Industri Smelter, Investasi Asing, dan Potensi Ekspor Indonesia dalam Industri Baterai EV

 Industri Smelter, Investasi Asing, dan Potensi Ekspor Indonesia dalam Industri Baterai EV ⚡🚗🌍

Indonesia memiliki cadangan nikel terbesar di dunia, menjadikannya pusat perhatian dalam rantai pasok baterai kendaraan listrik (EV). Dengan dukungan investasi asing besar dan pembangunan smelter nikel & kobalt, Indonesia berambisi menjadi pemain utama dalam industri baterai global.

---

1. Industri Smelter di Indonesia 🏭

🔹 Mengapa Smelter Penting?

• Smelter mengolah bijih nikel laterit menjadi nikel sulfat atau mixed hydroxide precipitate (MHP), bahan utama baterai EV.

• Nikel mentah tidak bisa langsung digunakan dalam baterai, sehingga harus diproses lebih lanjut.

• Pemerintah melarang ekspor bijih nikel mentah sejak 2020 untuk mendorong hilirisasi dan nilai tambah.

🔹 Lokasi & Perusahaan Smelter Besar di Indonesia

Smelter	Lokasi	Investor
IMIP (Indonesia Morowali Industrial Park)	Morowali, Sulawesi	Tsingshan (China) + BUMN Indonesia
Weda Bay Industrial Park	Halmahera, Maluku	Eramet (Prancis) + Tsingshan (China)
Smelter Harita Nickel	Halmahera, Maluku	Harita Group (Indonesia) + Lygend (China)
Smelter Vale Indonesia	Sorowako, Sulawesi	Vale (Brazil) + Huayou Cobalt (China)
Smelter Pomalaa	Sulawesi Tenggara	LG Energy Solution (Korea) + Antam (Indonesia)

🔹 Teknologi Smelter yang Digunakan

• HPAL (High-Pressure Acid Leach): Digunakan untuk menghasilkan MHP & kobalt sulfat, bahan utama baterai EV.

• RKEF (Rotary Kiln Electric Furnace): Digunakan untuk menghasilkan feronikel, lebih banyak digunakan di industri baja.

• Indonesia kini beralih ke HPAL untuk fokus pada produksi bahan baku baterai EV daripada baja nirkarat.

---

2. Investasi Asing di Industri Baterai EV Indonesia 🌏💰

Indonesia menarik investasi besar dari perusahaan global untuk membangun ekosistem baterai lengkap, dari penambangan hingga produksi baterai jadi.

🔹 Investor Asing Utama:

Perusahaan	Negara Asal	Investasi (USD)	Proyek di Indonesia
CATL (China)	China	$6 Miliar	Pabrik baterai di Karawang & Morowali
LG Energy Solution	Korea Selatan	$9,8 Miliar	Ekosistem baterai EV di Karawang & Sulawesi
Tesla (rencana)	Amerika Serikat	$5 Miliar	Negosiasi untuk investasi pabrik
Eramet & BASF	Prancis & Jerman	$2,6 Miliar	Pabrik HPAL di Weda Bay
Huayou Cobalt	China	$2,1 Miliar	Smelter kobalt & nikel di Sulawesi
Ford & Vale	Amerika & Brazil	$4,5 Miliar	Pabrik pengolahan nikel di Pomalaa

🔹 Dampak Investasi:
✅ Meningkatkan nilai tambah ekspor nikel dan kobalt → Bukan hanya mengekspor bahan mentah, tetapi produk siap pakai untuk baterai.
✅ Menciptakan lapangan kerja & transfer teknologi → Indonesia bisa belajar dari China, Korea, dan Eropa dalam pengolahan baterai.
✅ Mendorong perkembangan industri EV dalam negeri → Merek seperti Wuling & Hyundai sudah mulai produksi EV di Indonesia.

---

3. Potensi Ekspor Indonesia dalam Industri Baterai EV 🚀

Indonesia bisa menjadi eksportir utama bahan baku baterai dan bahkan baterai siap pakai dalam beberapa tahun ke depan.

🔹 Target Ekspor Baterai & Material EV

• 2025: Ekspor bahan baku baterai (MHP, nikel sulfat, kobalt sulfat).

• 2027-2030: Ekspor sel baterai & modul baterai ke pasar global.

• 2035: Indonesia berpotensi memproduksi kendaraan listrik buatan lokal untuk ekspor.

🔹 Pasar Tujuan Ekspor

• China & Korea Selatan: Untuk pasokan rantai produksi baterai global.

• Eropa: Seiring dengan larangan mobil bensin mulai 2035, permintaan baterai akan meningkat.

• Amerika Serikat: Jika aturan perdagangan memungkinkan, Indonesia bisa menjadi pemasok alternatif selain China.

🔹 Strategi Indonesia untuk Meningkatkan Ekspor
✅ Menarik lebih banyak investasi asing untuk membangun pabrik produksi baterai.
✅ Mempercepat pembangunan smelter HPAL agar lebih banyak nikel & kobalt bisa diproses di dalam negeri.
✅ Mendorong produksi EV lokal dengan insentif bagi produsen seperti Hyundai, Wuling, dan merek lokal lainnya.

---

4. Tantangan yang Harus Dihadapi ⚠️

🔸 Ketergantungan pada Investor Asing

• Sebagian besar industri masih dikuasai oleh China, Korea, dan Eropa.

• Indonesia perlu memperkuat peran BUMN seperti Antam, PLN, dan Pertamina dalam rantai pasok baterai.

🔸 Dampak Lingkungan dari Pertambangan Nikel & Kobalt

• Penambangan nikel & kobalt memiliki risiko deforestasi & pencemaran lingkungan.

• Indonesia perlu menerapkan standar pertambangan berkelanjutan & daur ulang baterai.

🔸 Regulasi & Infrastruktur

• Infrastruktur listrik dan pengisian daya EV masih dalam tahap awal.

• Perlu ada kebijakan yang lebih jelas soal insentif & regulasi ekspor bahan baku baterai.

---

Kesimpulan

✅ Indonesia memiliki keunggulan besar dalam industri baterai EV dengan cadangan nikel & kobalt yang melimpah.
✅ Investasi asing dari China, Korea, & Eropa semakin mempercepat pertumbuhan ekosistem baterai lokal.
✅ Pembangunan smelter dan hilirisasi industri akan menjadikan Indonesia sebagai pusat ekspor bahan baku dan baterai EV global.
✅ Tantangan seperti ketergantungan asing & dampak lingkungan harus dikelola dengan baik agar industri ini berkelanjutan.

---

Tambang Kobalt dan Litium di Indonesia: Potensi & Tantangan

 Tambang Kobalt dan Litium di Indonesia: Potensi & Tantangan 🌍⚡

Indonesia memiliki cadangan nikel terbesar di dunia, yang merupakan bahan utama dalam produksi baterai kendaraan listrik (EV). Namun, kobalt dan litium, dua bahan penting lainnya, masih dalam tahap eksplorasi dan pengembangan di Indonesia.

---

1. Tambang Kobalt di Indonesia

🔹 Apa itu Kobalt?

• Kobalt adalah logam yang digunakan dalam baterai lithium-ion untuk meningkatkan stabilitas dan daya tahan.

• Biasanya diperoleh sebagai produk sampingan dari penambangan nikel dan tembaga.

🔹 Cadangan Kobalt di Indonesia

• Indonesia bukan produsen utama kobalt, tetapi memiliki potensi besar karena kobalt sering ditemukan bersama nikel.

• Diperkirakan ada cadangan 600.000 ton kobalt, terutama di Sulawesi & Maluku.

• Mayoritas kobalt berasal dari penambangan nikel laterit di Morowali, Halmahera, dan Pomalaa.

🔹 Produsen & Perusahaan Tambang Kobalt

• Vale Indonesia (Brazil-Indonesia) → Operasi di Sulawesi dengan potensi kobalt.

• Harita Group (Indonesia) → Penambangan nikel di Halmahera yang juga menghasilkan kobalt.

• China’s Tsingshan Holding Group → Smelter di Morowali yang mengolah nikel & kobalt.

🔹 Tantangan & Prospek

• ⚠️ Kandungan kobalt di nikel laterit relatif kecil (~0,1-0,2%), sehingga lebih sulit diekstraksi.

• ⚠️ Indonesia masih belum memiliki fasilitas pemurnian kobalt yang besar, sehingga masih bergantung pada ekspor ke China.

• ✅ Investasi dari China, Eropa, dan AS semakin meningkat, terutama untuk membangun ekosistem baterai EV di Indonesia.

---

2. Tambang Litium di Indonesia

🔹 Apakah Indonesia Memiliki Cadangan Litium?

• Saat ini, Indonesia belum memiliki tambang litium aktif.

• Litium biasanya ditemukan di lahan tambang garam & batuan spodumene – Indonesia lebih kaya akan nikel dan bauksit.

• Negara pemasok utama litium dunia → Australia, China, dan Amerika Selatan (Chile, Argentina, Bolivia).

🔹 Upaya & Eksplorasi Litium di Indonesia

• Riset & eksplorasi sedang dilakukan di beberapa lokasi, terutama di Kalimantan & Bangka Belitung.

• Indonesia lebih fokus pada pemurnian dan produksi baterai lithium-ion daripada penambangan litium sendiri.

🔹 Strategi Indonesia untuk Litium
✅ Mengimpor litium dari Australia & Amerika Selatan, lalu mengolahnya di Indonesia.
✅ Membangun industri daur ulang baterai, seperti yang dikembangkan oleh CATL & LG di Indonesia.
✅ Meningkatkan penelitian eksplorasi litium di tanah air.

---

3. Peran Indonesia dalam Industri Baterai EV

💡 Fokus utama Indonesia adalah nikel & kobalt, bukan litium.
💡 Pembangunan ekosistem industri baterai EV menjadi prioritas, dengan investasi dari China, Korea, dan AS.
💡 Daur ulang baterai akan menjadi strategi utama untuk memenuhi kebutuhan litium tanpa bergantung pada tambang baru.

---

Kesimpulan

✅ Indonesia punya potensi besar dalam kobalt sebagai produk sampingan nikel.
✅ Litium masih harus diimpor, tapi industri pemrosesan & daur ulang berkembang.
✅ Investasi besar dari China, Korea, dan Eropa membuat Indonesia jadi pusat produksi baterai EV di masa depan.

Keberhasilan Produksi EV Bergantung pada Inovasi Baterai

 Keberhasilan Produksi EV Bergantung pada Inovasi Baterai 🔋🚗

Baterai adalah komponen paling krusial dalam kendaraan listrik (EV), karena menentukan jangkauan, kecepatan pengisian, daya tahan, dan biaya produksi. Inovasi baterai menjadi kunci utama dalam mendorong keberhasilan produksi EV secara global.

---

1. Jenis-Jenis Baterai EV & Inovasi Terbaru

🔹 Baterai Lithium-Ion (Li-Ion) → Paling umum digunakan saat ini (Tesla, BYD, VW, Hyundai)

• Keunggulan: Daya tahan tinggi, efisien, ringan

• Kelemahan: Mahal, risiko kebakaran, keterbatasan litium

🔹 Baterai Lithium Iron Phosphate (LFP) → Digunakan BYD & Tesla Model 3 Standard

• Keunggulan: Lebih murah, lebih aman, umur panjang

• Kelemahan: Densitas energi lebih rendah dibanding Li-Ion

🔹 Baterai Solid-State → Teknologi masa depan (Toyota, QuantumScape, Samsung SDI)

• Keunggulan: Jarak tempuh lebih jauh, pengisian lebih cepat, lebih aman

• Kelemahan: Masih dalam tahap pengembangan, biaya tinggi

🔹 Baterai Natrium-Ion (Na-Ion) → Dikembangkan oleh CATL & BYD sebagai alternatif murah

• Keunggulan: Biaya lebih rendah, tidak tergantung litium

• Kelemahan: Densitas energi lebih rendah dari Li-Ion

🔹 Baterai Grafena & Baterai Lithium-Sulfur → Inovasi eksperimental

• Potensi: Lebih ringan, lebih ramah lingkungan, pengisian ultra-cepat

---

2. Peran Inovasi Baterai dalam Produksi EV

✅ Menurunkan Biaya Produksi

• Baterai = 30-40% dari total biaya EV, jadi inovasi bisa membuat EV lebih terjangkau.

• Biaya produksi baterai turun dari $1.100/kWh (2010) → $120/kWh (2023), dan diprediksi <$70/kWh pada 2030.

✅ Meningkatkan Jarak Tempuh & Efisiensi

• Solid-state & LFP generasi baru bisa meningkatkan jangkauan EV hingga 1.000 km sekali cas.

✅ Mempercepat Pengisian Daya

• Teknologi fast charging bisa mengisi 80% hanya dalam 10-15 menit di masa depan.

✅ Mengurangi Ketergantungan pada Logam Langka

• Natrium-Ion & Lithium-Sulfur bisa mengurangi ketergantungan pada litium, kobalt, dan nikel, yang harganya fluktuatif.

✅ Meningkatkan Keamanan

• Baterai solid-state lebih tahan panas & tidak mudah terbakar, sehingga lebih aman dibanding Li-Ion.

---

3. Tantangan & Solusi dalam Inovasi Baterai

⚠️ Keterbatasan Sumber Daya Alam

• Solusi: Alternatif seperti Natrium-Ion, daur ulang baterai, dan eksplorasi sumber baru.

⚠️ Biaya Produksi Masih Tinggi

• Solusi: Produksi massal & efisiensi rantai pasok menekan harga baterai dalam beberapa tahun ke depan.

⚠️ Daur Ulang & Dampak Lingkungan

• Solusi: Pengembangan teknologi daur ulang baterai EV (Redwood Materials, CATL).

---

4. Masa Depan Baterai EV (2025-2035)

🚀 Solid-State Battery akan menggantikan Li-Ion di EV premium pada 2025-2030
🚀 Jarak tempuh 1.500 km per pengisian akan menjadi standar pada 2030+
🚀 Fast Charging <5 menit bisa terealisasi dengan teknologi grafena dan solid-state
🚀 Produksi baterai bebas kobalt & litium akan meningkat untuk mengurangi ketergantungan logam langka

---

Kesimpulan

🔋 Inovasi baterai adalah kunci utama keberhasilan EV.
💰 Harga lebih murah, efisiensi lebih tinggi, dan keamanan lebih baik akan mempercepat adopsi EV global.
🌍 Daur ulang & pengurangan ketergantungan pada logam langka akan menjadi tren utama di masa depan.

Pemrograman Programmable Logic Controller (PLC) dengan ladder diagram

Pemrograman Programmable Logic Controller (PLC) dengan ladder diagram adalah salah satu metode yang paling umum digunakan dalam otomasi industri. Ladder diagram mirip dengan skema rangkaian listrik dan terdiri dari simbol-simbol yang mewakili komponen-komponen listrik seperti kontak dan koil. Berikut adalah penjelasan dasar-dasarnya:

 

Dasar-Dasar Ladder Diagram

1. Rungs (Anak Tangga): Ladder diagram terdiri dari beberapa anak tangga (rungs). Setiap anak tangga mewakili satu operasi logika atau instruksi.

2. Kontak: Kontak adalah simbol yang mewakili sensor atau saklar. Ada dua jenis kontak utama:

   - Normally Open (NO): Kontak terbuka saat kondisi normal dan menutup ketika diaktifkan.

   - Normally Closed (NC): Kontak tertutup saat kondisi normal dan membuka ketika diaktifkan.

3. Koil: Koil mewakili aktuator atau output seperti motor atau lampu. Ketika koil diaktifkan, aktuator akan beroperasi.

4. Power Rails: Ladder diagram memiliki dua rel daya vertikal, satu di sebelah kiri (positif) dan satu di sebelah kanan (negatif atau netral).

 Contoh Implementasi

Berikut beberapa contoh implementasi ladder diagram dalam otomasi industri:

 1. Kontrol Motor Sederhana

Ini adalah rangkaian dasar untuk mengontrol sebuah motor menggunakan tombol start dan stop.

(Start) --[ ]----[   (Motor)  ]----( )-- (Stop)

- Start: Kontak Normally Open (NO) yang mewakili tombol start.

- Stop: Kontak Normally Closed (NC) yang mewakili tombol stop.

- Motor: Koil yang mewakili motor.

Saat tombol start ditekan, kontak NO akan menutup dan mengaktifkan koil motor. Motor akan terus beroperasi sampai tombol stop ditekan, yang akan membuka kontak NC dan mematikan motor.

 2. Sistem Conveyor dengan Sensor

Sistem conveyor yang berhenti ketika objek mencapai ujung conveyor.

(Start) --[ ]----[   (Sensor)  ]----[   (Conveyor)  ]----( )-- (Stop)

- Start: Kontak Normally Open (NO) untuk memulai conveyor.

- Sensor: Kontak Normally Open (NO) yang menutup saat objek mendekati ujung conveyor.

- Conveyor: Koil yang mewakili conveyor.

- Stop: Kontak Normally Closed (NC) untuk menghentikan conveyor.

Saat tombol start ditekan, conveyor akan bergerak. Ketika objek mencapai ujung conveyor, sensor akan mendeteksi objek dan menutup kontaknya, yang kemudian mengaktifkan koil conveyor dan menghentikannya.

 3. Sistem Pengisian Tangki dengan Kontrol Ketinggian

Sistem pengisian tangki yang berhenti ketika ketinggian air mencapai batas tertentu.

(Start) --[ ]----[  (Low Level)  ]----[  (Pump)  ]----( )

(         )        [             ]    [            ]   [  (High Level)  ]

- Start: Kontak Normally Open (NO) untuk memulai pengisian.

- Low Level: Kontak Normally Open (NO) yang menutup ketika ketinggian air di bawah level tertentu.

- Pump: Koil yang mewakili pompa.

- High Level: Kontak Normally Closed (NC) yang membuka ketika ketinggian air mencapai batas tertentu.

Saat tombol start ditekan dan ketinggian air di bawah level tertentu, pompa akan menyala dan mengisi tangki. Ketika ketinggian air mencapai batas tertentu, kontak High Level akan membuka dan mematikan pompa.

 Kesimpulan

Ladder diagram adalah alat yang kuat untuk memrogram PLC dan merancang sistem otomasi industri. Pemahaman dasar tentang komponen seperti kontak, koil, dan bagaimana mereka diimplementasikan dalam ladder diagram adalah kunci untuk mengembangkan aplikasi otomasi yang efektif. Implementasi dalam industri mencakup kontrol motor, sistem conveyor, dan sistem pengisian tangki, yang semuanya dapat diatur dengan logika sederhana menggunakan ladder diagram.

teknik troubleshooting dan Langkah-langkah troubleshooting untuk sistem PLC, SCADA, dan HMI

Beberapa teknik troubleshooting yang lebih kompleks untuk sistem PLC, SCADA, dan HMI:

1. Analisis Log Data

   • Menggunakan data historis dari sistem SCADA untuk mengidentifikasi pola atau anomali yang mungkin menunjukkan akar masalah.
   • Melakukan analisis tren untuk memprediksi potensi kegagalan sebelum terjadi.

2. Pengujian Beban Sistem

   • Melakukan stress test pada sistem untuk mengidentifikasi bottleneck atau kelemahan dalam konfigurasi hardware atau software.
   • Simulasi kondisi beban puncak untuk memastikan sistem dapat menangani situasi ekstrem.

3. Analisis Komunikasi Jaringan

   • Menggunakan network analyzer untuk memeriksa lalu lintas data antara PLC, SCADA, dan HMI.
   • Identifikasi masalah latency, packet loss, atau konflik alamat IP.

4. Pemeriksaan Keamanan Sistem

   • Melakukan audit keamanan untuk mengidentifikasi potensi kerentanan dalam sistem.
   • Memeriksa konfigurasi firewall dan memastikan semua patch keamanan terbaru telah diterapkan.

5. Analisis Kode Program PLC

   • Melakukan review kode secara menyeluruh untuk mengidentifikasi bug atau logika yang tidak efisien.
   • Menggunakan simulator PLC untuk menguji program dalam lingkungan terkontrol.

6. Troubleshooting Berbasis Skenario

   • Membuat dan menguji berbagai skenario kegagalan untuk memastikan sistem dapat menangani situasi tidak terduga.
   • Mengembangkan prosedur pemulihan untuk setiap skenario.

7. Analisis Harmonik Listrik

   • Menggunakan power quality analyzer untuk mengidentifikasi masalah harmonik yang dapat mempengaruhi kinerja peralatan elektronik sensitif.

8. Pemeriksaan Interferensi Elektromagnetik (EMI)

   • Menggunakan peralatan pengukur EMI untuk mengidentifikasi sumber gangguan yang dapat mempengaruhi sinyal komunikasi atau pembacaan sensor.

9. Analisis Termal

   • Menggunakan kamera termal untuk mengidentifikasi titik panas pada komponen elektronik yang mungkin menunjukkan kegagalan yang akan datang.

10. Pengujian Redundansi

    • Melakukan simulasi kegagalan pada sistem redundan untuk memastikan failover berfungsi dengan benar.

11. Analisis Database SCADA

    • Memeriksa integritas dan kinerja database SCADA, termasuk optimasi query dan manajemen penyimpanan.

12. Troubleshooting Berbasis AI

    • Menggunakan algoritma machine learning untuk menganalisis data operasional dan mengidentifikasi pola abnormal yang mungkin tidak terdeteksi oleh metode tradisional.

Teknik-teknik ini memerlukan pemahaman yang mendalam tentang sistem dan seringkali membutuhkan alat khusus serta keahlian tingkat lanjut. Penting untuk selalu mengikuti prosedur keselamatan dan protokol yang ditetapkan saat melakukan troubleshooting kompleks ini, terutama dalam lingkungan industri yang kritis.

Langkah-langkah troubleshooting yang dapat dilakukan untuk mengatasi masalah komunikasi PLC:

1. Periksa Catu Daya

   • Pastikan PLC dan perangkat terkait mendapatkan daya yang stabil dan sesuai.
   • Periksa koneksi kabel power dan pastikan tidak ada yang longgar atau rusak.

2. Periksa Kabel dan Port Komunikasi

   • Periksa integritas fisik kabel komunikasi, pastikan tidak ada yang rusak atau terputus.
   • Pastikan kabel terhubung dengan benar ke port yang sesuai pada PLC dan perangkat lainnya.
   • Jika menggunakan komunikasi nirkabel, periksa kekuatan sinyal dan interferensi.

3. Periksa Pengaturan dan Parameter Komunikasi

   • Verifikasi konfigurasi alamat IP, subnet mask, dan gateway pada PLC dan perangkat lainnya.
   • Pastikan pengaturan komunikasi seperti baud rate, parity, dan stop bits sesuai di semua perangkat.
   • Periksa konfigurasi protokol komunikasi (misalnya Modbus, Profinet) sudah benar dan konsisten.

4. Analisis Jaringan

   • Gunakan network analyzer untuk memeriksa lalu lintas data.
   • Identifikasi masalah seperti latency, packet loss, atau konflik alamat IP.

5. Periksa Program dan Logika PLC

   • Verifikasi program PLC tidak memiliki kesalahan dan sudah diupload dengan benar.
   • Periksa logika yang mengatur fungsi komunikasi, pastikan sintaks, operand, dan parameter sudah benar.
   • Gunakan software PLC atau debugger untuk menguji dan memverifikasi program.

6. Monitoring Perilaku Sistem

   • Amati kinerja sistem dan identifikasi perilaku yang tidak biasa.
   • Gunakan alat seperti trending, alarm, dan log kejadian untuk mendeteksi pola yang dapat mengungkap masalah.

7. Audit Sistem

   • Tinjau desain sistem dan pastikan konfigurasi sudah benar.
   • Periksa dokumentasi sistem, koneksi kabel, dan pengaturan perangkat.

8. Isolasi Masalah

   • Jika memungkinkan, uji operasi dalam mode manual untuk melihat apakah masalah terjadi di mode manual dan otomatis.
   • Gunakan metode "divide and conquer" untuk mempersempit area masalah.

9. Verifikasi Penyebab

   • Saat melacak logika ladder, jika penyebab potensial bercabang menjadi 2 atau lebih, pilih yang paling efektif biaya untuk diverifikasi terlebih dahulu.

10. Dokumentasi

    • Catat semua langkah troubleshooting dan hasilnya dengan cermat.
    • Dokumentasikan solusi yang berhasil untuk referensi di masa mendatang.

Penting untuk selalu mengikuti protokol keselamatan dan pedoman dari produsen saat melakukan troubleshooting. Pendekatan yang sistematis dan menyeluruh sangat penting dalam mendiagnosis dan memperbaiki masalah komunikasi PLC.

Buck Konverter

Bagaimana Cara Membuat dan Mendisain Buck Konverter. 

Gambar di atas adalah rangkaian buck konverter

Buck konverter menghasilkan tegangan output yang lebih kecil dari tegangan masukan. Cara kejanya adalah :

1. Ketika switch closed : dioda bekerja reversed/block sehingga suplai input mengalir ke induktor juga ke beban.
2. Ketika switch opened : dioda bekerja forward/unblock sehingga energi yang disimpan di induktor dapat mengalir ke beban.

Buck Konverter adalah konverter yang bekerja sebagai Step-Down DC(Direct Current) kerjanya adalah menurunkan tegangan DC dengan mengatur besar Dutycycle switching saya tidak akan basa-basi untuk menerangkan buck konverter kita mulai dengan mendisain buck konverter :

1. Menentukan daya output maksimum, tegangan output, dan tegangan input.
2. Menentukan frekuensi switching ini tergantung dari sumber switching.
3. Menentukan dutycycle dengan rumusan Vin/Vout.
4. Menentukan rippel arus maksimum biasanya 30% dari arus beban (disunting dari microchip).
5. Menghitung nilai Induktor, nilai kapasitor output.

Contoh aplikasi dari Buck Konverter untuk charger pada solarcell:

Dengan tegangan solarcell 24Volt dan tegangan pengisian battery 12Volt maka dibutuhkan tegangan pengisian sebesar 10-20% lebih besar yaitu 14Volt, sedangkan disain arus pengisian 2Ampere  sehingga daya beban adalah 28W, R=Vo/Io = 7ohm, dan frekuensi switching adalah 40Khz, rippel arus yang diinginkan 10%, rippel tegangan yang diinginkan 4%, effesiensi yang diinginkan 85%, maka disain induktor, kapasitor dari buck konverter :

Tahap 1 mencari nilai Iout dari efisiensi yang kita targetkan :


 

Tahap ke-2 mencari delta IL :



Tahap ke-3 mencari dutycycle :



Tahap ke-4 mencari delta Vo:




Tahap ke-5 mencari nilai induktansi induktor:

Tahap ke-6 mencari nilai kapasitif kapasitor nilai kapasitor untuk pengaplikasiannya nilainya dapat dibulatkan ke atas:



Tahap ke-7 mencari arus induktor untuk menentukan penampang induktor:




Maka diameter kawat yang memiliki KHA(kemampuan hantar arus) 2.1A adalah

Tahap ke-8 adalah mencari jumlah lilitan dari induktor, terdapat dua jenis besar induktor yang sering digunakan yaitu EI,EE, dan toroid jenis E memiliki perbedaan perhitungan dengan toroid dengan Bmax(adalah flux maximum/batas saturasi) jika ferrit tidak diketahui Bmax maka digunakan 0.3-0.35, untuk Ac (core cross sectional area/luas inti ferit) kalau menggunakan ferrit tipe FPQ-32/30 yang bisa di dapat di digi-ware memiliki Ac=1.42 cm2:

Sehingga didapat jumlah lilitannya adalah 13 lilitan kemudian untuk menyelaraskan nilainya dapat diukur menggunakan LCRmeter, nilai kapasitornya 3.15uF~5uF.

Komponen-komponen pendukung lainnya adalah :

1. Diode fastrecovery (dapat dibeli di toko elektronika).
2. Rangkaian penyulutan dapat menggunakan microcontrol, atau menggunakan rangkaian analog. 
3. Komponen switch dapat menggunakan mosfet irfp460.
4. kemudian karena ID=2A maka rating diode output 2A keatas.

Gambar diatas adalah gambar rangkaian pembangkit pulsa penyulutan yang dutycycle dan frekuensi dapat diatur oleh R1, R15

Note: Rippel dapat dikurangi dengan cara

1. Menambah frekuensi switching.
2. Menambah ukuran nilai induktor.
3. Menambah ukuran nilai kapasitor.

Daftar Pustaka:

• Power Electronic Handbook, Muhammad H Rashid.
• Power Electronics and Drives (Version 3-2003) Dr. Zainal Salam, UTM-JB.
• Buku Tugas Akhir kawan-kawan Politeknik Elektronika Negri Surabaya.
• Application note fairchild semiconductor.
• http://ngerumpilistrik.blogspot.com/2012/05/membuat-dan-mendisain-rangkaian-chopper.html

DC TO DC CONVERTER

DC to DC converter merupakan suatu device yang mengubah/mengkonversi energy listrik dari DC ke DC (menaikkan atau menurunkan), tanpa mengubah polaritas dari sumber.DC to DC converter ini memanfaatkan Charging dan discharging pada inductor, dengan metode switching. Switch yang digunakan adalah semikonduktor yang dioperasikan pada frequency tinggi semisal transistor BJT atau juga FET. DC to DC ini sangat sering dipakai di industry secara umum, dan elektronik khususnya, karena memiliki efesiensi yang tinggi. Divice ini biasanya dipakai sebagai pengatur kecepatan motor, atau mobil listrik, dan bisa juga untuk charger.

Beberapa Jenis DC to DC converter diantaranya:

1. Buck Converter, Menurunkan tegangan
2. Boost Converter, Menaikkan tegangan
3. Buck-Boost Converter, Menurunkan dan menaikkan tegangan.
4. Flayback (polaritas dengan outputnya dibalik).

Duty cycle adalah, perbandingan waktu hidup (konduksi) dengan total periode dari switching.

rangkaian ini memakai switch yang berupa semikonduktor, yang namanya switch dia bekerja hidup dan mati secara periodik, atau dapat kita katakan adalah ada periode on, ada periode off. 1 periode (T) adalah, waktu yang dibutukan oleh switch untuk 1 kali on dan 1 kali off. Duty cycle ini berfungsi sebagai konstanta pengali tegangan output yang dihasilkan pada design DC to DC converter. 

Seperti yang telah dijelaskan diatas bahwa, Buck Converter berfungsi untuk menurunkan tengangan, misalkan dari 12V DC ke 6 Volt DC, 10V DC ke 2 Volt DC, dll. Karana menurunkan tegangan, maka tegangan output yang dihasilkan akan selalu lebih kecil dari tegangan input(Supply), namun ingat polaritasnya tetap sama ya. Buck konverter menurunkan tegangan dengan memanfaatkan charge dan discharge dari induktor, tentu saja harus memiliki konfigurasi tertentu, jika tidak maka rangkaian tersebut boleh jadi tidak berfungsi sebagai mana mestinya. Secara umum konfigurasi Buck Converter adalah sebagai berikut:

Buck Converter

Vg(Vin) sebagai seumber, kemudian ada FET sebagai switch (Q), ada diode(D) sebagai penyearah, ada induktor(L) sebagai komponen utama charge dan discharge, kemudian ada kapasitor(C) yang berfungsi memperhalus tegangan output yang dihasilkan, dan terakhir ada beban (R) sebagai matching impedance. Switch (Q) sebagai saklar. yang berkedip pada frequency yang cukup tinggi (puluhan hinga ratusan KHz), sebagai pengendali time charge dan discharge. dalam membuat analisis kita hanya cukup mengabil sample 1 peride saja,karena frequency konstan dan terus berulang. Dengan demikian, kita dapat membagai kondisi pada rangkaian diatas, yakni pada kondisi on dan pada kondisi off:

1.  Kondisi switch on,

Pada kondisi ini, switch pada kondisi menutup, sehingga arus mengalir dari sumber menuju inductor, kapasitor dan juga resistor. Pada kondisi ini, inductor mengalami charging arus. Pada kondisi charging seolah inductor short, sampai arus mencapai maximum. Persamaan rangkaian pada kondisi on dapat dituliskan sebagai berikut:

Swich on mode

V_in=V_L+ V_C,

dimana V_out=V_C, maka dapat dituliskan kembali.

V_in=L(di/dt)+V_out,

di/dt selanjutnya dapat ditulis, Δi/ Δt

_in=L Δi/Δt+V_out 

Δt=adalah waktu on, sehingga dituliskan:

 V_in=L

Δi/Δt_on+V_out                                                                                                                

Sehinga nilai Δt_on= L Δi/(V_in-V_out)….(1)

Pada kondisi ini dapat dikatakan bahwa nilai tegangan induktor(V_L)adalah selisih antara tegangan input dengan tegangan output selama periode on.Pada kondisi ini, ripple diperkiran untuk V(t) (beban):

Arus induktor saat periode on

VL~V_in-V_r

I_c~I_L-V/R

Pada periode On, arus mencharging di induktor sebersar (V_in-V_r)/L, hingga dia mencapai nilai max, tentu juga tergantung dari periode on (ton) nya. Pada saat ini arus juga mengalir di capacitor, yang besarnya adalah arus induktor dikurangi degnan arus beban.

2. Kondisi switch off

Pada kondisi switch off, sumber tidak terhubung dengan rangkaian, pada kondisi ini indktor telah berubah menjadi sumber arus, karena telah discharging pada saat switch on. Karena inductor berfungsi sebagai sumber arus, sekarang giliran dia yang mensupply kebutuhan komponen yang lain. Secara matematis dapat dinyatakan dengan:

Kondisi Switch Off.

V_L=V_C=V_out

L Δi/Δt_off =V_out,

hal ini berarti induktor berubah menjadi sumber arus, energy potensial yang tersimpan sebesar L Δi akan dikonversikan mejadi tegangan output (Vout) selama periodeoff (toff). dari persamaan diatas, kita dapat memperoleh nilai dari Δt_off. 

Δt_off= L Δi/V_out……(2)

 Lalu bagaimana dengan distribusi arus yang terjadi pada induktar saat periode ini?, nah kita dapat mengamatinya pada gambar berikut:

Arus Induktor pada kondisi switch off.

Gambar diatas memperlihatkan, saat induktor periode on, maka arus akan mencharging induktor hingga mencapai Imax, dan pada saat switch off, arus akan discharge dan turun hingga mencapai nilai minimumnya Imin.Turunnya arus ini dapat kita tuliskan secara matematis, sbb:

V_L=-V_out

I_c=I_L-V/R

Tanda negative menyatakan bahwa tegangan turun(discharge), sedangkan arus yang mengalir di capcitor sebesar arus induktor dikurangi dengan arus pada beban.

Kondisi setelah induktor off

setelah kondisi benar-benar off, artinya saklar terbuka untuk beberapa waktu. Arus induktor adalah nol, dan tegangannya juga nol. Maka masih tersisa sedikit tegangan di capacitor. Rangakaian diatas dapat kita tuliskan sebagai berikut:

V_L=0, I_L=0

Sedangkan untuk ripple yang terjadi, diperkiran adalah sebagai berikut: 

V_L=0, I_c=-V/R    (arus Kapasitor discharge )

Kondisi induktor Off

secara lengkap kita dapat menggambarkan respon dari tegangan dan arus induktor dalam bentuk diagram garis:

Respon Arus dan Tegangan Induktor

Penguatan dari Buck Converter, Duty cycle.

Setelah kita mengerti bagaimana prinsip dari kerja rangkaian diatas, maka kita dapat melanjutkan lagi ke penguatan yang dihasilkan oleh buck converter diatas, secara logika saja semisal kita punya sumber 12 VDC kemidan output nya menjadi 6 VDC, berarti penguatan dari buck tersebut adalah 0.5. nah bagaimana menganlasisnya?, kita perhatikan pembahasan berikut:

Dari persamaan 1 dan 2 kita akan mencari penguatan dari sebuah buck converter. Inilah yang akan menjawab mengapa dengan input 12 menjadi 2,3,5, atau 6 volt.

Persamaan 1: V_in=L Δi/Δt_on+V_out 

Persamaan 2: L Δi/Δt_off =V_out

Dengan mengganti L Δi, maka

Persamaan 1 : V_in=(V_out. Δt_off )/ Δt_on +V_out

                                        =V_out([Δt_off / Δt_on]+1)

                                        =V_out[(Δt_off +Δt_on)/ Δt_on], karena Δt_off +Δt_on=T, maka

                                        =V_out[T/ Δt_on], karena k= Δt_on/T,

                                V_in =V_out[1/k], atau V_out= kV_in

Nah disinilah, mengapa duty cyle sangat penting pada sebuah DC to DC converter. Duty cyle menentukan berapa kali penguatan output yang dihasilkan. Pada buck Converter, besarnya tegangan output adalah k kali tegangan input.  Ya anggap saya tegangan input 12 V maka, jika k=0.5, tentu saja output yang dihasilkan adalah 6 Volt.

Induktor Charge-discharge dalam 1 periode

Pada pembahasan, pembahasan diatas, kita telah menjelaskan satu persatu kondosi rangkaian. nah kita dapat juga mengamati bagaimana hubungan antara induktor dengan tegangan input output tetapi lengkap satu periode langsung. ok, kita tehu bahwa satu periode adalah 1 kali untuk on dan off,, secara matematis adalaha sebagai berikut:

1periode (T)=t_on+t_off

Dengan difinisi ini, ditambah dengan hasil persamaan 1 dan persamaan 2 diatas, maka dapat dijabarkan sebagai berikut.

Δ_ton+ Δt_off=T

L Δi/(V_in-V_out)+ L Δi/V_out=T

L Δi[(1/(V_in-V_out)+1/V_out)]=T

L Δi[(V_out+V_in-V_out)/(V_in-V_out)V_out]=T

L Δi[(V_in)/(V_in-V_out)V_out]=T…….(3)

persamaan 3 inilah, gambaran hubungan antara induktor dngan tegangan input output dalam 1 periode, perhitungan ini sangat penting dalam mendesign sebuah buck converter jadi harus dipahami.