## Perancangan Dan Pembuatan Modul Praktikum Konverter DC-DC Full Bridge Dengan Mosfet-N Dan PWM Bipolar
1 Elia Yohan Yosefa, 2 Dian Efytra Yuliana, 3 Royb Fatkhur Rizal
123 Teknik Elektro, Universitas Islam Kadiri, Kediri
1 eliayosefa@gmail.com , 2 dianefytra@uniska-kediri.ac.id , 3 fatkhurrizal15@gmail.com
Abstract  -  By  designation  of  the  electrical  engineering  of engineering faculty at the Islamic University of Kadiri, the general directorate of the higher education ministry of national education should  increase  the  facility  as  one  of  the  supports  to  ensure  the quality  of  the  graduates  in  the  field  of  their  study.  DC-DC converter  applications  have  been  selected  as  one  of  the  lectures that  must  face  by  the  college  student.  Therefore,  it  requires  a module  or  device  that  has  both  practical  and  good  reliability  so that  college  students  can  understand  DC-DC  converter applications.  The  purpose  of  this  research  is  design  and manufacture an electronic laboratory that is a DC-DC Full Bridge Converter  with  Mosfet-N  Channel  and  bipolar  PWM  also increases  student’s  competency  through  a  practical  class  where they will use this module in an electronic laboratory. This research uses  the  flowchart  method  to  during  implementation  can  run systematically.  The  test  divided  into  two-steps.  First  is  PWM module and then the whole module where the output is DC motor controller. The results show that DC motor can be controlled very well.  It  was  demonstrated  when  the  duty  cycle  PWM  control potentiometer lever was rotated in the far left, center, or even in the  rightest  position  the  direction  and  speed  of  the  DC  motor changed. Based on the result, it can be concluded that the DC-DC Full Bridge Converter with Mosfet-N Channel and Bipolar PWM bipolar designed using Mosfet IRF 540 and IC NE555 can control the direction and speed of the DC motor.

## Keywords — DC-DC Converters, Mosfet, PWM
Abstrak  —  Dengan  ditunjuknya  Program  Studi  Teknik  Elektro Fakultas  Teknik  Universitas  Islam  Kadiri  oleh  Direktorat Jenderal  Pendidikan  Tinggi  Kementerian  Pendidikan  Nasional, maka perlu dilakukan peningkatan kualitas sarana sebagai salah satu  penunjang  penjaminan  mutu  lulusan.  Aplikasi  DC-DC Konverter ditetapkan sebagai salah satu mata kuliah yang harus ditempuh  oleh  mahasiswa.  Maka  dari  itu  diperlukan  sebuah modul praktikum yang praktis dan andal agar mahasiswa dapat memahami aplikasi DC-DC konverter dengan baik. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat Modul praktikum berupa  Konverter  DC-DC  Full  Bridge  Dengan  Mosfet-N  Dan PWM Bipolar serta meningkatkan kompetensi mahasiswa melalui kelas praktikum menggunakan alat yang dibuat ini. Metode yang digunakan menggunakan diagram alir supaya dalam pelaksanaan dapat  berjalan  sistematis.  Pengujian  dibagi  menjadi  dua  yaitu pengujian Rangkaian PWM dan Rangkaian keseluruhan dengan output berupa kendali Motor DC. Hasil yang didapatkan adalah motor DC dapat dikendalikan dengan sangat baik. Hal ini dapat dibuktikan saat tuas potensiometer sebagai pengendali duty cycle diputar baik di posisi paling kiri, tengah , maupun paling kanan, arah  putaran  dan  kecepatan  motor  berubah.  Berdasarkan  hasil penelitian  disimpulkan  bahwa  Konverter  DC-DC  full  bridge dengan  Mosfet  N  dan  PWM  bipolar  yang  dirancang
menggunakan Mosfet IRF 540 dan IC NE 555 dapat mengontrol arah putaran maupun kecepatan motor DC.

## Kata Kunci—Konverter DC-DC, Mosfet, PWM)

## I. Pendahuluan
Dengan  ditunjuknya  Program  Studi  Teknik  Elektro  Fakultas Teknik  Universitas  Islam  Kadiri  oleh  Direktorat  Jenderal Pendidikan  Tinggi  Kementerian  Pendidikan  Nasional,  maka perlu dilakukan peningkatan sarana pembelajaran sebagai salah satu penunjang penjaminan mutu lulusan [1]. Elektronika Daya telah  ditetapkan  sebagai  salah  satu  mata  kuliah  yang  harus ditempuh  oleh  mahasiswa  S1  Program  Studi  Teknik  Elektro Fakultas  Teknik  Universitas  Islam  Kadiri.  Salah  satu kompetensi yang harus ditempuh pada mata kuliah Elektronika Daya  adalah  aplikasi  DC-DC  Konverter.  DC-DC  Konverter merupakan rangkaian elektronika daya untuk mengubah suatu masukan tegangan DC menjadi tegangan DC keluaran dengan nilai  yang  lebih  besar  atau  kecil  dari  tegangan  masukan  [2]. Untuk  dapat  memahami  aplikasi  DC-DC  Konverter  dengan baik, perlu dibuat rangkaian elektronik supaya mahasiswa dapat memahami  prinsip  kerjanya.  Namun  jika  harus  merangkai komponen  di  dalam  kelas  pembelajaran,  hal  ini  akan berdampak terhadap waktu, biaya dan kualitas pembelajaran di dalam kelas.[3].
Berdasarkan  permasalahan  tersebut  diatas,  maka  pada penelitian ini telah dibuat sebuah Modul Konverter DC-DC Full Bridge  dengan  Mosfet-N  dan  PWM Bipolar  yang  praktis  dan memiliki keandalan yang baik. Modul ini bekerja dengan cara dua buah sinyal PWM dengan sinyal berlawanan akan melewati Mosfet.  Mosfet  difungsikan  sebagai  saklar  untuk  mengatur kecepatan  dan  arah  putaran  Motor  DC  [4][5].  Dengan merealisasikan  modul  ini  dapat  membuat  pembelajaran  di dalam  perkuliahan  menjadi  lebih  efektif  dan  efisien  sehingga mampu meningkatkan kompetensi Mahasiswa.

## II. Metode Penelitian

## A. Diagram Alir Penelitian
Supaya  dalam  pelaksanaan  penelitian  dapat  berjalan  dengan sistematis,  maka  digunakan  diagram  alir  dengan  Tahapan sebagai berikut:
1. Identifikasi & Perumusan Masalah
Penelitian ini dimulai dengan  melakukan identifikasi  serta merumuskan  masalah  –  masalah  terkait  dalam  penelitian yang dilakukan

## 2. Studi Literatur
Dilakukan dengan  mencari dan  mengumpulkan  berbagai kajian  dan  literatur  yang  berkaitan  dengan  penelitian  ini berupa  artikel,  buku  referensi,  jurnal  penelitian  terkait, dan  sumber  lainnya  yang  masih  berhubungan  dengan penelitian yang dilakukan
3. Perancangan Alat
Tahapan untuk merancang modul alat secara menyeluruh berdasarkan tujuan penelitian yang dilakukan baik berupa rancangan elektronik maupun rancangan mekaniknya
4. Implementasi Alat
Melaksanakan  dan  merealisasikan  rancangan  sesuai dengan yang ditentukan pada saat merancang alat tersebut
5. Uji Coba
Pada  tahap  ini  dilakukan  pengujian  terhadap  alat  yang telah  selesai  dibuat.  Pengujian  dilakukan  sesuai  dengan skenario  yang  telah  dibuat  dengan  menyesuikan  tujuan penelitian
6. Analisa
Melakukan kajian dari hasil uji coba yang telah dilakukan
7. Pembuatan Laporan
Membuat laporan berdasarkan identifikasi hingga analisis penelitian yang telah dilakukan

## Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## B. Perancangan Sistem
Perancangan diawali dengan  membuat rancangan elektronika. Blok  diagram  dibuat  untuk  mempermudah  pemahaman  alur kerja dari alat yang akan dibuat

## III. Hasil dan Pembahasan
Gambar 2. Sistem Kerja Alat yang akan dibuat
Berdasarkan gambar tersebut, sebuah sinyal PWM akan dibuat menjadi  2  gelombang  yang  bentuknya  saling  berlawanan.
Sinyal tersebut akan melewati saklar S1, S2, S3 dan S4. Duty cycle  PWM  dikontrol  oleh  sebuah  potensiometer.  Saat potensiometer diputar ke kanan lebih dari 50% maka duty cycle PWM 1 akan lebih besar dari PWM 2. Saklar S1 dan S4 akan terhubung sehinga tegangan akan mengalir menuju Motor DC dan membuat motor DC berputar ke kanan. Saat potensiometer diputar ke kiri kurang dari 50%, duty cycle PWM 2 akan lebih besar dari PWM 1 sehingga saklar S2 dan S3 akan terhubung. Saat  terhubung,  maka  tegangan  mengalir  dan  Motor  DC berputar  ke  kiri.    Namun  saat  potensiometer  diputar  di  posisi tengah-tengah  (=50%),  maka  kedua  buah  sinyal  PWM  1  dan PWM  2  akan  memiliki  lebar  duty  cycle  yang  sama  sehingga tidak ada saklar yang aktif dan mengakibatkan motor berhenti berputar.

## C. Perancangan Rangkaian PWM
Rangkaian PWM dirancang dengan komponen utama berupa 2 buah  IC  NE555  [6].  IC1  dirancang  sebagai  rangkaian  astable multivibrator yang berfungsi untuk mengatur lebar pulsa trigger pada  rangkaian  monostable  multivibrator.  Output  IC1  akan menuju  IC2  yang  dirancang  sebagai  rangkaian  monostable multivibrator.  Rangkaian  ini  berfungsi  untuk  kendali  lebar pulsa/ duty cycle PWM.:
Gambar 3. Rangkaian PWM

## D. Perancangan Rangkaian Pembalik Polaritas PWM
Untuk  membuat  2  buah  gelombang  PWM  yang  saling berlawanan  (bipolar)  maka  perlu  dibuat  sebuah  rangkaian pembalik phasa/ polaritas. Rangkaian ini menggunakan BD 139 & BD 140.
Gambar 4. Rangkaian Pembalik Polaritas PWM

## E. Perancangan Rangkaian DC-DC Full Bridge
Rangkaian  ini  dirancang  menggunakan  Mosfet-N  IRF 540. Motor akan berputar ke kanan jika mosfet TR1 dan TR4  ON,  sedanglan  kedua  mosfet  lainnya  OFF, sebaliknya  motor akan berputar ke  kiri jika  mosfet TR2 dan TR3 ON, sementara mosfet lainnya akan berada pada posisi OFF.

## Gambar 5. Rangkaian DC-DC Full Bridge

## F. Perancangan Mekanik
Modul ini secara keseluruhan  menggunakan akrilik putih dengan  tebal  4mm.  Modul  ini  didesain  dalam  bentuk papan  (dudukan/  tatakan)  untuk  meletakkan  alat  yang telah dibuat
Gambar 6. Papan sebagai tatakan alat yang telah dibuat

## III. Hasil dan Pembahasan
Setelah  rancangan  elektronik  dan  mekanik  selesai  dibuat, maka  tahap  selanjutnya  adalah  melakukan  pengujian  alat. Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mendapatkan  data  hasil pengukuran yang dipergunakan sebagai bahan pertimbangan antara teori dengan data yang diperoleh dari hasil uji coba alat dan juga sebagai data untuk analisa dari alat yang telah dibuat.
Tabel 1. Hasil Pengujian Rangkaian PWM
Posisi Rpot Gambar Hasil Penukuran Dc (%) Ton (ms) Toff (ms) Kiri Maksimal 10 10 78 Tengah 50 42 42 Kanan Maksimal 90 78 10

## Tabel 2. Hasil Pengujian Rangkaian keseluruhan
Posisi Rpot Gambar Hasil Penukuran Arah Putaran motor Dc % Vpin Output 1 Vpin Output 2 RPM Motor Kiri Maksimal Melawan jarum jam 10 2 10 576 Tengah Berhenti 50 6 6 0 Kanan Maksimal Searah Jarum Jam 90 10 2 444
Hasil pengujian diatas dapat diketahui bahwa saat tuas potensiometer berada di putaran kiri paling maksimal, motor berputar cepat dengan arah melawan arah jarum jam. Lalu tuas potensiometer diputar ke kanan sampai tepat di posisi tengah akibatnya motor berangsur-angsur melambat lalu berhenti. Saat tuas potensiometer diputar ke kanan berturut-turut hingga maksimal, nampak motor berputar searah jarum jam dan kecepatannya semakin meningkat.

## IV. Kesimpulan
Berdasarkan  pembahasan  yang  telah  diuraikan  diatas,  maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Konverter  DC-DC  Full  Bridge  dengan  Mosfet-N  dan  PWM bipolar yang dirancang menggunakan Mosfet IRF 540 dan IC NE 555 dapat digunakan untuk mengendalikan arah putaran maupun  kecepatan  motor  DC  dengan  sangat  baik  dimana kecepatan dan arah putarannya dipengaruhi oleh polaritas dan lebar dari duty cycle PWM. 2. Melalui  modul  yang  telah  dibuat  ini  mahasiswa  dapat meningkatkan  pemahamannya  dengan  baik  terkait  dengan aplikasi  PWM  dan  konverter  DC-DC  Full  Bridge  yang dirancang  dengan  menggunakan  Mosfet-N  IRF  540  dan  IC NE555 sebagai komponen utama sehingga perkuliahan dapat berjalan dengan lebih efektif dan efisien.

## V. Daftar Pustaka
[1]  [1D. Tri Putra  Yanto  and  R.  Hidayat, Rancang  Bangun Trainer Elektronika Daya: Controlled and Uncontrolled Rectifiers . Padang, 2018.
[2]  Risqi  Wahyu  Hamdani,  “Studi  Literatur  Pengaruh Kendali  Boost  Konverter  Menggunakan  Kontrol  Pid Pada Kecepatan Motor DC”, Vol. 10, No. 01, Pp. 271– 279, 2021.
[3]  F. Rahmad, S. Pradana, And A. H. Kurniawan, “Rancang Bangun  Sistem  Alat  Praktikum  Scr  Di  Laboratorium Elektronika  Daya  Dengan  Pengendali  Arduino,” Samarinda, 2021.
[4]  Taufiq and Arif, “Kendali Kecepatan Motor Dc Penguat Terpisah  Berbeban  Berbasis  Arduino,”  Padang,  2020. [Online]. Available: Http://Ejournal.Unp.Ac.Id/Index.Php/Jtev/Index
[5]  N.  E.  Wijanarko,  S.  Pradana,  And  E.  Yadie,  “Rancang Bangun Sistem Alat Praktikum Mosfet di Laboratorium Elektronika Daya,” Poligrid ,  Vol.  2,  No.  2,  P.  62,  Dec. 2021, Doi: 10.46964/Poligrid.V2i2.711.
[6]  W. Oktaviani, “Kendali Motor Dc Brushless Modifikasi Mengunakan Ic Ne555 Dan Cd4017,” 2021.
[7]  D.  Nugraha,  “Rancang  Bangun  Inverter  Satu  Fasa Dengan Dengan Modulasi Lebar Pulsa Pwm
Menggunakan Antarmuka Komputer,”. Vol. 06, No. 01,
Pp. 340–351, 2020, [Online]. Available: Http://Ejournal.Unp.Ac.Id/Index.Php/Jtev/Index
[8]  N.  Ramadhan,  “Analysis  Control  Speed  Of  Frequency Changes In Three Phase Induction Motor Based On Vsd,” Vol. 2, No. 2, Pp. 70–77, 2022, Doi: 10.57152/Ijeere.V2i1.
[9]  Nazif and Hazlif, “Penyearah 1 Fasa Dengan Faktor Daya Mendekati  1  Dan  Thd  Minimum  Pada  Sistem  Tenaga Listrik Dengan Kontrol Arus Ramp Comparison Current Control,”  Padang,  May  2022.  [Online].  Available: Https://Journal.Uny.Ac.Id/Index.Php/Jee
[10]  A.  D.  Cahyo,  E.  Kurniawan,  And  A.  S.  Wibowo, “Konverter  Daya  Dc  to  Dc  Sebagai  Driver  Motor  Dc Dengan,” E-Proceeding  of  Engineering ,  Vol.  5,  No.  1, Pp. 16–21, Mar. 2018.
[11]  Jamaaluddin  and  Wakhidian  Viete,  “Rancang  Bangun Alat Tes Busi Motor Di Bengkel Motor,” J-Eltrik , Vol. 1, No. 2, P. 14, Nov. 2021, Doi: 10.30649/J-Eltrik.V1i2.14.
[12] A. Asmar, “Rancang Bangun Unipolar Pwm Dilengkapi Dengan Pengaturan Frekuensi Menggunakan Operational Amplifier,” Jurnal  Ecotipe  (Electronic,  Control, Telecommunication,
Information, And Power Engineering) , Vol. 6, No. 1, Pp. 20–23, Apr. 2019, Doi: 10.33019/Ecotipe.V6i1.942.
[13]  D.  Setiawan  and  H.  Eteruddin,  “Desain  Dan  Analisis Inverter  Satu  Fasa  Berbasis  Arduino  Menggunakan Metode Spwm,” 2019.
[14] A.  Muhammad  Saiful  Islam,  N.  Roni  Wibowo,  And  Y. Elviralita,  “Rancang  Bangun  Modul  Praktikum Elektronika Daya,” Makassar, Dec. 2019.
[15] T.  Nasukha,  Hermawan,  And  H.  Afrisal,  “Perancangan Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh Dengan Transformator  Frekuensi  Tinggi  Menggunakan  IC Egs002,” Transient, Vol. 10, No. 4, Pp. 578–584, 2021.
[16]  N.  Soejarwanto,  I.  Pratama,  And  F.  X.  A.  Setyawan, “Rancang  Bangun  Peralatan  Pengontrol  Motor  DC Dengan  Boost  Converter  Berbasis  Mikrokontroler Arduino,”  Lampung,  2021.  Accessed:  Mar.  07,  2023. [Online].
Available:
Https://Prosiding.Polinema.Ac.Id/Sngbr/Index.Php/Sntet /Issue/View/22
[17] S. T., M. T. Anggara Trisna Nugraha and S. T., M. T. Rachma Prilian Eviningsih, Konsep Dasar Elektronika Daya. Sleman: Deeppublish, 2022. Accessed: Mar. 06, 2023. [Online]. Available:
Https://Books.Google.Co.Id/Books?Hl=Id&Lr=&Id=H2 bleaaaqbaj&Oi=Fnd&Pg=Pp1&Dq=Fungsi+Transistor+ Bd+193&Ots=3mo7hud4fy&Sig=T7mpsz1gtybsrhkgka 2xpmm4gjw&Redir_Esc=Y#V=Onepage&Q&F=False
[18] Soeprapto,  “Rencana  Pembelajaran  Semester  Mata Kuliah  Elektronika  Daya,”  Universitas  Brawijaya. Malang, 2019.
[19]Alldatasheet, “Datasheet IC NE555,” Http://Www.Alldatasheet.Com/Datasheet- Pdf/Pdf/Stmicroelectronics.Html .
[20]  Wikipedia, “Mosfet,” https://Id.Wikipedia.Org/Wiki/Mosfet
[16]