Vol. 12 No. 3, pISSN: 2303-0577 eISSN: 2830-7062              http://dx.doi.org/10.23960/jitet.v12i3.4330

## DESAIN  PWM  PADA  THREE  PHASE  INTERLEAVED BUCK CONVERTER SEBAGAI CATU DAYA 10KW
Usman Agani 1* , Endah Komalasari 2 , Anisa Ulya Drajat 3
1,2,3 Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung: Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No 1, Lampung
Received: 22 April 2024 Accepted: 31 Juli 2024 Published: 7 Agustus 2024
Keywords:
PWM; Buck Converter; Interleaved; Ripple.
Corespondent Email: usmanagani89@gmail.com
Abstrak. Tulisan ini menyajikan desain Pulse Width Modulation (PWM) yang digunakan pada DC DC Buck Converter . Dalam tulisan ini suatu perbandingan antara  pembangkitan  signal Buck  Converter konvensional  dan Three  Phase Interleaved Buck Converter untuk mengurangi ripple pada keluaran DC DC Converter.  Suatu Interleaved  Buck  Converter adalah  pilihan  yang  lebih disukai  untuk  diaplikasikan  sebagai  catu  daya  menengah  dan  tinggi  karena dapat  mengurangi ripple . Sistem  yang  diusulkan  didesain  menggunakan PSIM.    Dari  pengujian  yang  dilakukan  didapatkan interleaved PWM  pada topologi Three  Phase  Buck  Converter mampu  mengurangi ripple tegangan dan arus keluaran, sehingga mampu menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi.
Abstract. This  paper  presents  the  Pulse  Width  Modulation  (PWM)  design used in the DC DC Buck Converter. In this paper, a comparison is presented between  conventional  Buck  Converter  signal  generation  and  Three  Phase Interleaved  Buck  Converter  to  reduce  the  ripple  at  the  DC  DC  Converter output. An Interleaved Buck Converter is the preferred choice for application as  a  medium  and  high  power  supply  because  it  can  reduce  ripple.  The proposed system is designed using PSIM. From the tests carried out, it was found that interleaved PWM in the Three Phase Buck Converter topology was able to reduce output voltage and current ripples, thereby producing higher efficiency.

## 1. PENDAHULUAN
Krisis  energi  dan  pencemaran  udara menjadi  permasalahan  negara-negara  didunia. Indonesia  pernah  menempati  urutan  ke  empat dunia  dari  segi  tingkat  polusi  dan  pencemaran udara dimana 85% polusi disebabkan oleh emisi transportasi  [1].  Pada  bidang  transportasi, pembagunan  percepatan  kendaraan  dilakukan dengan  basis  baterai  hal  ini  berdasarkan Peraturan Presiden (Perpres) Republik Indonesia  No.  55  Tahun  2019  yang  berisi tentang  percepatan  pembangunan  kendaraan bermotor  listrik  berbasis  baterai  ( Battery Electric Vihicle) /BEV/KBLBB untuk
transportasi jalan [2].
Perkembangan BEV membutuhkan infrastruktur  kendaraan  listrik.  Infrastruktur kendaraan  listrik  ini  membutuhkan  suatu elemen  penting,  yaitu  konverter  daya  yang mensuplai  energi  kendaraan  listrik.  Konverter daya dengan topologi buck converter konvensional  memiliki  beberapa  kelemahan diantaranya  memiliki ripple keluaran  yang besar  serta  performa  kerja  yang  rendah  [3]. Dengan  kebutuhan  suplai  energi  kendaraan listrik,  maka  penelitian  ini  diusulkan  DC  DC konverter  dengan  topologi Three  Phase interleaved buck converter [4].
Pada  konverter  tipe Three  Phase interleaved ini memiliki keunggulan dalam hal performa  lebih  tinggi  dengan ripple yang
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
rendah.  Proses interleaved ini  memungkinkan adanya ripple cancelation pada proses switching PWM  yang  bekerja  pada  konverter sehingga  dapat  saling  mengurangi  adanya kerugian setiap komponen [5].

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pulse Width Modulation (PWM)
Modulasi  lebar  pulsa  atau  lebih dikenal dengan sebutan PWM ( Pulse Width Modulation )  adalah  salah  satu  teknik membandingkan  sinyal  referensi  dengan sinyal carrier . Pada umumnya untuk sinyal carrier berupa  gelombang  segitiga  atau gelombang gigi gergaji [6].

## 2.2 Buck Converter
Buck converter digunakan untuk mengubah  tegangan  dengan  masukan  yang tinggi  ke  tegangan  keluaran  yang  rendah  [7]. Variasi  tegangan  keluaran  diatur  berdasarkan kontrol  pada duty  cycle [8] . Gambar  1 menunjukkan  sistem  kinerja buck  converter yang  terdiri  dari  mosfet,  dioda,  induktor  dan kapasitor.
(a) Rangkaian ekuivalen
(b) Rangkaian ekuivalen saat saklelar mode
On (c) Rangkaian ekuivalen saat saklear mode Off
Gambar  1 (a), (b), (c). Skema kerja buck converter
Sistem  kerja  pada Buck  Converter memiliki  dua  mode  yaitu  saat  mode  on  dan Mode  Off  [9].  Pada  mode  sakelar  On,  sumber dc  terhubung  dan  melewati  filter  dan  dioda. Mode  ini  dioda  bersifat reverse  biased serta induktor  dan  kapasitor  mengalami  pengisian ( charging ). Kemudian ketika mode sakelar off, induktor mengalami
pengosongan
( discharging )  dan  dioda  bersifat forward bias . Mode ini berakhir ketika sakelar S kembali on atau arus induktor menjadi nol.
2.3 Multiphase Buck Converter Multiphase  Buck  converter merupakan satu  set  buck  converter  yang  disusun  secara paralel  seperti  Gambar  2  yang  masing-masing memiliki  induktor.  Selama  operasi  dalam keadaan tunak, fase individu aktif pada interval dengan 360° 𝑛 ⁄ selama  periode switching dimana n adalah jumlah fase [10].
Gambar  2. Multiphase Interleaved Buck Converter
Interleaved buck converter bekerja sama halnya  dengan  konverter  konvesional single- phase yang  setiap  mosfet  digerakkan  secara bergantian dengan siklus duty cycle. Interleaved buck  converter digerakkan  dengan  frekuensi switching yang  mana  setiap  fasa  digeser berdasarkan  jumlah  fasa  yang  digunakan. Misalnya ketika mengguanakan dua fasa maka digeser  sebesar  180 ° (0 ° ,  180 ° ),  sedangkan untuk tiga fasa digeser sebesar 120 ° (0 ° , 120 ° , 240 ° ) dan begitu seterusnya.
𝐷 = 𝑉 0 𝑉 𝑖𝑛 (1)
𝐷 = 𝐷 1 = 𝐷 2 = 𝐷 3 = ⋯ = 𝐷 𝑁 (2)

## 3. METODE PENELITIAN
3.1   PWM Buck Converter Konvensional Pada  metode  PWM buck  converter konvensional,  gelombang carrier langsung dikomparasikan  terhadap  gelombang  refrensi yang memiliki nilai amplitudo tertentu sebagai
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
nilai duty  cycle seperti  ditunjukkan  pada Gambar 2.

## Gambar 3 Rangkaian PWM
Hasil  dari  komparator  ini  berupa  sinyal PWM  seperti  Gambar  4  yang  mengikuti ketentuan berikut:
1. Jika  amplitudo  V refrence lebih  besar  atau sama  dengan  amplitudo  V carier maka bentuk  gelombang  pulsa  pada  sisi  output akan berlogika High 2. Jika  amplitudo  V refrence lebih  kecil  dari amplitudoV carier maka  bentuk  gelombang pada sisi output akan berlogika Low .
Gambar 4. Gelombang Output PWM
3.2 Interleaved PWM Desain rangkaian Interleaved PWM yang diusulkan  pada  penelitian  ini  ditunjukkan seperti  pada  Gambar  5  yang  menggunakan  1 buah  frekuensi carrier yang  memiliki  sistem delay pada carrier 2 dan carrier 3. Output dari Op-Amp  digunakan  untuk  menggerakkan sakelar S1, S2, S3, S4, S5, dan S6 berdasarkan hasil amplitude gelombang DC yang dikomparasikan dengan gelombang carrier .
Gambar 5.  Rangkaian Interleaved PWM
Pada  metode interleaved ini,  setiap gelombang carrier memiliki  amplitudo  dan frekuensi  yang  sama  dengan  masing-masing fasa  bergeser  sebesar  120 ° yang  menghasilkan gelombang output PWM  pada  Gambar  6  dan nilai lama delay selama 16us yang ditunjukkan Gambar 7.
Gambar 6. Gelombang Output Interleaved PWM
Gambar 7. Delay PWM Gambar 8 menunjukkan ripple cancellation pada Three Phase Buck Converter . Total  arus  yang  melalui  kapasitor output memiliki  nilai peak-to-peak yang  lebih rendah dibandingkan  arus  pada  fasa  individu.  Nilai setiap  arus  ini  ditunjukkan  oleh  hasil pengukuran pada Gambar 9.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Gambar 8. Output Arus
Gambar 9. Nilai Arus

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  dari  pengujian  simulasi  dilakukan berdasarkan spesifikasi konverter pada tabel 1. Dengan mengatur duty cycle sebesar 0.75 pada masing-masing  topologi  didapatkan  hasil tegangan  dan  arus  keluaran  sebesar  600V  dan 16.6A. Nilai Ripple tegangan dan arus keluaran pada buck converter konvensional sebesar 18 V dan  0.5  A  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 9. Pada pengujian topologi three phase buck  converter dengan interleaved PWM didapatkan  pengurangan ripple tegangan  dan arus  keluaran  sebesar  95.05%  dengan  nilai masing-masing sebesar 0.89V dan 0.025A yang ditunjukkan oleh Gambr 6.
Tabel1. Spesifikasi Three Phase Buck Converter Parameter Nilai Satuan Vin 800 V Daya (P) 10 kW Frekuensi (Fs) 20 Khz Induktor (L) 6.7 mH Kapasitor (C) 1.11 uF Resistor 36 Ohm Duty Cycle 0.75 %
(a)
(b)
Gambar 9. (a)Tegangan dan Arus Keluaran Buck Konverter Konvensional, (b) Ripple Tegangan dan Arus
(a)
(b)
Gambar 10. (a)Tegangan dan Arus Keluaran Three
Phase Interleaved Buck Converter , (b) Ripple
Tegangan dan Arus
Dengan  adanya  pengurangan ripple tersebut,  membuat  konverter  ini  memiliki efisiensi  yang  lebih  tinggi  jika  dibandingkan terhadap buck  converter secara  konvensional.
Hal  ini  dapat  dilihat  pada  Gambar  11  yang menunjukkan perbandingan efisiensi pada buck
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
converter konvensional  dengan three  phase buck converter yang dilakukan pada pengujian dengan  memberikan  variasi  beban  dari  20 hingga 100%. Pada buck converter konvensional  memiliki  nilai  efisiensi  rata-rata sebesar 86% sedangkan pada three phase buck converter memiliki efisiensi rata-rata yang lebih tinggi yaitu sebesar 95%
Gambar 11. Perbandingan Efisiensi Buck Converter Konvensional dengan Three Phase Buck Converter

## 5. KESIMPULAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Penggunakan  interleaved  PWM  pada Three  Phase  Buck  Converter dapat mengurangi ripple keluaran hingga 95%.
2. Interleaved PWM pada Three phase buck converter memiliki  efisiensi  rata-rata yang lebih tinggi yaitu 95% dibandingkan  pada buck converter konvensional  yang  memiliki  efisiensi rata-rata sebesar 86%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada pihak-pihak  terkait  yang  telah  memberi dukungan terhadap penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] R.  Arif  Syaifulah,  H.  Eko  Kurniawan,  B.
Priyohandoko,  T.  Elektro  Industri,  D. Teknik  Elektro,  and  P.  Elektronika  Negeri Surabaya,  “Mobil  Listrik  ‘ZEON’  (Zero
Pollution)  Sebagai  Sarana  Wisata  Di
Ekosiwata Mangrove Wonorejo.”
[2] “Peraturan Presiden Republik Indonesia No
55 Tahun 2019.”
[3] H. Nur Hermala, S. Riyadi, L. H. Pratomo, F.  B.  Setiawan,  and  D.  A.  Wibisono, “Desain Dan Implementasi Kendali Digital
Histerisis Pada Topologi Sepic Buck-Boost Konverter,” 2021.
[4] P. Avasarala and V. Dabholkar, “Multiphase Interleaved  DC-DC  Converters,”  2017. [Online]. Available: www.ijrti.org
[5] Paul  Pickering,  “Supply  Meets  Demand: Use Multiphase Converters to Solve Tough Power Design Challenges.”
[6] O.  Nurqalbi,  “Desain  Simulasi  Konverter Buck-Boost  Berbasis  PWM  (Pulse  Width Modulation),” Cetak) Journal of Innovation Research  and  Knowledge ,  vol.  3,  no.  9, 2024.
[7] E.  Martha,  A.  Asnil,  and  F.  Eliza,  “Sistem Pengisian  Baterei  Menggunakan  Buck Konverter,” INVOTEK:  Jurnal  Inovasi Vokasional dan Teknologi , vol. 18, no. 1, pp. 117–124, Aug. 2018, doi: 10.24036/invotek.v18i1.248.
[8] Aswardi, Teknik Elektronika Daya . 2020.
[9] N. H. Baharudin, T. M. N. T. Mansur, F. A.
Hamid,  R.  Ali,  and  M.  I.  Misrun, “Performance  Analysis  of  DC-DC  Buck Converter for Renewable Energy
Application,”  in Journal  of  Physics: Conference  Series ,  Institute  of  Physics Publishing,  Jun.  2018.  doi:  10.1088/1742- 6596/1019/1/012020.
[10] C.  Parisi,  “Multiphase  Buck  Design  From Start  to  Finish  (Part  1),”  2021.  [Online]. Available: www.ti.com
98,65 99,40 99,53 99,57 99,58
83,67 86,29 86,79 86,97 87,06 70 80 90 100 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Efisie nsi (%) Load Power (W) Perbandingan Efisiensi Konverter Three Phase Buck Converter Buck Converter Konvensional