## DESAIN KONVERTER BOOST DENGAN METODE KECERDASAN BUATAN BERBASIS MIKROKONTROLER STM32F103C8

## Denny Irawan
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Gresik E-mail : den2mas@umg.ac.id JL. Sumatra No 101, Gresik 61121, Jawa Timur

## Abstract
Energy  conversion  is  needed  to  serve  load  characteristics  according  to  consumer  needs. Some of the human energy conversion techniques to date include: AC to DC (Rectifier), AC to AC (AC  Controller),  DC  to  AC  (Inverter),  DC  to  DC  (Chopper).The  use  of  electromechanical switching has begun to be reduced or even abandoned and replaced by electrical switching which has very high switching speeds.The energy conversion technique also includes the regulation of the output  voltage  produced  by  a  converter  so  that  current  research  is  leading  to  the  design  of  a reliable converter.Boost Converter is a converter that functions to regulate and increase the output voltage of the source voltage by setting its duty cycle.The optimal duty cycle value to produce the output  voltage  that  is  in  accordance  with  the  target,  can  be  determined  using  the  Flower Pollination (FPA) algorithm, together with the current sensor as feedback, and then controlled by the STM32F103C8 Microcontroller.
Keyword :Boost Converter, Flower Pollination Algorithm (FPA), STM32F103C8
1. Latar belakang
Saat ini hampir seluruh komponen  elektronik  memerlukan catu  daya  DC.  Kebutuhan  catu  daya DC  ini  mulai  dari  skala  tegangan rendah  seperti  yang  digunakan  pada mikroprosesor  dan  IC,  tegangan menengah  seperti  pada  motor-motor listrik  dan  generator,  sampai  pada skala  tegangan  tinggi  untuk  transmisi listrik tegangan tinggi. Karena penggunaan  catu  daya  DC  yang  luas ini,  diperlukan  suatu  sistem  yang dapat  mengkonversikan  tegangan  DC
dari suatu tingkat tegangan tertentu ke tingkat tegangan lain sesuai kebutuhan  pemakaian.  Sistem  ini harus dapat bekerja secara efisien dan keluaran  tegangannya  pun  harus memiliki  kualitas  yang  baik  [1].
Perkembangan
teknologi
komponen  dan  rangkaian  elektronika telah  mampu  menghasilkan  sistem penyedia daya tegangan  searah (DC),
yang  dihasilkan  melalui  konversi tegangan  DC  masukan  ke  bentuk tegangan  DC  keluaran  yang  lebih tinggi  atau  lebih  rendah.  Konversi tegangan DC ini biasa disebut sebagai konverter DC-DC.
Pada perkembangannya,  dengan penerapan  konverter  DC-DC  telah memungkinkan suatu perangkat elektronika  dapat  berfungsi  dengan menggunakan  sumber  energi  baterai yang berukuran kecil dimana tegangan  keluarannya  dapat  diubah  - ubah sesuai kebutuhan pemakaian.
Hingga saat ini, berbagai konfigurasi  konverter  DC-DC  telah banyak  dikembangkan,  diantaranya adalah  jenis  DC-DC  konverter Boost . Konverter Boost merupakan  salah satu Switching    Regulator yang  dapat menjawab kebutuhan akan  kebutuhan tegangan yang berbeda – beda.

## 2. Dasar Teori
Konverter Boost Konverter Boost dikenal  sebagai konverter DC yang mampu menghasilkan tegangan keluaran rata-rata V o yang lebih tinggi dibanding tegangan rata-rata sumber  V s [2].  Diagram  rangkaian konverter Boost dengan  menggunakan saklar  power  semikonduktor  ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian konverter Boost
Cara kerja konverter Boost
dijelaskan  dalam  2  mode,  mode  1  yaitu pada  saat  saklar  konduksi,  dalam  hal  ini pada  t=0  hingga  t=t 1 ,  arus  akan  mengalir dari sumber melalui induktor L dan beban R.  Kondisi  ini  disebut  pula  periode pengisian  arus  induktor.  Harga  arus sesaat  dimulai  dari  0,  perlahan  naik hingga maksimum.
Mode  2  diamati  pada  saat  saklar Off,  yaitu  pada  t=t 1 hingga  saklar dinyalakan pada periode berikutnya. Pada mode  2,  dioda freewheeling D  akan konduksi  karena  adanya  aliran  arus pengosongan  dari  induktor.  Karena  arus yang  mengalir  adalah  arus  pengosongan induktor,  dan  induktor  bersifat  induktif murni  (tidak  ada  nilai  resistansi)  maka arus  akan  membentuk  kurva  linier  yang menurun.
Gambar  2  menunjukkan  kurva  arus yang  mengalir  melalui  induktor  L.  Jika resistansi pada induktor adalah 0
(induktif  murni),  maka  arus yang mengalir  pada  induktor  akan  naik  secara linier  dari  0  ke  I LMax pada  waktu  t=0 selama  periode  DT.  Demikian  juga  pada saat saklar Off, arus akan menurun linier selama periode (1-D)T.
Gambar 2. Arus Induktor
Terdapat 2 kemungkinan mode arus yang mengalir yaitu :
-  Mode  arus  kontinyu  atau Continuous Current Mode (CCM) - Mode arus diskontinyu atau Discontinuous Current Mode (DCM)

## Mikrokontroler STM32F103C8
STM32 berbasis inti prosesor 32 bit RISC  ARM Cortex-M7,  Cortex-M4F, Cortex-M3,  Cortex-M0+,  dan Cortex- M0 dari STMicrelectronics.
Mikrokontroler  ini  mempunyai frekuensi clock  tinggi,  umumnya  berada  pada kisaran 72MHz atau lebih. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC  Machine ,  sebuah  prosesor  32-bit dengan tipe RISC. ARM Cortex ditujukan  untuk  aplikasi  yang  sifatnya embebbed  seperti  mikrokontroler,  sistem kendali  otomotif,  printer  serta  sistem jaringan baik yang wired maupun wireles. Cortex-M digunakan pada mikrokontroler dengan  kelebihan  pada  kecepatan  kinerja dengan  konsumsi  daya  yang  rendah. Sedangkan Cortex-R dipakai pada aplikasi real-time [3]. STM32F103C8 yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3, menggabungkan core
RISC
ARM®Cortex®-M3  32-bit  berkinerja tinggi  yang  beroperasi  pada  frekuensi  72 MHz,  memori  tertanam  berkecepatan tinggi  (memori  Flash  hingga  128  Kbytes dan  SRAM  hingga  20  Kbytes),  dan berbagai pilihan I / Os yang disempurnakan  dan  periferal  terhubung ke  dua  bus  APB.  Semua  perangkat menawarkan  dua  ADC  12  bit,  tiga  timer 16  bit  umum  dan  satu  timer  PWM,  serta antarmuka komunikasi standar dan
lanjutan:  hingga  dua  I2C  dan  SPI,  tiga USART, USB dan CAN [3]
Gambar 3. Mikrokontroller

## STM32F103C8
Modul Sensor Tegangan Prinsip kerja modul sensor tegangan  yaitu  didasarkan  pada  prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan  input  berkurang  hingga  5  kali dari  tegangan  asli.  Bentuk  modul  sensor tegangan seperti ditunjukkan pada gambar 4 berikut :
Gambar 4. Sensor Tegangan

## LCD
LCD  adalah  lapisan  dari  campuran organik  antara  lapisan  kaca  bening dengan  elektroda  transparan  indium oksida  dalam  bentuk  tampilan  seven- segment  dan  lapisan  elektroda  pada  kaca belakang.  Ketika  elektroda  diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik  yang  panjang  dan  silindris menyesuaikan  diri  dengan  elektroda  dari segmen.  Lapisan  sandwich  memiliki polarizer  cahaya  vertikal  depan  dan polarizer  cahaya  horisontal  belakang yang  diikuti  dengan  lapisan  reflektor. Cahaya  yang  dipantulkan  tidak  dapat melewati  molekul-molekul  yang  telah menyesuaikan  diri  dan  segmen  yang diaktifkan  terlihat  menjadigelap  dan membentuk  karakter  data  yang  ingin ditampilkan [5].

## Gambar 5. LCD
Flower Pollination Algorithm (FPA) Diperkirakan ada lebih dari seperempat  juta  jenis  tanaman  bunga  di Alam dan bahwa sekitar 80% dari semua spesies  tanaman  adalah  spesies  bunga. Tujuan  utama  bunga  pada  akhirnya adalah  reproduksi  melalui  penyerbukan. Penyerbukan  bunga  biasanya  dikaitkan dengan  pemindahan  serbuk  sari,  dan pemindahan semacam itu sering dikaitkan dengan  penyerbuk  seperti  serangga, burung,  kelelawar,  dan  hewan  lainnya. Bahkan,  beberapa  bunga  dan  serangga telah berevolusi bersama menjadi kemitraan  penyerbuk  bunga  yang  sangat khusus.  Sebagai  contoh,  beberapa  bunga hanya  dapat  menarik  dan  hanya  dapat bergantung pada spesies serangga tertentu untuk penyerbukan yang berhasil [7].

## 2. Perencanaan dan Pemodelan Konverter Boost
Pada  bagian  ini  akan  dibahas mengenai  perencanaan,  pemodelan  dan pembuatan alat. Diagram blok dari sistem secara keseluruhan adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 6 berikut.
Gambar 6. Skema Rancangan Konverter Boost
Dengan data komponen yang
digunakansepertipadatabel 1 berikut :
Tabel 1 . Parameter Perencanaan Konverter Boost Parameter Nilai V s 12 VDC S Saklar D Dioda L 0.53 H C 0.1 mF R 1 kΩ Frekuensi PWM 10 kHz Thyristor IRF 540N
Nilai parameter pada Tabel 1 dimodelkan pada Psim 9.3.4 sesuai gambar 7.
Gambar 7. Pemodelan konverter Boost

## 3. Pembuatan Alat Dan Analisa Hasil
Dari  hasil  pemodelan  konverter
Boost pada  Psim  9.3.4  didapatkan  hasil tegangan output sebagai berikut :
Gambar 9. Kurva Arus I i dan I o
Gambar 8 adalah plot tegangan input dan  output,  sedangkan  gambar  9  adalah plot  arus  input  dan  output.  Dari  hasil simulasi  didapatkan  tegangan  output  V o sebesar 12 Volt untuk duty cycle = 0,69.

## Analisis
Tegangan output (V o )
V o = 𝑉𝑠 1−𝐷 Untuk Duty  Cycle (D)  =  69% maka tegangan output konverter :
V o = 0,31 . 3.7 = 12 Volt
Ripple Arus L = 𝑉𝑠 (1−𝐷).𝐷 𝛥𝐼.𝐹 ΔI = 𝑉𝑠 (1−𝐷).𝐷 𝐼.𝐹 = 12 (1−0,5).0,5 0,53.10^−6.10^4 = 566,038 Ripple Tegangan C = k.V s + ΔV 1−𝐷 𝐹.𝑅.𝛥𝑉 = V maks 1−𝐷 𝐹.𝑅.𝛥𝑉 ΔV = V maks 1−𝐷 𝐹.𝑅.𝐶 = 12. 1−0,5
10^4.10^3.0,1.10^−3
= 0,006.10 -6
Hasil  perencanaan  diterapkan  pada  alat sebagai berikut :
Gambar 10. Rangkaian PWM dan display
Gambar 11. Rangkaian konverter Boost
Gambar 10 adalah rangkaian Microcontroller  STM32F103C8  sebagai penghasil  sinyal  PWM,  lengkap  dengan sensor  tegangan,  ADC  dan LCD. Sedangkan  gambar  11  adalah  rangkaian konverter Boost sesuai hasil perencanaan. Hasil  dari  perencanaan  konverter Boost sesuai pada tabel 2 dan 3 berikut :

## Pengujian konverter Boost
Tabel 2 Pengujian konverter Boost

## Pengujian  Konverter  Boost  Dengan
Algoritma FPA
Tabel 2 Pengujian Konverter Boost

## Dengan Algoritma FPA

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  dan pengujian  alat  konverter Boost dengan metode Flower Pollination Algorithm (FPA), maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1.  Sensor  tegangan  mempunyai  toleransi kesalahan  2%  dari  ring  pengukuran  2.9V sampai  30V,  sumber  pengukuran  DC  kurang murni tidak dianjurkan untuk bahan pengukuran,  karena  hasil  dari  DC  kurang murni menyebabkan ketidak setabilan pengukuran.
2.  Duty  cycle PWM  dengan  algoritma  FPA memberikan hasil yang lebih teliti.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  kepada semua  pihak  yang  telah  membantu dalam proses pembuatan dan
penyusunan  penelitian  ini.  Terutama Universitas Muhammadiyah Gresik yang telah  memberi  dana  riset  internal  dosen
yang  diberikan  kepada  penulis  dalam riset ini.
5. Daftar Pustaka
[1] Ashari,  Mochammad.,  “ Desain Konverter Elektronika Daya , INFORMATIKA Bandung,2017. [2] Ashari,  Mochammad.,  “ Sistem
Konverter DC , Desain Rangkaian Elektronika Daya , ITS Press,2012.
[3]  Glover, B. J., Understanding  Flowers and  Flowering:  An  Integrated  Approach, Oxford University Press, (2007).
[4]  Muhammad  H  Rashid,” Power Electrinic Circuit Devices and Application ”,3rd Ed, Prentice Hall, 2004
[5]  Pavlyukevich  I.,  L´evy  ﬂights,  non- local  search  and  simulated  annealing,  J. Computational  Physics,  226,  1830-1844
(2007).
[6] Yang, X. S., Engineering
Optimization:  An  Introduction  with Metaheuristic Applications, Wiley (2010)