Jurnal ECOTIPE , Volume 6, No.1, April 2019, Hal. 20-23 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 DOI : 10.33019/ecotipe.v6i1.942
Rancang Bangun Unipolar PWM Dilengkapi dengan Pengaturan Frekuensi Menggunakan Operational Amplifier

## Asmar
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Bangka Belitung Email : asmarubb2@gmail.com

## ABSTRACT
Pulse Width Modulation (PWM) is applied to power electronic circuits for the control of converter circuits. In order to obtain good performance, the frequency of the PWM pulse must be adjusted to the type and parameter of the converter. In this study, the PWM  pulses generated are unipolar PWM.  Pulses are obtained by using  three  main circuits, namely  triangular wave generator,  control  voltage  and  comparison  circuit.  The  main  component  used  is  Operational  Amplifier  (Op-Amp).  The resulting circuit can generate unipolar PWM pulses with  frequency range 30 Hz to 5 kHz.
Keywords : Frequency, Op-Amp, Unipolar PWM

## INTISARI
Pulse Width Modulation (PWM)  diaplilaksikan pada rangkaian elektronika daya untuk pengendalian rangkaian konverter. Agar diperoleh kinerja yang baik, frekuensi pulsa PWM harus disesuaikan dengan jenis dan parameter konverter. Pada penelitian ini, pulsa PWM yang dihasilkan adalah unipolar PWM. Pulsa tersebut diperoleh dengan menggunakan tiga rangkaian utama, yaitu pembangkit  gelombang  segitiga,  tegangan  kontrol  dan  rangkaian  pembanding.  Komponen  utama  yang  digunakan  adalah Operational  Amplifier (Op-Amp).  Rangkaian  yang  dihasilkan  dapat  membangkitkan  pulsa  unipolar  PWM  dengan  rentang frekuensi 30 Hz sampai dengan 5 kHz.
Kata kunci: Frequensi, Op-Amp, Unipolar PWM

## I. PENDAHULUAN
Pulse Width Modulation (PWM) adalah metode pembangkitan p ulsa  dengan  membandingkan gelombang segitiga dengan suatu tegangan kontrol berupa  gelombang  DC  murni.  Pulsa  PWM digunakan untuk mengendalikan rangkaian konverter  yaitu  dengan  mengubah  lebar  pulsa. Perbandingan  lebar  pulsa  dengan  periode  pulsa dikenal dengan  faktor  kerja pulsa yang menentukan  kondisi on dan off komponen elektronika daya [1],[2],[3].
Agar  diperoleh  kinerja  konverter  yang  baik, frekuensi  pulsa PWM harus  disesuaikan  dengan komponen-komponen penyusun konverter. Selain itu, metode pengendalian konverter dengan PWM juga  harus  mempertimbangkan  jenis  konveter. Pada DC-DC  converter yang  menggunakan H- Bridge ,  pengendaliannya  dapat  menggunakan metode bipolar PWM atau unipolar PWM .
Pengendalian  dengan unipolar  PWM akan memberikan kinerja yang lebih baik karena faktor riaknya lebih kecil dibandingkan dengan pengendalian  menggunakan bipolar    PWM [1],[2],[3].
Penelitian  ini  merupakan  lanjutan  penelitian sebelumnya  [4]  tetapi  telah  dikembangkan sehingga  diperoleh  pulsa  PWM  yang  dihasilkan dapat  diatur  pada  berbagai  rentang  frekuensi. Rangkaian yang dihasilkan dapat digunakan untuk berbagai  percobaan  untuk  pengendalian DC-DC converter .

## II. METODE PENELITIAN
Metode  pembangkitan  pulsa unipolar  PWM
diperlihatkan pada
Gambar 1. Untuk membangkitkan pulsa unipolar PWM dibutuhkan tiga  buah  rangkaian  utama  yaitu  pembangkit gelombang  segitiga,  tegangan  kontrol,  dan
Jurnal ECOTIPE , Volume 6, No.1, April 2019, Hal. 20-23 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 DOI : 10.33019/ecotipe.v6i1.942
pembanding.  Frekuensi  pulsa  yang  dihasilkan dipengaruhi  oleh  gelombang  segitiga  sedangkan faktor  kerja  pulsa  dipengaruhi  oleh  tegangan kontrol.
Gambar 1. Pembangkitan pulsa unipolar PWM
Gelombang  segitiga  dapat  dihasilkan  dengan mengkaskade osilator relaksasi  dengan integrator [5]. Osilator relaksasi dan integrator tesebut dapat dibuat  dengan  Op-Amp.  Rangkaian  untuk membangkitkan  gelombang  segitiga  dipelihatkan pada  Gambar  2.  Frekuensi  gelombang  segitiga dipengaruhi  oleh  nilai  kapasitansi  kapasitor  dan setelan trimpot TR2.

## Gambar 2. Rancangan pembangkit gelombang segitiga
Pada rangkaian tegangan kontrol (terlihat pada Gambar 3), perubahan faktor kerja pulsa dilakukan melalui  potensio.  Tegangan  kontrol  kedua diperoleh  dengan  memperkuat  tegangan  kontrol pertama dengan penguatan sebesar -1. Agar posisi potensio  dapat  digunakan  100%,  maka  nilai maksimum dan minimum tegangan kontrol harus disesuaikan dengan nilai maksimum dan minimum gelombang segitiga. Penyesuaian nilai maksimum dan minimum tersebut diatur melalui trimpot TR3, TR4, dan TR5.
Gambar 3. Rancangan rangkaian tegangan kontrol
Keluaran dari rangkaian pembangkit gelombang  segitiga  dan  tegangan  kontrol merupakan  masukan  rangkaian  pembanding (terlihat pada Gambar 4). Dengan mengubah nilai kapasitansi kapasitor dan menyetel posisi trimpot TR2  maka  diperoleh  pulsa  PWM  pada  berbagai rentang frekuensi.
Gambar 4. Rancangan rangkaian pembanding

## III. HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS
Komponen  Op-Amp  yang  digunakan  untuk implementasi rancangan adalah LM 324. Komponen  tersebut  dapat  bekerja  pada  tegangan 3V  sampai  dengan  30V.  Nilai-nilai  resistansi resistor,  trimpot,  dan  potensio  yang  digunakan pada rangkaian adalah 100k  . Frekuensi gelombang segitiga diperoleh dengan menggunakan  kapasitor  0.1uF,  0.033uF,  0.01uF, 0.0033uF, dan 0.001uF. Pada setiap nilai kapasitor tersebut,  perubahan  rentang  frekuensi  yang dihasilkan dengan penyetelan posisi trimpot TR2 adalah :
Jurnal ECOTIPE , Volume 6, No.1, April 2019, Hal. 20-23 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 DOI : 10.33019/ecotipe.v6i1.942
1. Kapasitor  0.1uF,  frekuensi  pulsa  antara  30Hz sampai dengan 250Hz
2. Kapasitor  0.033uF,  frekuensi  pulsa  antara 100Hz sampai dengan 700Hz
3. Kapasitor  0.01uF,  frekuensi  pulsa  antara 0.25kHz sampai dengan 2kHz
4. Kapasitor  0.0033uF,  frekuensi  pulsa  antara 0.85kHz sampai dengan 5kHz
Untuk  ukuran  kapasitor  0.001uF,  gelombang segitiga yang dihasilkan mengalami distorsi yang cukup besar sehingga Pulsa PWM yang dihasilkan tidak sesuai dengan yang diharapkan.
Gambar 5 memperlihatkan hasil simulasi untuk nilai  kapasitor  0.01uF,  TR2  disetel  pada  posisi 50%,  dan  potensio  pada  nilai  20%.  Hasil perbandingan pulsa segitiga dan tegangan kontrol memberikan  pulsa unipolar PWM dengan frekuensi sekitar 50Hz. Faktor kerja pulsa PWM 1 sekitar 20% dan pulsa PWM 2 sekitar 80%.
Gambar 5. Hasil simulasi
Penyetelan  trimpot  TR2  untuk  menghasilkan  rentang frekuensi  juga  memberikan  hasil  yang  cukup  baik.  Salah satunya diperlihatkan pada Gambar 6. Walaupun
perubahannya  tidak  linier  secara  keseluruhan  tetapi  posisi penyetelan trimpot TR2 seluruhnya dapat dimanfaatkan dan sensitivitasnya cukup baik.
Gambar 6. Pengaruh penyetelan trimpot TR2 terhadap frekuensi untuk ukuran kapasitor 0.01uF
Pada aplikasi DC-DC converter menggunakan H-Bridge untuk  mengatur  kecepatan  motor  DC,  frekuensi  pulsa pengontrolan umumnya pada orde ratusan Hertz. Dari hasil di atas, ukuran kapasitor yang sesuai adalah 0,01 uF. Untuk ukuran  kapasitor  0.1uF,  frekuensi  yang  dihasilkan  dapat digunakan untuk Square Wave Converter . Sedangkan untuk ukuran kapasitor 0.0033uF, frekuensi pulsa dapat digunakan untuk pengontrolan Buck, Boost , dan Buck-Boost converter . Hasil  implementasi  rancangan  diperlihatkan  pada Gambar  7  dan  8.  Pengukuran  yang  diperoleh  dari implementasi rancangan relatif sama dengan hasil simulasi. Hasil  pengukuran  dengan  osiloskop  untuk  nilai  kapasitor 0.01uF,  penyetelan  trimpot  TR2  pada  posisi  50%,  dan potensio pada nilai 20 % dipelihatkan pada Gambar 9.
Gambar 7. Rangkaian pembangkit segitiga Gambar 8. Rangkaian tegangan kontrol 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 Fre ku en si (k Hz) Posisi Trimpot TR2 (%)
Jurnal ECOTIPE , Volume 6, No.1, April 2019, Hal. 20-23 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 DOI : 10.33019/ecotipe.v6i1.942
Gambar 9. Hasil pengukuran osiloskop

## IV. KESIMPULAN
Pulsa PWM dapat diperoleh menggunakan Op- Amp  yang  difungsikan  sebagai  pembangkit gelombang  segitiga,  pengatur  tegangan  kontrol, dan  pembanding.  Frekuensi  pulsa  dapat  diatur pada  berbagai  rentang  frekuensi  sesuai  dengan nilai  kapasitor  digunakan.  Nilai  kapasitor  dari hasil  penelitian  berkisar  antara  0.1uF  sampai dengan 0.0033uF, dengan rentang frekuensi 30Hz sampai dengan 5kHz.

## V. SARAN
Hasil  yang  diperoleh  dapat  dikembangkan untuk penelitian rangkaian kendali unipolar PWM yang  dilengkapi  dengan  pengontrolan dead  time sehingga kinerja komponen elektronika daya akan semakin baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hart,  D.W.  (1997). Introduction  to  Power Electronics . Prentice-Hall International, Inc., Indiana.
[2] Mohan,  Undeland,  Robbins.  (1995). Power Electronics,  Second  edition .    John  Wiley &Sons Inc., Singapore.
[3] Rashid,  M.H.  (1988). Power  Electronics: Circuits,  Devices  and  Application .  Prentice- Hall, Inc., New Jersey.
[4] Asmar  (2014). Rancang  Bangun  Unipolar PWM  untuk  Pengendalian  Rangkaian  H- Bridge Menggunakan Operational Amplifier . Jurnal  ECOTIPE  Vol.1  No.1  April  2014, Teknik Elektro Universitas Bangka Belitung.
[5] Zuhal,  Zhanggischan  (2004). Prinsip  Dasar Elektroteknik .  Gramedia  Pustaka  Utama, Jakarta.