Perpustakaan Digital ITB

Permasalahan utama dalam pembelajaran Elektronika Daya, khususnya dalam memahami karakteristik konverter daya, terletak pada ketidaksesuaian antara hasil simulasi berbasis perangkat lunak dengan kondisi nyata. Simulasi perangkat lunak umumnya merepresentasikan sistem dalam kondisi ideal, tanpa mempertimbangkan faktor seperti lonjakan tegangan (spike), dinamika switching, dan ketidakstabilan sistem. Di sisi lain, praktikum berbasis rangkaian fisik memerlukan waktu, biaya, dan risiko kesalahan yang cukup tinggi, termasuk potensi kerusakan komponen dan keterbatasan peralatan di laboratorium. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satu pendekatan yang semakin populer adalah penggunaan Hardware-in-the- Loop (HIL), yaitu sistem simulasi real-time berbasis perangkat keras yang mampu menjembatani kesenjangan antara simulasi dan praktik langsung. Sistem ini memberikan pengalaman belajar yang lebih nyata, fleksibel, serta lebih aman bagi mahasiswa. Sistem HIL yang dikembangkan dalam tugas akhir ini terdiri dari tiga subsistem utama, yaitu (1) komputer pribadi (PC) sebagai pengolah antarmuka pengguna dan visualisasi, (2) System-on-Chip (SoC) sebagai pemroses utama simulasi sistem daya secara real-time, serta (3) subsistem kendali yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal kendali berupa PWM (Pulse Width Modulation) dan menerima umpan balik dari SoC. Fokus utama pengerjaan dalam tugas akhir ini adalah pada subsistem kendali, yang mencakup desain arsitektur fungsional, pemrograman mikrokontroler, pengujian perangkat keras, dan integrasinya dengan subsistem lainnya. Subsistem kendali dirancang menggunakan mikrokontroler ESP32 karena kemampuannya menghasilkan sinyal PWM secara fleksibel, kemudahan pemrograman melalui Arduino IDE, serta ketersediaannya yang luas dan harga yang terjangkau di pasaran. Mikrokontroler ini juga sudah cukup dikenal oleh mahasiswa dan dosen di bidang teknik elektro, sehingga dapat mempermudah proses adopsi sistem di lingkungan pembelajaran. Subsistem kendali mendukung dua konfigurasi utama, yaitu open-loop dan closed-loop. Pada konfigurasi open-loop, pengguna dapat secara manual memasukkan nilai frekuensi switching dan duty cycle melalui serial monitor, kemudian ESP32 menghasilkan sinyal PWM berdasarkan input tersebut. Mode ini cocok untuk pengujian awal dan pemahaman dasar tentang cara kerja konverter. Sementara itu, pada konfigurasi closed-loop, sistem bekerja secara otomatis berdasarkan umpan balik dari tegangan keluaran (Vout) yang dikirim oleh SoC. Mikrokontroler membandingkan nilai Vout dengan tegangan referensi (Vref), menghitung selisih (error), dan menjalankan algoritma PID (Proportional-Integral-Derivative) untuk menyesuaikan nilai duty cycle sehingga sistem mencapai kondisi stabil (Vout mendekati Vref). Proses ini berlangsung secara terus-menerus hingga sistem mencapai steady-state. Kedua konfigurasi ini berhasil diimplementasikan dan diuji menunjukkan bahwa sistem HIL yang dikembangkan memiliki performa yang baik, terutama dalam menghasilkan sinyal PWM yang stabil dan responsif, hal tersebut dibuktikan melalui pengukuran gelombang menggunakan osiloskop. Selain subsistem kendali, dilakukan pula desain dan implementasi casing produk sebagai wadah fisik sistem. Desain casing dilakukan menggunakan perangkat lunak Fusion 360 dengan mempertimbangkan spesifikasi dimensi maksimum (47 cm × 30 cm × 10 cm), kebutuhan lubang ventilasi untuk pembuangan panas, serta tata letak antarmuka input/output yang memudahkan proses integrasi antar subsistem. Hasil akhir menunjukkan bahwa casing memiliki dimensi akhir 16,7 cm × 11 cm × 6 cm, sudah sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan. Lubang ventilasi ditempatkan di sisi atas dan samping casing untuk menjaga sirkulasi udara dan mencegah terjadinya panas berlebih saat sistem beroperasi dalam waktu lama. Dengan suhu internal yang tetap optimal, sistem diharapkan memiliki masa pakai yang lebih lama dan performa yang stabil. Hasil implementasi secara keseluruhan menunjukkan bahwa sistem mampu mendukung pengujian sistem konverter daya secara real-time dengan fleksibilitas tinggi dan biaya rendah, menjadikannya sebagai solusi yang potensial untuk digunakan sebagai modul pembelajaran Elektronika Daya di perguruan tinggi. Produk ini juga dirancang agar dapat dengan mudah diakses oleh mahasiswa maupun dosen, serta dapat dimodifikasi untuk berbagai jenis konverter daya lainnya. Dengan keberhasilan pada subsistem kendali ini, pengembangan lebih lanjut pada subsistem SoC dan perangkat lunak antarmuka pengguna sangat mungkin dilakukan untuk mewujudkan sistem HIL yang lengkap dan dapat diterapkan secara luas di lingkungan akademik maupun industri.