakukan dengan menggunakan PSPICE.
Rangkaian  sinyal  kontrol  diperlihatkan  pada gambar  3.  Faktor  kerja  pulsa PWM diatur  melalui potensio.  Trimpot  TRP1  dan  TRP2  digunakan untuk  mengatur  nilai  maksimum  dan  minimum tegangan  kontrol  sesuai  dengan  nilai  maksimum dan minimum sinyal segitiga. Hal ini bertujuan agar perubahan  nilai  tegangan  akibat  pengaturan potensio selalu berada diantara nilai maksimum dan minimum  gelombang  segitiga.  Dengan  demikian pengaturan posisi potensio dapat  dimanfaatkan 100% sehingga diperoleh pengaturan tegangan yang halus.
Gambar 2. Pembangkit gelombang segitiga.
Gambar 3. Rangkaian tegangan kontrol.
Gambar 4. Rangkaian pembanding .
Sinyal kontrol kedua diperoleh dengan memperkuat  sinyal  kontrol  pertama  dengan penguatan sebesar -1. Hal ini dilakukan melalui Op- Amp B. Pulsa PWM dihasilkan dengan membandingkan  gelombang  segitiga  dan  tegangan kontrol seperti diperlihatkan pada gambar 4.

## III. H ASIL PENELITIAN DAN PENGUJIAN
Hasil  pembuatan  rancangan  ditunjukkan  pada gambar  5.  Frekuensi  pulsa  yang  dihasilkan berdasarkan  hasil  simulasi  sekitar  250  Hz. Gelombang  segitiga,  tegangan  kontrol  dan  pulsa PWM hasil simulasi dengan PSPICE  diperlihatkan pada gambar 6.
Gambar 5. Hasil implementasi rancangan
Gambar 6. Hasil simulasi.
Hasil  pengukuran  gelombang  segitiga  dan tegangan  kontrol  dengan  osiloskop  diperlihatkan pada gambar 7 dan gambar 8. Skala yang digunakan adalah  2  V/div  dan  1,5  ms/div.  Sedangkan  hasil pengukuran pulsa PWM diperlihatkan pada gambar 9  dan  10  dengan  skala  3  V/div  dan  1,5  ms/div. Frekuensi  pulsa  berdasarkan  hasil  pengukuran sekitar 250 Hz. Dari gambar-gambar tersebut,  nilai maksimum  dan minimum  gelombang segitiga serta bentuk  dan  frekuensi  pulsa PWM yang  dihasilkan tidak terlalu berbeda dengan hasil simulasi.
Gambar 7. Hasil pengukuran gelombang segitiga dan
tegangan kontrol pertama.
Gambar 8. Hasil pengukuran gelombang segitiga dan
tegangan kontrol kedua
Gambar 9. Hasil pengukuran pula PWM pertama.
Gambar 10. Hasil pengukuran pula PWM kedua.
Pengujian rangkaian pada H-bridge dengan beban motor  DC  diperlihatkan  pada gambar 11. Komponen  yang  digunakan  pada H-bridge adalah mosfet  BUZ11  (tipe  N)  dan  IRFP9240  (tipe  P). Dengan  setting  yang  tepat  pada  trimpot  akan dihasilkan pengaturan kecepatan putaran yang halus baik  arah forward maupun reverse .  Tegangan output yang  dihasilkan  sesuai  dengan  tegangan sumber yang digunakan yaitu -12 V sampai dengan 12 V.
Gambar 11. Pengujian rangkaian pada H-bridge dengan beban motor DC

## IV. K ESIMPULAN
Teknik  pengendalian  dengan unipolar PWM dapat  dilakukan  dengan  menggunakan Op-Amp . Dengan  setting  yang  tepat,  akan  diperoleh pengaturan tegangan yang halus.

## R EFERENSI
[1]. Rashid,  MH.  (1988).  Power  Electronics: Circuits,  devices  and  application.  New  Jersey: Prentice-Hall, Inc.
[2]. Mohan, Undeland, Robbins. (1995). PowerElectronics,  second  Edition.    Singapore  .
John Wiley &Sons Inc. [3]. Hart,  DW.  (1997).  Introduction  to  Power Electronics. Indiana: Prentice-Hall
International, Inc.
[4]. Zuhal,  Zhanggischan.  (2004).  Prinsip  Dasar Elektroteknik.  .Jakarta.  Gramedia  Pustaka utama.