TUGAS AKHIR Pengisian Baterai Handphone dengan Solar Cell
advertisement
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI i TUGAS AKHIR Pengisian Baterai Handphone dengan Solar Cell Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Disusun oleh : Joelius Kierby NIM : 105114043 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012 i PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ii FINAL PROJECT Solar Cell Battery Charger Presented as a Partial Fulfillment of the Requirements for S1 Degree in Electrical Engineering Department, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University By: Joelius Kierby NIM : 105114043 ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012 ii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iv PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI vi Halaman Persembahan Tugas akhir ini kupersembahkan untuk….. Bapak di Surga yang telah membimbingku selalu membimbingku Orang tua dan adik-ku yang terkasih vi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI vii Halaman Motto Hidup Segala sesuatu yang dilakukan dengan sebaik – baiknya pasti akan menemukan keberhasilan. vii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ix Intisari Handphone pada saat ini adalah suatu kebutuhan yang cukup penting bagi setiap orang yang memiliki mobilitas tinggi, namun handphone sering terkena kendala baterai yang harus diisi ulang. Untuk mengisi ulang baterai handphone tidak bisa dilakukan di sembarang tempat, karena membutuhkan sumber listrik. Sekarang ini sumber dari PLN hanya bisa ditemukan di dalam ruangan, bagi orang yang sering berada di luar ruangan tentu akan sangat kesulitan. Sumber listrik dari cahaya matahari/solar cell adalah salah satu solusinya. Pada penelitian ini penulis menggunakan solar cell sebagai komponen utama. Tenaga matahari akan diubah menjadi tenaga listrik dengan solar cell. Selanjutnya akan dimasukkan kedalam rangkaian astable multivibrator dan DC to DC converter untuk menaikkan arus dari solar cell. Karena arus dari solar cell yang masih sangat kecil, hanya 100 mA dengan rangkaian ini arus akan dinaikkan menjadi 176 mA dengan menurunkan tegangan dari tegangan maksimal 5.5 volt menjadi 5.11 volt. Data yang diperoleh disimpan dalam bentuk excel sehingga dapat diolah dalam bentuk grafik. Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat berkerja menaikan arus dari 100 mAhm menjadi 176 mAhm. Kata kunci: Solar cell, astable multivibrator, DC to DC converter ix PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI x Abstract Handphone is a fairly important requirement for any person who has a high mobility, but mobile phones are often hit obstacles batteries to be recharged. To recharge the phone battery can not be done in any place, as it requires a power source. Now this source of PLN could only be found in the indoors, for people who has outdoors activity would be very difficult to recharge the handphone. The power source of the sun / solar cell is one solution. In this research, the authors use a solar cell as a major component. Solar energy is converted into electricity by solar cell. And then, it will be inserted into the astable multivibrator circuit and DC to DC converter to increase the flow of the solar cell. Because the current of the solar cell is still very small, only 100 mA the currents will be increased to 176 mA by lowering the voltage from 5.5 volts to a maximum voltage 5.11 volts. The data obtained is stored in the form of excel so it can be processed in the form of graphs. From the test results and analysis, it can work by increasing the flow from 100 to 176 mAhm mAhm. Keywords: Solar cell, astable multivibrator, DC to DC converter x PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xi KATA PENGANTAR Ucapan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala penyertaan dan bimbingannya sehingga tugas akhir dengan judul “SOLAR CELL CHARGER BATTERY” ini dapat diselesaikan dengan baik. Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan bantuan dengan cara masing-masing, sehingga tugas akhir ini bisa diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Orangtua dan adik-ku tercinta atas doa dan kesabarannya. 2. Ibu Bernadeta Wuri Harini S.T., M.T. selaku pembimbing yang penuh kesabaran memberikan saran dan kritik yang membantu penulis menyelesaikan tulisan ini. 3. Bapak Martanto S.T., M.T. selaku pembimbing akademik Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini. 4. Bapak Petrus Setiyo Prabowo sebagai ketua jurusan Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini. 5. Teman-temanku sekalian, Pernandes Raja Guk Guk S.T., Stefanus Abi Christian, Gregoryo Tattit Cahyono, Yefta Redy Setyawan, dan Mareza Sentosa yang telah bersama – sama dalam membantu penulis dalam segala hal. 6. Seluruh Dosen dan Laboran Teknik Elektro yang memberikan ilmu dan pengetahuan selama kuliah, dan pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu penulis. Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima Kasih Yogyakarta, 10 Desember 2012 Penulis xi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL dalam BAHASA INDONESIA .......................................................... i HALAMAN JUDUL dalam BAHASA INGGRIS ...................................................………ii HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................................ iii HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………………………...iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................................................v HALAMAN PERSEMBAHAN ...........................................................................................vi HALAMAN MOTO HIDUP ............................................................................................. vii LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................................ viii INTISARI .............................................................................................................................ix ABSTRACT ..........................................................................................................................x KATA PENGANTAR ......................................................................................................... xi DAFTAR ISI .......................................................................................................................xii DAFTAR GAMBAR.........................................................................................................xiii DAFTAR TABEL...............................................................................................................xiv BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................1 1.1 Latar Belakang ..............................................................................................1 1.2 Tujuan dan Manfaat .......................................................................................2 1.3 Batasan masalah.............................................................................................3 1.4 Metodologi Penelitian....................................................................................3 BAB II DASAR TEORI.........................................................................................................4 2.1 Solar Cell........................................................................................................4 2.1.1 Performasi Solar Cell.........................................................................4 2.1.2 Maximum power point........................................................................5 2.1.3 Open circuit voltage...........................................................................6 2.1.4 Short circuit current...........................................................................6 2.1.5 Label spesifikasi solar cell.................................................................7 2.1.6 Faktor – faktor yang mempengaruihi solar cell panel.......................7 xii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xiii 2.1.7 Resistansi beban.................................................................................7 2.1.8 Intensitas cahaya matahari..................................................................8 2.1.9 Suhu solar cell....................................................................................8 2.1.10 Shading/Teduh/Bayangan..................................................................9 2.2 Astable Multivibrator..................................................................................10 2.3 Battery Handphone.......................................................................................11 2.4 Transistor......................................................................................................12 2.5 DC to DC converter.....................................................................................13 2.6 LED..............................................................................................................14 2.7 USB port.......................................................................................................15 2.8 Soket charger baterai...................................................................................15 BAB III PERANCANGAN ALAT......................................................................................17 3.1 Diagram Blok Rangkaian.............................................................................17 3.2 Rangkaian Astable Multivibrator.................................................................19 3.3 DC to DC converter step up.........................................................................21 3.4 Perancangan untuk soket baterai..................................................................21 3.5 Perancangan LED sebagai indikator............................................................22 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………………………………..23 4.1 Gambar Fisik Hardware…...………………………………………………23 4.2 Cara Kerja dan Penggunaan Alat…………...……………………………..24 4.3 Pengujian Output Alat………..……………………………………………26 4.4 Perhitungan Harga Ekonomis...…………………………………………....32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………………...33 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................................32 LAMPIRAN.........................................................................................................................33 xiii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xiv DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Solar cell yang sudah ada di pasaran..............................................................2 Gambar 1.2 Diagram blok perancangan.............................................................................3 Gambar 2.1 I-V Curve........................................................................................................5 Gambar 2.2 Module I-V Curve (12 Vdc)............................................................................6 Gambar 2.3 I-V Curve terhadap suhu.................................................................................9 Gambar 2.4 I-V Curve terhadap shading..........................................................................10 Gambar 2.5 Rangkaian astable multivibrator..................................................................11 Gambar 2.6 Baterai Handphone.......................................................................................12 Gambar 2.7 Macam transistor..........................................................................................13 Gambar 2.8 DC to DC converter step up.........................................................................14 Gambar 2.9 Light emitting diode......................................................................................15 Gambar 2.10 USB port.......................................................................................................16 Gambar 2.11 Port USB to handphone charger..................................................................17 Gambar 3.1 Diagram blok rancangan..............................................................................18 Gambar 3.2 Perancangan bentuk charger........................................................................19 Gambar 3.3 Rancangan Rangkaian Astable multivibrator...............................................19 Gambar 3.4 Rancangan DC to DC converter...................................................................21 Gambar 3.5 Rancangan Soket baterai..............................................................................22 Gambar 3.6 Rancangan Rangkaian Led indikator baterai................................................22 Gambar 4.1 Bentuk jadi dari alat…………………………………………………..…...24 Gambar 4.2 Proses pengisian ulang baterai handphone………………………………...26 Gambar 4.3 Multimeter digital dan lux meter…………………………………………..27 Gambar 4.4 Grafik tegangan terhadap intensitas cahaya……………………………………………29 Gambar 4.5 Grafik arus terhadap intensitas cahaya……………………………………………………29 Gambar 4.6 Perbandingan nyala LED dan daya pada baterai………………………..…30 xiv PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xv DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Efek shading pada satu sel panel surya........................................................10 Tabel 4.1 Hasil keluaran dari alat tanpa menggunakan baterai cadangan……………28 Tabel 4.2 Lama waktu pengisian baterai handphone………………………………...29 Tabel 4.3 Perbandingan nyala LED dengan daya pada baterai………………………30 Tabel 4.4 Daftar harga komponen yang digunakan dalam pembuatan alat………….32 xv PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya cadangan minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Negaranegara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi utama. Oleh karena itu dibutuhkan sumber energi lain yang dapat diperbaharui. Dalam upaya pencarian sumber energi baru sebaiknya memenuhi syarat yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Salah satu sumber energi yang memenuhi syarat tersebut adalah energi matahari. Dengan menggunakan solar cell, energi matahari dapat dirubah menjadi energi listrik. Solar cell merupakan suatu panel yang terdiri dari beberapa sel dan beragam jenis. Penggunaan solar cell ini telah banyak digunakan di negara-negara berkembang dan negara maju di mana pemanfaatan solar cell tidak hanya pada lingkup kecil tetapi sudah banyak digunakan untuk keperluan industri. Oleh karena itu energi matahari dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif. Energi matahari mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan energi lain. Keuntungan yang dapat diperoleh adalah jumlahnya tidak terbatas, kontinyu, dan tidak menimbulkan polusi. Pada saat ini Handphone merupakan alat komunikasi yang cukup penting. Hampir setiap orang menggunakan Handphone. Namun handphone membutuhkan energi listrik dari baterai dalam pengoprasiannya. Sering pengguna lupa untuk men-charge baterai, dan akhirnya handphone tidak dapat digunakan. Untuk orang – orang yang memiliki mobilitas tinggi dan sering berada di luar ruangan tentu sangat sulit untuk mencari sumber listrik untuk men-charge baterai handphone. Dengan menggunakan charger handphone dari solar cell tentu masalah itu akan dapat diatasi. 1 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2 Pada saat ini sudah ada solar cell battery charger yang dijual di pasaran seperti pada gambar 1.1, namun harga dari charger tersebut masih terlalu mahal, dengan harga Rp 475.000,- dan kecepatan pengisian juga terlalu lama, sekitar 5 jam. Jadi penulis ingin mencoba membuat yang lebih murah dengan harga sekitar Rp 100.000,- dengan kecepatan pengisian yang lebih cepat sekitar 2-3 jam. Spesifikasi dari alat tersebut : Solar energi : 5.5 v / 80 mA High Capacity battery : 1350 mA Output voltage : 5.5 v Output current : 1000mA Waktu charge : 5 jam Gambar 1.1 Solar cell yang sudah ada di pasaran[1] 1.2 Tujuan dan Manfaat Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan suatu alat yang dapat mengisi ulang baterai handphone secara portable dalam ukuran yang kecil dan dapat dengan mudah dibawa kemana – mana dengan sumber listrik dari solar cell. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mempermudah setiap pengguna handphone dalam mengisi ulang baterai tanpa harus mencari sumber listrik dari PLN. Jadi kendala yang sering ditemukan para pengguna handphone seperti low-battery dapat dihindari, karena dengan menggunakan charger handphone ini, handphone dapat diisi ulang dimana saja tanpa harus mencari sumber listrik dari PLN. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3 1.3 BatasanMasalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : a. Solar Cell dengan kapasitas 5,5 volt dan 350 mA. b. Kegunaan Charger untuk segala macam jenis handphone. c. Penggunaan 10 led sebagai indikator ketersediaan tegangan di baterai cadangan. 1.4 MetodologiPenelitian Penulisan ini menggunakan metode: a. Pengumpulan refrensi dari website, buku-buku dan jurnal-jurnal b. Perancangan subsistem berupa hardware. Pada tahap ini bertujuan mencari bentuk model yang optimal dan efisien dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan. Cara kerja dari alat ini ditunjukan seperti pada gambar 1.2, solar cell akan mengubah tenaga matahari menjadi tenaga listrik, lalu tegangan yang diterima dari solar cell akan dikuatkan melalui rangkaian penguat, kemudian masuk ke baterai cadangan, lalu tegangan yang ada di baterai cadangan digunakan untuk men-charge baterai handphone Solar cell Rankaian penguat Baterai cadangan Baterai handphone Gambar 1.2 blok model perancangan c. Proses pengambilan data. Teknik pengambilan data dengan cara mengubah intensitas cahaya yang diterima pada solar cell dan mengamati output yang dihasilkan. d. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan. Analisa data dilakukan dengan membandingkan data hasil percobaan dengan perhitungan teori dan spesifikasi yang telah ditentukan terlebih dahulu. Penyimpulan hasil percobaan dilakukan dengan menghitung presentase error yang terjadi. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Solar Cell Solar cell adalah suatu alat yang bisa mengkoversi tenaga matahari menjadi tenaga listrik. Perbedaan utama dari solar cell panel adalah bahan produksi dari solar cells panel[2]. Bahan solar cells panel yang paling umum adalah crystalline silicon. Bahan crystalline dapat terdiri dari single crystal, mono atau single-crystalline, dan poly atau multi-crystalline. Selain itu solar cells panel ada yang terbuat dari lapisan tipis amorphous silicon. Sel Crystalline silicon mempunyai 2 tipe yang hampir serupa, meskipun sel single crystalline lebih efisien dibandingkan dengan poly-crystalline karena poly-crystalline merupakan ikatan antara sel-sel. Keunggulan dari amorphous silicon adalah harga yang terjangkau tetapi tidak seefisien crystalline silicon solar cell. 2.1.1 Performansi Solar Cell Panel Total pengeluaran listrik (wattage) dari solar cell panel adalah sebanding dengan voltase/ tegangan operasi dikalikan dengan arus operasi saat ini[2]. Solar cell panel dapat menghasilkan arus dari voltase yang berbeda-beda. Hal ini berbeda dengan baterai, yang menghasilkan arus dari voltase yang relatif konstan. Karakteristik output dari solar cell panel dapat dilihat dari kurva performansi, disebut I-V curve. I-V curse menunjukkan hubungan antara arus dan voltase. Seperti yang dijelaskan pada gambar 2.1. Gambar dibawah menunjukkan tipikal kurva I-V. Voltase (V) adalah sumbu horizontal. Arus (I) adalah sumbu vertikal. Kebanyakan kurva I-V diberikan dalam Standar Test Conditions (STC) 1000 watt per meter persegi radiasi (atau disebut satu matahari puncak/ one peak sun hour) dan 25 derajat Celcius/ 77 derajat Fahrenheit suhu solar cell panel. Sebagai informasi STC mewakili kondisi optimal dalam lingkungan laboratorium. 4 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 5 Gambar 2.1 I-V curve[2] Kurva I-v terdiri dari 3 hal yang penting: 1. Maximum Power Point (Vmp dan Imp) 2. Open Circuit Voltage (Voc) 3. Short Circuit Current (Isc) 2.1.2 Maximum Power Point (Vmp&Imp) Pada kurva I-V, Maximum Power Point Vmp dan Imp, adalah titik operasi, dimana maksimum pengeluaran/ output yang dihasilkan oleh solar cell panel saat kondisi operasional[2]. Dengan kata lain, Vmp dan Imp dapat diukur pada saat solar cell panel diberi beban pada 25 derajat Celcius dan radiasi 1000 watt per meter persegi. Pada kurva di atas voltase 17 volts adalah Vmp, dan Imp adalah 2,5 ampere. Jumlah watt pada batas maksimum dengan mengalikan Vmp dan Imp, maksimum jumlah watt pada STC adalah 43 watt. Output berkurang sebagaimana voltase menurun. Arus dan daya output dari kebanyakan modul solar cell panel menurun sebagaimana tegangan/ voltase meningkat melebih maximum power point. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6 Gambar 2.2 Module I-V curve (12Vdc)[2] 2.1.3 Open Circuit Voltage (Voc) Open Circuit Voltage Voc, adalah kapasitas tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus (current)[2]. Pada kurva I-V, Voc adalah 21 volt. Daya pada saat Voc adalah 0 watt. Voc solar cell panel dapat diukur dilapangan dalam berbagai macam keadaan. Saat membeli modul, sangat direkomendasikan untuk menguji voltase untuk mengetahui apakah cocok dengan sepisifikasi pabrik. Open Circuit Voltage (Voc) dapat diukur pada pagi hari dan sore hari. 2.1.4 Short Circuit Current (Isc) Short Circuit Current Isc, adalah maksimum output arus dari solar cell panel yang dapat dikeluarkan (output) di bawah kondisi dengan tidak ada resistansi atau short circuit[2]. Pada kurva I-V diatas menunjukkan perkiraan arus 2,65 Ampere. Daya pada Isc adalah 0 watt. Short circuit current dapat diukur hanya pada saat membuat koneksi langsung terminal positif dan negatif dari modul solar cell panel. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7 2.1.5 Label Spesifikasi Solar Cell Panel Semua nilai pada kurva I-V digunakan untuk menciptakan label yang spesifik untuk setiap modul solar cell panel[2]. Semua model ditera di bawah standar kondisi tes. Label Spesifikasi dapat ditemukan di bagian belakang dari module solar cell panel: Max. Power : 5.5 volt Size : 118 x 63mm Output : 5.5 volt ~ 0.8 watt Convert ratio : 15% - 18% 2.1.6 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Solar Cells Panel Lima hal utama yang mempengaruhi unjuk kerja/ performansi dari modul solar cells panel[2]: 1. Bahan pembuat solar cells panel 2. Resistansi beban 3. Intensitas cahaya matahari 4. Suhu/ temperatur solar cells panel 5. Bayangan/ shading. 2.1.7 Resistansi Beban Tegangan baterai adalah tegangan operasi dari solar cell panel module, apabila baterai dihubungkan langsung dengan solar cell panel modul[2]. Sebagai contoh, umumnya baterai 12 Volt, voltase/ tegangan baterai biasanya antara 11.5 sampai 15 Volts. Untuk dapat mengisi baterai, solar cell panel harus beroperasi pada voltase yang lebih tinggi daripada voltase baterai. Effisiensi paling tinggi adalah saat solar cell panel beroperasi dekat pada maximum power point. Pada contoh di atas, tegangan baterai harus mendekati tegangan Vmp.Apabila PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 8 tegangan baterai menurun di bawah Vmp, ataupun meningkat di atas Vmp, maka effisiensi akan berkurang. 2.1.8 Intensitas Cahaya Matahari Semakin besar intensitas cahaya matahari secara proposional akan menghasilkan arus yang besar[2]. Seperti gambar 2.4, tingkatan cahaya matahari menurun, bentuk dari kurva I-V menunjukkan hal yang sama, tetapi bergerak ke bawah yang mengindikasikan menurunnya arus dan daya. Voltase tidak berubah oleh bermacam-macam intensitas cahaya matahari. 2.1.9 Suhu solar cell panel Sebagaimana suhu solar cell panel meningkat diatas standar suhu normal 25 derajat Celcius, efisiensi solar cell panel modul dan tegangan akan berkurang[2]. Gambar 2.4 mengilustrasikan bahwa, sebagaimana, suhu sel meningkat diatas 25 derajat Celcius (suhu solar cell panel module, bukan suhu udara), bentuk kurva I-V tetap sama, tetapi bergeser ke kiri sesuai dengan kenaikan suhu solar cell panel, suhu solar cell panel akan menghasilkan tegangan dan daya yang lebih kecil. Panas dalam kasus ini adalah hambatan listrik untuk aliran elektron. Untuk itu aliran udara di sekeliling solar cell panel module sangat penting untuk menghilangkan panas yang menyebabkan suhu solar cell panel yang tinggi. Gambar 2.3 I-V Curve terhadap suhu[2] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 9 2.1.10 Shading/ Teduh/ Bayangan Solar cell panel, terdiri dari beberapa silikon yang diserikan untuk menghasilkan daya yang diinginkan[2]. Satu silikon menghasilkan 0.46 Volt. Untuk membentuk solar cell panel 12 Volt, 32 silikon diserikan, hasilnya adalah 14.72 0.46v 32 . Shading adalah dimana salah satu atau lebih sel silikon dari solar cell panel tertutup dari sinar matahari. Shading akan mengurangkan pengeluaran daya dari solar cell panel. Beberapa jenis solar cell panel module sangat terpengaruh oleh shading dibandingkan yang lain. Tabel 2.1 menunjukkan efek yang sangat ekstrim pengaruh shading pada satu sel dari modul panel surya single crystalline yang tidak memiliki internal bypass diodes. Untuk mengatasi hal tersebut solar cell panel dipasang bypass diode. Bypass diode untuk arus mengalir ke satu arah, mencegah arus ke silikon yang kena bayangan .Tabel 2.1 Efek shading pada satu sel panel surya [2] Persentase dari bayangan pada satu sel Pesenttase dari loss solar panel module 0% 0% 25% 55% 50% 50% 75% 66% 100% 75% 3 sel terkena bayangan 93 * data diambil dari buku Photovoltaics Design and Installation Manual Hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan adalah agar solar cell panel tidak terhalang/ shading. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 10 Gambar 2.4 I-V Curve terhadap Shading[2] 2.2 Astable Multivibrator Rangkaian astable multivibrator atau disebut freerunning multivibrator adalah mutivibrator yang tidak mempunyai stable state yang permanen. Setiap transistor secara bergantian saturasi dan cut off. Gambar 2.5 Rangkaian Astable multivibrator[3] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 11 Rumus untuk perhitungan pada rangkaian astable multivobrator adalah sebagai berikut. t1 0.692 R1 R2 C t2 0.692 R2 C (2.1) (2.2) t1 dan t2 untuk menentukan saat osilator chager dan discharge time. T t1 t2 (2.3) Rumus di atas untu menentukan Osilator charge time. F 1 T (2.4) Rumus di atas untuk menentukan Osilator frekuensi equation. Duty cycle R1 R2 R1 2R2 (2.5) Rumus di atas untuk menentukan Osilator duty Cycle. 2.3 Battery Handphone Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi kimia dan saat pengeluaran/discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik. Gambar 2.6 Baterai Handphone[4] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 12 2.4 Transistor Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya[5]. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter) Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya. Gambar 2.7 Macam – macam transistor[6] Cara kerja transistor Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan fieldeffect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 13 arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. 2.5 DC to DC converter step up konverter dc ke dc dapat dipakai untuk menaikkan tegangan dc keluaran dari tegangan dc masukan[7]. Susunan penaik tegangan ditunjukkan oleh gambar 2.8. Pada saat saklar SW diaktifkan selama t1, arus induktor meningkat dan energi tersimpan di dalam induktor L. Jika saklar SW dibuka untuk waktu t2, energi yang tersimpan di dalam induktor akan ditransfer ke beban melalui D1, dan arus induktor mengecil. Dengan menganggap aliran arus kontinyu, maka bentuk gelombang arus induktor dapat digambarkan seperti pada gambar 2.8. Gambar 2.8 DC to DC converter step up[7] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 14 Rumus untuk perhitungan tegangan output pada rangkaian DC to DC converter adalah sebagai berikut. Vo 2.6 Vs L t2 Vs 1 t1 t2 Vs 1 1 k (2.6) Led LED atau singkatan dari Light Emitting Diode adalah salah satu komponen elektronik yang tidak asing lagi di kehidupan manusia saat ini[8]. LED saat ini sudah banyak dipakai, seperti untuk penggunaan lampu permainan anak-anak, untuk ramburambu lalu lintas, lampu indikator peralatan elektronik hingga ke industri, untuk lampu emergency, untuk televisi, komputer, pengeras suara (speaker), hard disk eksternal, proyektor, LCD, dan berbagai perangkat elektronik lainnya sebagai indikator bahwa sistem sedang berada dalam proses kerja, dan biasanya berwarna merah atau kuning. LED ini banyak digunakan karena komsumsi daya yang dibutuhkan tidak terlalu besar dan beragam warna yang ada dapat memperjelas bentuk atau huruf yang akan ditampilkan. dan banyak lagi Pada dasarnya LED itu merupakan komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mampu memencarkan cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa lektron yang menerjang sambungan P-N. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Gambar 2.9 Light emitting diode[8] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 15 2.7 USB port Masalah pertama yang dibakukan adalah kabel penghubung yang dipakai. Selama ini kabel penghubung dunia audio tidak banyak ragamnya dan sehingga peralatan perlatan audio bisa dengan mudah dihubungkan jadi satu, tidak seperti konektor dan kabel computer[9]. Konektor USB hanya ada 2 macam, yakni konektor type A dan konektor type B seperti terlihat dalam Gambar 1. Konektor type A dipakai untuk menghubungkan kabel USB ke terminal USB yang ada pada bagian belakang komputer produksi berapa tahun terakhir ini. Konektor type B dipakai untuk menghubungkan kabel USB ke terminal USB yang ada pada peralatan, untuk peralatan USB yang sederhana, misalnya mouse, biasanya tidak pakai konektor B, untuk menghemat biaya kabel langsung dihubungkan ke bagian dalam mouse. Gambar 2.10 USB port[9] Untuk kasus ini yang type A yang akan digunakan sebagai soket untuk charger baterai. Dengan menggunakan pin 1 dan 4 seperti yang terlihat pada gambar 2.10. Karena sesuai dengan yang dibutuhkan pada proses pengisian baterai. Dalam proses pengisian atau charging hanya dibutuhkan pin 1 dan pin 4 yang menyalurkan tegangan +5v pada pin 1 dan ground yang disalurkan melalui pin 4. 2.8 Soket charger baterai Soket ini yang akan digunakan untuk menyalurkan tegangan dari charger menuju baterai handphone yang akan di-charge. Soket ini akan melalui port usb di ujung satunya dan ujung satunya menuju ke soket handphone. Soket yang digunakan akan bermacam – macam karena charger yang dibuat, diharapkan bisa berfungsi secara universal dan bisa digunakan untuk segala macam jenis dan merk handphone. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16 Gambar 2.11 Port USB to Handphone charger[10] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17 BAB III PERANCANGAN ALAT Dalam perancangan dan realisasi alat pengisian batere handphone dengan solar cell ini diharapkan menghasilkan suatu sistem yang dapat mengisi baterai dengan waktu yg singkat. Perancangan alat pengisian baterai handphone dengan solar cell ini direalisasikan sesuai dengan komponen yang mudah didapat. Kerja dari rangkaian ini, solar cell akan mengubah tenaga matahari menjadi tenaga listrik dengan kapasitas dari solar cell 5.5 volt dan 0.8 watt. Tegangan dari solar cell akan masuk ke rangkaian astable multivibrator untuk menguatkan frekuensi. Frekuensi yang telah dikuatkan akan disaklarkan atau proses swithcing melalui transistor 2n4403. Melalui rangkaian DC to DC converter tegangan 5.5 volt dikuatkan menjadi 7.5 volt dengan begitu diharapakan proses pengisian baterai menjadi lebih cepat. 3.1 Diagram blok rangkaian Diagram blok alat Pengisian baterai handphone dengan solar cell dapat dilihat pada gambar 3.1 Led Indikator Solar cell Rangkaian astable multivibrator DC to DC converter Baterai handphone Gambar 3.1 Diagram Blok Rancangan 17 Baterai cadangan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 18 Penjelasan untuk diagram blok rancangan diatas, solar cell sebagai sumber listrik akan mengalirkan tegangan yang akan dikuatkan melalui rangkaian astable multivibrator dengan menaikan frekuensinya, setelah frekuensi dinaikan lalu dikonversikan melalui rangkaian DC to DC converter dengan arus yang sudah naik, arus akan digunakan untuk mengisi baterai cadangan. Tegangan pada baterai cadangan akan ditampilkan melalui led indicator. Tegangan pada baterai cadangan ini juga yang akan digunakan untuk mengisi ulang baterai handphone. Gambar di bawah ini adalah gambar rancangan dari solar cell charger yang akan dibuat. Besar dari dimensi charger ini adalah lebar = 7 cm, panjang = 18 cm, tebal = 2 cm. Gambar 3.2 Perancangan bentuk Charger PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 19 3.1 Rangkaian Astable Multivibrator Gambar 3.3 Rancangan Rangkaian Astable Multivibrator[2] Dalam rangkaian astable multivibrator ini menggunakan IC 555. Untuk menghasilkan frekuensi yang diinginkan. Frekuensi yang keluar pada kaki 3 IC 555 akan diteruskan ke kaki Base transistor 2n4403 untuk proses switching pada induktor. Untuk menghitung nilai komponen yang dibutuhkan, langkah pertama adalah menentukan tegangan naik sebesar 7.5v. karena untuk tegangan yang dibutuhkan untuk mengisi ulang tegangan pada baterai cadangan adalah 7.5v. Lalu mencari t1 dan t 2 . Vs 5.5v Vo 7.5v R2 2k C 10 nF Vo Vs 1 t2 0.692 R2 C t1 t2 (3.1) (3.2) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 20 t2 0.692 2k t2 14 S 7 .5 5 .5 1 t1 14 S t1 21 S t1 0.692 R1 21 S 10nF R2 C 0.692 R1 R1 1k T t1 t 2 T 21 S 14 S T 35 S F 1 T F 1 35 S F 28 Khz Duty Cycle (3.3) 2k (3.4) 10nF (3.5) (3.6) R1 R2 R1 2R2 1000 1000 2000 4000 60 % (3.7) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21 3.2 DC to DC converter step up Pada bagian ini rangkaian berfungsi untuk menaikan tegangan dengan menggunakan frekuensi yang didapatkan dari rangkaian astable mutlivibrator di atas. Dengan Vs = 5.5 volt diharapakan tegangan dapat dinaikan sampai 7.5 volt dengan menggunakan rangkaian ini. Gambar 3.4 Rancangan DC to DC Converter 3.3 Vo Vs 1 t1 t2 Vo 5 .5 1 21 S 14 S Vo 7.5v Perancangan untuk soket baterai Untuk soket baterai akan menggunakan port usb. Dengan menghubungkan port usb dengan tegangan keluaran dari rangkaian DC to DC converter step up. Pin 1 akan mendapatkan tegangan +6 volt, pada pin 4 akan mendapatkan negatif. Pada pin 2 dan 3 tidak dipakai untuk proses charger. Pada pin 2 dan 3 biasa digunakan untuk proses transfer data. Gambar 3.5 Rancangan soket baterai PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 22 3.4 Perancangan Led indikator Led indikator ini berfungsi untuk mengindikasi kondisi pada baterai cadangan. Dengan menggunakan IC LM3914 yang merupakan ic bot bar display, yang bisa digunakan untuk menampilkan kondisi baterai dengan divusualisasikan melalui led. Cara kerja dari LM3914, jika tegangan yang ada pada baterai cadangan = 6v maka 10 led akan menyala. Jika tegangan pada baterai cadangan = 3v maka hanya 5 led yang akan menyala. Jika kondisi low atau di bawah 3v maka hanya 1 led yang akan menyala. Gambar 3.6 Rancangan Led indikator baterai[11] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi gambar fisik hardware yang dibuat, pembahasan perbagian alat yang dirancang, pembahasan data hasil pengukuran pada rangkaian DC to DC converter dan astable multivibrator, perhitungan perubahan resistor yang digunakan dalam pembuatan rangkaian LED dan perhitungan ekonomis biaya yang dikeluarkan dalam proses pembuatan alat. Data terdiri dari data pengujian tiap bagian alat, data hasil pengukuran tegangan dan arus terhadap intensitas cahaya matahari. Melalui pengujian-pengujian tersebut, akan diperoleh hasil berupa data-data yang dapat memperlihatkan bahwa hardware yang dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak. Berdasarkan data-data tersebut dapat dilakukan analisis terhadap proses kerja alat yang kemudian dapat digunakan untuk menarik kesimpulan akhir. 4.1 Gambar Fisik Hardware Hardware terdiri dari 5 bagian yaitu rangkaian penguat arus yang terdiri dari rangkaian astable multivibrator dan DC to DC converter, baterai cadangan, soket USB, LED penampil tegangan pada baterai cadangan, dan solar cell sebagai sumber energi. Keterangan gambar 4.1. a. Tampak atas dari alat, yang berisi rangkaian astable multivibrator, DC to DC converter dan LED penampil tegangan pada lingkaran B, serta baterai cadangan pada lingkaran A. b. Tampak depan dari alat, soket USB untuk melakukan proses pengisian ulang pada lingkaran A. c. Tampak bawah dari alat, Solar cell dengan kapasitas 5 volt 200 mA. d. Tampak samping dari alat. 23 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 24 (a) (b) (c) (d) Gambar 4.1 Bentuk jadi dari alat. (a) tampak atas. (b) tampak depan. (c) tampak bawah. (d) tampak samping. 4.2 Cara Kerja dan Cara Penggunaan Alat. 4.2.1 Cara Kerja Alat. Sistem terdiri dari 4 bagian utama, yaitu solar cell sebagai sumber tenaga listrik, rangkaian sebagai penguat arus, baterai cadangan sebagai tempat pengisian daya pertama dari solar cell dan sumber tenaga jika tidak ada cahaya matahari, dan soket USB sebagai output tegangan dari rangkaian dan baterai cadangan yang akan menuju handphone. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 25 Cara kerja alat. 1. Cahaya matahari akan diterima oleh solar cell. 2. Solar cell mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. 3. Energi listrik akan diproses melalui rangkaian astable multivibrator untuk proses switching untuk menaikkan arus. 4. Frekuensi yang keluar akan diproses melalui rangkaian DC to DC converter untuk menaikkan arus. 5. Daya yang dihasilkan digunakan untuk mengisi energi pada baterai cadangan. 6. Energi atau daya yang tersimpan dalam baterai cadangan akan digunakan untuk proses pengisian ulang baterai handphone. 4.2.2 Cara Penggunaan Alat. Cara penggunaan alat ini cukup mundah, user friendly. Cara menggunakan charger handphone ini sama dengan charger handphone yang biasa dipakai. Untuk mengisi ulang, cukup menghubungkan soket dengan handphone. Jika cahaya matahari mencukupi atau sekitar 2100lux, charger dapat langsung digunakan. Pada saat malam hari atau tidak ada cahaya harus dipastikan apakah tegangan dalam baterai cadangan masih tersedia atau tidak dengan menyalakan LED indikator tegangan pada alat. Jika LED indakator menyala semua, tegangan yang tersedia dalam baterai cadangan dapat digunakan untuk proses pengisian ulang. Cara penggunaan alat. 1. Saat tidak ada cahaya matahari, cek daya yang terdapat dalam baterai cadangan dengan menyalakan saklar pada LED indicator untuk melihat daya yang tersedia pada baterai cadangan. 2. Jika LED menyala ≥ 6 LED, alat siap digunakan. 3. Hubungkan soket USB male ke soket female USB pada alat. 4. Hubungkan soket charger ke handphone. 5. Jika cahaya matahari mencukupi, seperti pada saat tengah hari dan cuaca cerah, alat dapat langsung digunakan walaupun daya yang tersedia pada baterai cadangan dalam keadaan kosong. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 26 Gambar 4.2. Proses pengisian ulang baterai handphone. Pada gambar 4.2. Proses pengisian ulang dilakukan dengan menggunakan daya yang sudah tersimpan pada baterai cadangan. Berdasarkan pada pembahasan di sub BAB selanjutnya, pengisian baterai handphone dapat berlangsung selama ±93 menit. 4.3 Pengujian Output Alat. 4.3.1 Pengujian Output pada Rangkaian DC to DC Converter dan Astable Multivibrator. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengukuran terhadap output yang keluar dari rangkaian astable multivibrator dan DC to DC converter. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur multimeter digital untuk mengukur tegangan dan arus, dan lux meter untuk mengukur intensitas cahaya matahari, pengukuran ini membandingkan pegaruh intensitas cahaya matahari terhadap output yang dikeluarkan rangkaian astable multivibrator dan DC to DC converter. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 27 (a) (b) Gambar 4.3. (a) Multimeter Digital, (b) Lux meter. Alat pada gambar 4.3 digunakan dalam proses pengambilan data. Multimeter digunakan untuk mengukur arus dan tegangan yang keluar dari output, dan lux meter digunakan untuk mengukur intensitas cahaya matahari yang masuk ke dalam solar cell yang selanjutnya akan diubah menjadi tegangan dan arus yang akan masuk ke dalam rangkaian astable multivibrator. Pada rangkaian DC to DC converter dalam perancangan di BAB III gambar 3.4. terjadi kesalahan pada penamaan karena pada BAB III rangkaian dinamakan DC to DC converter step up yang berguna untuk menaikkan tegangan dan menurunkan arus, sedangkan rangkaian yang terdapat pada gambar 3.4 sebenarnya adalah rangkaian DC to DC converter Step down, karena yang dibutuhkan untuk mempercepat proses pengisian ulang baterai handphone adalah menaikan arus bukan menaikan tegangan. Jadi rangkaian DC to DC converter yg digunakan adalah rangkaian step down, yaitu menaikan arus dah menurunkan tegangan. Tegangan yang dibutuhkan untuk proses pengisian ulang baterai cukup sebesar 5v. Dengan tegangan masukan dari solar cell yang sebesar 5.5 v, diturunkan menjadi 5.11v untuk menaikan arus dari 100mA menjadi 176mA. Dengan perhitungan pada rangkaian. Vin Vout Iin Iout Iout 5.5 Iout 5.11 100 Iout 0.92 5 .5 5.11 100 Iout Iout 5.5 Iout 5.11 100 Iout 100 Iout 192 mA 0.92 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 28 Tabel 4.1 hasil keluaran dari Alat tanpa menggunakan baterai cadangan, No Intensitas Cahaya Tegangan (Volt) Arus (mA) Waktu (jam) (lux) 1 3960 5.11 176 9 2 3250 4.82 156 11 3 2750 4.26 103 13 4 2100 3.97 97 14 5 1560 3.65 89 Arus terlalu kecil 6 1300 3.36 68 Arus terlalu kecil 7 940 2.64 50 Arus terlalu kecil 8 850 2.45 47 Arus terlalu kecil 9 710 1.80 35 Arus terlalu kecil 10 680 1.75 30 Arus terlalu kecil Tabel 4.1 menjelaskan hubungan antara intensitas cahaya yang diterima oleh solar cell dan output yang dihasilkan rangkaian astable multivibrator dan DC to DC converter, serta lama waktu pengisian ulang baterai cadangan dengan output yang dihasilkan pada intensitas cahaya tertentu. Berdasarkan data yang didapatkan, tegangan yang dibutuhkan untuk melakukan proses pengisian ulang baterai handphone bisa didapatkan pada intensitas cahaya lebih dari 2100 lux. Proses pengisian bisa dilakukan pada saat keadaan siang hari dan cuaca tidak mendung. Arus yang dihasilkan untuk proses pengisian memang masih terlalu kecil sehingga proses pengisian bisa terjadi selama 9-14 jam. Hal ini dikarenakan daya dari solar cell yang masih belum cukup besar untuk menaikan arus, karena jika arus dinaikkan maka tegangan akan turun arus. Arus dinaikan hanya sampai 176 mA dari 100 mA keluaran maksimum dari solar cell, dan tegangan maksimum 5.5 volt dari solar cell d turunkan menjadi 5.11 volt. Berdasarkan table 4.2. pada 3 kali percobaan dengan menggunakan daya yang terdapat pada baterai cadangan, waktu yang dibutuhkan untuk pengisian ulang baterai handphone sudah bisa dilakukan dengan rata – rata waktu ±93 menit. Baterai dari hasil pengisian ulang menggunakan alat ini bisa berfungsi normal dengan lama waktu 24-48 jam pada kondisi stand by. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 29 Tabel 4.2. lama waktu pengisian baterai handphone dari baterai cadangan pada 3 kali percobaan Percobaan Ke- Lama waktu pengisian baterai handphone 1 98 menit 2 88 menit 3 102 menit Gambar 4.4 grafik tegangan terhadap intensitas cahaya. Gambar 4.5 grafik arus terhadap intensitas cahaya. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 30 Dalam gambar 4.4 dan 4.5 ditunjukan bahwa arus dan tegangan yang dihasilkan solar cell semakin besar intensitas cahaya matahari yang diterima solar cell semakin besar. Intensitas cahaya mulai dari 2100 lux bisa didapatkan mulai dari jam 10 pagi, sampai jam 3 sore jika cuaca tidak mendung. Pada saat itu solar cell akan terus berkerja untuk mengisi daya pada baterai cadangan. 4.3.2 Pengujian pada Rangkaian LED Tabel 4.3 Perbandingan nyala LED dengan daya yang tersedia pada baterai. LED yang menyala Daya (W) Tegangan (V) Arus (A) 10 5 5.11 1.022 9 4.8 4.7 0.97 8 4.7 4.3 0.93 7 4.6 3.8 0.82 6 4.1 3.3 0.79 5 3.8 2.8 0.73 4 3.3 2.3 0.68 3 3.2 1.8 0.56 Pada bagian ini akan menjelaskan cara kerja dari LED penampil daya yang tersimpan pada baterai cadangan. Rangkaian ini menggunakan IC LM 3914 untuk menampilkan tegangan yang tersimpan dengan visualisasi melalui LED bargraph yang terdiri dari 10 LED. Berdasarkan data yang terdapat pada tabel 4.3. dapat ditarik kesimpulan kesepuluh led akan menyala jika daya yang tersimpan dalam baterai cadangan adalah 5 Watt(5 V, 1 A). Jika 6 led yang menyala menandakan baterai dalam kondisi low, arus yang tersedia dalam baterai cadangan tidak mencukupi untuk proses pengisian ulang dan alat tidak dapat digunakan untuk pengisian ulang karena untuk beberapa jenis baterai handphone pada umumnya memiliki tegangan output 3.7v dan arus 700mA, membutuhkan tegangan diatas 3.7v dan arus diatas 700mA untuk melakukan proses pengisian ulang. Jadi pada saat PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 31 kondisi LED menyala 5 daya yang terdapat dalam baterai cadangan dalam kondisi low, dan proses pengisian ulang tidak dapat dilakukan. karena untuk proses pengisian ulang membutuhkan tegangan yang lebih besar atau sama dengan tegangan pada baterai itu sendiri, dan arus berpengaruh dalam lama waktu proses pengisian ulang pada baterai, semakin besar arus yang dihasilkan akan semakin cepat proses pengisian ulang. . (a) (b) (c) Gambar 4.8. a. 7 LED menyala=4v, b. 3 LED menyala=2v, c. 10 LED menyala=5v Analisis LED, pada bab III resistor yang digunakan sebesar 10kΩ, namun pada alat yang telah dibuat resistor yang digunakan sebesar 100Ω, karena daya yang terdapat dalam baterai sebesar 5 watt, 5volt 1A. Jadi jika menggunakan resistor sebesar 10kΩ, hambatan akan terlalu besar dan tidak dapat menyalakan LED. Resistor yang digunakan ditentukan dengan perhitungan, R Vs Vd Vs =(Vs-Vd) / I = tegangan sumber(battery,accu,power suply). = jatuh tegangan. = 5v PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 32 Vd R = 3.5v = (5 – 3,5)/ 1= 1.5Ω Resistor yang dibutuhkan untuk rangkaian adalah 1.5Ω, namun karena di pasaran tidak ada LED dengan hambatan 1.5Ω, maka digunakan resistor dengan hambatan terkecil yaitu sebesar 100Ω, yang digunakan dalam rangkaian. 4.4 Perhitungan Harga Ekonomis Harga keseluruhan yang dibutuhkan untuk membuat alat ini ± 100.000rupiah. Untuk pembelian komponen dan acrylic untuk casing alat. Komponen yang terdiri dari, resistor, capasitor, IC 555, LM 3914, diode, soket, PCB, kabel jumper, LED bargraph, Solar panel, inductor, pin, usb port, serta kabel penghubung USB port dengan Handphone. Tabel 4.4 daftar harga komponen yang digunakan dalam pembuatan alat Bahan/Komponen Jumlah Harga satuan Total Resitor 12 100 1200 Capasitor 3 500 1500 Soket 2 500 1000 IC 555 1 2000 2000 LM 3914 1 2000 2000 Acrylic 50cm 20.000 20.000 PCB 1 5000 5000 Kabel 1m 3000 3000 LED bargraph 1 2500 2500 Diode 1 500 500 Solar panel 1 45.000 45000 Induktor 1 3000 3000 USB port 1 5000 5000 Pin Connector 1 1000 1000 Total : Rp 92.700.- PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 33 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil perancangan dan pengamatan selama pengerjaan tugas akhir ini dapat diambil beberapa kesimpulan : 1. Solar cell yang digunakan tidak bisa menghasilkan daya yang besar, sehingga proses pengisian ulang pada baterai cadangan menjadi lama dengan waktu pengisian mencapai 9-14 jam dalam intensitas cahaya lebih dari 2100 lux. 2. Rangkaian yang digunakan sudah bekerja dengan baik, karena sudah bisa menaikkan arus dari 100mA menjadi 176mA 3. Rangkaian LED yang digunakan sebagai indikator daya yang tersedia pada baterai dapat berkerja, 10 LED saat tegangan dalam baterai 5v. 4. Proses pengisian ulang pada saat baterai cadangan dalam keadaan penuh berlangsung selama ±93 menit. Baterai dapat berfungsi dengan normal dengan lama waktu 24-48 jam dalam keadaan stand by. 5. Harga lebih murah dari yang sudah terjual di pasaran yang berkisar Rp 250.000,-. Harga pembuatan alat hanya Rp 100.000.- 5.2 Saran Dari pengalaman membuat tugas akhir ini, penulis ingin menyarankan beberapa hal sebagai berikut : a. Solar cell yang digunakan harus memiliki daya yang lebih tinggi, agar proses pengisian ulang menjadi lebih cepat. b. Pemilihan nilai komponen yang benar untuk memperkecil tingkat kesalahan dalam pembuatan setiap subsistem rangkaian. 33 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 34 DAFTAR PUSTAKA [1] http://Katalog Produk SOLAR CELL CHARGER PORTABLE - SURVIVAL GEAR - Indonesia.htm diakses pada 20 April 2012. [2] http://www.panelsurya.com/index.php/id/panel-surya-solar-cells/solar-cells-panelguide diakses pada 10 Februari 2012. [3] http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_oscillator.html diakses pada 17 April 2012. [4] http://oloanking.wordpress.com/2011/04/15/cara-hidupkan-baterai-hp-mati/ diakses pada 10 April 2012. [5] http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor diakses pada 8 April 2012. [6] http://www.sisilain.net/2010/11/macam-macam-transistor.html diakses pada 16 Maret 2012. [7] Diktat kuliah Elektronika Daya. [8] http://rasapas.wordpress.com/2011/03/04/8/ diakses pada 19 Februari 2012. [9] http://elektronika-elektronika.blogspot.com/2007/05/usb-universal-serial-bus.html diakses pada 19 Februari 2012. [10] http://www.broadenedhorizons.com/usbport diakses pada 10 Februari 2012. [11] http://rancoindia.org/-/ diakses pada 18 April 2012. 34 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI xxxv 35 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI LM3914 Dot/Bar Display Driver General Description The LM3914 is a monolithic integrated circuit that senses analog voltage levels and drives 10 LEDs, providing a linear analog display. A single pin changes the display from a moving dot to a bar graph. Current drive to the LEDs is regulated and programmable, eliminating the need for resistors. This feature is one that allows operation of the whole system from less than 3V. The circuit contains its own adjustable reference and accurate 10-step voltage divider. The low-bias-current input buffer accepts signals down to ground, or V−, yet needs no protection against inputs of 35V above or below ground. The buffer drives 10 individual comparators referenced to the precision divider. Indication non-linearity can thus be held typically to 1⁄2%, even over a wide temperature range. Versatility was designed into the LM3914 so that controller, visual alarm, and expanded scale functions are easily added on to the display system. The circuit can drive LEDs of many colors, or low-current incandescent lamps. Many LM3914s can be “chained” to form displays of 20 to over 100 segments. Both ends of the voltage divider are externally available so that 2 drivers can be made into a zero-center meter. The LM3914 is very easy to apply as an analog meter circuit. A 1.2V full-scale meter requires only 1 resistor and a single 3V to 15V supply in addition to the 10 display LEDs. If the 1 resistor is a pot, it becomes the LED brightness control. The simplified block diagram illustrates this extremely simple external circuitry. When in the dot mode, there is a small amount of overlap or “fade” (about 1 mV) between segments. This assures that at no time will all LEDs be “OFF”, and thus any ambiguous display is avoided. Various novel displays are possible. © 2000 National Semiconductor Corporation DS007970 Much of the display flexibility derives from the fact that all outputs are individual, DC regulated currents. Various effects can be achieved by modulating these currents. The individual outputs can drive a transistor as well as a LED at the same time, so controller functions including “staging” control can be performed. The LM3914 can also act as a programmer, or sequencer. The LM3914 is rated for operation from 0˚C to +70˚C. The LM3914N-1 is available in an 18-lead molded (N) package. The following typical application illustrates adjusting of the reference to a desired value, and proper grounding for accurate operation, and avoiding oscillations. Features Drives LEDs, LCDs or vacuum fluorescents Bar or dot display mode externally selectable by user Expandable to displays of 100 steps Internal voltage reference from 1.2V to 12V Operates with single supply of less than 3V Inputs operate down to ground Output current programmable from 2 mA to 30 mA No multiplex switching or interaction between outputs Input withstands ± 35V without damage or false outputs LED driver outputs are current regulated, open-collectors n Outputs can interface with TTL or CMOS logic n The internal 10-step divider is floating and can be referenced to a wide range of voltages n n n n n n n n n n www.national.com LM3914 Dot/Bar Display Driver January 2000 LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Typical Applications 0V to 5V Bar Graph Meter DS007970-1 Note: Grounding method is typical of all uses. The 2.2 µF tantalum or 10 µF aluminum electrolytic capacitor is needed if leads to the LED supply are 6" or longer. www.national.com 2 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Reference Load Current 10 mA Storage Temperature Range −55˚C to +150˚C Soldering Information Dual-In-Line Package Soldering (10 seconds) 260˚C Plastic Chip Carrier Package Vapor Phase (60 seconds) 215˚C Infrared (15 seconds) 220˚C See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” for other methods of soldering surface mount devices. If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the National Semiconductor Sales Office/ Distributors for availability and specifications. Power Dissipation (Note 6) Molded DIP (N) Supply Voltage Voltage on Output Drivers Input Signal Overvoltage (Note 4) Divider Voltage 1365 mW 25V 25V ± 35V −100 mV to V+ Electrical Characteristics (Notes 2, 4) Parameter Conditions (Note 2) Min Typ Max Units 3 10 mV 3 15 mV COMPARATOR Gain (∆ILED/∆VIN) 0V ≤ VRLO = VRHI ≤ 12V, ILED = 1 mA 0V ≤ VRLO = VRHI ≤ 12V, ILED = 1 mA IL(REF) = 2 mA, ILED = 10 mA Input Bias Current (at Pin 5) 0V ≤ VIN ≤ V+ − 1.5V Input Signal Overvoltage No Change in Display Offset Voltage, Buffer and First Comparator Offset Voltage, Buffer and Any Other Comparator 3 8 25 −35 mA/mV 100 nA 35 V VOLTAGE-DIVIDER Divider Resistance Total, Pin 6 to 4 Accuracy (Note 3) 8 12 17 kΩ 0.5 2 % 1.28 1.34 V VOLTAGE REFERENCE Output Voltage 0.1 mA ≤ IL(REF) ≤ 4 mA, V+ = VLED = 5V Line Regulation 3V ≤ V+ ≤ 18V 0.01 0.03 %/V Load Regulation 0.1 mA ≤ IL(REF) ≤ 4 mA, V+ = VLED = 5V 0.4 2 % Output Voltage Change with Temperature 0˚C ≤ TA ≤ +70˚C, IL(REF) = 1 mA, V+ = 5V 1.2 % 1 Adjust Pin Current 75 120 µA mA OUTPUT DRIVERS LED Current LED Current Difference (Between Largest and Smallest LED Currents) LED Current Regulation Dropout Voltage Saturation Voltage V+ = VLED = 5V, IL(REF) = 1 mA ILED = 2 mA VLED = 5V 7 ILED = 20 mA ILED = 2 mA ILED = 20 mA 2V ≤ VLED ≤ 17V ILED(ON) = 20 mA, VLED = 5V, ∆ILED = 2 mA ILED = 2.0 mA, IL(REF) = 0.4 mA Output Leakage, Each Collector (Bar Mode) (Note 5) Output Leakage (Dot Mode) (Note 5) 13 0.4 1.2 3 0.1 0.25 1 3 0.15 Pins 10–18 Pin 1 10 0.12 60 mA mA 1.5 V 0.4 V 0.1 10 µA 0.1 10 µA 150 450 µA 2.4 4.2 mA 6.1 9.2 mA SUPPLY CURRENT Standby Supply Current (All Outputs Off) V+ = 5V, IL(REF) = 0.2 mA V+ = 20V, IL(REF) = 1.0 mA Note 1: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device is functional, but do not guarantee specific performance limits. Electrical Characteristics state DC and AC electrical specifications under particular test conditions which guarantee specific performance limits. This assumes that the device is within the Operating Ratings. Specifications are not guaranteed for parameters where no limit is given, however, the typical value is a good indication of device performance. 3 www.national.com LM3914 Absolute Maximum Ratings (Note 1) LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Electrical Characteristics (Notes 2, 4) (Continued) Note 2: Unless otherwise stated, all specifications apply with the following conditions: 3 VDC ≤ V+ ≤ 20 VDC VREF, VRHI, VRLO ≤ (V+ − 1.5V) 3 VDC ≤ VLED ≤ V+ 0V ≤ VIN ≤ V+ − 1.5V −0.015V ≤ VRLO ≤ 12 VDC TA = +25˚C, IL(REF) = 0.2 mA, VLED = 3.0V, pin 9 connected to pin 3 (Bar Mode). −0.015V ≤ VRHI ≤ 12 VDC For higher power dissipations, pulse testing is used. Note 3: Accuracy is measured referred to +10.000 VDC at pin 6, with 0.000 VDC at pin 4. At lower full-scale voltages, buffer and comparator offset voltage may add significant error. Note 4: Pin 5 input current must be limited to ± 3 mA. The addition of a 39k resistor in series with pin 5 allows ± 100V signals without damage. Note 5: Bar mode results when pin 9 is within 20 mV of V+. Dot mode results when pin 9 is pulled at least 200 mV below V+ or left open circuit. LED No. 10 (pin 10 output current) is disabled if pin 9 is pulled 0.9V or more below VLED. Note 6: The maximum junction temperature of the LM3914 is 100˚C. Devices must be derated for operation at elevated temperatures. Junction to ambient thermal resistance is 55˚C/W for the molded DIP (N package). LED Current Regulation: The change in output current over the specified range of LED supply voltage (VLED) as measured at the current source outputs. As the forward voltage of an LED does not change significantly with a small change in forward current, this is equivalent to changing the voltage at the LED anodes by the same amount. Line Regulation: The average change in reference output voltage over the specified range of supply voltage (V+). Load Regulation: The change in reference output voltage (VREF) over the specified range of load current (IL(REF)). Offset Voltage: The differential input voltage which must be applied to each comparator to bias the output in the linear region. Most significant error when the voltage across the internal voltage divider is small. Specified and tested with pin 6 voltage (VRHI) equal to pin 4 voltage (VRLO). Definition of Terms Accuracy: The difference between the observed threshold voltage and the ideal threshold voltage for each comparator. Specified and tested with 10V across the internal voltage divider so that resistor ratio matching error predominates over comparator offset voltage. Adjust Pin Current: Current flowing out of the reference adjust pin when the reference amplifier is in the linear region. Comparator Gain: The ratio of the change in output current (ILED) to the change in input voltage (VIN) required to produce it for a comparator in the linear region. Dropout Voltage: The voltage measured at the current source outputs required to make the output current fall by 10%. Input Bias Current: Current flowing out of the signal input when the input buffer is in the linear region. Typical Performance Characteristics Supply Current vs Temperature Operating Input Bias Current vs Temperature DS007970-2 www.national.com Reference Voltage vs Temperature DS007970-20 4 DS007970-21 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Reference Adjust Pin Current vs Temperature LM3914 Typical Performance Characteristics (Continued) LED Current-Regulation Dropout DS007970-22 LED Driver Saturation Voltage DS007970-23 DS007970-24 Input Current Beyond Signal Range (Pin 5) LED Current vs Reference Loading LED Driver Current Regulation DS007970-25 DS007970-26 Total Divider Resistance vs Temperature Common-Mode Limits DS007970-27 Output Characteristics DS007970-29 DS007970-30 DS007970-28 5 www.national.com LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Block Diagram (Showing Simplest Application) DS007970-3 www.national.com 6 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI MODE PIN USE The simplifed LM3914 block diagram is to give the general idea of the circuit’s operation. A high input impedance buffer operates with signals from ground to 12V, and is protected against reverse and overvoltage signals. The signal is then applied to a series of 10 comparators; each of which is biased to a different comparison level by the resistor string. In the example illustrated, the resistor string is connected to the internal 1.25V reference voltage. In this case, for each 125 mV that the input signal increases, a comparator will switch on another indicating LED. This resistor divider can be connected between any 2 voltages, providing that they are 1.5V below V+ and no less than V−. If an expanded scale meter display is desired, the total divider voltage can be as little as 200 mV. Expanded-scale meter displays are more accurate and the segments light uniformly only if bar mode is used. At 50 mV or more per step, dot mode is usable. Pin 9, the Mode Select input controls chaining of multiple LM3914s, and controls bar or dot mode operation. The following tabulation shows the basic ways of using this input. Other more complex uses will be illustrated in the applications. Bar Graph Display: Wire Mode Select (pin 9) directly to pin 3 (V+ pin). Dot Display, Single LM3914 Driver: Leave the Mode Select pin open circuit. Dot Display, 20 or More LEDs: Connect pin 9 of the first driver in the series (i.e., the one with the lowest input voltage comparison points) to pin 1 of the next higher LM3914 driver. Continue connecting pin 9 of lower input drivers to pin 1 of higher input drivers for 30, 40, or more LED displays. The last LM3914 driver in the chain will have pin 9 wired to pin 11. All previous drivers should have a 20k resistor in parallel with LED No. 9 (pin 11 to VLED). INTERNAL VOLTAGE REFERENCE The reference is designed to be adjustable and develops a nominal 1.25V between the REF OUT (pin 7) and REF ADJ (pin 8) terminals. The reference voltage is impressed across program resistor R1 and, since the voltage is constant, a constant current I1 then flows through the output set resistor R2 giving an output voltage of: Mode Pin Functional Description This pin actually performs two functions. Refer to the simplified block diagram below. Block Diagram of Mode Pin Description DS007970-4 Since the 120 µA current (max) from the adjust terminal represents an error term, the reference was designed to minimize changes of this current with V+ and load changes. DS007970-5 *High for bar DOT OR BAR MODE SELECTION The voltage at pin 9 is sensed by comparator C1, nominally referenced to (V+ − 100 mV). The chip is in bar mode when pin 9 is above this level; otherwise it’s in dot mode. The comparator is designed so that pin 9 can be left open circuit for dot mode. Taking into account comparator gain and variation in the 100 mV reference level, pin 9 should be no more than 20 mV below V+ for bar mode and more than 200 mV below V+ (or open circuit) for dot mode. In most applications, pin 9 is either open (dot mode) or tied to V+ (bar mode). In bar mode, pin 9 should be connected directly to pin 3. Large currents drawn from the power supply (LED current, for example) should not share this path so that large IR drops are avoided. CURRENT PROGRAMMING A feature not completely illustrated by the block diagram is the LED brightness control. The current drawn out of the reference voltage pin (pin 7) determines LED current. Approximately 10 times this current will be drawn through each lighted LED, and this current will be relatively constant despite supply voltage and temperature changes. Current drawn by the internal 10-resistor divider, as well as by the external current and voltage-setting divider should be included in calculating LED drive current. The ability to modulate LED brightness with time, or in proportion to input voltage and other signals can lead to a number of novel displays or ways of indicating input overvoltages, alarms, etc. DOT MODE CARRY In order for the display to make sense when multiple LM3914s are cascaded in dot mode, special circuitry has been included to shut off LED No. 10 of the first device when 7 www.national.com LM3914 Functional Description LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Mode Pin Functional Description LEDs OFF) is 1.6 mA (2.5 mA max). However, any reference loading adds 4 times that current drain to the V+ (pin 3) supply input. For example, an LM3914 with a 1 mA reference pin load (1.3k), would supply almost 10 mA to every LED while drawing only 10 mA from its V+ pin supply. At full-scale, the IC is typically drawing less than 10% of the current supplied to the display. (Continued) LED No. 1 of the second device comes on. The connection for cascading in dot mode has already been described and is depicted below. As long as the input signal voltage is below the threshold of the second LM3914, LED No. 11 is off. Pin 9 of LM3914 No. 1 thus sees effectively an open circuit so the chip is in dot mode. As soon as the input voltage reaches the threshold of LED No. 11, pin 9 of LM3914 No. 1 is pulled an LED drop (1.5V or more) below VLED. This condition is sensed by comparator C2, referenced 600 mV below VLED. This forces the output of C2 low, which shuts off output transistor Q2, extinguishing LED No. 10. VLED is sensed via the 20k resistor connected to pin 11. The very small current (less than 100 µA) that is diverted from LED No. 9 does not noticeably affect its intensity. An auxiliary current source at pin 1 keeps at least 100 µA flowing through LED No. 11 even if the input voltage rises high enough to extinguish the LED. This ensures that pin 9 of LM3914 No. 1 is held low enough to force LED No. 10 off when any higher LED is illuminated. While 100 µA does not normally produce significant LED illumination, it may be noticeable when using high-efficiency LEDs in a dark environment. If this is bothersome, the simple cure is to shunt LED No. 11 with a 10k resistor. The 1V IR drop is more than the 900 mV worst case required to hold off LED No. 10 yet small enough that LED No. 11 does not conduct significantly. The display driver does not have built-in hysteresis so that the display does not jump instantly from one LED to the next. Under rapidly changing signal conditions, this cuts down high frequency noise and often an annoying flicker. An “overlap” is built in so that at no time between segments are all LEDs completely OFF in the dot mode. Generally 1 LED fades in while the other fades out over a mV or more of range (Note 3). The change may be much more rapid between LED No. 10 of one device and LED No. 1 of a second device “chained” to the first. The LM3914 features individually current regulated LED driver transistors. Further internal circuitry detects when any driver transistor goes into saturation, and prevents other circuitry from drawing excess current. This results in the ability of the LM3914 to drive and regulate LEDs powered from a pulsating DC power source, i.e., largely unfiltered. (Due to possible oscillations at low voltages a nominal bypass capacitor consisting of a 2.2 µF solid tantalum connected from the pulsating LED supply to pin 2 of the LM3914 is recommended.) This ability to operate with low or fluctuating voltages also allows the display driver to interface with logic circuitry, opto-coupled solid-state relays, and low-current incandescent lamps. OTHER DEVICE CHARACTERISTICS The LM3914 is relatively low-powered itself, and since any number of LEDs can be powered from about 3V, it is a very efficient display driver. Typical standby supply current (all Cascading LM3914s in Dot Mode DS007970-6 www.national.com 8 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI LM3914 Typical Applications Zero-Center Meter, 20-Segment DS007970-7 9 www.national.com LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Typical Applications (Continued) Expanded Scale Meter, Dot or Bar DS007970-8 *This application illustrates that the LED supply needs practically no filtering Calibration: With a precision meter between pins 4 and 6 adjust R1 for voltage VD of 1.20V. Apply 4.94V to pin 5, and adjust R4 until LED No. 5 just lights. The adjustments are non-interacting. Application Example: Grading 5V Regulators Highest No. LED on Color VOUT(MIN) 10 Red 5.54 9 Red 5.42 8 Yellow 5.30 7 Green 5.18 6 Green 5.06 5V 5 Green 4.94 4 Green 4.82 3 Yellow 4.7 2 Red 4.58 1 Red 4.46 www.national.com 10 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI LM3914 Typical Applications (Continued) “Exclamation Point” Display DS007970-9 LEDs light up as illustrated with the upper lit LED indicating the actual input voltage. The display appears to increase resolution and provides an analog indication of overrange. Indicator and Alarm, Full-Scale Changes Display from Dot to Bar DS007970-10 *The input to the Dot-Bar Switch may be taken from cathodes of other LEDs. Display will change to bar as soon as the LED so selected begins to light. 11 www.national.com LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Typical Applications (Continued) Bar Display with Alarm Flasher DS007970-11 Full-scale causes the full bar display to flash. If the junction of R1 and C1 is connected to a different LED cathode, the display will flash when that LED lights, and at any higher input signal. Adding Hysteresis (Single Supply, Bar Mode Only) DS007970-12 Hysteresis is 0.5 mV to 1 mV www.national.com 12 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI LM3914 Typical Applications (Continued) Operating with a High Voltage Supply (Dot Mode Only) DS007970-13 The LED currents are approximately 10 mA, and the LM3914 outputs operate in saturation for minimum dissipation. *This point is partially regulated and decreases in voltage with temperature. Voltage requirements of the LM3914 also decrease with temperature. 13 www.national.com LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Typical Applications (Continued) 20-Segment Meter with Mode Switch DS007970-14 *The exact wiring arrangement of this schematic shows the need for Mode Select (pin 9) to sense the V+ voltage exactly as it appears on pin 3. Programs LEDs to 10 mA tively high value resistors. These high-impedance ends should be bypassed to pin 2 with at least a 0.001 µF capacitor, or up to 0.1 µF in noisy environments. Power dissipation, especially in bar mode should be given consideration. For example, with a 5V supply and all LEDs programmed to 20 mA the driver will dissipate over 600 mW. In this case a 7.5Ω resistor in series with the LED supply will cut device heating in half. The negative end of the resistor should be bypassed with a 2.2 µF solid tantalum capacitor to pin 2 of the LM3914. Turning OFF of most of the internal current sources is accomplished by pulling positive on the reference with a current source or resistance supplying 100 µA or so. Alternately, the input signal can be gated OFF with a transistor switch. Other special features and applications characteristics will be illustrated in the following applications schematics. Notes have been added in many cases, attempting to cover any special procedures or unusual characteristics of these applications. A special section called “Application Tips for the LM3914 Adjustable Reference” has been included with these schematics. Application Hints Three of the most commonly needed precautions for using the LM3914 are shown in the first typical application drawing showing a 0V–5V bar graph meter. The most difficult problem occurs when large LED currents are being drawn, especially in bar graph mode. These currents flowing out of the ground pin cause voltage drops in external wiring, and thus errors and oscillations. Bringing the return wires from signal sources, reference ground and bottom of the resistor string (as illustrated) to a single point very near pin 2 is the best solution. Long wires from VLED to LED anode common can cause oscillations. Depending on the severity of the problem 0.05 µF to 2.2 µF decoupling capacitors from LED anode common to pin 2 will damp the circuit. If LED anode line wiring is inaccessible, often similar decoupling from pin 1 to pin 2 will be sufficient. If LED turn ON seems slow (bar mode) or several LEDs light (dot mode), oscillation or excessive noise is usually the problem. In cases where proper wiring and bypassing fail to stop oscillations, V+ voltage at pin 3 is usually below suggested limits. Expanded scale meter applications may have one or both ends of the internal voltage divider terminated at rela- www.national.com 14 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI (Continued) Greatly Expanded Scale (Bar Mode Only) APPLICATION TIPS FOR THE LM3914 ADJUSTABLE REFERENCE GREATLY EXPANDED SCALE (BAR MODE ONLY) Placing the LM3914 internal resistor divider in parallel with a section ( ≅ 230Ω) of a stable, low resistance divider greatly reduces voltage changes due to IC resistor value changes with temperature. Voltage V1 should be trimmed to 1.1V first by use of R2. Then the voltage V2 across the IC divider string can be adjusted to 200 mV, using R5 without affecting V1. LED current will be approximately 10 mA. NON-INTERACTING ADJUSTMENTS FOR EXPANDED SCALE METER (4.5V to 5V, Bar or Dot Mode) This arrangement allows independent adjustment of LED brightness regardless of meter span and zero adjustments. First, V1 is adjusted to 5V, using R2. Then the span (voltage across R4) can be adjusted to exactly 0.5V using R6 without affecting the previous adjustment. R9 programs LED currents within a range of 2.2 mA to 20 mA after the above settings are made. DS007970-15 ADJUSTING LINEARITY OF SEVERAL STACKED DIVIDERS Three internal voltage dividers are shown connected in series to provide a 30-step display. If the resulting analog meter is to be accurate and linear the voltage on each divider must be adjusted, preferably without affecting any other adjustments. To do this, adjust R2 first, so that the voltage across R5 is exactly 1V. Then the voltages across R3 and R4 can be independently adjusted by shunting each with selected resistors of 6 kΩ or higher resistance. This is possible because the reference of LM3914 No. 3 is acting as a constant current source. The references associated with LM3914s No. 1 and No. 2 should have their Ref Adj pins (pin 8) wired to ground, and their Ref Outputs loaded by a 620Ω resistor to ground. This makes available similar 20 mA current outputs to all the LEDs in the system. If an independent LED brightness control is desired (as in the previous application), a unity gain buffer, such as the LM310, should be placed between pin 7 and R1, similar to the previous application. 15 www.national.com LM3914 Application Hints LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Application Hints (Continued) Non-Interacting Adjustments for Expanded Scale Meter (4.5V to 5V, Bar or Dot Mode) DS007970-16 Other Applications Adjusting Linearity of Several Stacked Dividers DS007970-17 www.national.com 16 • • • • • • • • “Slow” — fade bar or dot display (doubles resolution) • Electronic “meter-relay” — display could be circle or semi-circle • Moving “hole” display — indicator LED is dark, rest of bar lit • Drives vacuum-fluorescent and LCDs using added passive parts 20-step meter with single pot brightness control 10-step (or multiples) programmer Multi-step or “staging” controller Combined controller and process deviation meter Direction and rate indicator (to add to DVMs) Exclamation point display for power saving Graduations can be added to dot displays. Dimly light every other LED using a resistor to ground PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI LM3914 Connection Diagrams Plastic Chip Carrier Package Dual-in-Line Package DS007970-18 Top View Order Number LM3914V See NS Package Number V20A DS007970-19 Top View Order Number LM3914N-1 See NS Package Number NA18A Order Number LM3914N * See NS Package Number N18A * Discontinued, Life Time Buy date 12/20/99 17 www.national.com LM3914 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted Note: Unless otherwise specified. 1. Standard Lead Finish: 200 microinches /5.08 micrometer minimum lead/tin 37/63 or 15/85 on alloy 42 or equivalent or copper 2. Reference JEDEC registration MS-001, Variation AC, dated May 1993. Dual-In-Line Package (N) Order Number LM3914N-1 NS Package Number NA18A Plastic Chip Carrier Package (V) Order Number LM3914V NS Package Number V20A www.national.com 18 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI LM3914 Dot/Bar Display Driver Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued) Dual-In-Line Package (N) Order Number LM3914N * NS Package Number N18A * Discontinued, Life Time Buy date 12/20/99 LIFE SUPPORT POLICY NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERAL COUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein: 1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body, or (b) support or sustain life, and whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be reasonably expected to result in a significant injury to the user. National Semiconductor Corporation Americas Tel: 1-800-272-9959 Fax: 1-800-737-7018 Email: [email protected] www.national.com National Semiconductor Europe Fax: +49 (0) 1 80-530 85 86 Email: [email protected] Deutsch Tel: +49 (0) 1 80-530 85 85 English Tel: +49 (0) 1 80-532 78 32 Français Tel: +49 (0) 1 80-532 93 58 Italiano Tel: +49 (0) 1 80-534 16 80 2. A critical component is any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness. National Semiconductor Asia Pacific Customer Response Group Tel: 65-2544466 Fax: 65-2504466 Email: [email protected] National Semiconductor Japan Ltd. Tel: 81-3-5639-7560 Fax: 81-3-5639-7507 National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.
