## PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  dalam meregulasi tegangan catu daya terhadap  perangkat-perangkat  beban listrik dewasa ini sudah tidak terelakan lagi,  untuk  itu  penggunaan  komponen saklar  daya  dan  rangkaian  elektronika daya telah mampu menghasilkan sistem  penyedia  daya  tegangan  searah, yang dihasilkan melalui  konversi tegangan DC (Direct Current) masukan ke  bentuk  tegangan  DC  keluaran  yang lebih tinggi atau lebih rendah. Konversi tegangan  DC  ini  biasa  disebut  DC-DC converter . Pada perkembagannya, penerapan  DC-DC converter telah memungkinan suatu perangkat elektronik  dapat  berfungsi  dengan menggunakan  sumber  energi  baterai yang  berukuran  kecil  dimana  tegangan keluarannya  dapat  diubah-ubah  sesuai kebutuhan pemakaian.
Secara  umum  beberapa  jenis rangkaian DC-DC converter yaitu buck converter, boost converter dan
buckboost  converter .  Untuk  menaikan tegangan yang lebih besar dari
1 Dosen  Teknik  Listrik  Universitas Batanghari Jambi
2 Dosen  Teknik  Listrik  Universitas Batanghari Jambi
tegangan sumbernya dapat menggunakan boost  converter, untuk menurunkan  tegangan  yang  lebih  kecil dari tegangan sumber dapat menggunakan buck  converter, jika menginginkan tegangan yag bisa diatur lebih  kecil  atau  lebih  tinggi  dari tegangan  sumber  dapat  menggunakan buck dan boost converter . System  buck dan boost  converter merupakan  salah  satu  regulator  dc  tipe switching  non-isolated yang  dapat menjawab  kebutuhan  akan  sebuah sumber  tegangan  keluaran  variabel. Dengan sistem buck dan boost converter ,  nilai  tegangan  keluaran dapat  diatur  untuk  lebih  besar  maupun lebih kecil dari nilai tegangan masukan dengan  mengatur  frekuensi  dan  besar lebar  pulsa (duty  cycle). Duty  cycle dibangkitkan  dengan  menggunakan sinyal PWM (pulse  Width Modulation) untuk  mengatur switch pada buck dan boost converter . Berdasarkan masalah yang dikemukakan  di  atas,  penulis  akan menganalisa  frekuensi switching dan besar duty  cycle terhadap  tegangan keluaran pada buck dan boost converterI .

## ANALISA BUCK CONVERTER DAN BOOST CONVERTER PADA PERUBAHAN DUTY CYCLE PWM DENGAN MEMBANDINGKAN FREKUENSI PWM 1,7 Khz DAN 3,3 Khz
Hendi Matalata 1 , Leily W Johar 2

## Abstract
Buck-Boost Converters are electric power supply device for raising and lowering the  voltage  DC  (Direct  Current)  power  supply  equipment  according  to  needs  of the  electrical  load,  this  research  is  designed  to  Buck-Boost  Converter  and Converter  on  the  12  Volt  power  supply,  the  design  of  a  Buck  Converter  power supply  derived  5  Volt,  6Volt  and  6 Volt design  while  the Boost  Converter  power supply  12  Volt  offered  up to  16  Volt,  19 Volt  and  22  Volts  in  a  way  set  the  duty cycle  of  PWM  frequency  settings  in  1.7  Khz  and  3.3  Khz.  Results  research indicates  the  State  of  the  differences  in  each  frequency  in  the  set  output  voltage ripple  shape  obtained  is  different,  however,  in  the  design  of  this  research  have been successfully carried out as expected.
Keywords: buck converter, boost converter, change in duty cycle

## Buck dan Boost Converter Buck Converter
Defenisi buck converter menurut Agus  Setyawan,  dkk  (104)  adalah sebagai berikut:
“Buck  converter adalah  jenis  dc-dc converter yang memiliki output tegangan yang lebih kecil dari
tegangan input ”.
Gambar 1 Rangkaian dasar buck converter
Ketika  saklar  tertutup,  diode dalam keadaan reverse sehingga sinyal input  menuju  induktor  dan  terjadi penyimpanan energi.
Gambar 2 Rangkaian buck converter kondisi saklar tertutup
dari gambar diatas secara matematis dapat ditulis sebuah
persamaan sebagai berikut:
𝑉 𝐿 = 𝑉 𝑑 − 𝑉 0 = 𝐿 𝑑𝑖 𝐿 𝑑𝑡 (1) 𝑑𝑖 𝐿 𝑑𝑡 = 𝑉 𝑑 −𝑉 0 𝐿 (2) 𝑑𝑖 𝐿 𝑑𝑡 = ∆ 𝑖𝐿 ∆𝑡 = ∆ 𝑖𝐿 𝐷𝑇 = 𝑉 𝑑 −𝑉 𝑜 𝐿 (3) ∆ 𝑖𝐿 𝑐𝑙𝑜𝑠𝑒𝑑 = ( 𝑉 𝑑 −𝑉 0 𝐿 ) . 𝐷𝑇 (4)
Sedangkan  saat  kondisi  saklar terbuka  diode  menjadi forward  bias sehingga  ada  aliran  tegangan  yang melalui kapasitor.
Gambar 3 Rangkaian buck converter kondisi saklar terbuka dari gambar diatas secara matematis dapat ditulis sebuah persamaan sebagai berikut:
𝑉 𝐿 = −𝑉 𝑜 = 𝐿 𝑑𝑖 𝐿 𝑑𝑡 (5) 𝑑𝑖 𝐿 𝑑𝑡 = − −𝑉 𝑜 𝐿 (6) 𝑑𝑖 𝐿 𝑑𝑡 = ∆ 𝑖𝐿 ∆𝑡 = ∆ 𝑖𝐿 (1−𝐷).𝑇 = −𝑉 𝑜 𝐿 (7) ∆ 𝑖𝐿 𝑜𝑝𝑒𝑛𝑒𝑑 = (− 𝑉 0 𝐿 ) . (1 − 𝐷). 𝑇 (8)
Besarnya duty cycle agar tegangan  output  sesuai  yang  di harapkan adalah sebagai berikut : 𝑉 𝑜 𝑉 𝑑 = 𝐷 (9) ∆𝑉 0 𝑉 𝑜 = 1−𝐷 8𝐿𝐶𝑓 2 (10)
Nilai induktansi yang dibutuhkan untuk  membuat  sebuah buck  converter adalah berdasarkan persamaan berikut :
𝐿 𝑚𝑖𝑛 = (1−𝐷)𝑅 2𝑓 (11)
dimana : L min = Nilai Induktansi minimum D = duty cycle R = resistansi F = frekuensi

## 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 4 Rangkaian boost converter
Gambar  4  diatas  merupakan gambar  rangkaian boost  coverter, untuk mempermudah dalam menganalisa  rangkaian boost ,  gambar
2.5  berikut  ini  merupakan state dari rangkaian boost pada state ON  dan state OFF.
Gambar 5 Rangkaian boost pada saat a.state ON dan b. state OFF
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 (12) 𝐿 = 𝑉 𝑖𝑛 .𝐷(1−𝐷) 𝑓.∆𝐼 𝑖𝑛 (13)
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
Pulse Width Modulation (PWM) Defenisi  PWM  menurut  Ida Bagus  Fery  Citarsa,dkk  (2015  :  02) adalah sebagai berikut:
“ PWM  adalah  sebuah  metode yang digunakan untuk mengatur jumlah daya (power) yang dialokasikan  ke  beban  tanpa  harus menimbulkan  rugi-rugi  daya  pada rangkaian pengendali beban tersebut ”.
Prinsip dasar pembangkitan sinyal PWM pada umumnya dilakukan dengan  membandingkan  dua  buah sinyal dengan frekuensi berbeda seperti yang diperlihatkan pada Gambar  6  dan  Gambar  7  dimana gambar tersebut memperlihatkan perbandingan gelombang  modulasi yang  berupa  gelombang  sinus  dengan gelombang  carrier  yang  berupa  sinyal segitiga.  Hasil  perbandingan  kedua sinyal  tersebut  menghasilkan  pulsa dengan lebar yang berbeda-beda.

## Gambar 6 Proses Modulasi Sinyal PWM

## Gambar 7 pembagkitan pulsa 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 9 signal PWM
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
Perancangan Model Perancangan Berikut adalah model perancangan pada masing-masing rangkaian  baik  pada  rangkaian buck converter maupun  rangkaian boost converter ,
MULAI PARAMETER RANGKAIAN BUCK DAN BOOST CONVERTER L,C DAN R SETTING FREKUENSI DAN DUTY CYCLE PWM KELUARAN TEGANGAN BUCK DAN BOOST CONVERTER CATATA HASIL KELUARAN PEMBANGKITAN SINYAL PWM YA TIDAK ANALISA HASIL RANGKAIAN BUCK DAN BOOST CONVERTER SELESAI

## Gambar 9 Flowchart Penelitian
Parameter-parameter Perangkat Keras Rangkaian Buck Converter dan Boost Converter Pada rangkaian daya Buck converter dan Boost  converter yang dirancang,  komponen  saklar  daya menggunakan  MOSFET  IRF  740  B sedangkan induktor menggunakan jenis batang  ferrit  dengan  nilai  3,4  mH, untuk kapasitansi kapasitor yang digunakan  47  uf/50  volt.  Gambar  10 dan gambar 11 dibawah memperlihatkan masing-masing rangkaian  daya Buck  Converter dan
Boost Converter .
DC MOSFET IRF 740 B L=3,4 mH PWM C=47 uF D=1N4002 R=100 ohm / 2 Watt

## Gambar 10 Rangkaian Daya Buck
Converter
Pada  gambar  10  rangkaian  daya Buck Converter yang ditunjukan diatas setting duty cycle PWM diatur masing- masing  30%,  50%  dan  70%,  dengan besar sinyal frekuensi-nya 1,7 KHz dan 3  KHz.  Dari  setting  tersebut  akan didapat  bentuk  ataupun  hasil  keluaran berupa  tegangan  DC  dari  rangkaian yang  akan  dijadikan  target  pada penelitian.
DC MOSFET IRF 740 B L=3,4 mH PWM C=47 uF D=1N4002 R=100 ohm / 2 Watt

## Gambar 11 Rangkaian Daya Boost Converter
Pada  gambar  11  rangkaian  daya Boost Converter yang ditunjukan diatas setting  PWM  yang  digunakan  sama seperti  pada  rangkaian  daya Buck
Converter sehingga  nantinya  didapat seberapa  besar  pengaruh  dari  duty cycle  dan  PWM  dari  masing-masing rangkaian.

## Pembangkitan Sinyal PWM
Untuk  membangkitkan  sinyal PWM,  pada  penelitian  menggunakan PWM  analog  dengan  menggunakan  IC TL  494  L,  rangkaian  pembangkitan dari sinyal PWM tersebut diperlihatkan pada gambar 12 dibawah.
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 12 Rangkaian

## Pembangkitan Sinyal PWM
Konfigurasi kaki-kaki IC (Integrated  Circuit)  pada  gambar  12 diatas mempunyai fungsi dan karakteristik  masing-masing,  dimana pada  kaki  3  dan  kaki  4  terhubung dengan  P1  dan  P2  (potensio)  untuk pengaturan  besar  duty  cycle  keluaran PWM  IC  TL  494  L  (kaki  9  dan  kaki 12)  kemudian  kaki  6  dan  kaki  5  pada IC  yang  terhubung  dengan  R1  dan  C1 berfungsi  untuk  pengaturan  frekuensi keluaran  PWM  IC  TL  494  L, sedangkan  R2  dan  R3  pada  keluaran kaki  IC  berfungsi  sebagai  beban kontrol PWM IC TL 494 L.
Sinyal  PWM  yang  dibangkitkan IC TL 494 L ini kemudian diperuntukan  sebagai  masukan  dari rangkaian Driver gate MOSFET,
seperti  diperlihatkan  pada  gambar  13 dibawah.  Rangkaian  gate  driver  ini dibangun  dengan  menggunakan  IC IR2110.
Gambar 13 Rangkaian Driver Gate MOSFET
Dari  gambar  13  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 Buck  Converter dan rangkaian daya Boost Converter.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil keseluruhan perakitan perangkat keras yang dibangun diperlihatkan pada gambar 14 dibawah.

## Gambar 14 Rangkaian Keseluruhan Perangkat Keras
Buck  converter  pada  saat  frekuensi 1,7 Khz
Seperti  dijelaskan  sebulum-nya bahwa  pada  setting  frekuensi  besar duty  cycle  diatur  30%,  50%  dan  70%. sedangkan  tegangan  masukan  yang akan diturunkan ( Buck ) adalah 12 volt. gambar  15,  gambar  16  dan  gambar  17 dibawah  memperlihatkan  bentuk  atau besar  sinyal  PWM  keluaran  dari rangkaian Buck converter .

## Gambar 15 Bentuk atau Besar sinyal
PWM 30% dan Keluaran Buck converter
Gambar 16 Bentuk atau Besar sinyal PWM 50% dan Keluaran Buck converter
Gambar 17 Bentuk atau Besar sinyal PWM 70% dan Keluaran Buck converter
Pada  gambar  15,  gambar  16  dan gambar  17  diatas  setting  pengukuran pada osciloscop yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Volts/Div CH1 = x5 2. Volts/Div CH2 = x5
3. Time/Div = x0,1 ms
4. Probe CH1 = x1
5. Probe CH2 = x1

## Buck  converter  pada  saat  frekuensi 3,3 Khz
Adapun langkah-langkah pengambilan data pada setting 3,3 Khz dilakukan  sama  seperti  pengambilan data  pada  frekuensi  1,7  Khz,  hasil  dari rangkaian daya Buck converter diperlihatkan  gambar  18,  gambar  19 dan gambar 20 dibawah.

## Gambar 18 Bentuk atau Besar sinyal
PWM 30% dan Keluaran Buck converter
Gambar 19 Bentuk atau Besar sinyal PWM 50% dan Keluaran Buck converter

## Gambar 20 Bentuk atau Besar sinyal PWM 70% dan Keluaran Buck converter
Pada  gambar  18,  gambar  19  dan gambar  20  diatas  setting  pengukuran pada  osciloscop  yang  dilakukan  sama seperti  pengukuran  frekuensi  1,7  Khz hanya saja Time/Div disetting x50 us.
Hasil keseluruhan data penelitian yang  dilakukan  pada  rangkaian  daya Buck converter diperlihatkan pada tabel
1 dibawah.
Tabel 1 Tegangan Keluaran dan Duty Cycle Pengukuran No 1,7 Khz 3,3 Khz Duty Cycle (%) Vout (Volt) Duty Cycle Vout 1 30 5 30 5 2 50 6 50 6 3 70 7 70 7 Boost  converter  pada  saat  frekuensi 1,7 Khz Pada  rangkaian  daya Boost converter setting  frekuensi  besar  duty cycle diatur sama seperti Buck converter . Dalam hal tegangan masukan  yang  akan  dinaikan  ( Boost ) adalah  12  volt.  gambar  21,  gambar  22 dan gambar 23 dibawah memperlihatkan  bentuk  atau  besar sinyal  PWM  keluaran  dari  rangkaian
Boost converter .
Gambar 21 Bentuk atau Besar sinyal PWM 30% dan Keluaran Boost converter
Gambar 22 Bentuk atau Besar sinyal PWM 50% dan Keluaran Boost converter
Gambar 23 Bentuk atau Besar sinyal PWM 70% dan Keluaran Boost converter
Pada  gambar  21,  gambar  22  dan gambar  23  diatas  setting  pengukuran pada osciloscop yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Volts/Div CH1 = x5
2. Volts/Div CH2 = x2
3. Time/Div = x0,1 ms
4. Probe CH1 = x1
5. Probe CH2 = x10 yang  mana  untuk  pengukuran
sinyal PWM menggunakan CH1 sedangkan  CH2  digunakan  untuk pengukuran  keluaran  rangkaian  daya Boost Converter
Boost  converter  pada  saat  frekuensi 3,3 Khz
Gambar 24 Bentuk atau Besar sinyal PWM 30% dan Keluaran Boost converter
Gambar 25 Bentuk atau Besar sinyal PWM 50% dan Keluaran Boost converter
Gambar 26 Bentuk atau Besar sinyal PWM 70% dan Keluaran Boost

## converter
Pada gambar 24, gambar 25 dan gambar  26  diatas  setting  pengukuran pada  osciloscop  yang  dilakukan  sama seperti  pengukuran  pada  frekuensi  1,7
Khz hanya saja Time/Div disetting x50 us.
Hasil keseluruhan data penelitian yang  dilakukan  pada  rangkaian  daya Boost  converter diperlihatkan  pada tabel 2 dibawah.
Tabel 2 Tegangan Keluaran Terhadap

## Perubahan Duty Cycle PWM
No 1,7 Khz 3,3 Khz Duty Cycle (%) Vout (Volt) Duty Cycle Vout 1 30 16 30 16 2 50 19 50 19 3 70 22 70 22 Pengaruh  Perbedaan  Frekuensi  dan Variasi  Duty  Cycle  pada  Buck  dan Boost Converter. secara keseluruan pengaruh frekuensi  dan  besar duty  cycle bila dilihat  dari  bentuk  yang  ditampilkan osciloscop terdapat ripple yang berbeda-beda,  Gambar  27  dibawah menunjukan  tegangan  catu  daya  ketika diturunkan  ( buck )  maupun  ketika dinaikan ( boost )
Gambar 27 Grafik Keluaran Catu Daya pada Buck dan Boost
Converter SIMPULAN 1. Perancangan Buck Converter
maupun Boost  Converter telah berhasil dilakukan
2. Rangkaian  Daya Buck  Converter maupun Boost  Converter terdapat
ripple yang lebih halus jika frekuensi-nya lebih besar.
3. Nilai  kapasitor  dan  resistor  yang terdapat  pada  rangkaian  daya Buck Converter dan Boost  Converter mempengaruhi  nilai  ripple  keluaran tegangan pada frekuensi tertentu.

## DAFTAR PUSTAKA
Design  Calculation  For  Buck-Boost Converters  by  Texas  Instrumen, 2012.
Dr.Awang/Dr.Zainal, Power Electronics and Drivers, 2009. TL494 Pulse-Width-Mosulation Control Circuits by Texas Instrumen, 2017.
Karim  EL  khadiri  and  Hassan  Qjidaa, "Inverting  Buck-Boost  DCDC Converters  Design  Challenges," IJESA Vol4,No.1,March 2014.