BAB III PERANCANGAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan diuraikan mengenai perancangan alat inductive wireless charger untuk telepon seluler. Blok diagram alat secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.1. TRANSMITTER RECEIVER Catu Daya Penyearah Inverter Koil Primer Inductive Charging Koil Sekunder Rangkaian Charger Baterai Li-ion Baterai Li-ion Gambar 3.1. Blok diagram alat secara keseluruhan. Secara umum, sistem terdiri atas dua modul, yaitu transmitter dan receiver. Kedua modul tersebut saling terhubung apabila didekatkan dengan metode induksi elektromagnetik. Modul receiver merupakan modul yang terhubung langsung ke beban, yaitu baterai Li-ion. Gambar 3.2. Gambaran sistem kerja alat. 17

2 3.1. Perancangan Modul Transmitter Pada bagian ini, akan dijelaskan perancangan modul transmitter dan bagian-bagian di dalamnya secara terperinci. Dalam modul ini, terdapat tiga bagian, yaitu : catu daya, inverter, dan koil primer Rangkaian Catu Daya Catu daya berfungsi menyediakan daya masukan yang dibutuhkan oleh bagian inverter. Untuk menghasilkan dua macam nilai tegangan (Vcc yang bernilai positif dan Vee yang bernilai negatif), beberapa komponen yang digunakan antara lain : transformator step down CT (center tap), rangkaian penyearah gelombang penuh (diode bridge) dengan menggunakan empat buah dioda 1N4002, dua buah kapasitor non polar 4700 f, dan LED sebagai indikator. Gambar 3.3. Untai catu daya. Keluaran dari transformator yang masih berupa sinyal AC diubah menjadi DC oleh rangkaian penyearah dengan dioda bridge. Diasumsikan V RMS = 12 Volt dan tegangan buka dioda 1N4002 sebesar 0,7 Volt, kita dapat menghitung tegangan DC rata-ratanya dengan persamaan (2.13) dan (2.14) : V =, 18

3 Dan tegangan DCnya : V =, (3.1) Vp = 16,97 Volt (3.2) V = V V V = 16,97 2(0,7) (3.3) V = 16,97 1,4 (3.4) V = 15,57 Volt (3.5) Maka nilai V CC = 15,57 Volt, dan V EE = -15,57 Volt. Pada bagian catu daya ini juga dipasang limit switch sedemikian rupa untuk memutuskan aliran tegangan jala-jala PLN, sehingga modul transmitter tidak akan bekerja jika ponsel tidak diletakkan di atas charging mat Inverter Bagian inverter pada modul transmitter digunakan untuk mengubah sinyal DC dari catu daya menjadi sinyal AC. Berikut akan dijelaskan tentang perancangan rangkaian sine generator dan rangkaian penguat kelas B secara rinci Sine Generator dengan IC XR2206 Bagian ini dirancang berdasarkan kebutuhan akan keluaran gelombang sinusoida berkualitas baik untuk penggunaan pada frekuensi tinggi. Untuk itu, digunakan IC XR2206. IC jenis ini digunakan karena memiliki error frekuensi maksimum sebesar 1% [5]. Gambar 3.4. Integrated Circuit (IC) XR

4 Gambar 3.5. Untai sine generator dengan IC XR2206. Gambar 3.5. merupakan untai topologi IC XR2206 untuk menghasilkan gelombang sinusoida. Digunakan dua macam tegangan masukan untuk bagian ini, yaitu V CC dan V EE, sehingga tegangan keluaran puncak maksimum untuk siklus positifnya mendekati V CC, dan nilai tegangan keluaran puncak maksimum untuk siklus negatifnya mendekati V EE. C1 yang terdapat pada pin nomor 5 dan terhubung ke pin nomor 6 merupakan kapasitor timing. Resistor timing adalah R1 pada pin nomor 7 dan terhubung dengan potensiometer 1 MΩ untuk dapat menala frekuensi. Sehingga dapat dihitung frekuensi maksimum dan minimum sine generator untai di atas dengan menggunakan persamaan (2.14). Untuk mendapatkan nilai frekuensi maksimumnya, potensiometer 1 MΩ diputar ke arah hambatan maksimum, dengan kata lain, nilai hambatannya dibuat 1 MΩ, lalu ditambahkan dengan R1 (1 kω). f = ( ) (3.6) 20

5 fmin = (.. ). (3.7) fmin = () (. ) (3.8) fmin =, (3.9) fmin = 999 Hz (3.10) Sedangkan untuk frekuensi maksimum, potensiometer 1 diputar ke arah hambatan minimum (0 Ω), sehingga potensiometer 1 MΩ dapat dianggap tidak ada. f = (3.11) f = ( ) ( ) (3.12) fmax = (3.13) fmax = 1 MHz (3.14) Sehingga frekuensi keluaran untai di atas : 999 f Hertz Penguat Daya Kelas B Dalam skripsi ini, penguat daya kelas B digunakan untuk menguatkan daya keluaran agar lebih besar dari daya masukan. Penguat daya kelas B ini menggunakan dua jenis transistor, yaitu NPN dan PNP. Tipe transistor yang digunakan penulis untuk membuat skripsi ini adalah tipe TIP41 untuk transistor jenis NPN dan transistor tipe TIP42 untuk transistor jenis PNPnya, karena kedua transistor tersebut mampu bekerja hingga frekuensi 3 MHz, dengan asumsi penguatan tegangan satu kali. 21

6 Gambar 3.6. Untai penguat daya kelas B Koil Transmitter Koil transmitter yang dirancang memiliki bentuk solenoid, dengan jari-jari penampang (r)=15mm, panjang penampang (l)=15mm, diameter koil (d)=0,4mm, jumlah lilitan (N)=180 lilitan, dan panjang koil (L)=1050 mm seperti pada Gambar 3.7. di bawah ini : 15mm 15 mm B Gambar 3.7. Perancangan koil transmitter. Dengan asumsi arus yang dialirkan pada koil sebesar 2 A RMS, maka induksi medan magnet (B) yang terletak pada bagian tengah solenoida dihitung dengan persamaan : 22

7 B = μ n I (3.15) 0 = Permeabilitas pada ruang hampa atau udara (4π Wb/Am) n = Jumlah lilitan per satuan panjang (lilitan/m) I = arus yang mengalir pada koil (A RMS ) Sehingga didapatkan : B = (4π. 10 ) (2) (3.16), B = (1, )(171,43)(2) (3.17) B = 4,3. 10 Tesla (3.18) 3.2. Peracangan Modul Receiver Modul receiver terdiri dari beberapa bagian, yaitu : koil receiver, rangkaian penyearah (rectifier), dan rangkaian charger baterai Li-ion dengan menggunakan IC MAX Koil Receiver Koil receiver memiliki desain yang sama dengan koil transmitter. Hanya saja jumlah lilitannya diubah untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus yang diharapkan. Dengan tegangan masukan dari inverter 9 Vpp, dan diasumsikan tegangan yang mengalir pada koil receiver 5 V RMS. Maka dengan persamaan (2.8) didapatkan : = = (2.8) (,.,) = = (3.19) 3,181(N ) = 900 (3.20) N = 282, lilitan (3.21) 23

8 Dan : = (3.22) 283(I ) = 360 (3.33) I = 1,27 A RMS (3.34) Rangkaian Penyearah (Rectifier) Fungsi dari bagian ini adalah untuk menyearahkan sinyal AC yang telah diterima oleh koil receiver. Dioda yang digunakan dalam rangkaian penyearah pada receiver juga dioda tipe 1N4002 yang disusun dengan konfigurasi dioda bridge. Keluaran rangkaian penyearah diberi kapasitor yang terhubung secara paralel ke ground untuk memperhalus ripple. Gambar 3.8. Untai penyearah pada receiver. Jika tegangan keluaran efektif yang diterima oleh koil receiver sebesar 5 Volt dan tegangan buka dioda 1N4002 sebesar 0,7 Volt, maka : V = V =,, (3.35) V = 7,07 Volt (3.36) 24

9 3.3. Perancangan Rangkaian Charger Baterai Li-ion dengan IC MAX1811 IC MAX1811 digunakan karena IC ini sudah menyediakan CC (constant current) dan CV (constant voltage) yang diperlukan untuk pengisian baterai Liion. CC dan CV diperlukan untuk menghindari resiko overcharging yang dapat menyebabkan kerusakan pada baterai, salah satu kasus kerusakannya adalah terjadinya penggembungan pada baterai. Gambar 3.9. Contoh kerusakan baterai Li-ion karena overcharging. Gambar 3.10 menunjukkan topologi penggunaan IC MAX1811 untuk pengisian baterai Li-ion. Gambar Topologi untai charger baterai Li-ion dengan IC MAX1811[8]. 25

10 Penjelasan topologi masing-masing pin IC MAX1811 adalah sebagai berikut : Tabel 3.1 Topologi masing masing pin IC MAX1811 Nomor Pin Nama Pin Konfigurasi 1 SELV Masukan logika regulasi tegangan. Pada persamaan (3.39) terhitung tegangan keluaran rangkaian penyearah sebesar 3,6 Volt (>2,0 Volt ; logika high ), maka logika tegangan regulasinya 4,2 Volt. Berarti, proses charging akan berhenti saat tegangan baterai sebesar 4,2 Volt. 2 SELI Masukan logika regulasi arus. Pin ini juga dihubungkan ke keluaran dari rangkaian penyearah, sehingga karena masukannya 3,6 Volt, maka logika akan high. Arus regulasi maksimum baterai diset 500 ma. 3 GND Pin ini dihubungkan ke ground. 4 IN Pin masukan catu daya. Dihubungkan ke keluaran rangkaian penyearah. 5 BATT Dihubungkan ke beban, yaitu baterai Li-ion. 6 GND Pin ini dihubungkan ke ground. 7 EN Pin masukan enable untuk mengaktifkan atau memutus rangkaian charger dengan baterai Li-ion. Rangkaian akan diputus saat BATT dalam keadaan high impedance (baterai penuh). 8 CHG Pin indikator status pengisian baterai, dengan indikator berupa sebuah LED. CHG bernilai low ketika terjadi proses charging (2,5 Volt > V BATT < Tegangan regulasi baterai), dan LED akan menyala. 26