bab ii dasar teori

 BAB II DASAR TEORI
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Saklar
Saklar atau switch adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penghubung
dan pemutus arus listrik. Dalam rangkaian elektronika dan rangkaian listrik saklar
berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik yang mengalir dari
sumber
menuju beban (output) atau dari sebuah sistem ke sistem lainnya. Pada
Tabel 2.1 terdapat jenis-jenis saklar, simbol-simbol saklar, dan contoh fisik dari
saklar.
Tabel 2.1 Jenis, Simbol, dan Contoh Bentuk Saklar
JENIS SAKLAR
SIMBOL SAKLAR
CONTOH FISIK
SPST
Saklar On-Off 2 terminal
Saklar Push-On
Kedua terminal akan
terhubung selama ditekan
Saklar Push-Off
Kedua terminal akan
terputus selama ditekan
Saklar SPDT
Terminal sentral (COM)
akan terhubung ke salah
satu terminal dan akan
terputus ke terminal
lainnya dalam satu
kondisi.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
5
BAB II DASAR TEORI
Saklar DPST
Dalam kondisi On (“1”)
dua terminal sentral akan
terhubung ke terminal
pasangannya dan akan
terputus ktika kondisi Off
(“0”)
Saklar DPDT
Dua terminal sentral akan
terhubung ke salah satu
terminal pasangannya dan
terputus ke terminal
pasangannya yang lain
dalam satu kondisi.
2.2
Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah suatu sistem mikroprosesor yang lengkap dan
dikemas dalam bentuk sebuah IC (single chip). Mikrokontroler ini merupakan
terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer yang digunakan untuk
memenuhi kebutuhan pasar (market need). IC mikrokontroller memiliki
perangkat penunjang seperti dalam mikrokomputer seperti unit pusat pengolahan
data (Central Processing Unit), unit memori (ROM dan RAM) dan unit
I/O.
Selain itu terdapat juga fasilitas - fasilitas seperti timer, counter, kontrol
interupsi
(interrupt
Control)
dan
USART
Asinchronous Receiver Transmitter). Mikrokontroler
(Universal
merupakan
Sinchronous
teknologi
semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak, namun hanya
membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi dalam jumlah yang
banyak, sehingga harganya menjadi lebih murah jika dibandingkan dengan
mikroposesor.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
6
BAB II DASAR TEORI
2.2.1
Mikrokontroler ATmega8535
ATmega8535
Kebanyakan
adalah
instruksi
mikrokontroler
dikerjakan
pada
CMOS
satu siklus
8-bit
daya-rendah.
clock,
ATmega8535
mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat desain sistem
mengoptimalisasisi komsumsi daya versus kecepatan proses.
untuk
Mikrokontroler ATmega 8535 ini memiliki kelebihan-kelebihan jika
dibandingkan dengan mikrokontroler yang lain diantaranya:
1. Mempunyai 8 chanel ADC yang terintegrasi dengan resolusi 10 Bit
dengan metoda pengkonversian mnggunakan Succesive Aproximation.
2. Memiliki USART yang terintegrasi dengan band rate maksimum 20 Kbps.
3. Memiliki timer internal yang dapat difungsikan sebagai real-time timer.
4. Memiliki fungsi watchdog-timer yang dapat mencegah mikrokontroller
dari kesalahan operasi
5. Memiliki 6 fungsi untuk menghemat energi yaitu, idle, ADC noise
reduction, power save, power down, standby dan extended standby mode.
6. Memiliki timer yang dapat difungsikan sebagai PWM (Pulse Widht
Modulation).
7. Pengoprasian memerlukan tegangan rendah, yaitu: 4.5V sampai dengan
6.5 V.
8. Pemrograman dapat dilakukan dengan mudah yaitu dengan cara in system
programming, artinya mirokontroler ini dapat diganti programnya pada
saat run time.
9. Memiliki 32 buah register untuk user dan 64 buah register yang digunakan
sebagai pengontrol fitur-fitur yang terintegrasi dalam mikrokontroller
ATmega 8535 ini.
10. Memiliki kristal internal hingga 8MHz.
2.2.2 Diagram Blok ATmega 8535
Inti dari AVR adalah dengan menyatukan beberapa instruksi dengan
32 register kerja serbaguna. Ke-32 register kerja serbaguna terhubung
langsung dengan ALU, hal tersebut memungkinkan 2 buah register mandiri
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
7
BAB II DASAR TEORI
diakses
dengan sebuah instruksi dalam satu siklus clock. Blok diagram dapat
dilihat pada Gambar 2.1 berikut:
Gambar 2.1 Diagram Blok ATMega8535
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
8
BAB II DASAR TEORI
2.2.3
Arsitektur ATMega 8535
Sama halnya dengan mikrokontroller lainnya, ATmega 8535 memiliki
beberapa bagian yang dapat dilihat pada Gambar 2.2. Fungi utama dari CPU
adalah untuk memastikan ekskusi program yang benar. Oleh karena itu CPU yang
mampu
mengakses memori, melakukan perhitungan, mengontrol peripheral
dan menangani interrupt.
AVR menggunakan arsitektur Harvard dengan memori dan bus
terpisah untuk program dan data. Ketika satu intruksi dieksekusi intruksi
selanjutnya diambil dari memori program. Konsep ini menghasilkan intruksi
yang dapat dieksekusi setiap siklus clock.
Konsep file register dengan akses cepat terdiri dari 32 x 8 bit
register. Kerja serba guna dengan mengakses satu siklus clock. Artinya bahwa
dalam satu siklus clock, sebuah operasi ALU dapat dieksekusi. Dua buah
operasi dari file register dioperasikan di ALU disimpan kembali ke file register
hanya dalam satu siklus clock.
Gambar 2.2 Arsitektur ATmega 8535
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
9
BAB II DASAR TEORI
Enam dari 32 register dapat digunakan sebagai tiga buah 16-bit
register. Pointer alamat tidak langsung untuk pengalamatan ruang data. Satu
dari tiga pointer ini dapt digunakan sebagai pointer alamat untuk look up
tables didalam memori program flash.
ALU mendukung operasi aritmatika dan logika diantara register, konstanta
dan sebuah register. Operasi register tunggal juga dapat dieksekusi didalam ALU.
Setelah operasi aritmatik register status diperbaharui untuk memberikan informasi
hasil operasi. Aliran program dilakukan oleh lompatan conditional dan
unconditional juga intruksi kolom. Mampu mengalamati secara langsung seluruh
ruang alamat. Kebanyakan intruksi AVR memiliki sebuah format 16 bit.
Setiap alamat memori program terdiri dari intruksi 16 atau 32 bit.
Secara interrupt dan subroutine call alamat kendali program counter (PC)
disimpan dalam stack. Stack ditempatkan didalam SRAM, dan dikonsekuensikan
ukuran stabil yang dibatasi oleh total ukuran SRAM dan penggunaan
SRAM dapat
dengan
mudah
diakses
melalui
lima
macam
mode
pengalamatan yang didukung dalam arsitektur AVR yang secara keseluruhan
adalah peta memory linier dan regulator.
Modul interrupt memiliki register kontrol didalam ruang I/O dengan
tambahan bit global interrupt enable didalam register status. Setiap interrupt
memiliki interrupt vector yang terpisah didalam table interupsi vector.
Interrupt memiliki polaritas berhubungan dengan posisi interrrupt vector-nya.
Semakin rendah alamat interrupt vector, semakin tinggi polaritasnya. Ruang
memori I/O terdiri dari 64 alamat untuk fungsi peripheral CPU sebagai
control register, SPI dan fungsi I/O lainnya. Memori I/O dapat diakses
secara langsung atau sebagai ruang data didalam file register 0 x 20 – 0 x 5F.
2.3
LCD
Kegunaan dari LCD sangat banyak, diantaranya dapat menampilkan suatu
nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi
mikrokontroler. LCD yang banyak digunakan adalah jenis LCD M1632, karena
jenis LCD ini merupakan modul LCD dengan tampilan 16x2 baris dengan
konsumsi daya yang terbilang rendah. HDD470 ini memiliki CGROM (Character
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
10
BAB II DASAR TEORI
Generator
read Only Memory), CGRAM (Character Generator Random Access
Memory), dan DDRAM (Display Data Random Access Memory).
2.3.1
Konfigurasi LCD
Seperti yang terlihat pada gambar konfigurasi LCD pada Gambar 2.3,
LCD mempunyai 3 kontrol yaitu E (enable), RS (Register Selected), danR/W
(Read/Write) serta 8 data bus yaitu DB0 hingga DB7, namun LCD ini
dapatmenggunakan mode data 4 Bit. Mikrokontroler berperan sebagai
saranapengiriman data dan operasi READ-WRITE di LCD. Konfigurasi LCD ini
memanfaatkan Port A mikrokontroler dari port A2 sampai A7. Port digunakan
sebagai pengiriman data dan sisanya digunakan untuk RS dan Enable.
READWRITEpada LCD dihubungkan ke ground.
Pada perancangan ini digunakan LCD 2 x 16 karakter.Masing-masing
karakter dibangun dari 5 x 7 pixel. LCD terdiri atas 4 bit data dan 3 bit kontrol
yaitu E (enable), RS (Register Selected), dan R/W (Read/Write).
Gambar 2.3 Konfigurasi LCD
Potensiometer yang terlihat pada gambar (RPot) berfungsi untuk mengatur
tegangan pada kaki VEE. Besarnya tegangan tersebut mempengaruhi ketajaman
karakter yang tampak pada LCD.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
11
BAB II DASAR TEORI
2.4 Relay
Relay adalah saklar elektromagnetik yang berfungsi sebagai saklar atau
komponen antarmuka untuk rangkaian daya besar dengan rangkaian pengontrol
yang memiliki daya kecil. Konstruksi relay dibuat dengan koil dan saklar. Relay
memiliki
koil, saklar normally open (NO) dan normally closed (NC). Relay aktif
jika koil dialari arus sehingga koil akan memiliki medan magnet dan menarik
kontak saklar. Ketika koil dialiri arus, saklar akan menutup dan keadaan ini
disebut NO. Sedangkan
NC adalah ketika koil dialiri arus dan saklar akan
terbuka.
Relay memiliki banyak jenis dengan spesifikasi yang berbeda. Beberapa
contoh tampilan relay terlihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Tampilan Relay
Pada Gambar 2.5 memperlihatkan beberapa bentuk kontak dari sebuah
relay:
Gambar 2.5 Konstruksi Relay
2.5
Motor DC
Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah
sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
12
BAB II DASAR TEORI
terminal
tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari
tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula.
Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah
putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal
menentukan
kecepatan motor.
Motor DC memiliki 2 bagian dasar :
1.
Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan
medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektro magnet) ataupun
magnet permanen.
2. Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus
listrik mengalir.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir
pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri
ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara
dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya
Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet
akan menimbulkan gaya. Gaya timbul tergantung pada arah arus dan arah medan
magnet.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir
pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri
ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara
dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya
Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet
akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah
medan magnet B. Arah gaya F dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti
pada Gambar 2.6 berikut :
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
13
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.6 Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet
2.6
Generator DC
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang
mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan
arus DC / arus searah.
2.6.1
Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanen dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap
beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis,
serta bagian rotor. Gambar 2.7 menunjukkan gambar potongan melintang
konstruksi generator DC.
Gambar 2.7 Konstruksi Generator DC
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
14
BAB II DASAR TEORI
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang
diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri
dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.
Sedangkan
bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros
rotor.
2.6.2
Prinsip Kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui
dua cara:
• dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolakbalik.
• dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat
pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9.
Gambar 2.8 Pembangkitan Tegangan Induksi.
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi
perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan
menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor
menempati posisi seperti Gambar 2.8 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi
perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi
jangkar pada Gambar 2.8 (b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini
karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar
atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
15
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.9 Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin
(disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 2.9.(1), maka
dihasilkan
listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan
rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 2.9.(2) dengan dua
belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding
dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).
2.6.3
Jangkar Generator DC
Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur.
Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada
umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik
dengan permiabilitas yang cukup besar. Konstruksi jangkar generator dc
ditunjukkan pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Jangkar Generator DC.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
16
BAB II DASAR TEORI
Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah
yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga
besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur
jangkar.
Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.
2.6.4 Reaksi Jangkar
Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah
generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 2.11). Fluks ini
memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.
Gambar 2.11 Medan Eksitasi Generator DC
Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus
jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar
tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (Gambar 2.12).
Gambar 2.12 Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b).
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
17
BAB II DASAR TEORI
Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak
disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di
sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan
medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan
utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α.
medan
Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan
melemahkan tegangan nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke
posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu),
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13.(a).
Gambar 2.13 Generator dengan Kutub Bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub
Bantu, Belitan Kompensasi (b).
Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih
kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang
diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga
akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka
akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan
kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai
dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek,
sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi
jangkar ini dapat juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki
kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.13 (a) dan (b), generator dengan komutator dan lilitan
kompensasinya.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
18
BAB II DASAR TEORI
2.7 Penyearah
Penyearah atau Rectifier adalah rangkaian elektronika yang berfungsi
menyearahkan gelombang arus listrik. Arus listrik yang semula berupa arus bolak balik (AC) jika dilewatkan rangkaian Penyearah akan berubah menjadi arus
(DC). Komponen utama dalam sebuah rangkaian penyearah adalah dioda
searah
yang dikonfigurasikan secara forward bias.
Pada dasarnya konsep penyearah gelombang dibagi dalam 2 jenis yaitu
penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh.
2.7.1
Penyearah Setengah Gelombang
Gambar 2.14 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah setengah gelombang (half wave rectifier) (Gambar 2.14) hanya
menggunakan 1 buah dioda sebagai komponen utama dalam menyearahkan
gelombang AC. Prinsip kerja dari penyearah setengah gelombang ini adalah
mengambil sisi sinyal positif dari gelombang AC dari transformator. Pada saat
transformator memberikan keluaran sisi positif dari gelombang AC maka dioda
dalam keadaan forward bias sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut
dilewatkan dan pada saat transformator memberikan sinyal sisi negatif gelombang
AC maka dioda dalam posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif tegangan
AC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan seperti terlihat pada Gambar 2.15 sinyal
keluaran penyearah setengah gelombang.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
19
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.15 Sinyal Keluaran Penyearah Setengah Gelombang
2.7.2 Penyearah Gelombang Penuh
Penyearah gelombang penuh dapat dibuat dengan 2 macam yaitu,
menggunakan 4 dioda dan 2 dioda. Untuk membuat penyearah gelombang penuh
dengan 4 dioda menggunakan transformator non-CT seperti terlihat pada Gambar
2.16 berikut :
Gambar 2.16 Rangkaian Penyearah 4 dioda
Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 dioda diatas
dimulai pada saat keluaran transformator memberikan tegangan sisi positif, maka
D1, D4 pada awal posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias
sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan dilewatkan melalui D1
ke D4. Kemudian pada saat keluaran transformator memberikan level tegangan
sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi
reverse bias sehingga level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2,
D4. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.17
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
20
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.17 Sinyal Keluaran Penyearah Gelombang Penuh 4 dioda
Penyearah gelombang dengan 2 dioda menggunakan transformator dengan
CT (Center Tap). Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda dapat
dilihat pada Gambar 2.18
Gambar 2.18 Rangkaian Penyearah 2 dioda
Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini
dapat bekerja menggunakan transformator CT. Transformator CT dapat
memberikan tegangan keluaran AC pada kedua terminal keluaran sekunder
terhadap terminal CT dengan level tegangan yang berbeda fasa 180 o. Pada saat
terminal keluaran transformator pada D1 memberikan sinyal puncak positif maka
terminal keluaran pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1
pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positif
dilewatkan melalui D1. Kemudian pada saat terminal keluaran transformator pada
D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal keluaran terminal keluaran
pada D2 memberikan sinyal puncak positif. Pada kondisi ini D1 posisi reverse dan
D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2.
Untuk lebih jelasnya dpat dilihat pada gambar keluaran penyearah gelombang
penuh pada Gambar 2.19
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
21
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.19 Sinyal Keluaran Penyearah Gelombang Penuh 2 Dioda
2.8 Pengatur Tegangan
Pengatur tegangan (voltage regulator) berfungsi menyediakan suatu
tegangan keluaran dc tetap yang tidak dipengaruhi oleh perubahan tegangan
masukan, arus beban keluaran, dan suhu. Pengatur tegangan adalah salah satu
bagian dari rangkaian catu daya DC. Dimana tegangan masukannya berasal dari
tegangan keluaran filter, setelah melalui proses penyearahan tegangan AC
menjadi DC.
Pengatur tegangan dikelompokkan dalam dua kategori, pengatur linier dan
switching regulator. yang termasuk dalam kategori pengatur linier, dua jenis yang
umum adalah pengatur tegangan seri (Series Regulator) dan pengatur tegangan
parallel (Shunt Regualtor). Dua jenis pengatur di atas dapat diperoleh untuk
keluaran tegangan positif maupun negatif. Sedangkan untuk switching regulator
terdapat tiga jenis konfiguarsi yaitu, step-up, step-down dan inverting.
Dua kategori dasar pengaturan tegangan adalah pengaturan garis (Line
Regulation) dan pengaturan beban (Load Regulation). Pengaturan garis adalah
kemampuan pengatur tegangan (voltage regulator) untuk tetap memepertahankan
tegangan keluaran ketika tegangan masukan berubah-ubah. Pengaturan Beban
kemampuan untuk tetap mempertahankan tegangan keluaran
ketika beban
bervariasi.
2.8.1 Line Regulation
Ketika tegangan masukan DC berubah-ubah, pengatur tegangan (voltage
regulator) harus mempertahankan tegangan keluaran, seperti digambarkan pada
gambar 2.20.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
22
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.20 Line Regulation
Pengaturan Garis dapat digambarkan sebagai persentase perubahan
tegangan
keluaran terhadap perubahan yang terjadi pada tegangan masukan. Pada
umumnya dinyatakan dalam % / V. Sebagai contoh, sebuah regulator tegangan
mempunyai pengaturan garis 0,05%/V berarti bahwa tegangan keluaran ber;ubah
0,05 persen ketika tegangan masukan meningkat atau berkurang dengan satu volt.
2.8.2 Load Regulation
Ketika arus yang mengalir melalui beban berubah akibat perubahan beban,
regulator tegangan haruslah tetap mempertahankan tegangan keluaran pada beban
agar tidak berubah (tetap).
Pengaturan beban dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan
tegangan keluaran untuk setiap perubahan arus beban. Pengaturan beban juga
dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan dari tegangan keluaran tanpa
beban (TB) ke tegangan keluaran dengan beban penuh (BP). Seperti yang terlihat
pada Gambar 2.21
Gambar 2.21 Load regulation
Pengaturan beban dapat juga dinyatakan sebagai persentasi perubahan
tegangan keluaran terhadap perubahan setiap mA arus pada beban. Sebagai
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
23
BAB II DASAR TEORI
contoh,
regulator tegangan mempunyai Load Regulation 0,01% / mA, berarti
bahwa tegangan keluaran berubah 0,01 persen ketika arus beban meningkat atau
berkurang 1 mA.
2.8.3
Dasar Pengatur Tegangan Seri
Dasar pengatur tegangan ada dua, yang pertama pengatur linier (linear
regulators) dan yang kedua adalah pengatur tersaklar (switching regulators).
Keduanya tersedia dalam bentuk IC. Ada dua jenis pengatur linier. pertama adalah
pengatur tegangan seri dan yang kedua adalah pengatur tegangan parallel.
Gambaran sederhana dari pengatur tegangan seri ditunjukkan pada
Gambar 2.22 diagram blok berikut ini.
VIN
Series
Regulator
VOUT
(a)
vin
Reference
Voltage
Control
Element
Error
Detector
VOUT
Sample
Circuit
(b)
Gambar 2.22 Diagram Blok Pengatur Tegangan Seri
Rangkaian dasar pengatur tegangan seri ditunjukkan pada Gambar 2.22
Sedangkan cara kerjanya ditunjukkan pada gambar 2.23. Resistor pembagi
tegangan dibentuk oleh R2 dan R3 yang bertindak sebagai sensor bila terjadi
perubahan tegangan keluaran. Jika tegangan keluaran turun yang disebabkan oleh
penurunan tegangan masukan VIN atau bertambahnya arus beban IL, maka
tegangan pada masukan inverting (-) dari Op-Amp (sebagai error detector) juga
akan turun yang disebabkan oleh penurunan tegangan pada resistor pembagi
tegangan. Diode zener yang digunakan sebagai masukan pada masukan Noninverting (+) dari Op-Amp, juga bertindak sebagai tegangan acuan atau VREF,
yang nilainya tetap. Selisih tegangan yang ada pada kedua masukan Op-Amp akan
diperkuat, sehingga keluaran Op-Amp pun akan bertambah, demikian pula
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
24
BAB II DASAR TEORI
tegangan
pada Basis dari transistor Q1, akibatnya tegangan pada Emittor Q1 atau
VOUT juga naik sampai tegangan pada masukan inverting (-) sama dengan
tegangan VREF. Tindakan ini akan menghindari penurunan tegangan pada
keluaran dan mejaga tetap kontan. Transistor Q1 adalah power transistor yang
penyerap panas (heatsink) karena transistor ini harus melalukan semua arus
diberi
yang mengalir ke beban.
Gambar 2.23 Rangkaian Dasar Pengatur Tegangan Seri
2.8.4 Dasar Pengatur Tegangan Paralel
Pengatur tegangan parallel menempatkan transistor, sebagai elemen
kontrol, parallel terhadap beban. Gambaran sederhana dari pengatur tegangan
parallel ditunjukkan pada Gambar 2.24 berikut ini.
Gambar 2.24 Diagram Blok Pengatur Tegangan Paralel
Rangkaian dasar pengatur tegangan parallel ditunjukkan pada Gambar
2.25. Operasi rangkaian ini mirip dengan pengatur tegangan seri. Ketika tegangan
keluaran turun yang dapat disebabkan oleh perubahan tegangan VIN atau arus
beban. Penurunan ini disensor oleh R3 dan R4 dan dikirim ke masukan Noninverting (+) dari Op-Amp. Selisih tegangan ini akan mengurangi tegangan
keluaran Op-Amp, akibatnya mengurangi dorongan ke transistor Q1, sehingga
arus kolektor akan berkurang dan secara efektif menaikkan nilai resistansi
kolektor-emitor rCE . rCE yang bertindak sebagai pembagi tegangan bersama R1
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
25
BAB II DASAR TEORI
.Dengan
tindakan ini VOUT akan dipertahankan tetap konstan. Hal yang sama
jika tegangan keluaran naik.
2.8.5 Pengatur Tegangan IC 78 XX
IC 78XX adalah regulator tegangan positif dengan tiga terminal, masing-
masing input, Ground dan output. IC 78XX tersedia untuk beberapa nilai
tegangan keluaran seperti terlihat pada datasheet Lampiran C.
Meskipun semula dirancang untuk regulator tegangan tetap, namun
regulator ini dapat dikembangkan untuk tegangan dan arus yang dapat diatur.
Rangkaian dasar 78XX ditunjukkan Gambar 2.25, untuk tegangan dan arus
keluaran sesuai nilai nominalnya.
Gambar 2.25 Rangkaian Dasar Regulator 78XX
C1 diperlukan jika regulator jauh dari Kapasitor Filter pencatu daya
sedangkan C2 diperlukan untuk memperbaiki tanggapan kilasan dan penindasan
kerut (trancient response).
Dalam penerapannya, tegangan masukan VIN harus lebih besar dari
tegangan keluaran (lihat datasheet) jika kurang maka regulator tidak berfungsi
tetapi bila melebihi nilai VIN maksimumnya dapat merusak regulator.
2.9
Baterai
Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya
berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan
efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel,
adalah didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi
tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi
tenaga kimia (proses pengisian).
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
26
BAB II DASAR TEORI
Baterai
tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. Diantaranya adalah baterai
lead-acid.
2.9.1
Baterai lead-acid
Baterai lead acid dapat dikelompokkan menjadi Liquid Vented dan Sealed
( VRLA – Valve Regulated Lead Acid).
a. Liquid vented (aki dengan katup pengisian ulang cairan)
Liquid vented adalah yang sering digunakan pada mobil, yang terbuat dari
lempengan positif dan negatif dari paduan timah yang ditempatkan dalam larutan
elektrolit dan air asam sulfuric. Baterai lead-acid yang terdiri dari 6 individu 2-sel
volt. Baterai ini dirancang untuk memberikan arus listrik yang besar hanya
beberapa saat, kemudian harus dicharging. (contoh pada saat starter mobil).
Pada saat mendekati full charge, hidrogen dihasilkan dan menguap dari baterai,
mengakibatkan air baterai jenis ini berkurang. Untuk maintenance, baterai jenis
ini harus dimonitor.
b. Baterai sealed lead-acid (VRLA)
Tidak seperti baterai liquid vented, baterai ini tidak memiliki caps/ katup,
tidak ada akses ke elektrolit dan total sealed. Dengan demikian baterai jenis ini
tidak memerlukan maintenance. Baterai Deep Cycle, adalah baterai yang cocok
untuk mobil listrik, karena dapat discharge sejumlah arus listrik secara konstan
dalam waktu yang lama. Umumnya baterai deep cycle dapat discharge sampai
dengan 80% kapasitas baterai. Dengan perencanaan kapasitas dan maintenance
yang baik, baterai jenis ini dapat bertahan selama kurang lebih 10 tahun.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
27
BAB II DASAR TEORI
2.9.2
Prinsip Kerja Baterai
Gambar 2.26 Proses Pengosongan (Discharge)
a. Proses discharge
Pada sel berlangsung menurut skema Gambar 2.26. Bila sel dihubungkan
dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban ke katoda,
kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke
katoda.
Gambar 2.27 Proses Pengisian (Charge)
b. Proses pengisian
Menurut skema Gambar 2.27. dibawah ini adalah bila sel dihubungkan
dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif
menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
1). Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power suplai ke
katoda.
2). Ion-ion negatif rnengalir dari katoda ke anoda.
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
28
BAB II DASAR TEORI
3). Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda.
Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari saat
pengosongan (discharging). Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian
accumulator, dapat menggunakan perhitungan pada persamaan sebagai berikut :
• Lama pengisian Arus:
.......................................................................................................(2.1)
keterangan :
Ta
= Lamanya pengisian arus (jam).
Ah
= Besarnya kapasitet accumulator (Ampere hours).
A
= Besarnya arus pengisian ke accumulator (Ampere).
• Lama pengisian Daya:
............................................................................. (2.2)
keterangan :
Td
= Lamanya pengisian Daya (jam).
Daya Ah
= Besarnya daya yang didapat dari perkalian Ah dengan besar
tegangan
Daya A
accumulator (Watt hours).
= Besarnya daya yang didapat dari perkalian A dengan besar
tegangan accumulator (Watt).
2.9.3
Tingkat Efisiensi
Dalam perbedaan tingkat efisiensi baterai, kita mulai dengan baterai
muatan penuh yang dialirkan dan diisi ulang.
1. Tingkat efisiensi Ah
Tingkat efisiensi Ah diberikan oleh rumus sebagai berikut :
η=
x 100 % .....................................................................................(2.3)
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
29
BAB II DASAR TEORI
keterangan :
IE = arus pengaliran muatan (A)
IL = arus pengisian muatan (A)
Ini berarti tingkat efisiensi Ah berhubungan dengan sejumlah arus
ditarik dari baterai selama pengaliran muatan ke sejumlah arus yang harus
dimasukkan kedalam baterai untuk membawanya kembali ke tempat semula.
2. Tingkat efisiensi daya
Berbeda dengan efisiensi Ah, tingkat efisiensi daya tergantung variasi
voltase selama pengisian dan pengaliran muatan :
η =
x 100% .........................................................................................(2.4)
keterangan :
PE = Daya pengaliran (W)
PL = Daya pengisian (W)
“Sistem Pengisian Baterai dengan Metoda Hybrid pada Mobil Listrik”
30