RANCANG BANGUN SYNCHRONOUS DCDC BUCK CONVERTER - Dimas Alfian Wahyudi; Waru Djuriatno; Lunde Ardhenta (Jurnal Mahasiswa TEUB, 2022)
Abstrak–-Banyaknya penggunaan sumber daya DC pada energi terbarukan maupun gardu induk menyebabkan kebutuhan terhadap peralatan converter meningkat. Pada panel surya sebagai salah satu contoh energi terbarukan memerlukan sebuah DC-DC converter agar dapat memberikan suplai daya sesuai dengan kebutuhan beban, sedangkan pada gardu induk banyak peralatan pendukung yang dipakai memerlukan suplai daya DC contohnya peralatan proteksi, motor penggerak PMT dan PMS. PLN menyediakan suplai AC dan perlu disearahkan menjadi DC, tetapi suplai DC tersebut masih besar sekitar 311V dikarenakan peralatan proteksi membutuhkan suplai DC 110V. Buck converter merupakan salah satu DC – DC converter yang mengkonversi tegangan DC ke tegangan DC yang lebih rendah. Synchronous buck menggunakan MOSFET sebagai pengganti dioda yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensinya. Synchronous pada buck converter yang dimaksud adalah pada dua MOSFET yang melakukan pensaklaran secara komplemen satu sama lain. Pada penelitian ini mikrokontroler yang digunakan berjenis ESP32 dan driver MOSFET yang digunakan adalah IR2110. Untuk beban yang digunakan merupakan pendekatan resistansi dari relay proteksi 110V yaitu sebesar 221Ohm. Perancangan synchronous buck memperhatikan beberapa faktor yaitu, tegangan masukan, tegangan keluaran, ripple tegangan, arus keluaran maksimum, ripple arus, frekuensi switching, dan beban yang digunakan. Berdasarkan hasil perhitungan dengan memperhatikan faktor-faktor tersebut didapatkan nilai parameter komponen yang digunakan yaitu, induktor jenis toroid sebesar 1,27mH dengan toleransi ±4%, kapasitor jenis ELCO (Electrolytic condensator) sebesar 4,7μF sebagai penyimpan energi dan kapasitor jenis milar sebesar 0,68μF sebagai filter. Hasil pengujian dengan parameter tegangan masukan sebesar 311V, tegangan keluaran 110V, dan duty cycle 36% menghasilkan tegangan keluaran pada prakteknya sebesar 110,3V sedangkan pada simulasi sebesar 112,66V. Untuk selisih terbesar hasil pengujian tegangan keluaran pada praktek dan simulasi dengan beban tetap yaitu pada duty cycle 35% yang memiliki selisih sebesar 4,48%. Hasil analisis yang didapat adalah pada kurva efisiensi daya dengan variasi duty cycle, efisiensi synchronous buck converter semakin meningkat seiring meningkatnya duty cycle yang diberikan. Pada kurva efisiensi daya dengan variasi beban, efisiensi synchronous buck converter semakin meningkat seiring bertambahnya beban yang diberikan. Untuk faktor ripplenya adalah semakin kecil seiring besarnya tegangan keluaran.Kata Kunci—Synchronous buck converter, duty cycle, gate driver, ESP32Abstract—The large use of DC resources in renewable energy and substations causes the need for converter equipment to increase. Solar panels as an example of renewable energy need a DC-DC converter in order to provide power supply according to load requirements, while in substations, a lot of supporting equipment used need DC power supply, for example protection equipment, driving motors in PMT and PMS. PLN provides AC supply and needs to be rectified to DC, but the DC supply is still large enough because the protection equipment requires 110V DC supply. Buck converter is a DC-DC converter that converts DC voltage to a lower DC voltage. Synchronous buck uses MOSFET instead of diode which aims to increase its efficiency. The meaning of synchronous in the buck converter is the two MOSFETs that perform complementary switching to each other. In this research, the microcontroller used is ESP32 and the MOSFET driver used is IR2110. The load used is a resistance similar to that of a 110V protection relay, which is 221 ohms. The synchronous buck design considers several factors, namely, input voltage, output voltage, ripple voltage, maximum output current, ripple current, switching frequency, and the load used. Based on the results of calculations taking into account these factors, the parameter values of the components used are 1,27mH toroid type with a tolerance of ±4%, ELCO type capacitor (Electrolytic Condensator) of 4,7μF as energy storage and mylar type capacitor of 0.68μF as a filter. The test results with an input voltage of 311V and a duty cycle of 36% produced an output voltage of 110,3V in practice while in simulation is 112,66V. The biggest difference between the output voltage test results in practice and simulation with a fixed load is the 35% duty cycle which has a difference of 4.48%. The results of the analysis obtained are on the power efficiency curve with variations in the duty cycle, the efficiency of the synchronous buck converter increases with the increase in the given duty cycle. On the power efficiency curve with load variations, the efficiency of the synchronous buck converter increases as the load increases. The ripple factor is getting smaller as the output voltage increases.Index Terms—Synchronous buck converter, duty cycle, gate driver, ESP32