PERANCANGAN DAN PEMBUATAN KONVERTER DC-DC FULL-BRIDGE PHASE-SHIFTED ZERO-VOLTAGE-TRANSITION 400 V 250 W MENGGUNAKAN UC3879

Johan Agung Irawan, Eka Firmansyah, S.T., M.Eng., Ph.D.

2013 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Teknologi elektronika daya telah berhasil meningkatkan efisiensi konversi energi listrik. Konverter dc-dc, sebagai salah satu aplikasi elektronika daya, juga telah berkembang ke arah tersebut. Konverter dc-dc ditujukan untuk menghasilkan ukuran peralatan yang kecil dengan efisiensi yang tinggi pada proses konversi energi listrik terutama dari energi terbarukan. Salah satu topologi konverter dc-dc adalah konverter full-bridge. Topologi ini banyak digunakan karena memiliki isolasi galvanic dan cocok untuk aplikasi daya tinggi. Topologi ini menggunakan transformator frekuensi tinggi sehingga ukurannya lebih kecil dan efisiensinya lebih tinggi dibanding transformator frekuensi rendah konvensional. Salah satu metode untuk mengurangi rugi-rugi daya dan meningkatkan efisiensi pada proses konversi adalah teknik phase-shifted zero-voltage-transition (ZVT). Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat konverter dc-dc fullbridge phase-shifted ZVT 250 W yang mampu menaikkan tegangan masukan 12 V menjadi tegangan keluaran 400 V konstan dan memiliki efisiensi di atas 80%. Transformator frekuensi tinggi dibuat dengan menggunakan inti ferrite TDK PC44 PQ26/25. IC kontroler untuk PWM phase-shifted yang digunakan adalah UC3879. Sistem kendali menggunakan voltage-mode-control untuk menjaga agar tegangan keluaran konverter konstan walaupun terjadi perubahan beban. Metode k-factor digunakan untuk merancang kompensator sistem kendali. Hasil pengujian menunjukkan bahwa konverter dapat mencapai daya keluaran 250 W pada frekuensi penyaklaran 20 kHz. Rentang efisiensi konverter adalah antara 81,33-83,1%. Rangkaian kendali telah berhasil mempertahankan tegangan keluaran konverter agar konstan dan stabil pada sekitar 400 V dengan riak di bawah 1 V.

Power electronics technology has successfully pushed energy conversion efficiency to its limit. Dc-dc converter, as a power electronics application, has also developed toward that purpose. The converter is aimed toward smaller size and higher efficiency in the electrical energy conversion process especially from renewable energy. One of dc-dc converter topologies is a full bridge converter. The topology is usually used for its galvanic isolation and suitability for high power application. This topology employs a high frequency transformer therefore it has smaller size and higher efficiency than a conventional low frequency transformer. One method to reduce power losses and increase efficiency of conversion process is a technique called phase-shifted zero-voltage-transition (ZVT). This research was aimed to design and implement a 250 W full-bridge phaseshifted ZVT dc-dc converter that could step-up 12 V input voltage to 400 V constant output voltage which efficiency was more than 80%. The high frequency transformer was implemented by using PQ26/25 PC44 TDK ferrite core. IC controller for phaseshifted PWM was UC3879. Control system is optimised for voltage-mode-control to maintain constant output voltage despite varying load. K-factor method was used to design the control system compensator. The experimental results showed that the converter could reach 250 W output power at switching frequency of 20 kHz. The converter efficiency range was between 81.33-83.1%. The control circuit had been successfully maintaining constant and stable output voltage to about 400 V with less than 1 V ripple.

Kata Kunci : konverter dc-dc full-bridge, pulse-width-modulation (PWM) phase-shifted, zero-voltage-transition (ZVT), voltage-mode-control, metode k-factor