PERANCANGAN PROGRAMMABLE POWER SUPPLY 30 V 10 A BERBASIS MICROCONTROLLER

PERANCANGAN PROGRAMMABLE POWER SUPPLY 30 V 10 A BERBASIS MICROCONTROLLER Jumari Suprayitno Program Studi Fisika Instrumentasi Elektronika Departemen Fisika, Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia

Prawito Program Studi Fisika Instrumentasi Elektronika Departemen Fisika, Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia Abstrak Programmable power supply ini dibuat dengan tujuan untuk merancang power supply yang dapat mengeluarkan tegangan secara otomatis. Programmable power supply ini terdiri dari bagian power supply unit (PSU) dan control system unit. Pada bagian PSU menggunakan trafo step down, rectifier, filter, voltage regulator, dan current booster. Untuk bagian control system unit digunakan microcontroller , motor servo , keypad, RS232 dan solid state relay (SSR). Pengaturan tegangan secara otomatis dari programmable power supply ini terletak pada pengendalian motor servo oleh microcontroller untuk memutar potensiometer frictionless yang ada pada bagian voltage regulator. Programmable power supply ini telah dilengkapi dengan sistem perlindungan dari short circuit dan over temperature. Dari hasil pengujian disimpulkan bahwa programmable power supply ini dapat mengeluarkan tegangan dari 0 sampai 20 VDC dengan error ± 0,1 VDC dan arus hingga 10 A. Programmable power supply ini telah dapat dengan baik dioperasikan selama 1 hari. Kata kunci : motor servo , otomatis, potensiometer frictionless, voltage regulator.

Abstract This programmable power supply was design to generate a controllable supply voltage automatically. This programmable power supply consists of the power supply units (PSU) and system control unit. The PSU uses a stepdown transformer, rectifier, filter, voltage regulator, and current booster. The control system unit uses a microcontroller , servo motor, keypad, RS232 communication and solid state relay (SSR). The process of automatic voltage setting of this programmable power supply is taken by the servo motor that is controlled by the microcontroller to turn the existing frictionless potentiometer on the voltage regulator. This programmable power supply system is equipped with a short circuit protection unit and over temperature unit. From several testings that have been carried-out, it is concluded that this programmable power supply can generate a voltage from 0 to 20 VDC with error of ± 0,1 VDC and generate current up to 10 A, and also can be operated well within one day. Keywords: servo motor, automatic, frictionless potentiometer, voltage regulator.

I. PENDAHULUAN Saat ini hampir semua aspek kehidupan manusia telah tersentuh dengan teknologi, dimana pemakaian perangkat elektronik khususnya rangkaian power supply sangatlah penting. Apalagi kegunaannya di laboratorium untuk kegiatan praktikum elektronika. Dalam lab elektronika, sebuah power supply yang dapat diatur tegangannya menjadi sesuatu yang harus dipenuhi. Karena rangkaian elektronik apapun selalu memerlukan rangkaian power

supply, baik power supply sederhana maupun power supply yang memiliki berbagai macam IC. Di lab elektronika, salah satu fungsi power supply adalah untuk memanaskan heater. Dimana temperature dari heater tersebut tergantung dari nilai tegangan yang diberikan dari power supply. Hanya saja pada umumnya power supply yang ada di lab elektronik adalah power supply analog dimana pengaturan tegangan outputnya dilakukan secara manual. Oleh karena itu agar temperature dari heater tersebut dapat diatur secara

Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013

Hal: 2 dari 15 otomatis, maka diperlukan sebuah power supply yang tegangan outputnya dapat diatur secara otomatis. Dengan latar belakang inilah maka akan dirancang sebuah programmable power supply 30 V 10 A berbasis microcontroller dengan menggunakan keypad atau komputer. Dimana tegangan output dari programmable power supply ini dapat diatur secara otomatis. Fungsi keypad atau komputer tersebut sebagai pemilih tegangan yang diinginkan. Apabila kita ingin memberikan tegangan 9 Volt untuk memanaskan heater, maka kita hanya perlu menekan tombol 9 dan keluarlah tegangan 9 Volt dari programmable power supply tersebut.

II. TEORI DASAR 1. Power supply DC Ideal dan Real Idealnya, pengubahan daya dari sumber listrik AC ke DC memiliki karateritik seperti efisiensi 100%, tegangan output yang tetap (constant output) walaupun dihadapkan pada variasi dari tegangan transmisi, arus pada beban, maupun temperature. Karakteristik ideal lainnya adalah tidak memiliki impedansi pada terminal output (zero impedance output) untuk setiap rentang frekuensi dan juga tidak memiliki gangguan (noise) maupun riak (ripple) pada output-nya. Gambar 1 menunjukkan perbedaan dalam hal pengaturan tegangan output antara pengubah listrik AC menjadi DC yang ideal dan real.

2. Bagian – Bagian Power supply DC

Gambar 1. Karakteristik Ideal Dan Real Pada Pengubah Listrik AC Ke DC 3. Penambah Arus (Current Booster) Biasanya sebuah voltage regulator hanya dapat mensuplai arus yang terbatas ke beban. Tetapi seringkali dalam penerapannya dibutuhkan suatu voltage regulator yang dapat mensuplai arus yang lebih besar dari kemampuan maksimumnya. Oleh karena itu biasanya untuk keperluan tersebut dapat ditambahkan sebuah transistor. Transistor ini digunakan sebagai current booster, sehingga arus yang lebih besar akan mengalir pada beban. Untuk pemasangan transistor eksternal ini dapat dilihat pada Gambar 2. 4. Pembatas Arus (Current Limiter) Jika jumlah arus beban yang ditarik berlebihan, maka dapat membuat transistor penambah arus cepat rusak. Salah satu metode untuk membatasi arus atau mencegah terhadap beban lebih adalah menggunakan rangkaian pembatas arus (current limiter) seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.

Bagian - bagian utama yang ada dalam power supply pengubah daya AC menjadi DC adalah sebagai berikut : Ø

Penurunan Tegangan (voltage step-down), berfungsi untuk mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi listrik ke level yang diinginkan.

Ø

Penyearah (rectifier), berfungsi tegangan dari AC menjadi DC.

Ø

Penyaring (filter), berfungsi membersihkan gelombang keluaran dari riak (ripple) yang berasal dari proses penyearahan.

Ø

Pengatur Tegangan (voltage regulator), bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran sehingga menjadi stabil walaupun terjadi perubahan pada temperature, beban, maupun tegangan masukan dari jaringan transmisi.

mengubah

5. Adjustable Voltage Regulator LM317 Adjustable voltage regulator merupakan rangkaian regulator yang memiliki tegangan output yang dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan. Salah satu contohnya adalah IC LM317. IC LM317 merupakan chip IC adjustable voltage regulator untuk tegangan DC positif. !! = 1,25 1 +

!! !!

+ !!"# !!

Gambar 2. Voltage Regulator Dengan Tambahan Transistor Eksternal


(1)

Hal: 3 dari 15

Gambar 3. Voltage Regulator dengan Current Limiter Untuk membuat power supply dengan tegangan output yang variabel, dapat dibuat dengan sederhana apabila menggunakan IC LM317 ini. IC LM317 memiliki kemampuan mengalirkan arus maksimum sebesar 1,5 Ampere dan mampu memberikan tegangan output variabel dari 1,2 Volt sampai dengan 37 Volt. Contoh aplikasi penggunaan IC LM317 dapat dilihat pada Gambar 4. Komponen pendukung IC LM317 pada dasarnya adalah kombinasi rangkaian pembagi tegangan antara resistor R1 dan resistor variabel R2. Kapasitor Ci dan Co berfungsi sebagai filter input dan output. Besarnya tegangan output pada rangkaian variable voltage regulator dengan IC LM317, dapat dihitung dengan persamaan berikut.

6. Sensor Temperature LM35 Sensor temperature LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran temperature menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 ini memiliki keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan tanpa memerlukan penyetelan lanjutan. Gambar 5 menunjukan bentuk dari LM35. 3 pin LM35 menunjukan fungsi masing-masing

Gambar 5. Sensor Temperature LM35 pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan output (Vout), pin 3 berfungsi sebagai ground. Tegangan output sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut : !!"!" = !"#$"%&'(%" ∗ 10!"

(2)

7. Pulse Width Modulation (PWM) Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar pulsa dalam suatu periode untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap, namun duty cycle-nya bervariasi antara 0% hingga 100%. Dengan cara mengatur lebar pulsa ON dan OFF dalam satu periode gelombang dari suatu PWM, akan didapat duty cycle yang diinginkan.

8. Motor Servo Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di

Gambar 4. Adjustable Voltage Regulator IC LM317 Gambar 6. Sinyal PWM


Hal: 4 dari 15 dan arus yang diberikan ke beban. Sedangkan bagian control system unit berfungsi mengatur nilai tegangan yang akan dikeluarkan oleh bagian PSU.

Gambar 7. Gerakan Motor Servo Continous Saat Diberikan Sinyal PWM dalam motor servo . Secara umum terdapat 2 jenis motor servo , yaitu motor servo Standard dan motor servo Continous. Motor servo tipe standard hanya mampu berputar 180 derajat. Sedangkan motor servo continuous dapat berputar sebesar 360 derajat. Pengendalian gerakan motor servo dapat dilakukan dengan menggunakan metode PWM. Biasanya pulsa PWM yang digunakan untuk mengendalikan putaran motor servo ini memiliki periode 20 ms. Kemudian lebar pulsa ON dari PWM tersebut digunakan untuk mengendalikan putaran motor servo . Pada motor servo continous, arah putaran motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kabel sinyal motor servo . Tampak pada Gambar 7, dengan lebar pulsa ON 1,5 ms, sudut dari sumbu motor servo akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah berlawanan dengan jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang searah dengan jarum jam.

III. METODA 1. Hardware Hardware yang digunakan pada programmable power supply ini terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian Power Supply Unit (PSU) dan Control System Unit. Bagian PSU berfungsi untuk menangani nilai tegangan

Untuk blok diagram dari perancangan programmable power supply ini dapat dilihat pada Gambar 8. Untuk blok kotak bergaris solid merupakan bagian dari PSU. Sedangkan blok dengan kotak bergaris putus - putus merupakan bagian dari control system unit. Blok keypad atau komputer digunakan untuk memasukan nilai tegangan yang ingin dikeluarkan oleh programmable power supply ini. Selanjutnya nilai tegangan yang telah dimasukan ke keypad atau komputer tersebut akan diproses oleh microcontroller . Pemrosesan ini dilakukan oleh microcontroller dengan mengendalikan blok rangkaian voltage regulator. Kemudian agar nilai tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini dapat dipantau terus, maka nilai tegangan dan arus tersebut akan diukur oleh microcontroller . Hasil dari pengukuran tegangan dan arus ini akan ditampilkan pada LCD display dan komputer. Untuk beberapa blok rangkaian yang ada pada bagian PSU akan ditempelkan dengan sensor temperature LM35. Ini dimaksudkan agar temperature komponen yang ada di dalam setiap blok rangkaian tersebut dapat terus dipantau. Kemudian nilai temperature komponen yang telah terukur oleh sensor temperature tersebut akan dimasukan ke microcontroller untuk selanjutnya dikirim ke komputer. Jika microcontroller tersebut mendeteksi adanya over temperature pada salah satu komponen yang ada di dalam bagian PSU, maka microcontroller tersebut akan segera memutuskan hubungan trafo step down dari transmisi listrik PLN. Untuk rancangan keseluruhan dari bagian PSU dapat dilihat pada Gambar 9. Pada bagian PSU ini, sebelum dihubungkan dengan trafo step down, transmisi listrik PLN dihubungkan dengan Solid State Relay (SSR) terlebih dahulu. Hal ini dimaksudkan agar saat terjadi over temperature pada salah satu komponen yang ada di dalam bagian PSU ini, maka microcontroller dapat


Gambar 8. Blok Diagram Programmable Power Supply

Gambar 9. Rangkaian Bagian PSU

Gambar 10. Rangkaian Bagian Control System Unit

memutus hubungan transmisi listrik PLN dari bagian PSU ini. Selanjutnya untuk menyerahkan tegangan PLN yang telah diturunkan oleh trafo step down, maka digunakanlah diode. Setelah disearahkan oleh diode,

tegangan tersebut difilter dengan kapasitor untuk menghilangkan ripple yang masih terbawa dari transmisi listrik PLN. Kemudian agar tegangan output dapat diatur sesuai dengan keinginan, maka digunakanlah IC LM317. Pengaturan tegangan output oleh IC LM317 ini terletak pada potensiometer frictionless yang digunakan. Dengan kata lain dengan memutar potensiometer frictionless tersebut, maka tegangan output programmable power supply dapat diubah sesuai dengan keinginan. Kemudian 5 transistor bipolar yang dirangkai secara paralel digunakan untuk menangani arus yang dibutuhkan oleh beban. Dan untuk membatasi arus yang dapat dialirkan menuju beban, maka digunakan 2 transistor MOSFET yang dirangkai secara paralel untuk membatasi arus yang dapat mengalir. Dimana transistor MOSFET tersebut dikendalikan oleh komparator. Komparator tersebut bekerja dengan membandingkan tegangan pada resistor pembatas arus dengan suatu nilai tegangan referensi.


Hal: 6 dari 15 Untuk rancangan keseluruhan dari bagian Control System Unit dapat dilihat padaGambar 10. Pada bagian Control System Unit ini digunakan microcontroller ATMEGA 32 untuk mengendalikan programmable power supply ini dan mengukur besaran – besaran yang ingin diukur. Keypad digunakan untuk memasukan nilai tegangan yang diinginkan. Motor servo continous digunakan untuk memutar secara otomatis potensiometer frictionless yang ada pada bagian PSU. LCD digunakan untuk menampilkan tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply. RS232 digunakan untuk menghubungkan programmable power supply ini dengan komputer.

2. Software Program yang dibuat digunakan untuk memutar motor servo agar potensiometer frictionless dapat diputar sampai nilai tegangan output yang diiinginkan. Program yang dibuat juga digunakan untuk mengukur nilai tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini serta untuk mengukur nilai tegangan dari IC LM35 yang digunakan untuk memantau temperature dari setiap komponen yang ada di dalam programmable power supply ini. Untuk melihat flowchart dari program yang dibuat ini dapat dilihat pada Gambar 11. Untuk program LABVIEW yang digunakan untuk menampilkan tegangan output, arus dan temperature komponen – komponen dari programmable power supply ini dapat dilihat pada Gambar 12. Untuk Grafik Tegangan Output digunakan untuk melihat kestabilan tegangan output programmable power supply ini saat diberikan beban selama rentang waktu tertentu. Sedangkan indikator VPLN digunakan untuk melihat kestabilan tegangan dari transmisi PLN.

Gambar 11. Flowchart Program Programmable Power Supply IV. HASIL DAN ANALISIS 1. Pengujian Keakuratan Tegangan Output Power Supply Untuk mengetahui keakuratan nilai tegangan output dari programmable power supply ini, maka dilakukan pengujian dengan memasukan nilai tegangan output yang diinginkan melalui keypad. Pengujian tegangan output ini dilakukan saat programmable power supply ini belum dihubungkan dengan beban. Kemudian nilai tegangan output yang telah dikeluarkan oleh programmable power supply tersebut akan dibandingkan dengan nilai tegangan output yang telah dimasukan melalui keypad. Untuk melihat perbandingan antara setiap nilai tegangan output yang telah dimasukan melalui keypad dan nilai tegangan output yang telah dikeluarkan oleh programmable power supply ini dapat dilihat pada tegangan output juga sekitar 3 Volt. Keakuratan tegangan output programmable power supply ini juga dapat dilihat pada persamaan yang menghubungkan antara tegangan output dan nilai input keypad yaitu

!!"# = 0,998 ∗ !"#$% + 0,180


(3)

Hal: 7 dari 15 Berdasarkan persamaan 4. 5, perbandingan antara tegangan output dan nilai input keypad adalah sekitar 1. Jadi dengan begitu tegangan yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini akan mendekati dengan nilai yang telah dimasukan melalui keypad. Dari persamaan 4.5 tersebut, keakuratan programmable power supply ini dalam mengeluarkan nilai tegangan yang telah dimasukan melalui keypad adalah 99,8 %.

. Berdasarkan tegangan output juga sekitar 3 Volt. Keakuratan tegangan output programmable power supply ini juga dapat dilihat pada persamaan yang menghubungkan antara tegangan output dan nilai input keypad yaitu

!!"# = 0,998 ∗ !"#$% + 0,180

(3)

Berdasarkan persamaan 4. 5, perbandingan antara tegangan output dan nilai input keypad adalah sekitar 1. Jadi dengan begitu tegangan yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini akan mendekati dengan nilai yang telah dimasukan melalui keypad. Dari persamaan 4.5 tersebut, keakuratan programmable power supply ini dalam mengeluarkan nilai tegangan yang telah dimasukan melalui keypad adalah 99,8 %.

tersebut, nilai tegangan output sampai 30 V telah dapat dicapai oleh programmable power supply yang telah dibuat dalam penelitian ini. Error terbesar dari tegangan output programmable power supply ini terjadi saat tegangan output yang diinginkan adalah 1 V. Karena error tersebut sebesar 10 %, bisa dikatakan keakuratan tegangan output programmable power supply ini terhadap nilai input keypad masih cukup baik untuk tegangan output sebesar 1 V tersebut. Dan untuk nilai tegangan output yang semakin besar, error dari tegangan output programmable power supply ini semakin mengecil.

Gambar 12. Front Panel LABVIEW Untuk Acquisition Tegangan Output, Arus Dan Temperature Komponen Komponen Programmable Power Supply Tabel 1. Tabel Keakuratan Tegangan Output Programmable Power supply Terhadap Nilai Yang Dimasukan Melalui Keypad Input Keypad

VOut Multimeter (V)

time (s)

Error %

1

1.1

0.86

10.0

2

2.1

1.39

5.0

3

3.1

1.91

3.3

4

4.2

2.44

5.0

5

5.2

2.97

4.0

6

6.3

3.5

5.0

7

7.2

4.03

2.9

8

8.2

4.56

2.5


Hal: 8 dari 15

9

9.2

5.09

2.2

10

10.2

5.62

2.0

11

11.1

6.14

0.9

12

12.2

6.67

1.7

13

13.2

7.2

1.5

14

14.1

7.73

0.7

15

15.2

8.26

1.3

16

16.2

8.79

1.3

17

17.2

9.32

1.2

18

18.1

9.84

0.6

19

19.2

10.37

1.1

20

20.2

10.9

1.0

21

21.1

11.43

0.5

22

22.1

11.96

0.5

23

23.2

12.49

0.9

24

24.2

13.02

0.8

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33

25

25.2

13.55

0.8

Input Keypad ( V )

26

26.1

14.08

0.4

27

27

14.6

0.0

28

28.2

15.13

0.7

29

29.1

15.66

0.3

30

30.2

16.19

0.7

Untuk melihat grafik tegangan output programmable power supply ini terhadap nilai yang telah dimasukan melalui keypad, dapat dilihat pada Gambar 13. Dari Gambar 13 tersebut, terlihat bahwa nilai tegangan yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini sudah cukup akurat terhadap nilai yang dimasukan melalui keypad. Keakuratan tegangan output tersebut dapat dilihat pada titik data ketiga dari bawah. Dimana titik tersebut berada pada nilai input keypad 3 Volt dan nilai

Tegangan Output ( V )

Graﬁk VOut Terhadap Input Keypad 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0

Vout = 0.998*Input + 0.180 R² = 1

Gambar 13. Grafik Tegangan Output Programmable Power supply Terhadap Input Keypad

tegangan output juga sekitar 3 Volt. Keakuratan tegangan output programmable power supply ini juga dapat dilihat pada persamaan yang menghubungkan antara tegangan output dan nilai input keypad yaitu

!!"# = 0,998 ∗ !"#$% + 0,180

(3)

Berdasarkan persamaan 4. 5, perbandingan antara tegangan output dan nilai input keypad adalah sekitar 1. Jadi dengan begitu tegangan yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini akan mendekati dengan nilai yang telah dimasukan melalui keypad. Dari persamaan 4.5 tersebut, keakuratan programmable power supply ini dalam mengeluarkan nilai tegangan yang telah dimasukan melalui keypad adalah 99,8 %.

2. Pengujian Dengan Memberikan Beban Pada Power Supply Untuk mengetahui kehandalan dari programmable power supply ini, maka dilakukan pengujian dengan pemberian beban pada programmable power supply ini. Pemberian beban ini dilakukan dengan menghubungkan terminal output programmable power supply dengan suatu resistor. Nilai resistor yang dihubungkan dengan programmable power supply ini adalah 3 Ohm. Saat


Hal: 9 dari 15

Current ( A )

Grafik Arus Terhadap Tegangan 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

R² = 0.99953

dimana penurunan tegangan terjadi sampai nilai 33 V. Karena IC LM317 memerlukan beda tegangan minimal sebesar 5 V dan ada tegangan drop sekitar 2 V pada resistor pembatas arus yang ada pada bagian current limiter, maka tegangan maksimal yang dapat diperoleh oleh resistor 3 Ohm tersebut hanyalah 26 V. Seperti yang terlihat pada penghubung tersebut akan berpengaruh sebagai resistansi juga meskipun nilainya kecil.

0

3

6

9 12 15 18 21 24 27

VOut Mul;meter ( V ) Gambar 14. Grafik Arus Terhadap Tegangan Pada Saat Resistor 3 Ohm Dihubungkan Dengan Programmable Power Supply

programmable power supply ini telah dihubungkan dengan resistor beban, tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini akan diukur menggunakan multimeter Constant 89 dan ADC ATMEGA 32. Untuk melihat nilai tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini saat dihubungkan dengan resistor 3 Ohm dapat dilihat pada penghubung tersebut akan berpengaruh sebagai resistansi juga meskipun nilainya kecil. Saat arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini semakin besar, maka tegangan output yang terukur oleh multimeter Constant 89 dan ADC ATMEGA 32 memiliki perbedaan yang semakin besar. Hal ini bisa jadi disebabkan oleh konfigurasi jalur ground yang kurang baik sehingga saat arus yang besar mengalir pada jalur ground, maka akan timbul beda tegangan pada jalur ground tersebut. Dengan timbulnya beda tegangan pada

Saat arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini semakin besar, maka tegangan output yang terukur oleh multimeter Constant 89 dan ADC ATMEGA 32 memiliki perbedaan yang semakin besar. Hal ini bisa jadi disebabkan oleh konfigurasi jalur ground yang kurang baik sehingga saat arus yang besar mengalir pada jalur ground, maka akan timbul beda tegangan pada jalur ground tersebut. Dengan timbulnya beda tegangan pada Tabel 2, nilai perbandingan antara VOut Multimeter terhadap Current tidak tepat bernilai 3 Ohm. Hal ini bisa jadi disebabkan oleh kabel penghubung antara resistor beban 3 Ohm dengan multimeter Constant 89 yang digunakan. Jadi kabel penghubung tersebut akan berpengaruh sebagai resistansi juga meskipun nilainya kecil. Saat arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini semakin besar, maka tegangan output yang terukur oleh multimeter Constant 89 dan ADC ATMEGA 32 memiliki perbedaan yang semakin besar. Hal ini bisa jadi disebabkan oleh konfigurasi jalur ground yang kurang baik sehingga saat arus yang besar mengalir pada jalur ground, maka akan timbul beda tegangan pada jalur ground tersebut. Dengan timbulnya beda tegangan pada Tabel 2. Nilai Tegangan Dan Arus Pada Resistor 3 Ohm Saat Dihubungkan Dengan Programmable Power Supply

Tabel 2. Seperti yang terlihat pada penghubung tersebut akan berpengaruh sebagai resistansi juga meskipun nilainya kecil. Saat arus yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini semakin besar, maka tegangan output yang terukur oleh multimeter Constant 89 dan ADC ATMEGA 32 memiliki perbedaan yang semakin besar. Hal ini bisa jadi disebabkan oleh konfigurasi jalur ground yang kurang baik sehingga saat arus yang besar mengalir pada jalur ground, maka akan timbul beda tegangan pada jalur ground tersebut. Dengan timbulnya beda tegangan pada Tabel 2, tegangan output programmable power supply ini hanya dapat mencapai nilai 26 V. Hal ini disebabkan oleh penurunan tegangan dari bagian rectifier dan filter

Vout

Vout

Multimeter

ADC

(V)

(V)

1

0.9

2

(A)

Vout Multimeter Current

0.9

0.3

3.3

2.4

2.5

0.7

3.2

3

3.3

3.5

1.0

3.2

4

4.3

4.5

1.3

3.2

5

5.2

5.5

1.6

3.2

6

6.2

6.5

1.9

3.2

7

7.1

7.5

2.2

3.2

Input Keypad


Current

Hal: 10 dari 15

8

8.1

8.5

2.5

3.2

9

9.1

9.5

2.8

3.3

10

10

10.4

3.1

3.3

11

10.9

11.4

3.4

3.2

12

11.9

12.4

3.7

3.2

13

12.8

13.3

4.0

3.2

14

13.8

14.4

4.3

3.2

15

14.6

15.3

4.6

3.2

16

15.5

16.2

4.9

3.2

17

16.6

17.3

5.3

3.1

18

17.6

18.4

5.6

3.1

19

18.4

19.2

5.9

3.1

20

19.4

20.4

6.2

3.1

21

20.4

21.4

6.6

3.1

22

21.4

22.4

6.9

3.1

23

22.4

23.4

7.2

3.1

24

23.2

24.3

7.5

3.1

25

23.8

24.9

7.7

3.1

26

24.8

25.9

8.0

3.1

jalur ground tersebut membuat terganggunya jalur ground yang digunakan oleh ADC ATMEGA 32 untuk mengukur tegangan. Dengan begitu akan membuat adanya kesalahan pengukuran tegangan oleh ADC ATMEGA 32 tersebut. Untuk melihat grafik arus terhadap tegangan pada resistor 3 Ohm tersebut dapat dilihat pada Gambar 14. Seperti yang terlihat pada Gambar 14, sebaran data nilai tegangan belum terlihat teratur. Yang dimaksud belum teratur disini adalah ada jarak satu titik data ke titik data yang lain tidaklah sama. Padahal nilai tegangan yang dimasukan melalui keypad telah diatur dengan kenaikan sebesar 1 Volt. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan nilai tegangan output nol yang diperoleh saat sistem sedang memutar motor servo sampai tegangan output menjadi nol. Hal tersebut tentunya membuat tegangan output default dari programmable power supply ini tidak akan selalu memiliki nilai yang sama. Dengan tidak samanya tegangan output default tersebut, tentunya akan membuat tegangan yang dikeluarkan oleh programmable power supply ini akan memiliki error terhadap nilai tegangan yang diinginkan.

3. Pengujian Kestabilan Tegangan Output Power Supply Terhadap Waktu Untuk melihat kestabilan tegangan output programmable power supply ini saat diberikan beban, maka tegangan output programmable power supply ini akan diukur selama 1 hari saat telah dihubungkan dengan resistor beban. Selama 1 hari, tegangan output programmable power supply ini diukur menggunakan ADC ATMEGA 32 yang selanjutnya akan di-acquisition menggunakan LABVIEW. Dengan menggunakan program LABVIEW, nilai tegangan output yang telah diacquisition akan dimasukan ke dalam bentuk waveform chart. Untuk nilai resistor beban yang digunakan dalam pengujian ini adalah 3 Ohm. Saat pengujian dilakukan, programmable power supply ini mengalami masalah yaitu tidak mampu untuk mengeluarkan tegangan output yang stabil dalam waktu 1 hari. Setelah dilakukan pemerikasaan, ternyata hal tersebut disebabkan oleh IC LM317 yang digunakan pada bagian voltage regulator. Berdasarkan datasheet dari IC LM317 tersebut, nilai perbedaan maksimal antara tegangan pada kaki input dan outputnya adalah 40 V. Sedangkan dalam rancangan programmable power supply ini, IC LM317 yang pertama yang ada pada bagian voltage regulator memang didesain agar perbedaan nilai maksimal antara tegangan di kaki input dan outputnya sekitar 40 V. Jadi bisa dikatakan bahwa desain rancangan pada bagian voltage regulator itulah yang menyebabkan power supply programmable ini tidak dapat mengeluarkan tegangan yang stabil selama 1 hari karena IC LM317 yang pertama sudah didesain dalam keadaan maksimalnya. Oleh karena itu agar pengujian ini dapat dilakukan selama 1 hari, maka nilai tegangan PLN yang diturunkan oleh trafo step down diubah menjadi 24 V. Setelah pengujian dilakukan ternyata nilai maksimal tegangan yang dapat dikeluarkan oleh programmable power supply ini adalah 20 V. Ini adalah efek diubahnya nilai tegangan PLN yang diturunkan oleh trafo step down menjadi 24 V. Untuk melihat kestabilan tegangan output programmable power supply ini saat dihubungkan dengan resistor 3 Ohm selama 1 hari dapat dilihat pada Gambar 15. Seperti yang terlihat pada Gambar 15 tersebut, selama 1 jam kestabilan tegangan output programmable power supply ini memiliki error sebesar ± 0,1 V.

4. Pemantauan Temperature Pada Komponen Power Supply Pemantauan temperature komponen ini dilakukan


Hal: 11 dari 15 bersamaan saat pengujian kestabilan tegangan output selama 1 hari dilakukan. Untuk melihat grafik temperature komponen pada setiap bagian programmable

power supply saat mengeluarkan tegangan 20 V selama 1 hari dapat dilihat pada Gambar 16, Gambar 17, dan Gambar 18.

Gambar 15. Kestabilan Tegangan Output 20 V Saat Dihubungkan Dengan Resistor 3 Ohm Selama 1 Hari

Gambar 16. Grafik Temperature Komponen Bagian Voltage Regulator Saat Programmable Power supply Mengeluarkan Tegangan 20 V Selama 1 Hari

Gambar 17. Grafik Temperature Komponen Bagian Current Booster Saat Programmable Power supply Mengeluarkan Tegangan 20 V Selama 1 Hari


Hal: 12 dari 15

Gambar 18. Grafik Temperature Komponen Bagian Current Limiter Saat Programmable Power supply Mengeluarkan Tegangan 20 V Selama 1 Hari

Tabel 3. Nilai Tegangan Output Maksimal Programmable Power supply Untuk Setiap Nilai Tegangan PLN Tegangan PLN ( V )

VOut Max ( V )

240

15

220

15

200

15

180

15

160

15

140

12

120

9

Seperti yang terlihat pada gambar grafik - grafik temperature komponen – komponen yang ada di dalam programmable power supply ini, pada saat dilakukan pengujian dengan memberikan resistor beban, temperature komponen – komponen yang ada di dalamnya tidak mencapai nilai lebih dari 1000 Celcius. Jadi programmable power supply ini masih aman untuk dioperasikan selama 1 hari untuk mengeluarkan tegangan output hingga 20 V.

5. Pengujian Pengaruh Kestabilan Tegangan PLN Terhadap Tegangan Output Power Supply Pengujian ini dilakukan dengan cara menurunkan atau menaikan tegangan transmisi listrik PLN menggunakan

variable transformer. Saat tegangan transmisi listrik PLN ini sedang diturunkan atau dinaikan, programmable power supply dihubungkan dengan resistor beban 3 Ohm. Karena spesifikasi variable transformer yang digunakan hanya bisa mencapai arus 5 A, maka tegangan output programmable power supply ini hanya diatur sampai nilai 15 V saja. Untuk melihat nilai tegangan output maksimal dari programmable power supply ini saat dihubungkan dengan resistor beban 3 Ohm untuk setiap nilai tegangan PLN dapat dilihat pada Tabel 3. Berdasarkan Tabel 3, nilai tegangan output programmable power supply mulai menurun dari nilai 15 V saat tegangan PLN bernilai 140 V.

Tabel 4. Nilai Arus Short circuit Saat Terminal Positif Dan Ground Dihubungkan Vout ( V )

Current ( A )

0

0

0.25

1.55

0.5

3.23

0.75

4.93

1

6.53

1.25

8.21

1.5

9.86


Hal: 13 dari 15 1.75

11.19

VOut Max ( V )

Grafik Pengaruh Tegangan PLN Terhadap VOut Maksimal 18 15 12 9 6 3 0 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Tegangan PLN ( V )

Gambar 19. Grafik Pengaruh Tegangan PLN Terhadap Tegangan Output Maksimal Programmable Power Supply

6. Pengujian Sistem Perlindungan Short Circuit Dan Over Temperature Untuk menguji sistem perlindungan short circuit ini, pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan secara langsung terminal positif programmable power supply ini dengan terminal ground-nya. Sebelum kedua terminal tersebut dihubungkan secara langsung, tegangan output programmable power supply ini diatur menjadi nol terlebih dahulu. Saat kedua terminal tersebut sudah dihubungkan, maka tegangan output programmable power supply ini dinaikan secara manual. Kenaikan tegangan output ini diatur setiap 0,25 Volt. Kemudian arus short circuit yang terjadi diukur menggunakan multimeter Constant 89. Untuk melihat nilai arus short circuit yang terjadi saat terminal positif dan ground dari programmable power supply ini dihubungkan, dapat dilihat pada Tabel 4. Seperti yang terlihat pada Tabel 4, arus short circuit yang terjadi tidak langsung mencapai nilai 10 A, melainkan naik perlahan – lahan sampai tegangan output sekitar lebih dari 1,5 Volt. Dan saat tegangan output programmable power supply ini mencapai 1.75 Volt, arus short circuit yang terjadi bernilai 11,19 A. Dan saat arus short circuit ini sudah mencapai nilai 11,19 A tersebut, kenaikan tegangan output yang terjadi tidak menambah arus short circuit tersebut. Jadi dapat disimpulkan bahwa sistem perlindungan short circuit tersebut telah dapat bekerja dengan baik untuk membatasi arus short circuit yang terjadi sampai nilai 11,19 A.

dilihat pada Gambar 20. Karena pengujian sistem perlindungan short circuit ini dilakukan dengan cara menghubungkan terminal positif dan ground, maka kita dapat mengetahui resistansi dalam dari power supply programmable ini. Resistansi dalam ini dapat diketahui melalui perbandingan antara tegangan output dan arus short circuit yang terjadi. Jadi melalui persamaan grafik yang ada pada Gambar 20, dapat diketahui nilai perbandingan antara tegangan ouput dan arus short circuit yang terjadi yaitu !!!!"# = 6,5 !!"# !!"# 1 = !!!!"# 6,5 !!"# = 0.2 !!!!"# !!" = 0.2 !ℎ! Jadi hambatan dalam dari power programmable power supply ini adalah 0,2 Ohm

supply

Selanjutnya untuk menguji sistem perlindungan over temperature, pengujian dilakukan dengan cara memanaskan salah sensor IC LM35 dengan menggunakan solder. Ini dimaksudkan agar nilai temperature maksimal yang diinginkan dapat tercapai. Hal ini dikarenakan jika programmable power supply ini hanya dihubungkan dengan resistor beban, maka temperature pada setiap komponen – komponen yang ada di dalamnya tidak pernah mencapai nilai maksimal yang telah dibatasi. Oleh karena itu agar nilai maksimal itu dapat tercapai, maka digunakanlah solder untuk memanaskan sensor IC LM35 tersebut. Jika temperature komponen belum melebihi batas maksmimal, maka indikator LED pada SSR masih tetap menyala seperti yang terlihat pada Gambar 21. Dengan masih terhubungnya transmisi listrik PLN, maka programmable power supply ini masih dapat mengeluarkan tegangan dengan baik seperti yang ditunjukan oleh Gambar 22. Namun ketika temperature maksimal tersebut telah tercapai, maka transmisi listrik PLN akan terputus dari programmable power supply ini. Hal ini ditunjukan dengan padamnya indikator LED pada SSR seperti yang terlihat pada Gambar 23. Dengan terputusnya transmisi listrik PLN, programmable power supply ini tidak dapat lagi mengeluarkan tegangan seperti yang terlihat pada Gambar 24.

Untuk melihat grafik arus short circuit terhadap tegangan output programmable power supply ini, dapat


Hal: 14 dari 15

12

Graﬁk Arus Short Circuit Terhadap VOut Current= 6.496*Vout + 0.003 R² = 0.9994

Current Short Circuit (A )

10

V. KESIMPULAN 1. Programmable power supply ini memiliki akurasi 99,8 % untuk mengeluarkan nilai tegangan yang telah dimasukan melalui keypad atau komputer. 2. Sistem perlindungan short circuit dan over temperature dari programmable power supply ini telah bekerja dengan baik.

8

6

3. Spesifikasi dari programmable power supply ini adalah sebagai berikut

4

2

0 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 Tegangan Output ( V )

AC Input

: 200 – 240 VAC 60 Hz

DC Output

: 0 – 20 ± 0,1 VDC

Current

: 10 A

Rin

: 0,2 Ohm

4. Programmable power supply ini sudah dapat dioperasikan pada nilai spesifikasinya dengan baik selama 1 hari.

Gambar 20. Grafik Arus Short circuit Terhadap Tegangan Output Programmable Power Supply

Gambar 21. Indikator LED SSR Saat Temperature Komponen – Komponen Programmable Power supply Belum Melebihi Batas Maksimal

Gambar 22. Tegangan Output Dan Arus Programmable Power supply Saat Temperature Komponen – Komponen Programmable Power supply Belum Melebihi Batas Maksimal


Hal: 15 dari 15

Gambar 23. Indikator LED Solid State Relay Saat Temperature Komponen – Komponen Programmable Power supply Telah Melebihi Batas Maksimal

Gambar 24. Tegangan Output Dan Arus Programmable Power supply Saat Temperature Komponen – Komponen Programmable Power supply Telah Melebihi Batas Maksimal


Hal: 16 dari 16

REFERENSI [1] Blattenberger, K. (1996). http://www.rfcafe.com. Dipetik Maret 12, 2013, dari http://www.rfcafe.com/references/electrical/NEETS %20Modules/NEETS-Module-07-4-31-4-40.htm

[8] Nasution, M. F. (2012, Mei 30). inirobot.blogspot.com. Dipetik Maret 12, 2012, dari http://ini-robot.blogspot.com/2012/05/pulse-widthmodulation-pwm.html

[2] Faulkenberry, L. M. (1982). An Introduction To Operational Amplifier. Taipei: Central Book Company.

[9] Purnama, A. (2012, Juni 4). elektronika-dasar.com. Dipetik Maret 12, 2013, dari http://elektronikadasar.com/komponen/regulator-tegangan-variablelm317/

[3] Horowitz, P. (1980). The Art Of Electronics. Melbourne: Cambridge University Press.

[4] Huda, A. A. (2010, April 1). http://akbarulhuda.wordpress.com. Dipetik Maret 12, 2013, dari http://akbarulhuda.wordpress.com/2010/04/01/meng enal-motor-servo /

[5] Makasenggehe, N. C. (2011). Perancangan Power supply Bebasis Mikrokontroler Menggunakan Keypad Sebagai Pemilih Tegangan. Teknik Elektro Fakultas Teknik UNSRAT .

[6] Malvino, A. (1999). Electronic Principles. Singapur: McGrawHill .

[7] Nasution, M. F. (2011, November 20). inirobot.blogspot.com. Dipetik Maret 12, 2013, dari ini-robot.blogspot.com/2011/11/komparator.html

[10] Sapsal, T. (2011, Juni 6). muhammadt10.student.ipb.ac.id. Dipetik Maret 12, 2013, dari http://muhammadt10.student.ipb.ac.id/2011/06/06/p erkenalan-ke-mikrokontroler-avr/

[11] Setiawan, I. (2012, April 7). ml.scribd.com. Dipetik Maret 12, 2013, dari ml.scribd.com/doc/99047154/TutorialMicrocontroller -AVR-Part-I

[12] ShatoMedia. (2008, Desember 30). shatomedia.com. Dipetik Maret 12, 2012, dari http://shatomedia.com/2008/12/sensor-temperaturelm35/

[13] Taufik. (1999, Januari). www.elektroindonesia.com. Dipetik Maret 12, 2012, dari www.elektroindonesia.com/elektro/elek24.html

[14] Utomo, A. S. (2010, Desember 10). http://aryutomo.wordpress.com. Dipetik Maret 12, 2012, dari http://aryutomo.wordpress.com/2010/12/10/pengatu r-tegangan-voltage-regulator/


PERANCANGAN PROGRAMMABLE POWER SUPPLY 30 V 10 A BERBASIS MICROCONTROLLER

Recommend Documents