perancangan programmable power supply 30 v 10 a berbasis

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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
(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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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.
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
(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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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
Perancangan power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013
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 power …, Jumari Suprayitno, FMIPA UI, 2013