Desain dan implementasi rangkaian konverter jenis non-isolated buck and boost DC-DC

Authors

  • Dianthika Puteri Andini Politeknik Negeri Bandung
  • Didin Saefudin Politeknik Negeri Bandung
  • Peni Handayani Politeknik Negeri Bandung
  • YB Gunawan Sugiarta Politeknik Negeri Bandung
  • Farrah Vauzia Politeknik Negeri Bandung
  • Suyanto Suyanto Politeknik Negeri Bandung

DOI:

https://doi.org/10.35313/jitel.v3.i3.2023.247-254

Keywords:

konverter DC-DC, non-isolated, buck-boost, duty cycle

Abstract

Konverter DC-DC umumnya dikategorikan ke dalam dua kategori, yaitu: isolated dan non-isolated. Topologi konverter non-isolated tidak memiliki isolasi galvanik antara masukan dan keluaran, variasi pada masukan secara langsung mempengaruhi keluaran konverter. Jumlah komponen pada rangkaian non-isolated adalah kurang secara jumlah jika dibandingkan dengan konverter isolated. Namun, permasalahan yang muncul dan perlu ditangain adalah rasio duty cycle, penguatan tegangan yang buruk, dan sirkuit tambahan untuk operasi yang optimal. Pada penelitian ini dibahas secara singkat mengenai model switching dari two state buck boost converter dibandingkan dengan manual buck-boost converter berdasarkan metode eksperimen yang dilakukan untuk melihat tegangan masukan dan keluaran apakah terjadi perubahan kenaikan atau penurunan tegangan DC. Pada penelitian ini, rangkaian konverter tipe buck dapat menurunkan tegangan dari 4-12V ke 3,2-3,5V dan tipe boost dapat menaikkan tegangan dari 2-12V ke 2V-16,5V. Berdasarkan hasil pengujian, rangkaian osilator mampu membangkitkan modulasi lebar pulsa dan mengatur duty cycle dari 79% hingga 94% karena keterbatasan penggunaan komponen dan terjadi drop tegangan pada rangkaian buck-boost dengan beban rheostat 330Ohm/2,5A. Rangkaian konverter two state buck-boost dapat bekerja sesuai dengan fungsinya dengan pengaturan parameter duty cycle dan juga manual buck-boost bekerja sesuai prinsip kerjanya untuk pebandingan penurunan dan kenaikan tegangan berdasarkan frekuensi yang berbeda. Pengembangan selanjutnya adalah variasi beban dan fungsi buck-boost yang berbeda, seperti tegangan keluaran konstan terhadap perubahan masukan dan juga duty cycle dengan range yang lebih besar.

References

F. Mumtaz, N. Z. Yahaya, S. T. Meraj, B. Singh, R. Kannan, and O. Ibrahim, “Review on non-isolated DC-DC converters and their control techniques for renewable energy applications,” Ain Shams Engineering Journal, 12(4), pp.3747-3763, 2021.

T. Arunkumari and V. Indragandhi, “An overview of high voltage conversion ratio DC-DC converter configurations used in DC micro-grid architectures,” Renew Sustain Energy Rev, vol. 77, pp. 670–87, 2016.

A. Gopi A and R. Saravanakumar, “High step-up isolated efficient single switch DC-DC converter for renewable energy source,” Ain Shams Eng J., vol. 5, no. 4, pp. 15–27, 2014.

J. D. Navamani, K. Vijayakumar, and R. Jegatheesan, “Non-isolated high gain DCDC converter by quadratic boost converter and voltage multiplier cell,” Ain Shams Eng J., vol. 9, no. 41, pp. 397–406, 2018.

L. J. Jeremy, C. A. Ooi, and J. Teh, “Non-isolated conventional DC-DC converter comparison for a photovoltaic system: A review,” Journal of Renewable and Sustainable Energy, vol. 12, no. 1, 2020.

O. Ibrahim, N. Z. Yahaya, N. Saad, and M. W. Umar, “Matlab/Simulink model of solar PV array with perturb and observe MPPT for maximising PV array efficiency,” In: 2015 IEEE Conf. Energy Conversion, CENCON, pp. 54–58, 2015.

A. Kolli, A. Gaillard, A. D. Bernardinis, O. Bethoux, D. Hissel, and Z. Khatir, “A review on DC/DC converter architectures for power fuel cell applications,” Energy Convers Manag, vol. 105, no. 7, pp. 16–30, 2015.

S. T. Meraj, “A diamond shaped multilevel inverter with dual mode of operation,” IEEE Access, vol. 9, no. 598, pp. 73–87, 2021.

S. Padmanaban, M. S. Bhaskar, P. K. Maroti, F. Blaabjerg, and V. Fedák, “An original transformer and switched-capacitor (T & SC)-based extension for DC-DC boost converter for high-voltage/low-current renewable energy applications: Hardware implementation of a new T & SC boost converter,” Energies, vol. 11, no. 4, 2018.

K. J. Reddy and N. Sudhakar, “High voltage gain interleaved boost converter with neural network based mppt controller for fuel cell based electric vehicle applications,” IEEE Access, vol. 6, no. 3, pp. 899–908, 2017.

S. T. Meraj, N. Z. Yahaya, K. Hasan, and A. Masaoud, “A hybrid T-type (HT-type) multilevel inverter with reduced components,” Ain Shams Eng J., 2021.

M. J. Khan and L. Mathew, “Comparative study of maximum power point tracking techniques for hybrid renewable energy system” Int J Electron, vol. 106, no. 8, pp.16–28, 2019.

P. Azer and A. Emadi, “Generalized state space average model for multi-phase interleaved buck, boost and buck-boost DC-DC converters: transient, steadystate and switching dynamics,” IEEE Access, vol. 8, no. 777, pp. 35–45, 2020.

V. Viswanatha, “Microcontroller based bidirectional buck–boost converter for photo-voltaic power plant,” Journal of Electrical Systems and Information Technology, vol. 5, no. 3, pp.745-758. 2018.

H. Ardi, R. A. Reza, and S. N. Ravadanegh, “Non?isolated bidirectional DC–DC converter analysis and implementation,” IET Power Electronics, vol. 7, no. 12, pp. 3033-3044, 2014.

F. S. Mohammadzadeh, E. Babaei, and M. Farsadi, “Analysis and design of voltage?lift technique?based non?isolated boost dc–dc converter. IET Power Electronics,” vol. 11, no. 6, pp. 1083-1091, 2018.

M. Veerachary and V. Khubchandani, “Analysis, design, and control of switching capacitor based buck–boost converter,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 55, no. 3, pp. 2845-2857, 2018.

B. Chandrasekar, C. Nallaperumal, S. Padmanaban, M. S. Bhaskar, J. B. Holm-Nielsen, Z. Leonowicz, and S. O. Masebinu, “Non-isolated high-gain triple port DC–DC buck-boost converter with positive keluaran voltage for photovoltaic applications,” IEEE Access, vol. 8, pp. 113649-113666, 2020.

Y. Y. Tsai, Y. S. Tsai, C. W. Tsai, and C. H. Tsai, “Digital noninverting-buck–boost converter with enhanced duty-cycle-overlap control,” IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 64, no. 1, pp. 41-45, 2016.

K. Jayaswal and D. K Palwalia, “Performance analysis of non-isolated DC-DC buck converter using resonant approach,” Engineering, Technology & Applied Science Research, vol. 8, no. 5, pp.3350-3354, 2018.

Downloads

Published

2023-10-09

Issue

Section

Articles