O slideshow foi denunciado.
Utilizamos seu perfil e dados de atividades no LinkedIn para personalizar e exibir anúncios mais relevantes. Altere suas preferências de anúncios quando desejar.

Buck Boost Converter

Elektronika Industri-Rancang Bangun Buck Boost Converter

  • Entre para ver os comentários

Buck Boost Converter

  1. 1. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 1. Mendesain Buck Konverter dengan data sendiri, dimana setiap mahasiswa wajib mendesain buck Konverter dengan data yang berbeda sehingga hasil akhir dapat menghasilkan out yang berbeda pula. Gambar Rangkaian Buck Konverter Untuk menurunkan tegangan DC dengan mengatur besaran duty cycle switching, ditentukan variable sbb: • Tegangan Input (Vin) : 50 VDC • Tegangan Output (Vout) : 24 VDC • Arus Output (Iout) : 2 A • Freq. Switching (f) : 10 Khz • Efisiensi yang diharapkan (ƞ) : 90% • Ripple Arus : 5% • Ripple Tegangan : 2% • Resistance : 12 Ω TAHAPAN UNTUK MENDESAIN BUCK KONVERTER 1. Hitung Nilai Iout dari nilai efisiensi yang ditargetkan ƞ Pout Pin Vout x Iout Vin x Iin 24 VDC x 2 A 50VDC x Iin 90% = Iin = . . ! " 2. Hitung Nilai ΔIL ΔIL = 5% x 2 A = 0.1 A 3. Hitung Nilai Duty Cycle (D)
  2. 2. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 # $%&' $() # 24$*+ 50 $*+ , -. 4. Hitung Nilai Vo /(0012 3$% $% 1 5 * 8 7+89 2% ∆<= > ? $% 2% ? 24 . -. 5. Hitung Nilai Induktansi Induktor (L) 7 1 8 ?@$() 5 $%A? $% $B ? 1 ∆7 7 1 10CDE ?@50 5 24A? 24 50 ? 1 0.48 F G HI 6. Hitung Nilai Kapasitif (C)Kapasitor untuk pengaplikasian nilainya dapat dibulatkan keatas + $%@1 5 *A 8?7?∆$%?89 + 24@1 5 0.48A 8 ? 2600K ?0.48 ? 10L9 + 12.48 998400 + G. NHO 7. Hitung Nilai Arus Induktor (IL) untuk menentukan penampang Induktor PF Q/ $% / 24 12 G" PRST Q7 U ∆Q7 2 2 U 0.1 2 G. N Maka diameter kawat yang memiliki KHA sebesar 2 Ampere 8. Hitung jumlah lilitan (N) dari Induktor • Jika ferit tidak diketahui Bmax, maka gunakan 0.3~0.35 • Untuk Ac (core cross sectional area/luas inti ferit) jika menggunakan ferit type FPQ- 32/30, memiliki Ac=1.42 cm² V 7 ? QWX? YWX? ?Z[ ? 10
  3. 3. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 333.0 12 D 1236D 24D12D-12 Dx24D)-(1x12 D-1 D 24 12 1 == = = = = − = D D Vin Vout V 2600 ? 2.05 0.3 ? 1.42 125.18~ GN F^_^`Sa 2. Mendesain Buck Boost Konverter, dimana data untuk mendesain diwajibkan berbeda. A. Desain I : Mengontrol tegangan output solar cell yang digunakan untuk mengisi baterai kering Gambar Rangkaian Buck Konverter Untuk mendesain buckboost konverter ditetapkanlah beberapa variable sebagai berikut : • Tegangan input (Vin) : 24 V • Tegangan output (Vout) : 12 V • Arus output (Iout) : 4 A • Frekuensi switching (f) : 60 Khz • Efisiensi yang diinginkan (ƞ) : 90 % • Ripple arus : 10 % • Ripple tegangan : 5 % 1. Mencari Nilai Duty Cycle (D) untuk mendapatkan nilai output yang ditetapkan :
  4. 4. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 2. Mencari Nilai R / $% Q% 12$ 4Z bΩ 3. Mencari Nilai Induktansi Induktor (L) 7W() @1 5 *A9 2?8 ?/ 7W() @1 5 0.333A9 2?60CDE ?3Ω 7W() 1.335 120CDE . G I 4. Mencari Nilai Kapasitansi Kapasitor Output (C) ∆$% $%?* /?+?8 + $%?* /?∆$%?8 + 12$?0.333 3Ω?0.05?60 + 3.996 9 --- Hd 5. Mencari Nilai Rata-rata Arus Induktor (Imax) QWX? $() /@1 5 *A9 ? $()?* 2?7?8 QWX? 24 3@1 5 0.333A9 ? 24?0.333 2?0.01112We?60CDE QWX? 24 1.335 ? 7.992 1.334 QWX? 42.683 1.78 23.98Z~G-" Maka diameter kawat yang digunakan harus memiliki KHA sebesar 24 Ampere. 6. Mencari Nilai Jumlah Lilitan (N) Induktor • Jika ferit tidak diketahui Bmax, maka gunakan 0.3~0.35 • Untuk Ac (core cross sectional area/luas inti ferit) jika menggunakan ferit type FPQ- 32/30, memiliki Ac=1.42 cm²
  5. 5. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 V 7 ? QWX? YWX? ?Z[ ? 10 V 0.00001112Ke? 23.98 0.3 ? 1.42 ?10 6.26~! F^_^`Sa B. Desain II: Rancang Bangun Buck Bust Konverter Parameter Nilai Tegangan Input (Vs) 24 Vdc Duty cycle (D) Dmin = 5 % Dmax = 80 % Resistansi Beban (RL) RL(max) = 100 Ω RL(min) = 5 Ω Frekuensi Switching (Fs) Fs1 = 15 KHz XTAL = 16M dengan besar prescaler 1, maka Fs2 = KHzx 37.31 2 1 255 16000000 = Kontroler PWM Mikrokontroller ATMega8535 Ripple Tegangan (ΔVo) < 5 % Spesifikasi Buck Bust Konverter Gambar Rangkain Perancangan Buck Bust Konverter
  6. 6. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 STEP - 1 : Menentukan Nilai Tegangan Output (Vout) Dmin = 5% Dmax = 80% $%&' 524 g 0.05 1 5 0.05 h 1.26$ $%&' 524 g 0.8 1 5 0.8 h 96$ STEP - 2 : Menentukan Nilai Arus Output (Iout) RLmax= 100Ω & RLmin= 5Ω Iout Dmin = 5% Dmax = 80% Minimum Q%&'@minA Vout RL@maxA 1.26 100 0.0126Z 12.6WZ Q%&'@minA Vout RL@maxA 96 100 0.96Z 960WZ Maksimum Q%&'@maxA Vout RL@minA 1.26 5 0.252Z 252WZ Q%&'@maxA Vout RL@minA 96 5 19.2Z 19200WZ STEP - 3 : Menentukan Daya Output (Pout) Pout(min) = Vout x Iout (min) Pout(max) = Vout x Iout (max) Pout Dmin = 5% Dmax = 80% Pout(min) m%&'@W()A 1.26$?0.0126Z 0.0158 nX'' m%&'@W()A 96$?0.96Z 92.16 nX'' Pout(max) m%&'@WX?A 1.26$?0.252Z 0.317 nX'' m%&'@W()A 96$?19.2Z 1843.2 nX'' STEP - 4 : Menentukan nilai induktor minimum (Lmin) Pada perancangan buckboost ini digunakan mode CCM, sehingga digunakan parameter Lmin. Induktor berfungsi sebagai pengatur ripple arus pada rangkaian dan penyimpanan energi. Fs2 D)-(1 min 2 (max)LR L = Freq Switching (Fs) Dmin = 5% Dmax = 80% Fs=31.37Khz 7W() 100Ω@1 5 0.05A9 2?31370eE 90.25 62740 14.35We 7W() 100Ω@1 5 0.8A9 2?31370eE 4 62740 0.064We
  7. 7. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 Fs=15Khz 7W() 100Ω@1 5 0.05A9 2?15000eE 90.25 30000 3We 7W() 100Ω@1 5 0.8A9 2?15000eE 4 30000 0.133We STEP - 5 : Menentukan arus peak to peak pada induktor ΔIL(min) L.Fs D)-(1 L TD)-(1 VoVo IL ==∆ Freq Switching (Fs) Dmin = 5% Dmax = 80% Fs=31.37Khz ∆Q7 1.26$@1 5 0.05A 31370eE?0.1e 1.197 3137 0.3815WZ ∆Q7 96$@1 5 0.8A 31370eE?0.1e 19.2 3137 6.12WZ Fs=15Khz ∆Q7 1.26$@1 5 0.05A 15000eE?0.1e 1.197 1500 0.798WZ ∆Q7 96$@1 5 0.8A 15000eE?0.1e 19.2 1500 12.8WZ STEP - 6 : Menentukan fungsi transfer tegangan (MVDC) Fungsi transfer tegangan digunakan untuk menentukan Dmin, Dnom, dan Dmax saat perancangan dengan nilai output yang tetap serta memperhatikan juga nilai efisiensi dari spesifikasi rangkaian. opB[ $%&' $() #R^a N% #R^a . % opB[ 1.26$ 24$ 0.0525$ opB[ 96$ 24$ 4$ STEP - 7 : Menentukan arus dc input maksimum dengan Vin 24Volt (Iimax) Iimax merupakan arus input yang mengalir pada rangkaian. Q(WX? opB[ ? Q%&' #R^a N% #R^a . % Q(WX? 0.0525$?0.25 0.13Z Q(WX? 4$?19.2Z 76.8Z STEP - 8 : Menentukan current stresses pada komponen semikonduktor ISM(max) 2 (min) (max)(max)(max)(max) IL IIII outiDMSM ∆ ++==
  8. 8. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 #R^a N% #R^a . % QqW@maxA 0.13 U 0.25 U 0.000798 2 0.380Z QqW@maxA 76.8 U 19.2 U 0.0128 2 96Z STEP - 9 : Menentukan voltage stresses pada komponen semikonduktor VSM(max) min (max)(max) D Vo VoVsVV DMSM =+== #R^a N% #R^a . % $qW@maxA 24 U 1.26 25.26$ $qW@maxA 24 U 96 120$ Pemilihan Komponen Berdasarkan Data diatas: 1. Mosfet tipe p-channel IRF4905 (komponen switching) Spesifikasi VDSS = -55V, ISM = -74A, rDS = 0.02Ω, Co = 1400pF, dan Qg = 180 nC. 2. Dioda tipe Schotty STPS10120C Spesifikasi IF(AV) = 2 x 5A, VF = 0.64V, VDM = 120V, dan RF = 0.128Ω. STEP - 10 : Menentukan nilai kapasitor output (Cout) Kapasitor output digunakan sebagai pengurang ripple tegangan yang disebabkan kenaikan nilai beban. Selain nilai kapasitansi dari kapasitor, nilai ESR kapasitor juga menentukan nilai ripple tegangan. • Voutx 100 1 VrVoltageRipple == • ESR I Vrcpp rc DM == (max) max , Vrcpp adalah tegangan ripple peak to peak dan IDM(max) = ISM(max). • Ripple Voltage pada kapasitor filter (Vcpp) Vcpp = Vr – Vrcpp • Nilai Kapasitor Minimum (Cmin) Vcpp Vout x Fs D C LminR. min =
  9. 9. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 #R^a N% #R^a . % $/ 1 100 ?1.26 0.0126$ 12.6W$ Asumsi Vrcpp=12mV >[ WX? 0.012$ 0.380Z 31.58WΩ Vcpp = 12.6 mV - 12 mV= 0.6 mV • FS = 31.37 Khz +W() 0.05 31370eE?5Ω ? 1.26 0.06$ +W() 6.7Kr~!Hd • FS = 15 Khz +W() 0.05 15000eE?5Ω ? 1.26 0.06$ +W() -Hd $/ 1 100 ?96 0.96$ 960W$ Asumsi Vrcpp=500 mV >[ WX? 0.5$ 96Z 5.21Ω Vcpp = 960mV – 500mV = 460 mV • FS = 31.37 Khz +W() 0.8 31370eE?5Ω ? 96 0.06$ +W() 8160.66Kr~8161Hd • FS = 15 Khz +W() 0.8 15000eE?5Ω ? 96 0.06$ +W() 17066.66Kr~ ! !Hd STEP - 11 : Menentukan Power Losses (PLS) 1. Arus rms induktor (ILrms) dan daya LrmsI stuv @wxyA z{| #R^a N% #R^a . % LrmsI 0.252 1 5 0.05 0.265A LrmsI 19.2 1 5 0.8 96A 2. Asumsi, nilai ESR induktor adalah 50mΩ, maka daya yang dihasilkan pada induktor (PrL) menjadi : PrL = rL x ILrms2 #R^a N% #R^a . % m>1 0.05?0.2659 0.00351 nX'' m>1 0.8?649 3276.8 nX''
  10. 10. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 3. Total power losses pada Mosfet dapat dihitung dengan menentukan daya switching (Psw) dan daya saat Mosfet konduksi Prds(on) terlebih dahulu. Arus switching dapat dihitung sebagai berikut D-1 Dx(max)Iout Isrms = #R^a N% #R^a . % Qq>Wq 0.252?√0.05 1 5 0.05 Qq>Wq 0.059Z Qq>Wq 19.2?√0.8 1 5 0.8 85.87Z • Daya saat Mosfet konduksi Prds (on) = rDS x Isrms2 Dimana, rDS Mosfet = 20mΩ #R^a N% #R^a . % m>Bq 0.02?0.0599 m>Bq 0.0696WnX'' m>Bq 0.02?85.879 m>Bq 147.47nX'' • Daya switching Mosfet : Psw = Fs. Co. VSM 2 = Fs . Co . (Vin + Vout)2 #R^a N% #R^a . % • PSW (31.37Khz) 31370?1400?10{z9 @24 U 1.26A9 28.075 WnX'' • PSW (15Khz) 15000?1400?10{z9 @24 U 1.26A9 13.4 WnX'' • PSW (31.37Khz) 31370?1400?10{z9 @24 U 96A9 633.6 WnX'' • PSW (15Khz) 15000?1400?10{z9 @24 U 96A9 302.4 WnX'' • Sehingga PFET dapat dihitung dengan persamaan (tanpa power gate driver) : 2 Psw rds += PPFET #R^a N% #R^a . % • Pfet (31.37Khz) g0.0696Wn U 28.075Wn 2 h 14.11Wn • Pfet (31.37Khz) g147.47Wn U 633.6Wn 2 h 464.27Wn
  11. 11. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 • Pfet (15Khz) g0.0696Wn U 13.4Wn 2 h 6.77Wn • Pfet (15Khz) g147.47Wn U 302.4Wn 2 h 298.67Wn 4. Daya saat dioda konduksi, PD = PVF + PRF Pada rangkaian buckboost ini digunakan dioda paralel empat buah untuk menghindari kerusakan komponen akibat arus yang berlebih. Sehingga nilai RF menjadi 0.032Ω. Iout(max)x 1 Iout(max) xI 2 2 Drms FVF FFRF VP D RxRP =       − == #R^a N% #R^a . % m>8 0.032Ω? g 0.252 √1 5 0.05 h 9 2.14Wn mp8 0.64$?0.252Z 161.28Wn mB @2.14Wn U 161.28WnA 163.42Wn m>8 0.032Ω? g 19.2 √1 5 0.8 h 9 58.25nX'' mp8 0.64$?19.2Z 19.84nX'' mB @58.25Wn U 19.84WnA 78.09nX'' 5. Daya yang disebabkan ESR pada kapasitor filter adalah : (Asumsi, ESR = rc = 0.005Ω). Untuk menentukan nilai Prc, maka : #R^a N% #R^a . % m>[ 0.005Ω? ~0.252• 0.05 1 5 0.05 € 9 0.0167Wn m>[ 0.005Ω? ~19.2• 0.8 1 5 0.8 € 9 7.37 nX'' Jadi, total power losses (PLS) adalah PLS = Prds + Psw + PD + PrL + Prc #R^a N% #R^a . % m1q@31.37CDEA m>Bq U mq• U mB U m>1 U m>[ m1q@31.37CDEA 0.0696 U 28.075 U 163.42 U 0.00351 U 0.0167 191.58WnX'' m1q@31.37CDEA m>Bq U mq• U mB U m>1 U m>[ m1q@31.37CDEA 147.7 U 0.633 U 78.09 U 3276.8 U 7.37 3510.6nX''
  12. 12. POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANGKA BELITUNG ELEKTRONIKA INDUSTRI 2 Chardian Arguta-1051506 m1q@15CDEA m>Bq U mq• U mB U m>1 U m>[ m1q@15CDEA 0.0696 U 13.4 U 163.42 U 0.00351 U 0.0167 176.91WnX'' m1q@15CDEA m>Bq U mq• U mB U m>1 U m>[ m1q@15CDEA 147.7 U 0.3024 U 78.09 U 3276.8 U 7.37 3510.26Watt STEP - 12 : Efisiensi (ƞ) Buck boost Konverter 100%x (max) (max) LSPPout Pout + =η #R^a N% #R^a . % ƞ@31.37CDEA 0.317 0.317 U 0.192 ?100% G% ƞ@15CDEA 0.317 0.317 U 0.176 ?100% -% ƞ@31.37CDEA 1843.2 1843.2 U 3510.6 ?100% b-% ƞ@15CDEA 1843.2 1843.2 U 3510.26 ?100% b-. -%

×