How to cite:
Bagas Briantara Putra Wiwaha, I Ketut Wiryajati, I Nyoman Wahyu Satiawan (2024) Peningkatan
Kinerja Konverter Buck Boost Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy, (06) 09,
E-ISSN:
2684-883X
Peningkatan Kinerja Konverter Buck Boost Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy
Bagas Briantara Putra Wiwaha, I Ketut Wiryajati, I Nyoman Wahyu Satiawan
Universitas Mataram, Indonesia
Email: [email protected]
Abstrak
Konverter buck-boost adalah salah satu perangkat penting dalam aplikasi konversi daya yang
mampu menaikkan atau menurunkan tegangan sesuai kebutuhan beban. Namun, Tantangan
utama dalam pengoprasian konverter buck-boost adalah menjaga stabilitas tegangan keluaran.
Pemilihan kontrol PID merupakan salah satu cara yang dapat digunakan untuk menjaga
tegangan keluaran agar tetap stabil dalam penelitian ini digunakan buck boost dengan input 12
volt serta kontrol PID yang diatur dengan beberapa parameter yang dapat mengurangi
kesalahan dan menstabilkan tegangan keluaran, Nilai konstanta PID yaitu Kp = 2 dan Ki = 0.2
dengan parameter tersebut didapatkan hasil yang kurang stabil dengan time rise = 72,45 ms
dan overshoot = 0,995 % untuk mode boost dengan tegangan keluaran 24 volt dan time rise =
123,2 ms dan overshoot = 0,995 % untuk mode buck dengan tegangan keluaran 5 volt.
Dengan demikian untuk memaksimalkan sistem dengan tegangan keluaran yang stabil
digunakan kontrol logika fuzzy yang mempunyai respon waktu yang adaptif serta mampu
beradaptasi terhadap variasi beban hasil simulasi menunjukan tegangan keluaran dari kontrol
logika fuzzy memiliki time rise = 114 ms dan overshoot = 0,761 % pada mode boost dan time
rise = 104 ms dengan overshoot = 0,971 % pada mode buck. Keuntungan dari kontrol logika
fuzzy yaitu lebih optimal dan mampu menyempurnakan kinerja sistem secara responsive
dibandingkan dengan kontrol konvensional lain.
Kata Kunci: Konverter buck-boost, PID, Logika fuzzy, Peningkatan kinerja, Mode buck
dan boost
Abstract
Buck-boost converters are one of the important devices in power conversion applications that
are capable of increasing or decreasing the voltage according to the load requirements.
However, the main challenge in operating a buck-boost converter is maintaining the stability
of the output voltage. The selection of PID control is one of the ways that can be used to keep
the output voltage stable, in this study, buck boost with 12 volts input is used and PID control
is set with several parameters that can reduce errors and stabilize the output voltage, the PID
constant values are Kp = 2 and Ki = 0.2 with these parameters obtained less stable results
with time rise = 72.45 ms and overshoot = 0.995 % for boost mode with voltage 24 volt
output and time rise = 123.2 ms and overshoot = 0.995 % for buck mode with an output
voltage of 5 volts. Thus, to maximize the system with a stable output voltage, a fuzzy logic
control is used which has an adaptive time response and is able to adapt to load variations,
the simulation results show that the output voltage of the fuzzy logic control has a time rise =
114 ms and overshoot = 0.761 % in boost mode and time rise = 104 ms with overshoot =
JOURNAL SYNTAX IDEA
p–ISSN: 2723-4339 e-ISSN: 2548-1398
Vol. 6, No. 09, September 2024
Bagas Briantara Putra Wiwaha, I Ketut Wiryajati, I Nyoman Wahyu Satiawan
4038 Syntax Idea, Vol. 6, No. 09, September 2024
0.971 % in buck mode. The advantage of fuzzy logic control is that it is more optimal and able
to improve system performance responsively compared to other conventional controls.
Keywords: Buck-boost converter, PID, Fuzzy logic, Performance boost, Buck and boost mode
PENDAHULUAN
Buck-Boost Konverter merupakan rangkaian elektronika yang dapat
meningkatkan/menurunkan tegangan dengan cepat (Almanda & Chamdareno, 2019; Banaei &
Bonab, 2019). Itu tergantung dengan rasio tugas yang di berikaan jika rasio tugas lebih dari
50% converter akan meningkatkan tegangan (boost), Sedangkan jika rasio tugas kurang dari
50% converter akan menurunkan tegangan (buck) (Wiryajati et al., 2024). Kemampuan ini
memberikan fleksibilitas tinggi dalam pengaturan daya, menjadikan konverter Buck-Boost
sebagai komponen penting dalam berbagai aplikasi teknologi. Prinsip kerja konverter Buck-
Boost umumnya melibatkan penyimpanan energi dalam induktor selama satu siklus kerja dan
melepaskannya ke beban selama siklus kerja berikutnya, dengan tegangan keluaran yang
diatur oleh duty cycle dari saklar elektronik yang digunakan (Ajami et al., 2014; Jumiyatun et
al., 2021).
Pengaturan Duty cycle selain dapat mengatur nilai konversi juga Konverter Buck Boost
memiliki banyak kengunggulan antara lain memiliki fleksibilitas tegangan dan stabilitas
tegangan yang bagus meskipun memiliki banyak keunggulan Maulina et al., (2024), konverter
Buck-Boost juga memiliki beberapa kelemahan yang signifikan salah satu masalah utamanya
adalah kinerjanya yang tidak stabil ketika menghadapi variasi beban atau perubahan tegangan
masukan (Adhul & Ananthan, 2020; Carrano et al., 2013).
Untuk mengatasi masalah tersebut kontrol PID sering digunakan pada sistem konverter
daya seperti buck boost, kontrol PID dapat mengatur tegangan keluaran dengan lebih
sederhana dan memiliki efektivitas yang bagus. Namun kontrol PID juga memiliki beberapa
kelemahan, salah satunya Ketika siste memiliki karakteristik non-linear atau variable yang
berubah-ubah (Setiawan, 2013). Dalam kondisi ini kontrol PID tidak dapat memberikan
kinerja optimal karena sensitivitasnya terhadap perubahan parameter pada sistem. Seperti
beban dan perubahan tegangan masukan (Yunta et al., 2022).
Untuk memaksimalkan hasil dari kontrol PID, Kontrol logika Fuzzy menjadi Solusi
yang lebih adaptif dan fleksibel (Aura, 2024). Kontrol logika fuzzy memiliki kemampuan
untuk mengatasi non-linear dan ketidakpastian yang ada dalam sistem, Sehingga dapat
memberikan hasil yang llebih baik dalam mengatur tegangan keluaran pada konverter buck-
boost. Penggunaan kontrol logika fuzzy pada konverter buck-boost dapat meningkatkan
stabilitas dan akurasi tegangan keluaran, meskipun dengan variasi beban atau perubahan
parameter pada system (Kusmantoro, 2022). Dengan demikian kontrol logika fuzzy mampu
menyempurnakan kinerja konverter buck-boost, membuatnya lebih andal dan efisien serta
praktis (IGAM, 2024).
METODE PENELITIAN
Perancangan Buck-Boost Konverter
Penulis melakukan similasi rangkaian Konverter Buck-Boost menggunakan Simulink
MATLAB setelah itu nilai-nilai parameter yang diperlukan untuk merancang dan
mensimulasikan konverter buck-boost ditentukan.
Peningkatan Kinerja Konverter Buck Boost Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy
Syntax Idea, Vol. 6, No. 09, September 2024 4039
Tabel 1. Spesifikasi Konverter Buck-Boost
Parameter
Nilai
Tegangan Input
12 V
Teganga Output
5V dan 24V
Resistor
6.5 Ω
Capasitor
Induktor
Frekuensi
20 KHz
Perancangan Kontrol PID
Kontrol PID berfungsi untuk mengontrol tegangan keluaran agar tetap stabil dan sesuai
dengan nilai refernsi yang diinginkan. Terdapat tiga parameter yang diatur pada kontrol PID
yaitu propotional (Kp) yang berfungsi untuk membuat sistem merespon lebih cepat terhadap
error namun juga dapat menyebabkan overshoot jika nilai propotional (Kp) terlalu besar,
integral (Ki) berfungsi untuk menghilangkan error steady-state, dan derivative (Kd) berfungsi
sebagai koreksi dari sistem sebelum terjadi overshoot.
(1)
Keterangan :
= Sinya Kontrol
= Error
= Konstanta Propotional
= Konstanta Integral
= Konstanta Derivative
Perancangan Kontrol logika Fuzzy
Kontrol logika fuzzy berfungsi untuk mengontrol PWM untuk kontrol tegangan
keluaran dari Buck – Boost converter. Kontrol tegangan ini digunakan untuk menghasilkan
tegangan keluaran yang stabil. Variabel masukan fuzzy yang digunakan adalah nilai tegangan
keluaran dari Konverter Buck – Boost yang nanti akan di olah melalui fuzzy inference siste
dan diubah dalam deret keanggotaan pada fungsi keanggotaan Error (E) dan Delta Error ΔE.
Sehingga keluaran fuzzy akan mengatur besarnya duty cycle.
Error (E) adalah perbedaan nilai anatara tegangan referensi dengan tegangan keluaran
dari Buck-Boost Konverter. Sedangkan Delta Error adalah perbedaan nilai antara error saat ini
dengan error sebelumnya. Fungsi keanggotaan dapat dilihat pada gambar 2.
a
b
Gambar 2. Fungsi kanggotaan (a) Error, (b) Delta Error
Bagas Briantara Putra Wiwaha, I Ketut Wiryajati, I Nyoman Wahyu Satiawan
4040 Syntax Idea, Vol. 6, No. 09, September 2024
Dari fungsi keanggotaan yang telah ditentukan dapat dibentuk rule base yang dapat
dilihat seperti pada Tabel 2.
Tabel 2. rule base
E/dE
NL
Z
PS
PL
NL
NL
NL
NS
Z
NS
NL
NS
Z
PS
Z
NL
Z
PS
PL
PS
NS
PS
PL
PL
PL
Z
PL
PL
PL
Keterangan :
NL =Negative Large
NS =Negative Small
Z =Zero
PS =Positif Small
PL =Positif Large
Simulasi Konverter Buck- Boost
Konverter buck-boost memiliki tegangan input sebesar 12 V dan tegangan output
dengan mode Buck sebesar 5V dan pada mode Boost sebesar 24 V. Untuk mencapai tegangan
output yang stabil digunakan kontrol PID yang mengatur duty cycle berdasarkan perbedaan
nilai yang terdeteksi. Serta penggunaan kontrol Logika Fuzzy yang akan menyempurnakan
tegangan keluaran dari Buck-Boost Konverter. Simulasi dilakukan dengan menggunakan nilai
parameter komponen yang telah ditetapkan sebelumnya. Simulasi dari rangkain buck boost
menggunakan kontrol PID dan Fuzzy dapat dilihat pada gambar 3, 4 dan 5.
Gambar 3. Rangkaian Konverter Buck-Boost open loop
Gambar 4 Rangkaian Konverter Buck-Boost close loop PID
Peningkatan Kinerja Konverter Buck Boost Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy
Syntax Idea, Vol. 6, No. 09, September 2024 4041
Gambar 5. Rangkaian Konverter Buck-Boost close loop Fuzzy
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Simulasi Konverter Buck-Boost mode boost
Gambar 6. Tegangan Keluaran 24 Volt mode Boost
Dari hasil simulasi di atas dapat di Analisa bahwa tegangan keluaran dari open loop
pada buck boost menghasilkan tegangan 24,01 volt dengan waktu respon yang sangat cepat
dan tidak dapat beradaptasi terhadap beban yang ada sehingga menyebabkan tegangan
keluaran mengalami overshoot sebesar 0,041% dan membuat ripple tegangan yang tinggi juga
(Huda, 2022). Tegangan keluaran pada buck boost dengan kontrol PID dengan nilai Kp =2
dan Ki = 0,2 didapatkan overshoot yang tinggi sebesar 1,75% serta waktu respon yang lebih
lambat dari pada kontroler lain karna harus memperoses umpan balik untuk mengurangi error
steady-state yang terjadi dan buck boost dengan kontrol logika fuzzy menghasilkan tegangan
keluaran sebesar 24,08 volt dengan overshoot sebesar 0,3 % namun dengan respon waktu
yang adiptif serta ripple tegangan yang sangat rendah dibandingkan dengan open loop dan
kontrol PI (Otong & Bajuri, 2017). Data dari perbandingan antara konverter buck boost loop
terbuka, pid dan fuzzy dapat dilihat pada table 3.
Tabel 3 Komparasi Kontrol
No
Performa
Kontroller
Loop Terbuka
PID
Fuzzy
1
Time Rise (Tr)
46.001 ms
72.452 ms
114.015 ms
2
Slew Rate (Sr)
208.789 s
133.60 s
84.490 s
3
Overshoot (Ov)
0.988%
0.995%
0.761%
Hasil Pengujian Simulasi Buck-Boost Konverter mode buck
Bagas Briantara Putra Wiwaha, I Ketut Wiryajati, I Nyoman Wahyu Satiawan
4042 Syntax Idea, Vol. 6, No. 09, September 2024
Gambar 7. Tegangan keluaran 5 Volt mode Buck
Dari hasil simulasi pada gambar 7 didapatkan tegangan keluaran openloop sebesar
5.06 volt dengan waktu respon yang sangat cepat sehingga menyebabkan tegangan overshoot
sebesar 0.992% dan ripple tegangan yang masih tinggi dan pada konverter buck boost
menggunakan kontrol PID dengan nilai Kp = 2, Ki = 0.2 menghasilkan tegangan keluaran
sebesar 5.076 volt dengan waktu respon yang lebih lambat dari kontroller lain yang
menyebabkan tegangan overshoot sebesar 0.995% dan buck boost converter dengan kontol
fuzzy mendapatkan tegangan keluaran sebesar 5 volt serta waktu respon yang lebih rendah
dari kontrol lain yang menyebabkan tegangan overshoot sebesar 0.971% dengan demikian
kontol fuzzy memiliki waktu respon yang lebih adaptif dengan overshoot yang kecil. Data
dari perbandingan antara konverter buck boost loop terbuka, pid dan fuzzy dapat dilihat pada
table 4.
Tabel 4 Komparasi Kontrol
No
Performa
Kontroller
Loop Terbuka
PID
Fuzzy
1
Time Rise (Tr)
57.763 ms
123.203 ms
104.051 ms
2
Slew Rate (Sr)
35.074 s
16.482 s
19738 s
3
Overshoot (Ov)
0.992%
0.995%
0.971%
KESIMPULAN
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan optimalisasi dari buck boost converter agar
tegangan keluaran yang dihasilkan dapat stabil dan maksimal. Berdasarkan penelitian yang
telah dilakukan, Dengan menerapkan kontrol logika fuzzy dalam memodifikasi aturan dasar
dari logika fuzzy seperti input error dan delta Error sehingga menghasilkan tegangan keluaran
yang stabil dengan nilai 24 volt pada mode boost dan 5 volt pada mode buck dengan waktu
respon yang adaptif setra overshoot yang kecil dengan nilai 0.761 % pada tegangan keluaran
24 Volt serta 0.971 % pada tegangan keluaran 5 volt hasil penerapan kontrol logika fuzzy
pada konverter buck boost memeberikan hasil yang lebih maksimal dibandingkan kontrol
konvensional lain karena kontrol logika fuzzy dapat beradaptasi dengan beban serta memiliki
waktu respon yang adaptif sehingga dapat mengurangi overshoot yang terjadi pada converter
buck boost.
BIBLIOGRAFI
Adhul, S. V, & Ananthan, T. (2020). FOPID controller for buck converter. Procedia
Computer Science, 171, 576–582.
Ajami, A., Ardi, H., & Farakhor, A. (2014). Design, analysis and implementation of a buck–
boost DC/DC converter. IET Power Electronics, 7(12), 2902–2913.
Peningkatan Kinerja Konverter Buck Boost Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy
Syntax Idea, Vol. 6, No. 09, September 2024 4043
Almanda, D., & Chamdareno, P. G. (2019). Perbandingan Kinerja Konverter Buck Boost Dan
Konverter Sepic Sebagai Charger Baterai Berbasis Panel Surya. Prosiding Semnastek.
Aura, K. (2024). A Implementasi Fuzzy Logic Pada Kendali Robot E-Puck Wall Following:
Implementasi Metode Mamdani pada Fuzzy Logic Controller untuk Navigasi Robot e-
puck Mengikuti Dinding. JEECAE (Journal of Electrical, Electronics, Control, and
Automotive Engineering), 9(1), 16–21.
Banaei, M. R., & Bonab, H. A. F. (2019). A high efficiency nonisolated buck–boost converter
based on ZETA converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 67(3), 1991–
1998.
Carrano, R. C., Passos, D., Magalhaes, L. C. S., & Albuquerque, C. V. N. (2013). Survey and
taxonomy of duty cycling mechanisms in wireless sensor networks. IEEE
Communications Surveys & Tutorials, 16(1), 181–194.
Huda, R. N. (2022). Desain dan Simulasi Non-Inverting Buck-Boost Konverter. MSI
Transaction on Education, 3(4), 187–198.
IGAM, R. (2024). Rancang Bangun Dc/Dc Cuk Converter Berbasis Fuzzy Logic Control
Untuk Kendali Baterai Pada Plts Skala Kecil. Itn Malang.
Jumiyatun, S., Irwan Mahmudi, S. T., & Aidynal Mustari, S. T. (2021). Kontrol Power
Elektronik Dan Aplikasinya: Perancangan, Pemodelan, Simulasi dan Implementasi.
Media Nusa Creative (MNC Publishing).
Kusmantoro, A. (2022). Peningkatan Daya Pv Terhubung Ke Grid Dengan Koordinasi
Kontrol MPPT.
Maulina, N. G., Wiryajati, I. K., & Satiawan, I. N. W. (2024). Peningkatan Kinerja Cuk
Konverter Berbasis Kontroler Konvensional Dengan Metode Persamaan Linier. Action
Research Literate, 8(5).
Otong, M., & Bajuri, R. M. (2017). Maximum power point tracking (MPPT) pada sistem
pembangkit listrik tenaga angin menggunakan buck-boost converter. Setrum: Sistem
Kendali-Tenaga-Elektronika-Telekomunikasi-Komputer, 5(2), 103–110.
Setiawan, I. (2013). Kontrol PID untuk proses industri. Elex Media Komputindo.
Wiryajati, I. K., Satiawan, I. N. W., Citarsa, I. B. F., Budi, I. M., Suksmadana, S., &
Supriono, S. (2024). Simulasi Dan Analisis Model Matematika Three State Buck-Boost
Converter (TBBC) Dengan Kendali State Feedback. Prosiding SAINTEK, 6, 83–91.
Yunta, P. J. P., Indriyani, L., & Maulidin, R. (2022). Sistem Penyimpanan Energi
Menggunakan Superkapasitor Dengan Buck Converter Dan Boost Converter. JETI
(Jurnal Elektro Dan Teknologi Informasi), 1(1), 13–18.
Copyright holder:
Bagas Briantara Putra Wiwaha, I Ketut Wiryajati, I Nyoman Wahyu Satiawan (2024)
First publication right:
Syntax Idea
This article is licensed under: