Topologi Konverter DC-DC
Pekik Argo Dahono
1. Pendahuluan
Sistem catu-daya yang bekerja dalam mode pensaklaran (switching) mempunyai efisiensi yang jauh lebih tinggi dibanding sistem catu-daya linier. Oleh karenanya, hampir semua catu-daya modern bekerja dalam mode switching atau dikenal sebagai SMPS (Switched Mode Power Supply). Komponen utama dari sistem catu-daya adalah konverter dc-dc yang berfungsi untuk mengkonversikan daya elektrik bentuk dc (searah) ke bentuk dc lainnya.
Secara umum, ada tiga rangkaian (topologi) dasar konverter dc-dc, yaitu buck, boost, dan buck-boost. Rangkaian lain biasanya mempunyai kinerja mirip dengan topologi dasar ini sehingga sering disebut sebagai turunannya. Contoh dari konverter dc-dc yang dianggap sebagai turunan rangkaian buck adalah forward, push-pull, half-bridge, dan full-bridge. Contoh dari turunan rangakain boost adalah konverter yang bekerja sebagai sumber arus. Contoh dari turunan rangkaian buck-boost adalah konverter flyback.
Pada tahun 1980-an, ditemukan dan dipatenkan ratusan rangkaian baru konverter dc-dc. Rangkaian baru ini ditawarkan dengan bermacam kelebihan yang diklaim bisa menggantikan peran rangkaian konvensional. Para insinyur baru sering sekali pusing dan menghabiskan banyak waktu untuk memilih dan mencoba rangkaian baru ini. Akan tetapi setelah banyak menghabiskan waktu dan biaya, sering sekali terbukti bahwa rangkaian baru tersebut sangat susah untuk diproduksi. Sebagai akibatnya, sampai saat ini, hampir semua industri masih menawarkan topologi dasar dalam jajaran produknya. Pengecualian mungkin ditemui pada penerapan yang sangat khusus. Akan tetapi, hampir semua insinyur biasanya mencoba lebih dulu menggunakan rangkaian dasar untuk bermacam keperluan. Kalau diperlukan, kinerja yang khusus dicoba dipenuhi dengan menggunakan beberapa rangkaian dasar yang dihubungkan seri, paralel, atau kaskade.
Kondisi ini tidak berarti bahwa konverter dc-dc tidak mengalami perkembangan selama tiga-puluh tahun terakhir ini. Perkembangan pesat terjadi di bidang integrasi, produksi, saklar semikonduktor, dan teknik untuk mengurangi rugi-rugi penyaklaran. Tulisan ini akan mencoba mengkaji beberapa topologi dasar konverter daya yang banyak dipakai di industri. Dengan memahami kinerja konverter dasar ini, para insinyur yang bekerja di industry konverter daya bisa dengan baik memilih topologi yang sesuai untuk hampir semua keperluan. Pekerjaan selanjutnya tinggal menentukan ukuran tapis dan rangkaian kendalinya.
2. Konverter Buck
Konverter jenis buck merupakan jenis konverter yang banyak digunakan dalam industri catu-daya. Konverter ini akan mengkonversikan tegangan dc masukan menjadi tegangan dc lain yang lebih rendah (konverter penurun tegangan).
Rangkaian ini terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET) dan satu saklar pasif (diode). Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif sering diganti dengan saklar aktif sehingga susut daya yang terjadi bisa dikurangi. Kedua saklar ini bekerja bergantian. Setiap saat hanya ada satu saklar yang menutup. Nilai rata-rata tegangan keluaran konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan saklar aktif terhadap periode penyaklarannya (faktor kerja). Nilai faktor kerja bisa diubah dari nol sampai satu. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan keluaran selalu lebih rendah dibanding tegangan masukannya.
Beberapa konverter buck bisa disusun paralel untuk menghasilkan arus keluaran yang lebih besar. Jika sinyal ON-OFF masing-masing konverter berbeda sudut satu sama lainnya sebesar 360o/N, yang mana N menyatakan jumlah konverter, maka didapat konverter dc-dc N-fasa. Konverter buck N-fasa inilah yang sekarang banyak digunakan sebagai regulator tegangan mikroprosesor generasi baru. Dengan memperbanyak jumlah fasa, ukuran tapis yang diperlukan bisa menjadi jauh lebih kecil dibanding konverter dc-dc satu-fasa. Selain digunakan sebagai regulator tegangan mikroprosesor, konverter buck multifasa juga banyak dipakai dalam indusri logam yang memerlukan arus dc sangat besar pada tegangan yang rendah.
Perlu dicatat bahwa arus masukan konverter buckc selalu bersifat tak kontinyu dan mengandung riak yang sangat besar. Akibatnya pada sisi masukan, konverter buck memerlukan tapis kapasitor yang cukup besar untuk mencegah terjadinya gangguan interferensi pada rangkaian di sekitarnya. Konverter dc-dc jenis buck biasanya dioperasikan dengan rasio antara teganan masukan terhadap keluarannya tidak lebih dari 10. Jika dioperasikan pada rasio tegangan yang lebih tinggi, saklar akan bekerja terlalu keras sehingga keandalan dan efisiensinya turun. Untuk rasio yang sangat tinggi, lebih baik kalau kita memilih versi yang dilengkapi trafo.
3. Konverter Forward
Jika penerapan mensyaratkan adanya isolasi galvanis antara sisi masukan dan keluaran atau bekerja dengan rasio tegangan yang sangat tinggi maka konverter jenis forward bisa menjadi pilihan. Skema dari konverter dc-dc jenis forward diperlihatkan di Gb. 2(a). Jika saklar MOSFET menutup maka beban akan merasakan tegangan yang besarnya sebanding dengan tegangan masukan dikalikan rasio jumlah lilitan trafonya. Jika saklar MOSFET menutup maka tegangan bebannya sama dengan nol. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan beban bisa diatur dengan mengatur faktor-kerja saklar. Rasio tegangan yang tinggi didapat dengan memilih rasio jumlah lilitan trafo yang seusai.
Pada Gb. 2(a), trafo dilengkapi dengan belitan tersier dan dioda. Rangkaian ini berperan saat saklar MOSFET terbuka. Belitan bantu dan dioda ini berfungsi untuk menjamin bahwa fluksi magnetik di inti trafo telah turun kembali menjadi nol sebelum saklar MOSFET kembali ditutup. Tegangan maksimum yang dirasakan saklar aktif adalah tegangan sumber ditambah tegangan primer trafo (tegangan beban dikalikan rasio jumlah lilitan primer terhadap sekunder). Selain itu untuk menjamin bahwa fluksi magnetik selalu kembali menjadi nol selama saklar aktif terbuka, saklar aktif tidak boleh dioperasikan dengan faktor-kerja lebih dari 50%. Pada saat ini, konverter forward seperti di Gb. 2(a) banyak dipakai untuk daya sampai 100 Watt.
Untuk daya yang lebih besar, rangkaian konverter forward dimodifikasi menjadi seperti terlihat di Gb. 2(b). Dengan topologi ini, tegangan maksimum yang dirasakan saklar menjadi berkurang. Topologi ini cocok untuk daya sampai 1000 Watt. Untuk daya kecil, topologi ini tidak cocok karena susut daya di empat saklar yang digunakan menjadi sangat membebani sistem.
4. Konverter Jenis Jembatan
Masalah utama yang dihadapi konverter forward adalah penggunaan trafo yang kurang efisien. Penggunaan trafo kurang efisien karena trafo dimagnetisasi secara tak simetris (gelombang tegangan trafo bukan gelombang bolak-balik). Untuk mengatasi masalah ini, kita bisa menggunakan topologi setengah-jembatan (half-bridge) seperti terlihat di Gb. 3(a). Jika saklar S1 ditutup maka trafo merasakan tegangan positif sedangkan jika saklar S2 ditutup maka trafo merasakan tegangan negatif. Kelemahan utama dari topologi ini adalah tidak cocok untuk dioperasikan dalam mode arus terkendali. Inilah alasan utama mengapa topologi ini tidak banyak digunakan.
Untuk mengatasi masalah pada konverter setengah-jembatan, kita bisa menggunakan topologi jembatan-penuh (full-bridge). Skema konverter ini diperlihatkan di Gb. 3(b). Untuk memahami kinerja konverter jembatan-penuh, kita bisa menganggap sebagai dua konverter setengah-jembatan seperti terlihat di Gb. 4. Masing-masing konverter setengah-jembatan menghasilkan gelombang persegi yang berbeda fasa. Belitan primer trafo akan merasakan selisih tegangan yang dihasilkan oleh dua konverter setengah-jembatan tersebut. Selisih tegangan ini tergantung pada besarnya beda fasa antara dua gelombang tegangan yang dihasilkan.
Dengan mode kerja seperti di Gb. 4, konverter jembatan-penuh bisa dirancang agar bekerja dalam mode pensaklaran lunak (soft switching). Pada mode kerja ini, pembukaan dan penutupan saklar selalu terjadi saat tegangan pada saklar sama dengan nol. Akibatnya, rugi-rugi daya pensaklaran (rugi-rugi daya yang terjadi selama proses penutupan dan pembukaan saklar) bisa ditekan menjadi sangat rendah.
Konverter daya jenis jembatan penuh ini cocok untuk penerapan daya besar sampai 5000 Watt. Walaupun komponen yang digunakannya banyak, manfaat yang didapat bisa mengalahkan kerugiannya.
5. Konverter Push-Pull
Topologi turunan buck lain yang cukup popular adalah push-pull seperti terlihat di Gb. 5. Keuntungan utama dari topologi ini adalah dua saklar yang digunakan bisa dikendalikan dengan dua rangkaian gate yang referensinya sama. Ini akan sangat menyederhanakn rangkaian kendali yang diperlukan sehingga bisa dibuat dalam satu chip.
Topologi push-pull cocok untuk penerapan dengan tegangan masukan yang rendah karena saklar akan merasakan tegangan sebesar dua kali tegangan masukannya. Akibatnya, rangkaian ini cocok untuk konverter daya yang dipasok dengan battery. Topologi ini banyak dipakai untuk daya sampai 500 Watt.
6. Topologi Boost
Topologi boost bisa menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dibanding tegangan masukannya (penaik tegangan). Skema konverter ini diperlihatkan di Gb. 6. Jika saklar MOSFET ditutup maka arus di induktor akan naik (energi tersimpan di induktor naik). Saat saklar dibuka maka arus induktor akan mengalir menuju beban melewati dioda (energi tersimpan di induktor turun). Rasio antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan konverter sebanding dengan rasio antara periode penyaklaran dan waktu pembukaan saklar. Ciri khas utama konverter ini adalah bisa menghasilkan arus masukan yang kontinyu.
Pada saat ini, topologi boost banyak dipakai dalam penyearah yang mempunyai faktor-daya satu seperti terlihat di Gb. 7. Pada rangkaian ini, saklar dikendalikan sedemikian rupa sehingga gelombang arus induktor mempunyai bentuk seperti bentuk gelombang sinusoidal yang disearahkan. Dengan cara ini, arus masukan penyearah akan mempunyai bentuk mendekati sinusoidal dengan faktor-daya sama dengan satu. Pengendali konverter semacam ini sekarang tersedia banyak di pasaran dalam bentuk chip.
7. Topologi Buck-Boost
Skema konverter buck-boost diperlihatkan di Gb. 8. Jika saklar MOSFET ditutup maka arus di induktor akan naik, Saat saklar dibuka maka arus di induktor turun dan mengalir menuju beban. Dengan cara ini, nilai rata-rata tegangan beban sebanding dengan rasio antara waktu pembukaan dan waktu penutupan saklar. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan beban bisa lebih tinggi maupun lebih rendah dari tegangan sumbernya.
Masalah utama dari konverter buck-boost adalah menghasilkan riak arus yang tinggi baik di sisi masukan maupun sisi keluarannya. Akibatnya, diperlukan tapis kapasitor yang besar di kedua sisinya. Inilah salah satu alasan mengapa konverter buck-boost jarang dipakai di industri.
Dalam industri, topologi yang sering dipakai adalah turunan buck-boost yang lebih popular disebut konverter flyback. Skema konverter ini diperlihatkan di Gb. 9. Pada konverter ini, energi tersimpan di trafo akan naik saat saklar MOSFET ditutup. Saat saklar dibuka, energi tersimpan di trafo akan dikirim ke beban melalui dioda. Konverter ini sering dipakai untuk menghasilkan banyak level tegangan keluaran dengan menggunakan beberapa belitan sekunder trafo.
Konverter flyback biasa dipakai untuk daya sampai 100 Watt. Keuntungan utama dari konverter flyback adalah menggunakan komponen yang paling sedikit dibanding konverter jenis lainnya. Kelemahan utama dari topologi ini adalah tingginya tegangan yang dirasakan oleh saklar.
8. Kombinasi Konverter
Untuk penerapan yang sangat khusus, kita bisa mengkombinasikan beberapa konverter dasar sehingga didapat kinerja yang diinginkan. Untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, kita bisa menganggap konverter sebagai two-port network yang direpresentasikan seperti terlihat di Gb. 10. Jika konverter bisa dianggap sebagai two-port network seperti di Gb. 10 maka empat macam kombinasi seperti terlihat di Gb. 11 bisa didapat. Konverter yang dikombinasikan bisa lebih dari dua. Konverter yang dikombinasikan tidak harus mempunyai topologi yang sama. Dengan kombinasi semacam ini, keuntungan dari beberapa jenis konverter bisa digabung dan membuang kelemahannya.
Tergantung pada topologi dasar yang dipakai untuk membentuk two-port network tidak semua empat macam kombinasi seperti di Gb. 11 bisa didapat. Tidak adanya isolasi galvanis antara sisi masukan dan keluaran pada beberapa topologi menyebabkan tidak semua kombinasi di Gb. 11 bisa diimplementasikan. Kombinasi semacam ini juga berlaku untuk konverter dc-ac, ac-dc, dan ac-ac.
9. Penutup
Secara umum, kebutuhan akan sistem catu daya selalu bisa dipenuhi dengan menggunakan topologi dasar konverter daya, yaitu buck, boost, dan buck-boost serta turunannya. Untuk keperluan khusus, kita bisa mengkombinasikan beberapa konverter daya dalam konfigurasi seri-paralel. Topologi khusus sebaiknya dihindari untuk mempermudah proses fabrikasi.
January 9, 2009 at 7:17 pm |
Pak Pekik, pada konverter jembatan penuh, adakah cara untuk mengatasi kurva histeresis yang tidak simetris, selain dengan menyisipkan kapasitor kopling dengan sisi primer transformer ?
Thanks
January 9, 2009 at 10:15 pm |
salam,
pak. untuk skala yang besar (contoh 5Vin:220Vout), topologi apa yang cocok untuk digunakan?
terimakasih
January 11, 2009 at 1:40 am |
Untuk Jusmin: kalau konverter jembatan penuh dioperasikan dalam mode soft-switching, otomatis kurva hysteresis yang tak simetris bisa ditekan pengaruhnya.
Untuk Adin, untuk tegangan serendah itu, yang paling cocok adalah pushpull.
Akan tetapi kalau isolasi galvanis tidak diperlukan, bisa dicoba konverter boost yang dihubungkan kaskade.
January 11, 2009 at 12:14 pm |
Thanks Pak Pekik.
Selanjutnya apakah pada konverter push-pull bisa dilakukan juga ZVS dengan cara yang sederhana seperti pada konverter full-bridge.
Memang dengan penggunaan MOSFET, yang mana koefisien termalnya positif, cukup menolong dalam aplikasi konverter push-pull, walaupun tidak 100% menolong.
January 13, 2009 at 4:59 pm |
Untuk mendapatkan ZVS pada push-pull tidak bisa sesederhana konverter bridge, harus pakai komponen bantu lain. Push-pull menguntungkan kalau dipakai pada tegangan dc input yang rendah. Untuk mengatasi problem pada push-pull, coba pelajari konfigurasi “royer”. Kejenuhan inti dipakai untuk mengendalikan on-off nya mosfet. Ini akan bermanfaat utk mendapatkan dc-dc isolated power kecil.
January 13, 2009 at 8:12 pm |
Thanks Pak Pekik. Saya sudah pelajari topologinya di http://www.geocities.com/teslinasite/oltcw.html
Tampaknya memang lebih cocok untuk aplikasi low power uncontrolled DC-DC converter ketimbang inverter.
Saya baru ingat, di PEDS’97 ada peneliti yang membuat push-pull dengan kontrol SPWM, tapi saya tidak ingat apakah ZVS atau tidak. Tapi setidaknya, mungkin bisa cost-effective dan compact untuk aplikasi PV untuk skala mass product dengan keluaran tetap sinus untuk daya <200W maupun aplikasi small-power grid-connected.
January 14, 2009 at 2:04 pm |
Aplikasi dc-dc konverter untuk PV atau turbin angin skala kecil yang terkoneksi jala-jala memang sangat menarik.
Penggunaan topologi boost untuk ekstraksi daya turbin angin pada kecepatan angin rendah (aplikasi PV untuk insolasi matahari rendah juga bisa) atau membuat topologi konverter dc-dc rasio tinggi dengan kombinasi konverter daya non-isolated merupakan contoh penelitian yang sangat bermanfaat.
Saya ingin bertanya Pak, untuk aplikasi PV atau turbin angin terkoneksi jala-jala (dalam hal ini butuh rasio tinggi) kira-kira lebih bagus menggunakan konverter fullbridge atau push-pull yaa pak?
Dari segi komponen sih cuma lebih banyak 2 saklar daya saja, tapi tegangn yang dirasakan saklar pada topologi fullbridge akan jauh lebih kecil.
Yang kedua, topologi buck-boost untuk aplikasi PV kira-kira gmana yaa pak?
kalo cuma daya rendah, tapis kapasitor yang digunakan gk besar2 banget kan, Pak?
selain riak arus yang dihasilkan besar, kira2 apalagi kekurangannya pak?
January 14, 2009 at 7:47 pm |
Ini opini saya saja, Pak Pekik mungkin lain.
Untuk grid-connected tegangan inverter tidak mesti selevel dengan tegangan line. Lebih rendahpun bisa, cuma konsekuensinya, daya reaktif yang ditarik konverter harus dikompensasi kapasitor.
Saya lebih pilih SPWM full-bridge isolated step-up converter at line frequency. Kalau push-pull bisa di-SPWM-kan lebih bagus karena urusan gate isolation bisa ditiadakan.
Dari sisi cost juga bisa relatif murah, dengan pemakaian MOSFET dengan rating VDS 50-200V dan ID 27-60A. Sebaiknya isolated, untuk menghindari kerusakan panel apabila switch mengalami failure.
Saya kurang suka boost & flyback converter, karena punya masalah transient, kapasitor perata yang besar, keterbatasan duty cycle dan kapasitor perata yang harus secara teratur diganti karena lebih cepat kering.
Pada aplikasi PV dengan MPPT, ripple dan transient response boost converter mungkin akan sedikit menyulitkan control action MPPT.
January 14, 2009 at 9:40 pm |
Bagusnya sih untuk grid-connected, kita meminalisir penggunaan kapasitor karena kapasitor membuat sistem menjadi lebih besar, mahal dan perlu teratur diganti.
Jadi untuk aplikasi PV terkoneksi jala-jala, butuh rasio konverter yang tinggi untuk membuat tegangan keluaran yang sama dengan grid.
Tujuan membuat konverter rasio tinggi yang non isolated membuat sistem menjadi lebih kecil dan ringan. Jadi konsumen lebih tertarik untuk membeli. Masalah gangguan mungkin dibahas di proteksi nya.
Walaupun butuh gate isolation pada topologi fullbridge, tapi bisa bekerja pada mode soft switching pak, jadi rugi2 penyaklarannya sangat kecil bila dibandingkan dengan push-pull. Push-pull cuma untuk aplikasi konverter dc-dc isolated dibawah 500 watt.
Setuju saya aplikasi MPPT untuk topologi boost sedikit lebih sulit.
Maafkan saya kalo ada salah yaa Pak, sarana untuk belajar berdiskusi buat saya. =)
January 15, 2009 at 6:59 am |
Mantap semua ilmunya,
Kalau analisa ferroresonance ada enggak ya yang diposting di website ini ?
January 17, 2009 at 1:46 pm |
Kalau untuk aplikasi stand-alone dan daya kecil, saya setuju bahwa penggunaan pushpull inverter lebih ekonomis. Apalagi kalau kwalitas gelombang yang baik tidak diperlukan.
Untuk daya besar, full-bridge lebih disukai karena harmonics yang dihasilkan lebih kecil serta tegangan di saklar tidak terlalu besar. Selain itu bisa softswitching dengan mudah.
Jika tidak memerlukan isolasi galvanis, penggunaan boost dan full-bridge inverter masih lebih menjanjikan. Ada beberapa orang juga sudah mengusulkan penggunaan current-source inverter karena lebih simple. Sayangnya, reverse blocking devices belum banyak di pasaran.
Ferroresonance analysis sudah banyak di literatur, tetapi literatur tahun 1970-an.
January 17, 2009 at 5:21 pm |
Lebih simpel dari sudut pandang apanya, Pak?
Keuntungannya dari voltage-source inverter apa untuk aplikasi grid connected atau stand alone?
Kan kalo dilihat dari komponen penyimpan energinya, Kapasitor di VSI lebih bagus daripada induktor di CSI, rugi2 lebih kecil dan efisiensi penyimpanan energinya lebih baik.
Mungkin dari kontrolnya, harmonisa atau transiennya kali yang lebih bagus y?
Komponen reverse blocking yang belum banyak di pasaran itu contohnya apa yaa Pak?
kalo IGBT di seri dengan dioda gmana?
Apakah perlu dioda khusus untuk mengatasi frekuensi switching yang tinggi pada topologi ini, CSI?
January 18, 2009 at 3:58 pm |
CSI menguntungkan untuk standalone maupun grid-connected, karena:
1) CSI bersifat boost sehingga tidak lagi diperlukan hubungan kaskade boost dc-dc dan inverter.
2) CSI bersifat short-circuit proof
3) Induktor lebih awet dibanding kapasitor
Sayangnya CSI perlu reverse blocking devices, biasanya harus diimplementasikan dengan hubungan seri IGBT dan dioda. Ini menyebabkan conduction losses di CSI lebih besar dibanding VSI. Jika IGCT maupun IGBT yang reverse blocking tersedia maka CSI bisa lebih murah dibanding VSI.
January 24, 2009 at 3:14 pm |
ada seminar makalah di politeknik negeri malang. Lihat di http://sentia09.poltek-malang.ac.id
February 4, 2009 at 2:26 pm |
pak,untuk meng-kaskade rangkaian itu langsung saja output to input dihubungkan atau ada teknik khusus?
February 4, 2009 at 2:26 pm |
maksud saya disini rangkaian boost yang dikaskade pak.
February 5, 2009 at 9:51 am |
Selamat pageeee Semuanya. Bingung cari topik untuk acara seminar sentia2009
February 5, 2009 at 1:01 pm |
Kalau untuk kaskade, bisa langsung dan tidak memerlukan teknik khusus.
February 7, 2009 at 12:16 pm |
@ Ari M
Topiknya jangan terlalu luas, yang berhubungan tentang energi alternatif masa depan aja..
^^
May 30, 2009 at 6:11 pm |
Pak, Saya telah membuat rangkaian DC to DC dengan Vin 12V dan Out 220VDC dengan push pull, namun ternyata Arus keluaran di 220VDC hanya maksimum mencapai 50mA, bagaimana caranya supaya dapat menghasilkan daya yang lebih besar supaya dapat menghasilkan arus 500mA di Voutput 220VDC?
Saat ini Saya hanya menggunakan trafo 3A, apakah harus diganti dengan trafo 10A?
Terima kasih
June 3, 2009 at 10:14 am |
mas,,apakah driver motor DC bisa disebut DC to DC converter juga??krn fungsi driver mengatur kecepatan dengan mengubah tegangannya,..
June 3, 2009 at 12:44 pm |
Mesin DC atau AC yang cocok untuk penggerak otoped listrik. Aku mau membuat itu..he he. Dan Spesifikasi motor DC atau AC tolong di ditunjukkan. terimakasih sebelumnya
June 3, 2009 at 2:51 pm |
@Ari :
Hwahhh idenya mantap habis tuhh buat otoped listrik,,
Bisa2 aja keduanya, AC atau pun DC, tapi kalo menurut pendapat saya pake motor DC lebih sederhana,, ^_^
kalo pake motor AC berarti yang diperlukan :
baterei – inverter – motor AC,
kalo pake motor DC :
baterei – DC-DC Konverter – motor DC,
Kalo mau spesifikasi lengkapnya, cara mudahnya coba aja cari2 brosurnya sepeda listrik yang sudah di pasarkan di Indonesia,, kira2 sama,,
Kalo udah bisa buat itu buat sepeda motor hibrid yaa..
Itu lebih baik,, pake mesin AC,, ^_^
@bedez : Iyaa,
June 4, 2009 at 12:52 pm |
Sepeda listrik udah pernah dibuat dari sepeda listrik bekas.Jadi penggerak motornya yang rusak itu kami ganti dengan konverter dc-dc buck. Kecepatannya lumayan bisa 30 km- 40 km per jam. Cuman gak kuat menanjak dan kalau di rem, terasa menyerap daya besar sekali. Sehingga accunya cepat habis. Accunya memqang sudah lama dan lemah.
June 4, 2009 at 2:33 pm |
@ Ari M : Bukan sepeda listrik,, tapi sepeda motor hibrid,, jadi sepeda motor ‘tahun 80 an’ itu dibongkar dipasangin motor, jadi penggeraknya lisrtik bukan bahan bakar saja (Hibrid),, mungkin bisa jauh lebih hemat BBM jadinya..
Iyaa kalo motor di rem arus yang mengalir akan besar sekali,, akan lebih baik kalo konverter dc-dc nya yang diatur faktor kerjanya (duty cycle)..
Supaya kuat nanjak Konverter dc-dc terkendali arus bisa menjadi solusi.
Maaf kalo banyak salah penjelasannya,, sama-sama belajar,, ^_^
June 4, 2009 at 9:05 pm |
Kalau untuk sepeda, motor dc magnet permanen lebih baik karena konverternya sangat sederhana.
Untuk menghemat accu, sebaiknya dibuat konverter dc dua kuadran sehingga energi pengereman dikembalikan ke batere. Seperti yang Fendy, bilang agar smooth dipake pengendali arus, bukan pengendali tegangan.
June 5, 2009 at 10:29 am |
Speda motor listrik yang di produksi di malang, kok kelihatannya gak pakai pengembalian energi ke Accu. Ini dibuktikan ketika accu habis, pengendara tidak berat dalam mendorong pedal-nya.
June 5, 2009 at 6:34 pm |
pertama, supaya murah memang sistem regeneratif tidak dipake. Kedua, kalaupun pake, sistem ini tidak boleh aktif saat sepedanya digenjot pedalnya.
June 6, 2009 at 8:03 pm |
Tolong pak Pekik saran untuk Komponen Switchnya apa? ntuk Mosfet tipenya apa? Kalau untuk IGBT tipenya apa? Kalau beli di Surabaya kelihatannya bisa tapi tidak mudah memperolehnya. Biasanya para mahasiswa di tempatku Power mosfetnya masih terlalu rendah (tidak bisa keluar arus besar). Pernah beli Mosfet di surabaya bisa mengalirkan arus 7 amper dengan tegangan 13-15 volt.
June 6, 2009 at 10:06 pm |
Memang mosfetnya cukup pake yang ampere kecil, pake aja IR series, yang 7 Amp cukup. Kalau cuma utk sepeda, pake motor yang 20-40 watt juga lebih dari cukup. Pake motor wiper mobil juga cukup. Tinggal kamu mainkan rasio roda gigi supaya didapat torque dan kecepatan yang tepat.
Cukup pake dua aki motor diseri juga udah bisa ngebut.
June 10, 2009 at 7:32 am |
Terus masalah induktor-nya. Apa perlu pakai induktor? Kan motor dc motor dc magnet permanen udah bersifat induktor.
June 11, 2009 at 4:15 am |
Kalau frekuensi switchingnya sudah cukup tinggi, tidak perlu lagi induktor tambahan
June 29, 2009 at 10:14 am |
dear all,
saya tertarik sekali dgn pembahasan ttg regenerative braking diatas. maaf, berhubung pemula sekali… jika berkenan bisakah bahasannya diperdalam, syukur2 diwujudkan dlm satu artikel yg mendalam.
many thanks
July 5, 2009 at 3:02 pm |
Mas ada ga artikelnnya tentang AC Chopper, tolong mas ini buat tugas mata kuliah elektronika daya…
mohon petunjuknya….
klo bisa di kirim ke email ardhye_lau@makassartv.co.id
thanks be for…
July 5, 2009 at 8:33 pm |
kirim emailnya ke padahono@yahoo.com
July 5, 2009 at 8:39 pm |
ada banyak buku dan paper yang sudah membahas regeneratif braking. pada prinsipnya, untuk motor dc, kita harus mengatur tegangan keluaran chopper selalu lebih rendah dari emf motor sehingga arus menjadi negatif. Untuk itu diperlukan paling tidak chopper dua kuadran.
Untuk motor induksi, kita harus membuat slip motor menjadi negatif. Caranya, mengatur frekuensi keluaran inverter supaya lebih rendah dari frekuensi sudut rotornya.
July 5, 2009 at 9:30 pm |
motor magnet permanen sulit ditemukan di pasar Genteng Surabaya
July 6, 2009 at 9:19 pm |
kalau untuk percobaan, pake aja motor yang dipake untuk wiper mobil mercy, bis, atau truk
July 13, 2009 at 5:58 pm |
Yth. Pengelola Blog Konversi ITB,
Saya hanyalah geologist/mining economist, umur 50+++, tetapi dari sejak remaja punya minat besar pada pembangkit listrik, dan energi pada umumnya. Dengan segala keterbatasan, saat ini saya merancang sendiri pembangkit listrik tenaga arus air (sungai atau pasang surut laut) dengan memanfaatkan bangunan penguat arus air terapung yang ingin saya sebut sebagai “hydrokinetic power booster” atau HPB.
Dengan HPB ini, secara teoritis saya dapat meningkatkan kecepatan arus berapa pun yang tersedia di alam bebas menjadi beberapa kali lipat sebanyak yang kita inginkan, misalnya 100 kali dari 0.5 m/detik menjadi 50 m/detik. Karena energi kinetic = 1/2 x BJ air x luas bilah daun turbin x kecepatan arus pangkat tiga (1/2.@.A.V^3), maka peningkatan kecepatan arus 100 kali lipat akan menghasilkan daya teoritis 100^3 = 1,000,000 kali lipat dari daya alamiah yang tersedia. Dengan demikian, arus pasang surut laut di sepanjang +/- 84,000 km garis pantai plus +/- 46,000 km panjang sungai permanen di Indonesia dapat menyediakan energi sebesar apa pun yang diperlukan oleh Bangsa ini.
Sebagai contoh, berbagai data geodetik menyebutkan bahwa Teluk Jakarta memiliki kecepatan arus pasut sekitar 0.30 s/d 0.50 m/detik, rata-rata 0.40 m/detik dengan variasi 0.10/0.40 = 25%. Dengan meningkatkan kec. arus dari rata 0.40 m/detik menjadi 32 m/detik (= 80 kali), diarahkan ke turbin poros tegak dengan luas bilah turbin 0.38 m2, diameter poros 0.25 m, maka diperoleh Shaft Power 5,460 kW (efisiensi system 65%).
Saya hampir menyelesaikan seluruh rancangan teknis dan membuat estimasi biayanya. Yang belum selesai adalah pada persoalan bagaimana cara mengatasi fluktuasi rpm turbin (akhirnya fluktuasi beban generator) akibat berfluktuasinya kecepatan arus air di alam bebas. Kalau pada contoh di Teluk Jakarta terjadi fluktuasi kec. arus awal 25%, maka diperlukan sistem pengontrol beban yang dapat menstabilkan fluktuasi beban 25% x 5,460 KW.
Hasil perhitungan cukup detail menunjukkan bahwa investasi pembangkit yang sedang saya rancang adalah sekitar $100/kW (di luar pengontol beban)dengan biaya operasi pemeliharaan kurang dari Rp.100/kWh. Kalau saja pengontrol beban bisa diadakan dengan biaya cukup murah, maka investasi pembangkit ini diharapkan akan sekitar 10% dari investasi PLTU Batubara.
Akhir kata, saya mohon bantuan informasi jenis alat dan prakiraan biaya pengontrol beban yang dapat mengendalikan fluktuasi beban sebagaimana yang saya maksudkan. Mohon informasi tersebut dapat dikirim ke alamat email saya: cicip2012@yahoo.com
Atas segala perhatian dan bantuan teman-teman Konversi ITB, saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya. Kiranya Tuhan YME Allah SWT senantiasa membantu kita semua.
Wassalam,
Cicip Hadisucipto
July 14, 2009 at 12:37 pm |
Pak Cicip, untuk meng-address variasi frekuensi akibat variasi rpm turbin dan generator, tidak sulit dilakukan dengan memanfaatkan teknologi elektronika daya. Tegangan AC variabel yang dihasilkan generator dibuat menjadi tegangan DC, kemudian dari tegangan DC tersebut di-invert lagi menjadi tegangan AC dengan frekuensi dan amplitude yang konstan.
Yang penting, generator diputar tanpa melebihi maximum speed-nya.
BTW, hukum Termodinamika ke-0 sudah diperhitungkan kan ‘Pak ?
July 14, 2009 at 6:58 pm |
Yth. Pak JS ……… nama lengkapnya siapa ya ?
Alhamdulillah saya dapat tanggapan dan penjelasan dari Bapak.
Saya sedikit mengerti invert AC-DC-AC, tapi sekali lagi saya bukan orang elektro Pak !!
Yang penting Bapak berkenan mendukung saya dari sisi engineering, insya Allah saya akan berupaya sekuat tenaga untuk mencari pendanaannya. Tapi, ya itu ? berapa biaya untuk mengontrol (membeli lat kontrol) ?
Hatur nuhun Pak, & Wassalam
Cicip
July 14, 2009 at 9:19 pm |
Pak Cicip,
Kalau membeli geluntungan, saya nggak yakin ada, karena alatnya cenderung custom.
Cost bergantung terutama pada berapa kW desain dan pilihan teknologi (topologi) yang akan dipakai. Setiap pilihan memiliki konsekuensi terhadap kualitas, reliability dan safety.
July 15, 2009 at 5:58 am |
Yth. Pak Jusmin
Terima kasih atas balasan email dari Bapak.
Saya baru saja membahas rencana kerjasama pilot project pembangkit listrik pada arus air lamban dengan Dirut PT. Humpus (Holding)kemarin pagi 14 Juli 2009. Insya Allah Humpus berminat mengembangkannya. Beberapa hari ke depan, saya berencana presentasi di Aneka Tambang untuk membahas pasokan listrik murah bagi smelter-smelter Antam. Alhamdulillah, setidak-tidaknya ada tempat penyaluran ide.
Sampai hari ini, saya baru dapat daftar harga brushless generator kecil-kecil (6.5 KVA s/d 1,056 KVA), ingin juga dapat gambaran harga generator s/d ratusan MW. Karena hanya punya harga generator 1,056 kW, saya bersama Humpus berencana membuat pilot project sekitar 650 kW (asumsi overall system effieciency 65%). Dengan demikian, sekiranya Pak Jusmin berkenan memberi informasi, saya ingin juga mendapat gambaran harga/biaya inverter untuk rated ouput 650 kW (400 V / 1,144.7 A / 1,500 RPM).
Terima kasih atas segala bantuan Bapak. Mohon saya dapat diberikan alamat email Bapak agar saya dapat mengirimkan detail rencana pembangkit.
Wassalam,
Cicip
July 15, 2009 at 12:55 pm |
salut buat P. Cicip…
kalau sudah berhasil pilot projectnya, bisa diterapkan pula untuk daerah” terpencil di nusantara. semoga pilot projectnya dapat berhasil dengan baik.
salam konversi.
July 15, 2009 at 5:42 pm |
Terima kasih Mas Anto,
Amin…….. semoga listrik murah dan handal bisa segera dinikmati oleh sudara-saudara kita di pelosok pedesaan dan pulau-pulau terpencil.
Mohon bantuan dan saran dari Konversi ITB karena saya cuma tukang batu (geologi).
Hatur nuhun & Wassalam,
Cicip
July 17, 2009 at 8:18 am |
Saya tertarik dengan idenya pak Cicip. Saya kurang mengerti konsep power booster. Tetapi yang perlu diingat adalah hukum kekekalan energi. Power booster tidak berarti energy booster.
Kalau soal booster sudah clear, soal konverter bukan hal yang sulit. Kalau harga rectifier-inverter, kira2 US150/kVA, ini kalau belinya banyak. Kalau belinya satu dua bisa agak mahal. Generator kecil biasanya dihargai US$100/kVA, kalau yang besar bisa sekitar US$50/kVA.
Salam
July 17, 2009 at 10:17 am |
Pak Dahono, Yth.
Terima kasih, Bapak telah berkenan memberi komentar.
Betul sekali Pak, power booster bukan selalu berati energy booster. Namun sesuai dengan hukum kekekalan massa, sebenarnya konsep saya hanya “water current velocity booster”, terinspirasi oleh seringnya saya hanyut di sungai waktu nyebrang mau bersekolah di desa kelahiran dulu.
Kalau saya tidak salah, hukum kekekalan energi berkaitan erat dengan hukum kekelan massa: Debit Q1 – Debit Q2 = 0, atau kecepatan arus (V) x penampang saluran (A) di setiap tempat adalah sama. Dalam prinsip Bernoulli, kecepatan akan bertambah kalau tekanan berkurang. Apabila diterapkan pada konversi enrgi kinetik Ek = 1/2 x density x turbine swept area (A) x V^3, maka V lebih menentukan besarnya energi dibanding dengan A. Oleh karena itu, saya memilih memperbesar V daripada A. Yang banyak dilakukan saat ini, orang lebih memilih meningkatkan ukuran A dan kinerja aerodinamikanya. Begitulah kira-kira konsep dasarnya.
Oleh karena itu, saya merancang alat sederhana agar memenuhi Hukum Kekekalan Massa/Energi dan prinsip Bernouli tsb, dimana volumetric flow rate (m^3/s) dan kecepatan arus (m/s) dapat ditentukan sesuai dengan kebutuhan, serta sesuai dengan kondisi alam yang tersedia. Insya Allah, saya juga sudah memperhitungkan agar tidak terjadi perubahan momentum yang drastis (tiba-tiba) yang dapat mengurangi kinerja turbin.
Agar generator dan piranti elektrikal dapat tetap berada di permukaan air, saya merancang booster dan turbin yang “digantung” pada pontoon/rakit khusus, sementara generator yang berada dipermukaan akan dikopel oleh poros turbin vertikal. Sistem terapung ini bermanfaat pula bagi pembangkit yang akan dibangun di lokasi-lokasi yang memiliki perairan dalam dan memiliki variasi level muka air yang cukup tinggi (banjir atau pasang surut laut)
Berkenaan dengan harga-harga, saya baru dapat penawaran dari pabrik generator (stamford copy) 65 kVA s/d 1,056 kVA yang mengindikasikan harga rata-rata USD 10/kVA (mungkin lebih mahal sedikit kalau termasuk ongkos kirim). Maka dari itu, kemarin saya berani katakan biaya investasi pembangkit sekitar US$100/kVA (mohon maklum, saya baru punya referensi harga generator stamford copy). Tetapi kalau harga converter US$150/kVA dan harga generator US$100/kVA, maka investasi pembangkit menjadi sekitar USD$350/kVA, hampir sama dengan rata-rata genset diesel.
Meski akan kurang-lebih sama dengan rata-rata harga genset, biaya operasi hidrokinetik power plant ini tetap akan lebih murah (karena tidak pakai bahan bakar fossil). Biaya operasi pembangkit yang murah berpotensi menghasilkan bahan bakar hydrogen cair melalui high pressurize water electrolysis dengan biaya yang rendah pula. Mudah-mudahan, pembangkit ini menjadi andalan bagi masa depan produksi listrik dan hydrogen di Indonesia tercinta.
Sekali lagi, saya hanya tukang batu (geologist). Untuk perhitungan mekanikal, saya banyak dibantu oleh insinyur mesin senior/mantan direktur teknik PTKAI serta ahli kapal senior/mantan Direktur ASDP. Mudah-mudahan Pak Dahono berkenan memberi dukungan bidang elektrikalnya.
Hatur Nuhun & Wassalam,
Cicip
July 17, 2009 at 11:17 am |
Pembangkit kecil memang mahal pak. Itu sebabnya trend dunia di masa lalu membangkitkan listrik dengan generator besar.
Karena pembangkit berbasis renewable energy biasanya kecil, harganya kurang kompetitif kalau tidak ada subsidi.
Urusan elektrikalnya sederhana kok, saya yakin semua mahasiswa menguasai ilmu yang diperlukan.
salam
July 18, 2009 at 6:17 am |
Senang membaca idenya Pak Cicip dan masukan2 dari orang sekitarnya,,
Saya baca ini jadi tambah semangat untuk belajar dan berkarya seperti Pak Cicip,,
Walaupun Pak Cicip bukan tukang listrik semoga pembangkit listrik yang dirancang bisa terealisasi,,
harga kompettitif, ramah lingkungan, bisa menghasilkan daya output yang besar,,
mantaabb..
Terimakasih sudah sharing ilmunya.. ^_^
Mahasiswa Konversi lainnya..
hayoo semangat2.. Gk sabar liat kalian berkarya lagi..
Serap ilmu sebanyak2nya dari Pak Pekik dan dosen2 lainnya..
Salam,
July 25, 2009 at 2:38 pm |
pak pekik,saya lg buat solar emergency portable,4 buah solar panel V outnya 3,7volt,I outnya 0,23 mA,nah gmn bwt rangkaian BCU yg tepat n spy arusnya jd gede, spy bisa disimpen ke baterai 890 mAH,3,7 Volt.Untuk dibebani dengan rangkaian led 3 Volt..thanks..
July 27, 2009 at 9:05 am |
Yang 3,7 volt per panel atau tegangan total untuk 4 panel?
October 28, 2009 at 6:53 pm |
Pak Pekik,
Kapan membahas Cuk dan SEPIC converter ? Kenapa Cuk kok tampaknya tidak populer padahal punya potensi rippleless di input n output-nya ? Kita tunggu pak.
November 2, 2009 at 3:57 pm |
Diperlukannya dua buah induktor di sisi masukan dan keluaran menyebabkan konverter cuk susah untuk dibuat dalam bentuk integrated circuit. Selain itu, patennya cuk membuat banyak perusahaan enggan menggunakannya. Jika yang lebih sederhana bisa, mengapa mesti pake yang lebih complicated.