INDUCTIVE WIRELESS CHARGER UNTUK TELEPON SELULER
oleh Christin Satya Ningtyas NIM : 612007015
Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
April 2014
INDUCTIVE WIRELESS CHARGER UNTUK TELEPON SELULER
oleh Christin Satya Ningtyas NIM : 612007015
Skripsi ini telah diterima dan disahkan Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik dalam Konsentrasi Teknik Elektronika Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika Dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
Disahkan oleh
Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. F. Dalu Setiaji, M.T.
Deddy Susilo, M.Eng.
Tgl. ………………..
Tgl. ………...........
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya, yang bertanda tangan di bawah ini : NAMA
:
Christin Satya Ningtyas
NIM
:
612007015
JUDUL SKRIPSI
:
Inductive Wireless Charger untuk Telepon Seluler
Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas palgiat. Apabila ternyata ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apa pun sesuai aturan yang berlaku.
Salatiga, 1 April 2014
Christin Satya Ningtyas
INTISARI Telepon seluler saat ini sudah menjadi kebutuhan bagi manusia untuk mengakses dokumen, multimedia, internet, dan terlebih saat dikenal adanya social network. Terdapat beberapa kendala yang muncul saat menggunakan ponsel, misalnya baterai habis pada saat berada dalam kondisi yang sangat mendesak, sedangkan penggunaan charger konvensional yang frekuentif dapat mengakibatkan kerusakan konektor pada charger. Karena itu, penulis merancang dan merealisasikan inductive wireless charger sebagai salah satu solusinya. Sistem terdiri atas dua modul, yaitu transmitter dan receiver. Masukan DC dari catu daya dengan nilai VCC 9V dan VEE -9V diubah menjadi sinyal AC oleh rangkaian inverter yang terdiri atas sine generator dengan IC XR2206 dan rangkaian penguat daya kelas B dengan transistor NPN tipe TIP41 dan PNP tipe TIP42. Keluaran inverter berupa sinyal AC 6,36 VRMS dan 1,53 ARMS kemudian dialirkan ke koil transmitter, sehingga pada koil timbul medan magnetik sebesar 3,29x10-3 Tesla. Ketika koil receiver diletakkan di atas koil transmitter, terjadi transmisi daya secara induksi, dibuktikan pada keluaran modul receiver (pin nomor 5 IC MAX1811) terukur tegangan sebesar 4,72 Volt. Selanjutnya pengujian sistem dilakukan dengan menghubungkan keluaran ke beban berupa baterai ponsel jenis Lithium-ion dari kondisi baterai kosong (VBATT = 3 Volt, arus yang mengalir 312,43 mA) selama 5x60menit. Semakin lama waktu pengisian daya pada baterai, arus yang mengalir semakin kecil hingga hampir 0 A. Kapasitas arus maksimum yang dicatu oleh alat selama satu jam 62,4mAH. Penulis belum dapat melakukan pengujian charging hingga baterai penuh karena kapasitas baterai yang diuji 1,2 AH, sedangkan prediksi pengisian daya hingga penuh dibutuhkan waktu selama 19 jam. Efisiensi alat didapatkan sebesar 30,3%.
i
ABSTRACT Now cell phones are becoming a daily need of people that give access to documents, entertainments, and internet. Some problems appear when we use cell phone, for example the battery is shutdown at an urgent condition. But the using of a conventional charger may be causing the connector broken. The aim of this project is design an inductive wireless charger as a solution. The direct current from a power supply is converted into the alternating current waveforms by an inverter circuit which have a sine generator using XR2206 integrated circuit and a class B power amplifier circuit that build from a TIP41 and a TIP42 transistor. The sine output from this inverter with 6,36VRMS and 1,53ARMS then flows to the transmitter coil, so created electromagnet fields which inducted by the receiver coil. After rectified back into DC by a bridge diode and a capacitor, the DC signal flows to a battery charging circuit using MAX1811 integrated circuit. Then the number 5 pin output of IC MAX1811 is connected to a Li-ion battery load. The device has 64,2mAH maximum current capacity that can be supplied to charge the battery, and needs 19 hours to fully charge the battery. The efficiency of this device is 30,3%.
ii
KATA PENGANTAR Puji syukur yang tak terkira penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena atas segala berkat karunia dan penyertaanNya hingga penulis mampu menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana. Banyak masalah dan rintangan yang tidak mudah untuk dihadapi, namun pertolongan Tuhan Yesus Kristus membuat penulis semakin percaya bahwa tidak ada kasih kuasa yang lebih besar selain daripada kasih setia Tuhan. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Orang tua tercinta, Papa War dan Mama I’ik, terima kasih untuk cinta kasih, dukungan moral material, dan pengorbanan yang tidak henti-hentinya untuk penulis, walaupun sering membuat hati papa mama sakit. Papa Henry dan Mama Ani, yang juga tak pernah lelah menyemangati penulis untuk menyelesaikan studi di FTEK. 2. Oktavianus Waskita Praja dan Lionel Domenico Praja, suami dan anak yang luar biasa, I can’t say the other words, just I love you both so much. 3. Bapak F. Dalu Setiaji, M.T. pembimbing I, dan Bapak Deddy Susilo, M.Eng. pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan dan saran yang menginspirasi penulis selama mengerjakan skripsi ini. Mohon maaf karena penulis tidak dapat memenuhi ekspektasi dari Bapak. 4. Pak Herdy dan Pak Andreas, dosen yang turut membantu menambah ilmu penulis memperdalam topik skripsi ini. Pak Darmawan Utomo, wali studi yang membimbing penulis memilih mata kuliah selama studi di FTEK. 5. Bapak Dekan, seluruh dosen, Mbak Rista, mbak Dita, Pak Harto, Pak Bambang, Pak Hari, Pak Budi, staff, dan seluruh karyawan FTEK.
iii
6. Sahabat terbaik Ilafya Nina, kak Monic, teman-teman rindangers, dan temanteman angkatan 2007, teman – teman lab skripsi, yang saling memberi dukungan dan bantuan, Pak Muh, Dhika Muftia, koh Tepe, Gading, Demas, Winan, Bli, Rolly, Eko, Bastian, Dhika ‘engkong’, mas Heru, dan semua yang belum tersebut.. 7. Adik-adik : Bagas Christanta, Denny Noviananda, Kiky Oktaviananda. Dan adik-adik angkatan yang turut membantu dan menyemangati penulis : Abet, Bagas Prakoso, Ivan Dwinanda, Rere, Denis, Anton, Carlo. 8. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca, sehingga skripsi ini dapat berguna ke depannya.
Salatiga, 1 April 2014
iv
DAFTAR ISI INTISARI .......................................................................................................
i
ABSTRACT ...................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................
iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vii DAFTAR TABEL...........................................................................................
ix
DAFTAR ISTILAH ........................................................................................
x
PENDAHULUAN ......................................................................................
1
1.1.
Tujuan.............................................................................................
1
1.2.
Latar Belakang ................................................................................
1
1.3.
Spesifikasi Sistem ...........................................................................
3
1.4.
Sistematika Penulisan......................................................................
4
LANDASAN TEORI .................................................................................
5
2.1.
Transmisi Daya Wireless .................................................................
5
3.1.1. Gaya Gerak Listrik Induksi (GGL Induksi) ..........................
6
3.1.2. Induktansi ............................................................................
7
3.1.3. Koefisien Kopling................................................................
9
BAB I
BAB II
2.2.
Inverter ........................................................................................... 10 2.2.1. Integrated Circuit (IC) XR2206 ........................................... 10 2.2.2. Penguat Daya Kelas B ......................................................... 12
2.3.
Penyearah (Rectifier) ....................................................................... 14
2.4.
Integrated Circuit (IC) MAX1811 ................................................... 16
BAB III PERANCANGAN SISTEM ....................................................................... 18 3.1.
Perancangan Modul Transmitter ..................................................... 19
v
3.1.1. Pengujian Catu Daya ........................................................... 19 3.1.2. Inverter................................................................................ 20 3.1.2.1.Sine Generator dengan IC XR2206 .......................... 20 3.1.2.2.Penguat Daya Kelas B .............................................. 22 3.1.3. Koil Transmitter .................................................................. 23 3.2.
Perancangan Modul Receiver .......................................................... 24 3.2.1 Koil Receiver ....................................................................... 24 3.2.2 Rangkaian Penyearah (Rectifier) .......................................... 25
3.3.
Perancangan Rangkaian Charger Baterai Li-ion dengan IC MAX1811
BAB IV PENGUJIAN.............................................................................................. 29 4.1.
Pengujian Modul Transmitter .......................................................... 29 4.1.1. Pengujian Catu Daya ........................................................... 30 4.1.2. Pengujian Inverter ............................................................... 31
BAB V
4.2.
Pengujian Koil ................................................................................ 33
4.3.
Pengujian Modul Receiver .............................................................. 36
4.4.
Pengujian Alat Keseluruhan ............................................................ 37
KESIMPULAN .......................................................................................... 41 5.1.
Kesimpulan ..................................................................................... 41
5.2.
Saran Pengembangan ...................................................................... 42
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Perubahan arus pada kumparan 1 yang menginduksi kumparan lain menimbulkan induktansi bersama ........................................................... 7 Gambar 2.2. Blok diagram sebuah inverter ............................................................. 9 Gambar 2.3. Konfigurasi pin IC XR2206 [6]............................................................ 9 Gambar 2.4. Untai dasar IC XR2206 sebagai signal generator[7] ............................ 10 Gambar 2.5. Untai penguat kelas B dengan beban RL ............................................... 12 Gambar 2.6. Untai penyearah gelombang penuh dan kapasitor ................................. 13 Gambar 2.7a. Simulasi keluaran untai penyearah tanpa kapasitor .............................. 13 Gambar 2.7b. Simulasi keluaran untai penyearah dengan kapasitor ........................... 14 Gambar 2.8. Konfigurasi pin IC MAX1811[8] ......................................................... 15 Gambar 3.1. Blok diagram alat secara keseluruhan .................................................. 17 Gambar 3.2. Gambaran sistem kerja alat .................................................................. 17 Gambar 3.3. Untai catu daya .................................................................................... 18 Gambar 3.4. Integrated Circuit (IC) XR2206 ........................................................... 19 Gambar 3.5. Untai sine generator dengan IC XR2206 ............................................. 20 Gambar 3.6. Untai penguat daya kelas B .................................................................. 22 Gambar 3.7. Perancangan koil transmitter ............................................................... 22 Gambar 3.8. Untai penyearah pada receiver ............................................................. 24 Gambar 3.9. Contoh kerusakan baterai karena overcharging .................................... 25 Gambar 3.10. Topologi untai charger baterai Li-ion dengan IC MAX1811[8] ........... 25 Gambar 4.1. Realisasi modul transmitter ................................................................. 27 Gambar 4.2.a Pengukuran tegangan keluaran catu daya ............................................. 28 Gambar 4.2.b Pengukuran tegangan keluaran catu daya ............................................. 28 Gambar 4.3. Pengujian sinyal keluaran IC XR2206 pada pin nomor 2 ..................... 29 Gambar 4.4. Hasil pengukuran arus keluaran rangkaian inverter setelah dikuatkan rangkaian penguat kelas B..................................................... 30 Gambar 4.5. Gambar keluaran rangkaian inverter setelah penguat ........................... 31 Gambar 4.6. Untai pengujian koil tahap 1 ................................................................ 32 Gambar 4.7. Untai pengujian koil tahap 2 ................................................................ 32 Gambar 4.8. Untai pengujian koil tahap 3 ................................................................ 32
vii
Gambar 4.9.
Hasil pengujian koil tahap 1 .............................................................. 33
Gambar 4.10.
Hasil pengujian koil tahap 2 .............................................................. 33
Gambar 4.11.
Hasil pengujian koil tahap 3 .............................................................. 34
Gambar 4.12.a Realisasi modul receiver ................................................................... 34 Gambar 4.12.b Realisasi modul receiver ................................................................... 35 Gambar 4.13.
Untai pengujian modul receiver ......................................................... 35
Gambar 4.14.
Pengukuran VBATT saat baterai kosong .............................................. 36
Gambar 4.15.
Pengujian keseluruhan sistem ............................................................ 37
viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1.
Perbandingan tesis Daniel W.Harrist, Allen T.Waters, dan skripsi yang dibuat ..................................................................................................
2
Tabel 2.1.
Tabel deskripsi masing-masing pin IC XR2206 ................................... 10
Tabel 3.1.
Topologi masing-masing pin IC MAX1811 ......................................... 26
Tabel 4.1.
Pengukuran arus baterai setiap 60 menit .............................................. 36
ix
DAFTAR ISTILAH
DC
Direct Current
AC
Alternating Current
RMS
Root Mean Square
IC
Integrated Circuit
CC
Constant Current
CV
Constant Voltage
x
