CHARGER PORTABLE SEBAGAI PENGISIAN BATERAI HANDPHONE DARI SUMBER DAYA DC MENGGUNAKAN METODE BUCK BOOST CONVERTER

Transkripsi

1 CHAGE POABE SEBAGAI PENGISIAN BAEAI HANPHONE AI SUMBE AYA C MENGGUNAKAN MEOE BUCK BOOS CONEE Agus Setyawan 1, Bambang Sumantri, S.,M.Sc 2, Agus Inra Gunawan, S.,M.Sc 2 1 Penulis, Mahasiswa Jurusan eknik Elektrnika PENS - IS 2 sen Pembimbing, Staf Pengajar i Jurusan eknik Elektrnika PENS - IS Pliteknik Elektrnika Negeri Surabaya Electrnics Engineering Plytechnic Institute f Surabaya Institut eknlgi Sepuluh Npember Surabaya Kampus IS Suklil, Surabaya 60111, INONESIA el: +62 (31) ; Fax: +62 (31) aset.num1@gmail.cm Abstrak Charger merupakan piranti yang igunakan alam pengisian baterai. Charger prtable ibuat untuk mengimbangi fungsi piranti elektrnika yang praktis yang bisa ibawa kemana-mana, termasuk hanphne. Charger prtable memanfaatkan sumber aya c yang lebih banyak emukan itempat-tempat umum karena sifatnya yang praktis. Charger ini mengubah sumber aya c menjai c (c t c cnverter) sesuai tegangan yang ibutuhkan alam pengisian baterai, yang umum igunakan aalah 5 vlt. engan menjaikan tegangan c knstan 5 vlt, maka sumber aya tersebut apat imanfaatkan alam melakukan pengisian. isinilah fungsi charger prtable sebagai c t c cnverter, yakni menjaikan tegangan itu knstan. alam c t c cnverter, yang paling banyak igunakan aalah buck cnverter, bst cnverter, an buckbst cnverter. Buck cnverter bersifat menurunkan tegangan input, bst cnverter bersifat menaikkan tegangan input an buck-bst cnverter memiliki fungsi keuanya. Cnverter tersebut menghasilkan tegangan knstan sesuai yang iinginkan. Charger prtable ibuat engan memanfaatkan mete buck cnverter an bst cnverter yang igabung menjai satu. an leh karena prtable, maka igunakan rangkaian yang paling seerhana engan kmpnen yang seerhana agar knsumsi aya terhaap charger ini menjai minim. Hal ini karena aya yang tersimpan alam baterai c yang terbatas an muah cepat habis. Untuk menentukan utput ari cnverter mana yang igunakan, buck ataukah bst, maka igunakan sebuah relay imana ketika tegangan relay cukup untuk menghasilkan tegangan 5 vlt maka relay aktif an memilih utput ari buck cnverter yang igunakan. api jika ternyata utput ari buck cnverter belum bisa menghasilkan utput yang iinginkan karena supply ari input kurang, maka utput ari bst cnverter yang igunakan Kata Kunci : charger, prtable, c t c cnverter, buck cnverter, bst cnverter I. PENAHUUAN Hanphne merupakan alat kmunikasi yang saat ini paling banyak igunakan alam kehiupan sehari-hari. Keberaaan hanphne seakan tiak bisa igantian engan alat kmunikasi lainnya karena sifatnya yang praktis an apat ibawa kemana-mana. Penggunaan hanphne secara kntinyu tentu mengurangi sumber aya paa baterai yang igunakannya. Untuk itu perlu ilakukan charging baterai hanphne yang biasanya menggunakan aaptr yang menggunakan sumber aya ac ari jala-jala PN yang aa i rumah-rumah. Seangkan paa keaaan tertentu pengguna hanphne belum tentu beraa i rumah atau i tempat yang menyeiakan sumber aya ac. Kalau ibaningkan engan sumber aya c, maka sumber aya c lebih muah iapatkan i tempat-tempat umum, berupa baterai yang umum ijual i pasaran. engan melihat knisi tersebut, ibutuhkan sebuah charger prtable yang efisien yang apat memanfaatkan berbagai jenis baterai c, bahkan mulai tegangan sumber 1,5 vlt. Output yang ihasilkan haruslah tetap knsan (5 vlt c), walaupun menggunakan input tegangan ari baterai yang bervariasi, sehingga tiak merusak aya tahan ari baterai hanphne itu seniri. engan mete yang suah aa apat ibuat sebuah c-c cnverter yang nantinya apat igunakan sebagai charger prtable yang apat igunakan alam keaaan arurat. angkaian ini ibuat seefisien mungkin engan menggunakan kmpnen yang seerhana sehingga tujuan pembuatan pryek akhir ini apat terpenuhi. 1

2 II. ASA EOI 2.1 Bst cnverter Bst cnverter aalah jenis c-c cnverter yang memiliki utput tegangan yang lebih besar ari tegangan input. v i i i i t i (1 ) Gambar 2.1 angkaian asar Bst Cnverter i i pene (1 ) Saklar aalah saklar elektrnik yang bekerja secara cepat antara n an ff sehingga menghasilkan uty cycle secara tmatis mengikuti besar tegangan input. Besarnya uty cycle berubah-ubah sesuai besar input yang iberikan untuk menjaga utput agar tetap knstan. Ketika saklar alam psisi tertutup, maka ie alam keaaan reverse, sehingga terjai penyimpanan muatan leh inuktr. Gambar 2.2 Bst Cnverter Knisi Saklar ertutup v i i i i i t i i clse Gambar 2.4 Pengaruh uty Cycle paa Bst Cnverter Besarnya uty cycle akan mempengaruhi nilai tegangan utput. Perbaningan uty cycle antara keaaan clse an pen apat ilihat paa grafik gambar 2.4. egangan yang ihasilkan merupakan nilai rata-rata ari keaaan saklar yang pen an clse. Nilai uty cycle bst cnverter memenuhi persamaan berikut: 1 1 i v Cf OPENE ( 1- ) i t t Seangkan ketika saklar alam knisi terbuka, maka ie menjai knisi tertutup an inuktr akan membuang energinya menuju kapasitr. Gambar 2.3 Bst Cnverter Knisi Saklar erbuka Gambar 2.5 angkaian Bst Cnverter engan Cntrller Seerhana Untuk nilai inuktansi yang igunakan aalah sebagai berikut: min 2 (1 ) 2 f 2

3 engan : = Nilai Inuktansi minimum f min = uty cycle = esistansi = Frekuensi 2.2 Buck cnverter Buck cnverter aalah jenis c-c cnverter yang memiliki utput tegangan yang lebih kecil ari tegangan input. Gambar 2.9 Pengaruh uty Cycle Paa Buck Cnverter Seperti halnya bst cnverter, sinyal uty cycle apat ibuat ari rangkaian analg engan memanfaatkan kmpnen yang seerhana, yakni kapasitr an transistr. Gambar 2.6 angkaian asar Buck Cnverter Ketika saklar tertutup, ie alam keaaan reverse sehingga sinyal input menuju inuktr an terjai penyimpanan energi. v Gambar 2.7 Buck Cnverter Knisi Saklar ertutup i i i t i clse i i Seangkan saat knisi saklar terbuka ie menjai frwar bias sehingga aa aliran tegangan yang melalui kapasitr. v Gambar 2.8 Buck Cnverter Knisi Saklar erbuka i i i pene i i t (1 i ) (1 ) Gambar 2.10 angkaian Buck Cnverter engan Cntrller Seerhana Besarnya uty cycle agar tegangan utput sesuai yang iharapkan aalah sebagai berikut: 1 2 8Cf Nilai inuktansi yang ibutuhkan untuk membuat sebuah buck cnverter aalah berasarkan persamaan berikut: (1 ) min 2 f engan : = Nilai Inuktansi minimum f min = uty cycle = esistansi = Frekuensi III. PEANCANGAN SISEM 3.1 Blk iagram Sistem Gambar 3.1 esain Alat 3

4 Alat ini irancang an ibuat engan menggunakan mete ari rangkaian buck an bst cnverter, imana utput ari keua tipe cnverter tersebut terhubung engan relay untuk mengaktifkan utput mana yang akan igunakan. 3.2 elay elay yang igunakan aalah relay 5 vlt, namun alam kenyataannya relay ini apat aktif walaupun tegangan yang iberikan paanya kurang ari 5 vlt. Untuk mengantisipasi agar relay tiak aktif saat knisi yang tiak ibutuhkan, imana saat tegangan utput buck cnverter kurang ari 5 vlt, maka itambahkan pembatas tegangan agar tegangan utput buck cnverter yang kurang ari 5 vlt tiak apat mengaktifkan relay. Gambar 3.2 angkaian Pembatas egangan Kurang Paa elay I PENGUJIAN SISEM 4.1 Pengukuran Menggunakan Multitester Pengujian mengunakan multitester igunakan untuk mengetahui nilai utput yang hasilkan leh rangkaian charger prtable ini ari berbagai input yang iberikan paanya. Nilai utput yang iambil aalah tegangan an nilai arus. Pengukuran i lakukan engan menggunakan input baterai ukuran AA/1,5 vlt. 4.2 Pengukuran Menggunakan Oscillscpe Pengukuran erhaap Sinyal yang Bekerja paa Cnverter. A. Bst Cnverter Gambar 4.3 Sinyal paa Kaki Basis Q1 557 Kaki basis paa Q1 557 aalah sinyal yang berasal ari kaki klektr Q Sinyal yang iapatkan aalah sinyal gergaji, imana hal ini ipengaruhi leh kapasitr 330pF yang ipasang paralel engan kaki basis Q Ketika pertama kali klektr ari Q3 547 mengalirkan arus, maka tegangan yang terukur paa kaki basis Q1 557 tinggi. Karena aa tegangan yang masuk basis, imana bila transistr pnp memiliki tegangan basis yang lebih tinggi ari emiternya, maka tegangan akan ialirkan ari emiter menuju klektr, sehingga basis ari Q2 337 menapat tegangan ari klektr Q Gambar 4.4 Sinyal paa Kaki Basis Q2 337 B = anpa Beban, B = engan Beban Berasarkan nilai referensi tegangan yang iinginkan aalah tegangan c 5 vlt an engan nilai utput yang ihasilkan, apat icari nilai errr sebagai berikut. Errr (%) = nilai referensi nilai utput sesungguhnya x 100% nilai referensi Karena menapat tegangan paa kaki basisnya, untuk transistr npn, ketika tegangan paa basis lebih besar aripaa tegangan paa emiter (emiter igrunkan), maka tegangan paa klektr akan ialirkan menuju emiter. Seangkan klektr paa Q2 337 seniri tiak memiliki tegangan, sehingga klektr melalui kapasitr 330pF menarik tegangan paa kaki yang terhubung paralel engan kaki basis Q Karena itarik leh kapasitr, maka tegangan yang masuk kaki basis Q1 557 semakin kecil sehingga menghasilkan sinyal gelmbang gergaji. alam keaaan ini kapasitr akan terus mengisi hingga Q1 557 tiak lagi aktif karena tegangan paa kaki basisnya tiak cukup kuat untuk membuat transistr aktif (itarik sepenuhnya leh kapasitr). 4

5 tegangan ini akan mennaktifkan kinerja ari Q3 547 saat tegangan utput suah mencapai 5 vlt, yakni engan cara menarik tegangan paa basis Q3 menuju grun. Ketika Q3 tak aktif, maka tiak aa tegangan yang masuk Q1, sehingga saklar menjai ff. Gambar 4.5 Sinyal paa Kaki Klektr Q2 337 Gambar iatas aalah sinyal klektr Q2 yang terhubung langsung paa inuktr (sebagai saklar). Ketika Q1 557 tiak lagi aktif, maka Q2 337 juga tiak aktif. engan emikian klektr tiak lagi menarik tegangan ari kapasitr. Paa knisi ini kapasitr melakukan pengsngan energi. Saat energi paa kapasitr suah habis, Q1 an Q2 kembali aktif. Hal ini berlangsung kntinyu sehingga apat ikatakan bahwa Q2 337 aalah sebagai saklar tmatis yang kinerjanya juga ikenalikan leh Q Jika iamati bentuk gelmbang yang ihasilkan, maka setiap nilai input yang berbea akan menghasilkan bentuk sinyal yang berbea. Semakin tinggi nilai tegangan input, maka nilai uty cycle semakin kecil, sehingga jika input terus iperbesar, maka tiak aa uty cycle yang ihasilkan sehingga nilai utput akan sama engan nilai input. Saat Q1 an Q2 aktif maka saklar alam psisi terhubung an ie alam knisi reverse, sehingga inukr melakukan pengisian. Seangkan saat transistr iak aktif maka saklar alam knisi pen an ie menjai frwar bias. alam knisi ini inuktr mengalirkan muatan yang tersimpan lehnya menuju kapasitr 100uF. Besarnya nilai frekuensi yang bekerja paa saklar tersebut aalah tergantung ari nilai C seri yang bekerja paa rangkaian tersebut, yakni resistr 33k an kapasitr 330pF. engan: f f = Frekuensi = esistansi C = Kapasistansi 1 2 C Untuk Q3 547, bekerja sebagai penyalur sinyal ke Q1 557, imana kaki klektr Q3 terhubung engan basis Q1. Kinerja ari transistr ketiga ini juga ikenalikan leh transistr keempat Q4 547 sebagai etektr tegangan. etektr tegangan ini penting, karena saklar yang ibuat bekerja hanya engan menggunakan rangkaian analg engan kmpnen seerhana tanpa kntrl tmatis (berupa IC mikrkntrler). etektr Gambar 4.7 Sinyal paa Kaki Klektr Q3 547 Gambar i atas aalah gambar sinyal paa kaki klektr Q3 yang terhubung engan Q1. Sinyal berbentuk gelmbang gergaji karena aa knisi imana tegangan paa kaki basis Q3 itarik leh Q4 menuju grun, yakni saat tegangan utput yang ihasilkan suah mencapai 5 vlt. B. Buck Cnverter Gambar 4.9 Sinyal paa Kaki Basis Q1 547 Kaki basis paa Q1 547 paa buck cnverter mempunyai bentuk sinyal seperti gambar i atas (b,c, sinyal igeser kebawah paa scillscp). Kenaikan tegangan paa basis Q1 547 isebabkan karena prses pengsngan kapasitr yang muatannya ialirkan ke basis Q Jika ilihat ari bentuk sinyal, maka saat kapasitr tiak membuang energinya paa transistr, tegangan yang mengalir paa basis transistr cukup kecil. Hal ini berarti tegangan paa basis tiak cukup kuat untuk membuat transistr menjai aktif. Ketika terjai pengsngan energi kapasitr ke basis transistr, barulah transistr menjai aktif. Karena emitter ari Q1 547 ini terhubung paa utput buck cnverter, imana nilai tegangan emitter lebih besar aripaa nilai tegangan basis, maka tiak aa arus yang mengalir ari klektr ke emitter. Aktifnya transistr justru membuat nilai tegangan paa transistr Q1 547 menjai turun. 5

6 5. Efisiensi cnverter engan beban an tanpa beban hampir sama (engan beban seikit lebih besar, kecuali untuk bst cnverter engan 1 atau 2 masukan baterai. 6. Semakin besar tegangan masukan, nilai efisiensi menjai lebih kecil, karena tiak langsung semua aya masukan menjai aya keluaran (tegangan masukan makin besar, namun tegangan keluaran tetap). Gambar 4.11 Sinyal paa Kaki Klektr Q1 547 / Basis Q2 327 Bentuk sinyal yang ihasilkan leh Q1 547 paa kaki klektrnya seperti gambar iatas. Saat tegangan naik, maka tegangan paa kaki klektr Q1 ini apat mengaktifkan Q2 karena klektr ari Q1 terhubung engan basis Q2 secara langsung. Seangkan saat tegangan paa psisi lw, Q2 tiak apat aktif karena nilai tegangan terlalu kecil. AFA PUSAKA [1] [2] r. Zainal Salam. ersin Pwer Electrnics an rives.um-jb [3] Michael ay, Bill Jhn. March 16-31, EE imes-asia, [4] Ali Emai, Alireza Khaligh, Zhng Nie, Yung J ee "Integrate Pwer Elektrnic Cnverters an igital Cntrl", CC Press,aylr & Francis Grup,C. Gambar 4.12 Sinyal paa Kaki Klektr Q2 327 Sinyal yang ihasilkan leh klektr Q2 seperti tampak paa gambar i atas. Semua sinyal tersebut igeser kebawah paa layar scillscp, nilai lembah aalah psisi grun, seangkan nilai puncak aalah nilai tegangan tertinggi yang ihasilkan. Sinyal yang ihasilkan aalah pulsa PWM yang ihubungkan paa buck cnverter sebagai saklar. BAB KESIMPUAN 1. Cnverter yang ibuat apat menghasilkan tegangan keluaran yang berkisar paa 5vlt c, engan errr 0% s/ 6% paa knisi tanpa beban, an 2 s/ 18% paa knisi engan beban. 2. Nilai arus keluaran berkisar ari 140mA s/ 240mA, engan bst cnverter justru memiliki arus yang lebih besar, kecuali untuk masukan satu buah baterai. 3. Paa buck cnverter saat tegangan masukan turun, maka memungkinkan perubahan kinerja ari buck menjai bst cnverter an arus justru lebih besar. 4. Nilai efisiensi yang baik imiliki masing-masing cnverter engan masukan yang kecil (satu baterai untuk bst cnverter, lima baterai untuk buck cnverter), karena hampir seluruh aya masukan sama engan aya keluaran. 6