…………………………………………………………………………………………………….......................................... ISSN 2798-3471 (Cetak)
DESAIN  SIMULASI  KONVERTER  BUCK-BOOST  BERBASIS  PWM  (PULSE  WIDTH MODULATION)
Oleh Nurqalbi Fakultas Teknik Univeritas Muhammadiyah Sinjai, Indonesia E-mail: nurqalbi.takdir@gmail.com
Article History:
Received: 21-01-2024
Revised: 28-01-2024
Accepted: 24-02-2024 Abstract: Penelitian ini bertujuan untuk
mengembangkan dan membangun Konverter Buck Boost dengan  pengaturan  lebar  pulsa  PWM  (Pulse  Width Modulation).  Sistem  konverter  tegangan  searah  (DC) merupakan  produk  kemajuan  teknologi  elektronik. Konverter DC-DC merupakan sistem pengubah tegangan searah  (DC).  Tegangan  masukan  konverter  DC-DC  ini dapat diubah ke bentuk tegangan yang lebih tinggi atau lebih  rendah.  Dengan  memanfaatkan  konverter  DC-DC, baterai kecil dapat digunakan sebagai catu daya dengan output  yang  dapat  disesuaikan  dengan  kebutuhan, termasuk  untuk  dijadikan  sebagai  sumber  listrik. Pengubah tegangan DC yang dapat berubah dari rendah ke tinggi atau sebaliknya dikenal sebagai konverter buck- boost. Rangkaian konverter buck-boost dapat
menghasilkan  tegangan  keluaran  yang  lebih  rendah maupun  lebih  tinggi  dari  tegangan  masukan.  Dengan catatan,  bila  duty  cycle  PWM  sebagai  penyulut  switch lebih dari 50% (D > 0,5), maka tegangan keluaran akan lebih tinggi dari tegangan masukan. Dan bila duty cycle PWM  kurang  dari  50%,  (D  <  0,5),  maka  tegangan keluaran akan lebih rendah dari tegangan masukan.
Keywords: Buck-Boost Converter, Elektronika Daya, Konverter DC-DC

## PENDAHULUAN
Sebagai  sebuah  aplikasi  elektronika  yang  menitikberatkan  pada  pengaturan peralatan  listrik  yang  berdaya  besar  dengan  cara  melakukan  pengubahan  parameter- parameter listrik (arus, tegangan, daya listrik). Dengan menggunakan peralatan elektronika terutama  semikonduktor  yang  difungsikan  sebagai  saklar  ( switching )  untuk  melakukan pengaturan dengan cara pengubahan tipe sumber dari AC – AC, AC – DC, DC – DC dan DC – AC. Rangkaian  elektronika  daya  digunakan  untuk  mengimplementasikan  konverter  daya, karena sumber dan beban dipisahkan oleh konverter daya.
Konverter tegangan AC ke tegangan AC, juga dikenal sebagai Cycloconverter , adalah perangkat  yang  mengubah  tegangan  AC  dengan  sumber  tegangan  dan  frekuensi  konstan menjadi  keluaran  dengan  tegangan  AC  variabel  dan  bisa  juga  dengan  frekuensi  yang variabel.
Penyearah gelombang rangkaian elektronika daya, juga dikenal sebagai konverter AC ke DC (penyearah),  mengubah  sinyal  AC  (arus  bolak-balik)  menjadi  sinyal  DC  (arus  searah).
…………………………………………………………………………………………………………………………………… .. Journal of Innovation Research and Knowledge
ISSN 2798-3471 (Cetak) ISSN 2798-3641 (Online)
Biasanya, dioda merupakan komponen utama yang digunakan dalam rangkaian penyearah gelombang  ini.  sesuai  dengan  karakteristik  dioda  yang  hanya  melewatkan  arus  listrik  ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.
Konverter DC ke DC juga dikenal sebagai DC Chopper atau switching regulator. Hal ini karena  tegangan  masukan  DC  bervariasi.  Dengan  mengubah-ubah  tegangan  input  DC konstan dikonversikan ke tegangan DC variabel dengan cara mencacah ( chopper ) tegangan masukan.  Pada  umumnya  DC chopper menggunakan  PWM  ( Pulse  Width  Modulation ) sebagai pembangkit pulsa pada sistem kontrol. Pada tegangan keluaran dari DC Chopper di kontrol  dengan  mengatur  waktu  nyala  dari switch dengan  pengaturan  pada  lebar  pulsa tegangan pada output . Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut adalah komponen switchingseperti Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO.  Secara umum ada  dua  fungsi  pengoperasian  dari  DC Chopper yaitu  tegangan  keluaran  yang  di  hasikan lebih  tinggi  dari  tegangan  masukan,  dan  tegangan  keluaran  lebih  rendah  dari  tegangan masukan.
Rangkaian daya operasional yang mengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak- balik (AC) dengan keluaran tegangan dan frekuensi konstan atau variabel disebut inverter atau konverter DC ke AC. Inverter tak terkontrol adalah inverter yang mengubah tegangan masukan  DC  konstan  menjadi  tegangan  keluaran  AC  konstan.  Inverter  terkontrol  adalah inverter  yang  mengubah  tegangan  masukan  DC  konstan  menjadi  tegangan  keluaran  AC yang  variabel.  Dalam  banyak  aplikasi  industri,  diperlukan  untuk  mengubah  sumber  dc dengan  tegangan  tetap  kedalam  tegangan  DC  yang  variabel. Chopper DC  yang  mengubah secara langsung dari DC ke DC disebut juga sebagai konverter DC ke DC. Seperti juga trafo, Chopper  dapat  digunakan  menurunkan  ( step-down )  atau  menaikkan  ( step-up )  tegangan sumber DC.

## LANDASAN TEORI

## 1. Sistem Konverter Buck-Boost
Salah  satu  regulator  DC  tipe switching  non-isolated yang  dapat  memberikan tegangan  keluaran  yang  variabel  dengan  sumber  tegangan  searah.  Dengan  sistem  buck- boost konverter, nilai tegangan keluaran dapat diatur untuk lebih besar maupun lebih kecil dari nilai tegangan masukannya dengan mengatur besar lebar pulsa ( duty cycle ) dari PWM ( Pulse Width Modulation ).
Karena  itu,  dibandingkan  dengan  regulator  DC  tipe switching lainnya,  converter buck-boost memiliki range tegangan keluaran yang lebih lebar.
Gambar 1.  Rangkaian Dasar Buck-Boost Converter
…………………………………………………………………………………………………….......................................... ISSN 2798-3471 (Cetak)
ISSN 2798-3641 (Online)
Pada  Gambar  1,  Menjelaskan  prinsip  kerja  rangkaian  ini  dibagi  menjadi  2 mode . Selama mode 1, transistor Q 1 di-ON-kan dan dioda Dm mendapat bias mundur arus input, yang bertambah mengalir melalui inductor L dan transistor Q 1 . Selama mode 2, transistor Q1 di-OFF-kan. Dan arus mengalir melalui induktor L, diteruskan ke C, Dm dan ke beban. Energi  yang  tersimpan  didalam  induktor  L  akan  ditransfer  ke  beban.  Dan  arus  induktor akan berkurang sampai transistor Q 1 di-ON-kan lagi pada siklus berikutnya. Pada Gambar 2, menunjukkan rangkaian buck- boost dalam keadaan mosfet Q 1 ON. Hal  ini  menyebabkan  diode  bekerja reverse sehingga  arus  akan  mengalir  ke  inductor  L. Dengan adanya arus yang mengalir ke induktor maka terjadi pengisian arus pada induktor sehingga arus induktor (I L ) naik.
Gambar 2. Rangkaian Buck-Boost Dengan Saklar Tertutup Pada Gambar 3 menunjukkan rangkaian buck- boost dalam keadaan mosfet Q1 OFF. Hal  ini  menyebabkan  dioda  bekerja forward sehingga  arus  mengalir  L,  C,  Dm  dan  beban. Energi  yang  tersimpan  di  induktor  mengalami discharging .  Disebutkan  juga  bahwa regulator  buck-boost  menghasilkan  tegangan  keluaran  yang  terbalik  tanpa  memerlukan trafo. Regulator ini juga memiliki efisiensi yang tinggi.
Gambar 3 Rangkaian Buck-Boost Dengan Saklar Terbuka
…………………………………………………………………………………………………………………………………… .. Journal of Innovation Research and Knowledge
ISSN 2798-3471 (Cetak) ISSN 2798-3641 (Online)
Sehingga diperoleh persamaan berikut: Dimana:
V in : Tegangan sumber.
V out : Tegangan output.
D : Duty-cycle.
T on : Periode ON T off : Periode OFF. T : Satu periode

## 2. Pulse Width Moduation (PWM)
Pulse Width Modulation (PWM) teknik pemodulasian sinyal dengan besar duty cycle (D)  yang  dapat  diubah-ubah.  Pembangkitan  sinyal  PWM  yang  paling  sederhana  adalah dengan cara membandingkan sinyal gigi gergaji sebagai tegangan carrier dengan tegangan referensi menggunakan rangkaian op-amp comparator .
Gambar 4.  Rangkaian PWM
…………………………………………………………………………………………………….......................................... ISSN 2798-3471 (Cetak)
ISSN 2798-3641 (Online)
Cara kerja dari komparator analog ini adalah membandingkan gelombang tegangan gigi gergaji dengan tegangan referensi seperti yang terlihat pada gambar berikut:

## Gambar 5.  Pembentukan Sinyal PWM
Saat  nilai  tegangan  referensi  lebih  besar  dari  tegangan carrier (gigi  gergaji)  maka output  comparator akan  bernilai high .  Namun  saat  tegangan  referensi  bernilai  lebih  kecil dari  tegangan carrier ,  maka output  comparator akan  bernilai low .  Dengan  memanfaatkan prinsip kerja dari komparator inilah, untuk mengubah duty cycle dari sinyal output cukup dengan mengubah-ubah besar tegangan referensi. Besarnya duty-cycle rangkaian PWM ini adalah:

## METODE PENELITIAN
Perancangan konverter buck-boost ini merupakan simulasi menggunakan software PSIM.  Adapun  parameter-parameter  yang  dimasukkan  melalui  perhitungan  dari  tiap komponen seperti resistor, induktor, dan kapasitor yang juga digunakan berdasarkan nilai yang tersedia di pasaran dan yang telah digunakan pada simulasi PSIM. Dengan Tegangan input: 12 V maka akan diamati nilai tegangan output yang dihasilkan berdasarkan nilai duty cycle yang berubah sebanyak 4 kali yaitu: 0,25 ; 0,5 ; 0,6 ; 0,8 .
…………………………………………………………………………………………………………………………………… .. Journal of Innovation Research and Knowledge
ISSN 2798-3471 (Cetak) ISSN 2798-3641 (Online)

## Gambar 6. Alur Metode Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN
Rangkaian konverter buck-boost dapat menghasilkan tegangan keluaran yang lebih rendah maupun lebih tinggi dari tegangan masukan. Dengan catatan, bila duty cycle PWM sebagai penyulut switch lebih dari 50% (D > 0,5), maka tegangan keluaran akan lebih tinggi dari  tegangan  masukan.  Dan  bila duty  cycle PWM  kurang  dari  50%,  (D  <  0,5),  maka tegangan  keluaran  akan  lebih  rendah  dari  tegangan  masukan.  Dimana  diperoleh  rumus sebagai berikut:
Gambar rangkaian konverter Buck-Boost yang digunakan dalam pengujian :
Gambar 7. Rangkaian konverter Buck-Boost
mulai selesai V input = 12 V V output D 1 = 0,25 ; D 2 = 0,5 ; D 3 = 0,6 ; D 4 = 0,8 Vout = - Vin D 1 −D
…………………………………………………………………………………………………….......................................... ISSN 2798-3471 (Cetak)
Perbandingan V in dan V out pada saat Duty Cycle = 0,25 Dengan V in = 12 V, diperoleh V out = 3V
Perbandingan V in dan V out pada saat Duty Cycle = 0,5 Dengan V in = 12 V, V out = 12 V Perbandingan V in dan V out pada saat Duty Cycle = 0,6 Dengan Vin = 12V dan Vout = 18V
…………………………………………………………………………………………………………………………………… .. Journal of Innovation Research and Knowledge
ISSN 2798-3471 (Cetak) ISSN 2798-3641 (Online)
Perbandingan Vin dan Vout pada saat Duty Cycle = 0,8 Dengan Vin = 12 V, diperoleh Vout = 15V
Untuk D = 0,25 Vout = -Vin (0,25 / (1-0,25) = - 12 x 0,3333 = 3,999 V Untuk D = 0,5 Vout = -Vin (0,5 / (1-0,5) = -12 V Untuk D = 0,6 Vout = -Vin(0,6 / (1-0,6) = -12 x 1,5 = -18 V Untuk D = 0,8 Vout = -Vin(0,8 / (1-0,8) = -12 x 4 = -48 V
Perbandingan arus ( IL, IR1, dan IR2 )pada saat D = 0,8
Grafik Pembuatan Sinyal PWM, pada saat Duty Cycle = 0,8
…………………………………………………………………………………………………….......................................... ISSN 2798-3471 (Cetak)
ISSN 2798-3641 (Online)

## KESIMPULAN
Dari  data  hasil  pengujian,  diperoleh  nilai  yang  mendekati  nilainya  secara  teori. Hanya pada saat D = 0,8 , V out yang dihasilkan berbeda. Dalam pengaturan duty cycle , sebaiknya menggunakan controller sehingga hasil yang diperoleh sesuai dengan yang diinginkan dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai set point dapat dipersingkat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Chandani  Sharma,  Anamika  Jain,  Simulation  of  Buck,  Boost  and  Buck-Boost  Power Converters  For  Solar  Panel,  Department  of  Electronics  and  Communication  Engg. Research Scholar, Graphic Era University, Dehradun
[2]  Hidayat,  Suryo  Mochamad.  2010.  Skripsi:  Rancang  Bangun  Buck  Boost  Konverter. Depok: Universitas Indonesia
[3] Rashid, Muhammad H. Power Electronics SECOND Edition, Englewood Cliff, New Jersey, 1999.
[4] Yuk-Ming Lai, Siew-Chong Tan, and Chi-Kin Wu. Design of a PWM Based Sliding Mode Controlled  Buck-  Boost  Converter  in  Continuous-Conduction-Mode.  Hongkong Polytechnic Unversity.
…………………………………………………………………………………………………………………………………… .. Journal of Innovation Research and Knowledge
ISSN 2798-3471 (Cetak) ISSN 2798-3641 (Online)

## HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN