BAB III PERANCANGAN ALAT
3.1.
Perancangan Perancangan merupakan suatu tahap yang sangat penting dalam pembuatan
suatu alat, sebab dengan menganalisa komponen yang digunakan maka alat yang akan dibuat dapat bekerja seperti yang diharapkan. Petunjuk yang memuat spesifikasi komponen atau datasheet merupakan petunjuk yang sangat penting dalam melakukan perancangan alat, maka kegiatan selanjutnya adalah membuat ke dalam bentuk yang lebih kompleks. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, harus terlebih dahulu dibuat suatu rancangan yang baik.Dengan memperhatikan sifat dan karakteristik dari tiap-tiap komponen yang digunakan serta persediaan suku cadang di pasaran sehingga dapat mempermudah dalam pengerjaannya dan kerusakan pada komponen yang
37
38
digunakan dapat dihindari.Sebelumnya kita harus mengerti dulu tentang tujuan dari perencanaan tersebut, dan juga tentang langkah-langkah dari perencanaannya.
3.2.
Blok Diagram Rangkaian Diagram blok rangkaian merupakan salah satu bagian terpenting dalam
perancangan peralatan elektronik, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja secara keseluruhan dari rangkaian elektronik yang dibuat. Sehingga keseluruhan blok dari alat yang dibuat dapat membentuk suatu sistem yang dapat difungsikan atau sistem yang bekerja sesuai dengan perancangan. Keseluruhan dari diagram blok dari alat yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.1dibawah ini:
Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Inverter dengan Sistem Isi Ulang Baterai Aki Gambar 3.1 merupakan diagram blok perancangan inverter dengan sistem isi ulang baterai accu dapat diketahui bahwa perancangan ini dapat mengubah
39
listrik DC dari aki menjadi AC 220 V oleh rangkaian inverter. Perancangan ini dapat difungsikan sebagai alternatif ketika sumber PLN sedang tidak berfungsi. 3.2.1 Charger Baterai Accu Didalam Alat Charger baterai accu terdapat komponen utama yaitu Trafo atau transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik PLN serta penyearah atau rectifier atau disebut juga dioda rectifier/kiprox. Gambar dibawah ini adalah gambar rangkaian sederhana alat untuk charger aki yang menggunakan trafo jenis CT atau trafo yang memiliki titik Tengah (Center Tap).Gambar rangkaian nya cukup sederhana hanya diperlukan beberapa komponen saja sudah bisa digunakan untuk charging atau setrum aki.
Gambar 3.2 rangkaian charger baterai accu
Fungsi trafo adalah untuk menurunkan tegangan listrik PLN 220 Volt menjadi sekitar 12-15 volt sesuai yang di butuhkan. Sedangkan Fungsi Dioda atau rectifier adalah untuk menyearahkan tegangan yang sudah diturunkan oleh trafo sehingga bisa digunakan untuk carger aki.
40
Pada sebuah Alat untuk charger Aki kalaupun terdapat saklar atau selektor adalah untuk memilih tegangan sesuai dengan banyaknya aki yang dicharger.Terdapat alat ukur arus atau Amperemeter untuk menunjukan besarnya arus pengisian aki, terdapat pula Volt meter yang merupakan alat untuk mengukur tegangan.
3.2.2 Baterai accu Baterai digunakan sebagai sumber utama DC, baterai ini mempunyai kemampuan 12 Volt 70 AH, tegangan dan arus baterai akan menurun jika terus menerus atau lama digunakan, maka digunakan suatu rangkaian pengisian yang dapat bekerja secara otomatis. Untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan dalam pengisian dan pemakaian diketahui dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Gramedia,1987) :
Q = I . t (AH).............................................................................................(3.1)
Dimana :
Q = Kemampuan arus dari baterai (AH)
I = Arus pengisian baterai (A)
t = Waktu yang dibutuhkan dalam pengisian baterai (s).
41
Dan untuk mengetahui berapa lama tahan baterai atau lama pengoperasian alat yang diambil dari baterai sebagai sumber utama yaitu tergantung kepada besarnya arus yang digunakan atau yang terpakai. Dapat juga ditentukan melalui rumus :
Lama tahan baterai (It) :
....................................................................(3.2)
Dimana :
(Ik) : Kapasitas arus baterai
(Ib) : Arus yang terpakai
(It) : Lama tahan baterai
3.2.3 Oscilator
Rangkaian oscilator ini berfungsi untuk menghasilkan frekuensi 50 Hz. Rangkaian oscilator yang digunakan adalah rangkaian oscilator RC. Untuk mendapatkan frekuensi dengan nilai 50 Hz diperoleh melalui perhitungan sebagai berikut :
Selang waktu penundaan keluaran tinggi untuk pengisian kapasitor dari 1/3 Vcc sampai dengan 2/3 Vcc adalah :
t1 = 0,693 (R1 + R2)C1
42
Sedangkan selang waktu penundaan keluaran rendah untuk pengosongan kapasitor dari 2/3 Vcc sampai dengan 1/3 Vcc adalah:
t2 = 0,693 (R2)C1
Jadi jumlah waktu isolasi (T) untuk pengisian dan pengosongan kapasitor adalah :
T = t1 + t2
Sehingga frekuensi untuk gelombang keluaran adalah kebalikan dari waktu perioda isolasi total.
(
)
.................................................................................(3.3)
Keterangan :
f = frekuensi ( Hertz )
R1 = Besarnya tahanan pada Resistor R1 ( Ohm )
R2 = Besarnya tahanan pada Resistor R2 ( Ohm )
C1 = Kapasitor ( Farad )
43
3.2.4 Power MOSFET Untuk perancangan power MOSFET kita perlu mempelajari spesifikasi-spesifikasi yang diinginkan.
Spesifikasi ini tidak harus
mencakup semua parameter yang ada. Karena beberapa parameter dapat kita asumsikan saja. Ketika E-MOSFET dibiaskan di daerah ohmic, E-MOSFET sama
dengan
hambatan
RDS(on).Hampir
semua
lembar
data
akan
menampilkan nilai dari hambatan ini pada arus saluran dan tegangan gatesourcespesifik. Gambar 2.8 menunjukkan ide ini. Ada titik Qtest pada daerah ohmic kurva VGS= VGS(on). Pabrik mengukur arus ID(on) dan tegangan VDS(on) pada
titik
Qtes.
Dari
sini,
pabrik
menghitung
RDS(on) menggunakan definisi berikut (Malvino,2003):
(3.4)
Gambar 3.3 Grafik Pengukuran RDS(on) (Malvino, 2003)
nilai
44
Tabel 3.1 E-MOSFET Sinyal Kecil (Malvino, 2003) Peranti
VGS(th)’V VGS(on)’V ID(on)
RDS(ON)’
ID(max)
PD(max)
VN2406L
1,5
2,5
100mA
10
200mA
350mW
BS107
1,75
2,6
20mA
28
250mA
350mW
2N7000
2
4,5
75mA
6
200mA
350mW
VN10LM
2,5
5
200mA
7,5
300mA
1W
MPF930
2,5
10
1A
0,9
2A
1W
IRFD120
3
10
600mA
0,3
1,3A
1W
Dalam Gambar 2.8(a), arus jenuh saluran pada rangkaian adalah: ( (
) )
.............................................................................................(3.5)
Dan tegangan cut off saluran adalah VDD. Gambar 2.8(b) menunjukan garis beban DC di antara arus jenuh ID(sat) dan tegangan cut off VDD. Ketika VGS = 0, titik Q berada pada batas bahwa dari garis beban DC. Ketika VGS = VGS(on), titik Q pada batas atas dari garis beban. Ketika Q berada di bawah titik Qtest, seperti ditunjukkan Gambar 2.4(b), alat dibiaskan di daerah ohmic. Dengan cara lain, E-MOSFET dibiaskan di daerah ohmic ketika memenuhi persyaratan:
45
ID(sat) Lebih Kecil dari ID(on) dengan VGS = VGS(on) .....................................................(3.6)
Gambar 3.4 ID(sat) Lebih Kecil dari ID(on) dengan VGS = VGS(on) Memastikan Kejenuhan. (Malvino2003)
Persamaan ini memberitahukan kita apakah E-MOSFET sedang beroperasi di daerah aktif atau daerah ohmic. Melihat rangkaian EMOSFET, ketika dapat menghitung ID(sat). Jika ID(sat) lebih kecil dari ID(on)ketika VGS = VGS(on), kita akan mengetahui bahwa alat dibiaskan di daerah ohmic dan ini sama dengan hambatan kecil.
Pada perancangan MOSFET disini daya (P) yang diinginkan adalah 250 Watt, dengan tegangan masukan (V) adalah 12 Volt. Maka besarnya arus (I) dapat diperoleh melalui persamaan :
46
P = VxI, maka :
I = P/V
I = 250/12 = 20.833 Ampere
Dengan diketahui besarnya arus 20.833 Ampere, maka dipilihlah MOSFET dengan tipe 2SJ471 dan 2SK2956 yang memiliki arus I D = 50 Ampere.
Gambar 3.5 Rangkaian Inverter Keseluruhan
3.3.
Cara kerja rangkaian keseluruhan Tegangan yang diberikan dari sumber tegangan DC, disini karena
merupakan pembangkit listrik tenaga surya, maka sumber tegangan DC bisa berasal dari panel solar sel disaat sinar matahari masih ada, dan menggunakan accumulator (aki) disaat sinar matahari sudah tidak ada. Sumber tegangan DC yang nilainya 12 Volt ini diregulasikan terlebih dahulu melalui IC2 ( IC regulator )
47
tegangan Positif yaitu IC 78L05 yang menghasilkan nominal tegangan keluaran 5 Volt. Tegangan yang sudah diregulasikan ini digunakan untuk mengoperasikan IC1 ( IC CMOS 4069UB ). IC ini digunakan untuk menghasilkan sinyal kotak. Kemudian keluaran sinyal kotak ini ( pin 2 dan pin 4 ) dikuatkan melalui transistor TR1 dan TR2 yang nantinya TR1 dan TR2 ini berfungsi menswitch MOSFET TR3dan TR4 serta TR5 dan TR6. Jika pada saat TR3 dan TR4 mendapat input high ( 1 ) dari TR1, dan TR5 dan TR6 mendapat input low ( 0 ) dari TR2, maka TR3 dan TR6 akan menjadi off dan TR4 dan TR5 menjadi on. Sehingga arus mengalir dari Vcc-TR5Trafo-TR4-(-Vcc). Begitu sebaliknya terjadi secara kontinyu dan terus menerus serta bergantian sehingga menghasilkan suatu tegangan bolak-balik. Tegangan yang dihasilkan oleh MOSFET ini masih tegangan 12 Volt tapi memiliki Arus yang besar. Tegangan 12 Volt AC ini dinaikan kembali oleh transformator stepup.
3.4.
Pembuatan PCB ( PRINT CIRCUIT BOARD ) Untuk pembuatan PCB ini sekaligus perancangan layout dan tata letak
komponen pada papan PCB. Dalam perancang papan PCB ini ada beberapa yang perlu diperhatikan yaitu : 1
Mengusahakan jalurnya sependek mungkin
2
Mengusahakan agar jumper sedikit mungkin
3
Menghindari belokan yang tajam pada jalur
4
Rancangan layout dapat dilihat pada bagian akhir laporan ini.
48
Proses pembuatan PCB ini dilakukan melalui beberapa tahap pengerjaan, supaya hasil yang diinginkan tercapai dengan maksimal. Adapun tahap-tahap pengerjaanya adalah: 1
Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, seperti PCB, tempat pelarutan, tang, bor listrik dan lain sebagainya.
2
Membuat
layout
rangkaian
pada
kertas,
yang
kemudian
menjiplakkanya pada PCB. 3
Setelah jalur-jalur rangkaian dijiplak ke PCB menggunakan spidol permanen, siapkan larutan FeCl3. jangan menempatkan larutan ini pada tempat yang terbuat dari logam. Karena sifat dari larutan ini adalah melarutkan logam.
4
Masukan PCB kedalam larutan FeCl3 sambil digoncang-goncang supaya hasilnya merata.
5
Jika semua lapisan tembaga pada PCB yang tidak terlapisi dengan spidol hilang, bersihkan PCB menggunakan air bersih. Setelah dibersihkan dengan air bersih, PCB dibersihkan lagi dengan menggunakan spritus atau alkohol, fungsinya untuk menghilangkan tinta spidol.
6 Papan PCB yang telah dibersihkan kemudian didril untuk menandai bagian yang akan di bor menggunakan bor listrik. 7
Bor PCB yang telah ditandai dengan dril.
49
Setelah proses pengeboran selesai, bersihkan PCB dengan menggunakan kertas pasir. Tujuanya agar proses penghantaran arus listrik pada PCB berjalan dengan baik.
3.5.
Pemasangan komponen Sebelum komponen yang akan digunakan ditempatkan pada PCB, terlebih
dahulu komponen-komponen tersebut di cek terlebih dahulu. Ini dilakukan untuk memastikan apakah komponen yang akan kita pasang nantinya rusak atau dalam keadaan baik. Selain itu cek semua jalur-jalur pada PCB, apakah jalur-jalur tersebut ada yang bisa menyebabkan hubung singkat atau tidak. Setelah semuanya dipastikan sudah tidak ada lagi kejanggalan, maka proses selanjutnya memasang komponen-komponen sesuai dengan yang telah direncanakan. Setelah semua komponen terpasang dengan tepat dan benar, maka proses selanjutnya adalah melakukan penolderan komponen. Hal-hal harus diperhatikan dalam proses penyolderan adalah : 1
Pastikan suhu solder tidak terlalu panas, karena bisa merusak komponen yang tidak tahan terhadap panas.
2
Waktu atau lama penyolderan komponen jangan terlalu lama, untuk menghindari rusaknya komponen-komponen yang peka terhadap panas.
3
Penggunaan
yang
seminimal
mungkin
kematangan timah pada titik persambungan.
dan
memperhatikan
50
4
Menggunakan pengaman untuk komponen tertentu yang sensitif terhadap panas seperti socket IC, yang bertujuan untuk mempermudah penggantian IC yang mengalami kerusakan.
Gambar 3.6 Hasil pembuatan Oscilator tanpak belakang
51
Gambar 3.7 Hasil pembuatan Rangkaian Oscilator Inverter tanpak depan
Gambar 3.8 Hasil pembuatan Rangkaian MOSFET Inverter tanpak belakang
52
Gambar 3.9 Hasil Rangkaian MOSFET Inverter tanpak depan
Melakukan penyolderan kaki–kaki pada komponen yang sensitif terhadap panas dan tidak menggunakan socket secara bergantian ke komponen lain. 3.6.
Perancangan kotak pengaman ( BOX ) Perancangan box ini di rancang sebagai tempat perlindungan dari rangkaian
agar rangkaian tidak berpengaruh dari lingkungan diluar rangkaian dan juga sebagai penarik dari nilai tampilan . Bahan yang digunakan pada perancangan box ini adalah : Box terbuat dari kayu Paku dan lem kayu Bor dan Gerinda
53
Adapun urutan perancangan box ini adalah sebagai berikut :
Perancangan kayu sesuai dengan ukuran yang ditentukan.
Perancangan pemotongan panjang dan lebar kayu.
Gambar 3.10 Hasil pembuatan Box
