## JEPCA
PERANCANGAN BOOST CONVERTER DENGAN LDR SEBAGAI PENGENDALI SINYAL PWM UNTUK MENAIKAN TEGANGAN PANEL SURYA
Calvin Yobel Sirait 1 , Hendi Matalata 2
1 Jurusan Teknik Listrik, Fakultas Teknik, Universitas Batanghari
2 Dosen Teknik Listrik, Fakultas Teknik, Universitas Batanghari e-mail: : pinraitt@gmail.com , hendi.matalata@unbari.ac.id

## ABSTRAK
Boost  Converter adalah  perangkat  catu  daya  listrik  untuk  menaikan  tegangan  DC  ( Direct  Current ), teknologi Boost  Converter ini  berdasarkan  pada  mode  pensaklaran  menggunakan  pembangkitan sinyal  PWM  ( Pulse  Width  Modulation  ) yang  diperuntukan    kepada  komponen  saklar  daya    pada rangkaian Boost  Converter ,  sinyal  PWM  ini  mempunyai duty  cycle untuk  memberikan  kendali  pada kenaikan  keluaran  tegangan.  Pada  penelitian  ini  pengaturan duty  cycle menggunakan  LDR  (Light Dependent  Resistor),  yang  mana  pada  fungsinya  LDR  akan  mempunyai  nilai  hambatan  yang  besar dalam  keadaan  gelap  dan  mempunyai  nilai  hambatan  yang  kecil  dalam  keadaan  terang.  Hasil pengujian  yang  dilakukan  LDR  mampu  memberikan  perubahan duty  cycle terhadap  perubahan intensitas matahari sehingga perancangan Boost Converter pada penelitian ini mampu menaikan besar tegangan keluaran pada panel surya
kata kunci: Boost Converter , PWM, duty cycle , LDR

## 1. PENDAHULUAN
Energi  surya  merupakan  energi  baru terbarukan  dimana  dalam  pemanfaatan-nya selalu  di  optimalkan    karena  intensitas cahaya dari  energi surya  yang tidak selalu konstan,    sel  surya  atau  komponen  panel surya  adalah  komponen  yang  dapat mengubah  besar  intensitas  sinar  matahari menjadi energi listrik yang bisa dimanfaatkan  secara  langsung  oleh  beban atau  juga  sebagai  charger  baterai  sehingga energi  listrik  tersebut  dapat  disimpan, keadaan  intensitas  matahari  yang  tidak selalu  konstan  mengakibatkan  terjadinya penurunan  energi  listrik  dari  panel  surya sehingga  proses  charger  pada  baterai  tidak optimal,  untuk  itu  diperlukan  sebuah rangkaian elektronika daya sebagai penguat umpan balik panel surya.
Aplikasi  elektronika  daya  dewasa  ini sangat  banyak  digunakan  salah  satu diantaranya  adalah DC  Chopper . DC Chopper ini  mempunyai  banyak  aplikasi. Aplikasi  yang  sudah  ada  sekarang  ini
adalah  DC Chopper sebagai  catu  daya searah  yang  dapat  diregulasi,  dimana  catu daya  searah  yang  digunakan  adalah  catu daya  searah  bisa  dinaikkan  dan  diturunkan sesuai dengan kebutuhan. Dengan memanfaatkan komponen saklar daya yaitu MOSFET maka  kita  bisa  mengatur  besar keluaran  dari  catu  daya  searah [2] melalui pengaturan  lebar  pulsa  atau  PWM  yang diberikan pada gate MOSFET, DC Chopper pada  Penelitian  ini  dirancang  tipe Boost  converter .  DC Chopper yang dirancang  dilengkapi  dengan  penguatan umpan  balik  ( feedback )  dengan  mengatur lebar  pulsa  pada  gate  MOSFET  dari rangkaian  daya,  semakin  besar  lebar  pulsa dari  rangkaian  PWM  yang  dibangkitkan maka  keluaran  catu  daya  semakin  besar pula.    Pengaturan  lebar  pulsa  PWM menggunakan sebuah tranduser LDR untuk mengidentifikasikan keadaan intensitas matahari, jika intensitas matahari berkurang maka  dengan  pengindaraan  komponen LDR  dapat  menaikan  lebar  pulsa  PWM
sehingga  keluaran  dari  panel  surya  tidak menurun.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Boost Converter
Defenisi Boost  converter menurut Melzi Ambar Marta, dkk (2016 : 22) adalah sebagai berikut:
“Boost converter merupakan konverter  DC-DC  yang  berfungsi untuk menaikan tegangan ”.
Gambar 1 Rangkaian boost converter [2]
Gambar  1  diatas  merupakan  gambar rangkaian boost coverter, untuk mempermudah dalam menganalisa rangkaian boost ,  gambar  1  berikut  ini merupakan state dari rangkaian boost pada state ON dan state OFF.
Gambar 2 Rangkaian boost pada saat a.state ON dan b. state OFF [2]
Untuk  mendesain  boost  converter perlu  ditetapkan  beberapa  variabel,  yaitu tegangan masukan, tegangan keluaran, arus
keluaran, frekuensi switching, ripple tegangan keluaran, dan ripple arus masukan.  Dalam  menentukan  besarnya nilai induktor dan kapasitor dapat menggunakan persamaan berikut : 𝐶 = 𝑉 𝑜 .𝐷 𝑅∆𝑉 𝑜 .𝑓 .................................. (1)
𝐿 = 𝑉 𝑖𝑛 .𝐷(1−𝐷) 𝑓.∆𝐼 𝑖𝑛 ............................ (2) Dimana : v o = Tegangan keluaran
v in = Tegangan masukan D      = Duty cycle L      = Nilai induktor (induktansi) ∆I in = Riple arus F       = frekuensi switching C      = Nilai kapasitor

## 2.2. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR  adalah  singkatan  dari  Light Dependent  Resistor  yang  merupakan  salah satu  jenis  komponen  resistor  yang  nilai resistansinya  dapat  berubah-ubah  sesuai dengan  intensitas  cahaya.  Komponen  LDR biasanya  juga  disebut  dengan  photo resistor,  atau  photocell.    Nilai  resistansi LDR  sangat  dipengaruhi  oleh  intensitas cahaya.  Semakin  banyak  cahaya  yang mengenainya, maka semakin menurun nilai resitansinya.  Sebaliknya,  jika  cahaya  yang mengenainya  sedikit  (gelap),  maka  nilai hambatannya  menjadi  semakin  besar, sehingga  arus  listrik  yang  mengalir  akan terhambat.  Pada  umumnya  sebuah  LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm saat berada  di  kondisi  minim  cahaya  (gelap), dan  akan  menurun  menjadi  500  Ohm  pada kondisi  terkena  cahaya.  Tak  heran  jika komponen yang satu ini banyak diaplikasikan  pada  rangkaian  dengan  tema saklar otomatis dari cahaya.
Gambar 3. Simbol dan Bentuk Fisik LDR
2.3. Pulse Width Modulation (PWM)
Sinyal
PWM pada umumnya memiliki  amplitudo  dan  frekuensi  dasar yang  tetap,  namun  memiliki  lebar  pulsa yang  bervariasi. Lebar  Pulsa  PWM berbanding  lurus  dengan  amplitudo  sinyal asli  yang  belum  termodulasi.  Artinya, Sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang  yang  tetap  namun duty  cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%).
Gambar 4. sinyal PWM[2]
𝑇 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑇 𝑜𝑛 + 𝑇 𝑜𝑓𝑓 ....................(14)
𝐷 = 𝑇 𝑜𝑛 𝑇 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ...................................(15)
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝐷 𝑥 𝑉 𝑖𝑛 ...........................(16)
Dimana : T on = waktu pulsa high T off = waktu pulsa low D  = duty cycle adalah lama nya pulsa high dalam satu priode

## 3. METODE PENELITIAN
Boost Converter Tegangan Keluaran Rangkaian PWM LDR PANEL SURYA Matahari Baterai Gambar 5. Alur Skema Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  bagaimana mengkombinasi perubahan intensitas
matahari  terhadap  perilaku  panel  surya melalui rangkaian boost converter menggunakan  LDR  sebagai  pengatur duty cycle ,  dimana  saat  intensitas  cahaya berkurang    maka  resistansi  LDR  sangatlah tinggi,  ini  memungkinkan  rangkaian  PWM untuk  melakukan  pengaturan duty  cycle sinyal  PWM,  pengaturan  ini  diharapkan dapat  men-switch  komponen  saklar  daya pada  rangkaian  boost  converter  sehingga tegangan keluaran dari panel surya menjadi naik.  Kenaikan  tegangan  ini  selanjutnya akan  diregulasi  untuk  keperluan  charger pada  baterai,  yang  mana  baterai  digunakan sebagai  sumber  catu  daya  pada  rangkaian PWM dan dikonsumsi sebagai sumber catu daya.  Gambar  6  dibawah  menjelaskan  cara kerja dari rangkaian PWM yang difungsikan  LDR  sebagai  pengatur duty cycle [4].
3 4 6 5 13 7 8 9 11 12 12 T L 4 9 4 L R1 C1 P1 P2 TO DRIVER MOSFET VCC V REFERENSI R2 R3

## Gambar 6. Rangkaian PWM
Sinyal  PWM  yang  dibangkitkan  IC TL  494  L  ini  kemudian  diperuntukan sebagai masukan dari rangkaian driver gate
MOSFET,  adapun  rangkaian  driver gate MOSFET seperti diperlihatkan pada gambar  7  dibawah.  Rangkaian  gate  driver ini  dibangun  dengan  menggunakan  IC IR2110 [5].
3 2 6 5 13 7 9 10 12 I R 2 1 1 0 1 VCC H in L in HO LO VB+ VS- Gambar 7. Rangkaian Driver gate MOSFET
Dari  gambar  7  diatas  HIN  dan  LIN adalah  masukan  dari  IC  IR  2110  dimana masukan ini diperoleh dari keluaran IC TL 494  L,  sedangkan  HO  dan  LO  adalah keluaran dari IC IR
2110 yang diperuntukan  sebagai  masukan  dari  gate MOSFET  pada  rangkaian  daya Boost Converter.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk mendapatkan hasil dari penelitian  ini,  pengujian  dilakukan  dengan mengambil  data  selama  4  hari    yang dimulai  pada  pukul  9 00 WIB  -  15 00 WIB, dengan  asumsi  agar  intensitas  matahari yang didapat pada kondisi optimal.

## 4.1. Pengujian  LDR  Sebagai    Kendali
duty cycle
Pada  Penelitian  ini  LDR  digunakan sebagai  pengatur duty  cycle melalui perubahan besar tahanan terhadap pengaruh  intensitas  matahari.  Rangkaian penempatan LDR menggunakan IC TL 494 L  seperti  ditunjukan  gambar  6  pada  bab sebelumnya. Adapun pengujian yang dilakukan  dengan  memberikan  intensitas cahaya terhadap LDR kemudian melakukan pengukuran  menggunakan osciloscop yang mana setting dilakukan, TIME/DIV = 20 µs dan  VOLT/DIV  =  5V,  adapun  hasil pengukuran  berturut-turut  ditunjukan  pada
gambar  8,  gambar  9,  gambar  10,  dan gambar 11.
Gambar 8. duty cycle pada tahanan 393 Ohm
Gambar 9. duty cycle pada tahanan 124 Ohm
Gambar 10. duty cycle pada tahanan 64 Ohm
Gambar 11. duty cycle pada tahanan 53 Ohm
Dari  gambar  8,9,10  dan  11  diatas sinyal  PWM  mempunyai  frekuensi  sebesar 12,5 KHz sedangkan perubahan duty cycle terjadi  pada  45%  sampai  80%.  besaran perubahan duty cycle ini akan memberikan kenaikan  tegangan  pada  rangkaian Boost Converter .

## 4.2. Pengujian Keluaran Tegangan Boost Converter
Pada  penelitian  ini,  kapasitas    panel surya yang digunakan adalah 3 Wp dengan tegangan  pada  daya  maksimum  (Vmp) adalah  10  volt  dan  arus  pada  daya
maksimum  (Imp)  adalah  0,334  Amper, dimana  pengujian  dilakukan  selama  4  hari berturut-turut guna mencari besar intensitas matahari  yang  paling  optimal,  setelah didapat  keadaan  intensitas  matahari  yang paling  optimal  maka  dijadikan  sebagai objek  atau  target  dari  penelitian  ini. Rangkain  Daya  Boost  Converter  dan masing-masing  besaran  nilai  komponen yang digunakan diperlihatkan pada gambar 12 dibawah
DC MOSFET IRF 740 B L=3,4 mH PWM C=47 uF D=1N4002 R=100 ohm / 2 Watt Gambar 12. Rangkaian Daya Boost Converter

## Pada  gambar  12  rangkaian  daya
Boost  Converter yang  ditunjukan  diatas pengaturan duty  cycle gelombang  PWM pada gate kaki  MOSFET  (saklar  daya) berdasarkan  dari  besar  intensitas  matahari sehingga  nantinya  didapat  seberapa  besar pengaruh dari duty cycle gelombang PWM untuk  menaikan  keluaran  tegangan  panel surya.
Adapun  hasil  pengujian  keluaran rangkaian Boost  Converter yang  paling optimal  seperti  dijelaskan  pada  tabel  1 dibawah.
Tabel 1. Data Pengujian
Pada  tabel  1  diatas,  pengujian dilakukan selama 2,5 jam, dimana pengambilan data dilakukan setiap  0,5 jam. Kecenderungan koefisien determinasi
tegangan  keluaran  panel  surya  terhadap perubahan  intensitas  matahari  ditunjukan pada  gambar  13  sedangkan  kecenderungan koefisien  determinasi  tegangan  keluaran boost converter terhadap perubahan intensitas matahari ditunjukan pada gambar 14 dibawah.
Gambar 13. Keluaran Panel Surya
Dari gambar 13 diatas, didapat fungsi exponensial
𝑌 = 1,17 𝑋 0,31 dengan koefisien determinasi sebesar 0,34.
Gambar 14. Keluaran Boost Converter
Dari gambar 14 diatas, didapat fungsi exponensial 𝑌 = 0,83 𝑋 0,43 dengan koefisien determinasi sebesar 0,17.

## 5. SIMPULAN
a. Perancangan Boost  Converter dengan LDR  sebagai  pengendali  sinyal  PWM untuk  optimasi  panel  surya  mampu menaikan  tegangan  keluaran  pada  panel surya
b. Intensitas  matahari  cendrung  fluktuatif sehingga  energi  listrik  yang  dihasilkan panel surya tidak konstan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Design  Calculation  For  Buck-Boost Converters by Texas Instrumen, 2012.
[2].  Dr.Awang/Dr.Zainal, Power
Electronics   and Drivers, 2009.
[3].  TL494 Pulse-Width-Mosulation
Control   Circuits by Texas Instrumen,
2017.
[4].  Hendi Matalata, "Analisa Buck
Converter  Dan  Boost  Converter  Pada Perubahan  Duty  Cycle  Pwm  Dengan Membandingkan  Frekuensi  Pwm  1.7 KHz   Dan  3.3  KHz,  "Jurnal  Ilmiah Universitas   Batanghari Jambi, Vol:18, No.1, Februari   2018.
[5].  Hendi Matalata, "Pengembangan Topologi  Inverter Multilevel Tiga Tingkat Satu Fasa Tipe Diode Clamped Dengan Mereduksi Komponen Saklar Daya", JNTE,
Vol:5, No.3, November  2016.