Pengerjaan contoh soal SEPIC dari buku Daniel W. Hart dengan PSDT 4.0, PSIM, dan LTspice

Salah satu (sumber) penjelasan yang baik mengenai SEPIC (Single-Ended Primary-Inductance Converter) terdapat di buku Daniel W. Hart; D. W. Hart, Power Electronics, 1st ed. New York: McGraw-Hill Higher Education, 2010. Di Chapter 6, di halaman 236 terdapat contoh soal yang baik untuk dijadikan sebagai latihan pemahaman tentang bagaimana variabel-variabel (parameters) dari sebuah rangkaian SEPIC mempengaruhi unjuk kerja sistem. Di halaman tersebut sudah terdapat contoh pengerjaan manual, sehingga kali ini hanya akan dicoba dibuktikan dengan menggunakan Power Stage Designer Tool 4.0 dari Texas Instruments, PSIM 12.0.3 student version dari Powersim, dan LTspice dari Analog Devices.

Pada tulisan sebelumnya telah diperlihatkan bagaimana penggunaan PSIM untuk rangkaian yang umum dipelajari pada mata kuliah Elektronika Daya I. Kali ini akan dicoba untuk memperlihatkan bagaimana simulasi rangkaian SEPIC dapat dilakukan dengan mempergunakan aplikasi yang secara legal diperoleh secara gratis dengan educational license.

Soal dari buku Daniel W. Hart dipergunakan semata-mata untuk keperluan pendidikan, #FairUse.

Parameter rangkaian SEPIC:

V_s = 9 V
D = 0.4
f = 100 kHz
L₁ = L₂ = 90 μH
C₁ = C₂ = 80 μF
I_o = 2 A

Carilah output voltage (tegangan keluaran) ; the average, maximum, and minimum inductor currents (arus induktor rata-rata, maksimum dan minimum); dan the variation in voltage across each capacitor (variasi tegangan di masing-masing kapasitor).

Perhitungan di buku coba direkonstruksi dengan menggunakan PSD (PSD 4.0/PSDT 4.0) yang juga bebas diperoleh gratis dari website Texas Instruments. Kapasitor C₁ di soal adalah juga kapasitor C₁ pada PSD 4.0, sedangkan C₂ pada soal adalah C_o pada rangkaian simulasi PSD 4.0. Komponen induktor L₁ dan L₂bersesuaian posisi pada rangkaian di PSD 4.0.

[ Semua gambar di bawah ini dapat dilihat versi tampilan yang lebih besar dengan cara melakukan klik-kanan di gambar lalu memilih “Open image in new tab” pada browser. ]

Gambar 1. Simulasi contoh soal dengan PSD 4.0

Gambar 2. Simulasi rangkaian SEPIC dengan PSIM.

Gambar 3. Hasil simulasi, nilai rata-rata tegangan keluaran.

Bandingkan Gambar 3 yang merupakan hasil dari simulasi PSIM dengan Gambar 4 berikut yang merupakan hasil dari rancangan awal dengan PSD 4.0.

Gambar 4. Hasil PSD 4.0, nilai tegangan keluaran dari rangkaian/sistem.
Gambar 5. Nilai arus minimum dan maksimum di induktor L₁ dengan arus keluaran rangkaian sebesar 2 A dan tegangan masukan 9 V.

Gambar 6. Nilai arus rata-rata di induktor L₁menurut simulasi PSIM.

Gambar 7. Zoom in di hasil simulasi PSIM untuk nilai arus di induktor L₁.

Di Gambar 7, bisa dilihat berapa nilai maksimum, berapa nilai minimum dan juga berapa nilai selisih (delta, ∆) untuk arus di induktor L₁.

Gambar 8. Nilai arus minimum dan maksimum di induktor L₂ dengan arus keluaran rangkaian sebesar 2 A dan tegangan masukan 9 V.

Gambar 9. Zoom in di hasil simulasi PSIM untuk nilai arus di induktor L₂.

Gambar 10. Nilai tegangan minimum dan maksimum di kapasitor C₁ dengan arus keluaran rangkaian sebesar 2 A dan tegangan masukan 9 V.

Gambar 11. Zoom in di hasil simulasi PSIM untuk nilai arus di kapasitor C₁.

Di Gambar 11, bisa dilihat berapa nilai maksimum, berapa nilai minimum dan juga berapa nilai selisih (delta, ∆) untuk tegangan di kapasitor C₁.

Gambar 12. Rangkaian simulasi PSIM untuk melihat simulasi penyulutan pada gate MOSFET dan nilai tegangan keluaran rangkaian/sistem.

Gambar 13. Hasil simulasi PSIM untuk penyulutan pada gate MOSFET dan nilai tegangan keluaran rangkaian/sistem.

Gambar 14. Hasil zoom-in simulasi PSIM untuk penyulutan pada gate MOSFET dan nilai tegangan keluaran rangkaian/sistem.

Telah dapat dilihat pada rangkaian gambar sebelum ini bagaimana rancangan konverter elektronika daya berupa SEPIC yang awalnya disimulasikan dengan PSD/PSDT kemudian disimulasikan dengan simulator lain, yaitu PSIM. Berikutnya, bagaimana jika rangkaian yang sama (bersumber dari contoh soal di buku) itu disimulasikan di LTspice? Simulator LTspice adalah simulator SPICE yang secara legal dapat diperoleh secara gratis. Dahulu installer dapat diunduh di situs Linear Technology, perusahaan pembuatnya. Namum sekarang setelah Linear Technology dibeli dan menjadi bagian dari perusahaan Analog Devices, maka simulator ini dapat di unduh di tempatnya yang baru, di sini.

Gambar 15. Rangkaian simulasi SEPIC di simulator LTspice.

Tanda panah berwarna merah di Gambar 15 menunjukkan konvensi penandaan arah arus di komponen yang terdekat dengan tanda panah itu. Konvensi ini mengikuti penandaan pada buku Daniel W. Hart, agar lebih mudah untuk memahami cara kerja open-loop SEPIC circuit berdasarkan hasil simulasi LTspice yang akan ditampilkan kemudian.

Gambar 16. Kondisi rangkaian SEPIC saat sakelar MOSFET menutup dan diode off.

Gambar 17. Kondisi rangkaian SEPIC saat sakelar MOSFET terbuka dan diode on.

Gambar 18. Hasil simulasi contoh soal rangkaian SEPIC dengan LTspice.

Jika anda perhatikan pada Gambar 18, terdapat tanda negatif pada kurva untuk iL₁ dan iL₂. Hal ini hanya pengaturan kecil dan tidak mempengaruhi besaran nilai, hanya polaritas (arah arus) saja yang berubah. Pemberian tanda minus/negatif ini agar arah arus pada kedua induktor akan sama dengan penandaan/konvensi arah arus pada Gambar 15.

Telah dapat dilihat bahwa LTspice dapat berfungsi sama dengan PSIM untuk simulasi SEPIC. Apa fokus simulasi yang dilakukan di LTspice dapat diatur sendiri sesuai keperluan dan rasa ingin tahu. Ikuti terlebih dahulu pengaturan seperti pada Gambar 18, agar anda dapat membayangkan apa yang terjadi pada kondisi di Gambar 15, Gambar 16, dan Gambar 17. Berikutnya anda bisa fokus pada masing-masing bagian sehingga LTspice dapat memberikan hasil seperti yang ditampilkan oleh PSIM di gambar-gambar sebelumnya.

Sebenarnya PSIM telah memiliki fasilitas untuk dapat melakukan simulasi SPICE di dalam software PSIM. Sehingga pengguna tidak perlu memanggil aplikasi lain untuk melakukan simulasi SPICE, misalnya CoolSPICE atau LTspice. Sayangnya untuk student version seperti yang dipergunakan di sini, fasilitas itu tidak diberikan. Namun demikian, telah dapat dibuktikan untuk sebatas keperluan belajar ini, versi PSIM yang diberikan masih memadai.

Gambar 19. Perbedaan fasilitas pada versi-versi PSIM.

font cache: Ψ α β π θ μ Φ φ ω Ω ° ~ ± ≈ ≠ ≡ ≤ ≥ ∞ ∫ • ∆

Dasar pengaturan perkuliahan [02, beban belajar]

[intense_panel shadow=”5″ title=”Politeknik” title_color=”#a2e0de” title_font_color=”#e60000″ border=”1px solid #b5b5b5″]

“The main goal of polytechnic education is to prepare students for employment in the working industry.”

Tan, S.-E. (2012). Authentic assessment for Fundamental Electronics. In 2012 IEEE International Conference on Teaching, Assessment and Learning for Engineering (TALE)
(pp. W1A–11–W1A–16). doi:10.1109/TALE.2012.6360397

[/intense_panel]

Gambar 1. Sumber #1.

Gambar 2. Sumber #1.

Gambar 3. Sumber #1.

Gambar 4. Sumber #2.

[intense_panel title=”Permendikti” title_color=”#05542b” border=”2px solid #349e13″]

Pasal 11
(1) Karakteristik proses pembelajaran sebagaimana
dimaksud dalam Pasal 10 ayat (2) huruf a terdiri atas
sifat interaktif, holistik, integratif, saintifik, kontekstual,
tematik, efektif, kolaboratif, dan berpusat pada
mahasiswa.

(10) Berpusat pada mahasiswa sebagaimana dimaksud pada
ayat (1) menyatakan bahwa capaian pembelajaran
lulusan diraih melalui proses pembelajaran yang
mengutamakan pengembangan kreativitas, kapasitas,
kepribadian, dan kebutuhan mahasiswa, serta
mengembangkan kemandirian dalam mencari dan
menemukan pengetahuan.

–sumber: PERATURAN MENTERI RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI
REPUBLIK INDONESIA
NOMOR 44 TAHUN 2015
TENTANG STANDAR NASIONAL PENDIDIKAN TINGGI

[/intense_panel]

Gambar 5. Sumber #2.

Gambar 6. Sumber: share.its.ac.id

Gambar 7. Sumber: kopertis3.or.id.

Gambar 8. Sumber: STANDAR-PENDIDIKAN-TINGGI-2014ringkas.pdf.

Gambar 9. Sumber #1.

[su_photo_panel border=”2px solid #e1ff03″ shadow=”0px 1px 1px #eeeeee” text_align=”left” photo=”https://sunupradana.info/pe/wp-content/uploads/2016/09/img_57d2d6b8cfad8.png”]

Tugas terstruktur atau lebih dikenal sebagai ‘pekerjaan rumah’ (PR) adalah penugasan yang diberikan oleh dosen kepada mahasiswa untuk dikerjakan di luar ruang kelas perkuliahan. Penugasan dimaksudkan sebagai kepanjangan belajar di kelas atau untuk mengelaborasi materi pembelajaran. Menurut US Department of Education, terdapat tiga jenis tugas terstruktur, yaitu : praktik, persiapan, dan kepanjangan kelas. Penugasan praktik atau latihan ditujukan untuk memperkuat keterampilan yang baru diperoleh atau dibahas di kelas. Contohnya, mahasiswa yang baru belajar suatu rumus atau metode baru, diberi kesempatan untuk menerapkan rumus atau metode yang dipelajari tersebut memecahkan permasalahan yang berkaitan dengan materi bahasan. Penugasan persiapan adalah tugas yang diberikan sebelum mahasiswa masuk kelas. Hal ini dimaksudkan agar mahasiswa lebih siap ketika mengikuti perkuliahan. Sedangkan penugasan kepanjangan kelas biasanya berupa tugas akhir yang komprehensif membahas seluruh materi pembelajaran.

–sumber: MEMAHAMI-HAKIKAT-DARI-PEMBERIAN-TUGAS-TERSTRUKTUR-PERKULIAHAN.pdf

[/su_photo_panel]

Gambar 10.

[01.] http://www.slideshare.net/sunupradana/materi-sosialisasi-snpt-oleh-ridwan
[02.] http://pditt.belajar.kemdikbud.go.id/

Dasar pengaturan perkuliahan [01, SNPT]

[intense_panel shadow=”5″ title=”Politeknik” title_color=”#a2e0de” title_font_color=”#e60000″ border=”1px solid #b5b5b5″]

“The main goal of polytechnic education is to prepare students for employment in the working industry.”

[/intense_panel]

Gambar 1. Sumber #1.

Gambar 2. Sumber #1.

Gambar 3. Sumber #1.

Gambar 4. Sumber #1.

Gambar 5. Sumber #1.

Gambar 6. Sumber: Sosialisasi KKNI.pdf.

Gambar 7. Sumber: qa.its.ac.id.

[su_panel border=”2px solid #787878″ shadow=”1px 2px 2px #eeeeee” radius=”1″]

Jenjang Kualifikasi 1

Mampu melaksanakan tugas sederhana, terbatas, bersifat rutin, dengan menggunakan alat, aturan, dan proses yang telah ditetapkan, serta di bawah bimbingan, pengawasan, dan tanggung jawab atasannya.
Memiliki pengetahuan faktual.
Bertanggung jawab atas pekerjaan sendiri dan tidak bertanggung jawab atas pekerjaan orang lain.

Jenjang Kualifikasi 2

Mampu melaksanakan satu tugas spesifik, dengan menggunakan alat, dan informasi, dan prosedur kerja yang lazim dilakukan, serta menunjukkan kinerja dengan mutu yang terukur, di bawah pengawasan langsung atasannya.
Memiliki pengetahuan operasional dasar dan pengetahuan faktual bidang kerja yang spesifik, sehingga mampu memilih penyelesaian yang tersedia terhadap masalah yang lazim timbul.
Bertanggung jawab pada pekerjaan sendiri dan dapat diberi tanggung jawab membimbing orang lain.

Jenjang Kualifikasi 5

Mampu menyelesaikan pekerjaan berlingkup luas, memilih metode yang sesuai dari beragam pilihan yang sudah maupun belum baku dengan menganalisis data, serta mampu menunjukkan kinerja dengan mutu dan kuantitas yang terukur.
Menguasai konsep teoritis bidang pengetahuan tertentu secara umum, serta mampu memformulasikan penyelesaian masalah prosedural.
Mampu mengelola kelompok kerja dan menyusun laporan tertulis secara komprehensif.
Bertanggung jawab pada pekerjaan sendiri dan dapat diberi tanggung jawab atas pencapaian hasil kerja kelompok.

Jenjang Kualifikasi 6

Mampu mengaplikasikan bidang keahliannya dan memanfaatkan ilmu pengetahuan, teknologi, dan/atau seni pada bidangnya dalam penyelesaian masalah serta mampu beradaptasi terhadap situasi yang dihadapi.
Menguasai konsep teoritis bidang pengetahuan tertentu secara umum dan konsep teoritis bagian khusus dalam bidang pengetahuan tersebut secara mendalam, serta mampu memformulasikan penyelesaian masalah prosedural.
Mampu mengambil keputusan yang tepat berdasarkan analisis informasi dan data, dan mampu memberikan petunjuk dalam memilih berbagai alternatif solusi secara mandiri dan kelompok.
Bertanggung jawab pada pekerjaan sendiri dan dapat diberi tanggung jawab atas pencapaian hasil kerja organisasi.

Jenjang Kualifikasi 7

Mampu merencanakan dan mengelola sumberdaya di bawah tanggung jawabnya, dan mengevaluasi secara komprehensif kerjanya dengan memanfaatkan ilmu pengetahuan, teknologi, dan/atau seni untuk menghasilkan langkah-langkah pengembangan strategis organisasi.
Mampu memecahkan permasalahan ilmu pengetahuan, teknologi, dan/atau seni di dalam bidang keilmuannya melalui pendekatan monodisipliner.
Mampu melakukan riset dan mengambil keputusan strategis dengan akuntabilitas dan tanggung jawab penuh atas semua aspek yang berada di bawah tanggung jawab bidang keahliannya.

Jenjang Kualifikasi 8

Mampu mengembangkan pengetahuan, teknologi, dan/atau seni di dalam bidang keilmuannya atau praktek profesionalnya melalui riset, hingga menghasilkan karya inovatif dan teruji.
Mampu memecahkan permasalahan ilmu pengetahuan, teknologi, dan/atau seni di dalam bidang keilmuannya melalui pendekatan inter atau multidisipliner.
Mampu mengelola riset dan pengembangan yang bermanfaat bagi masyarakat dan keilmuan, serta mampu mendapat pengakuan nasional dan internasional.

sumber kutipan: http://qa.its.ac.id/id/kkni/

[/su_panel]