Looping Catu Daya Digital

TUGAS 3



            Konsep pembuatan catu daya digital ini adalah memanfaatkan DAC (digital to analog converter) yang telah dikuatkan oleh rangkaian penguat sebagai pengendali tegangan outputnya, dan sebagai feed back nya, penulis menggunakan ADC 10 bit mikro ATMega16 untuk mengukur tegangan outputnya secara pasti. Tegangan output catu daya ini bisa di-set mulai 0 volt sampai 32 volt DC dg arus maksimumnya ±1,5 Amper. Diagram bloknya seperti di bawah ini:

 

            Sebagai pusat kendali adalah ATMega16. Yang berfungsi memberikan output biner 1 dan 0 sebanyak 16 bit secara paralel ke rangkaian DAC. dan melakukan pembacaan tegangan output akhir dg ADC 10 bit internalnya.  Rangkaian sistem minimumnya seperti ini:

 

               DAC yang digunakan adalah rangkaian R2R ladder yang mengkonversi nilai biner 16 bit ke besaran tegangan analog. Dikatakan R2R ladder karena mirip seperti tangga yang menaikkan tegangan outputnya sebesar Vref/65536 volt setiap penambahan 1 bit pada masukannya. Rangkaian R2R laddernya seperti di bawah ini:
 

 

            Nilai output tegangan DACnya adalah Z*(Vcc/((2^n)+1))), dengan Z adalah bilangan desimal 16 bit (mulai 0 s/d 65535) Vcc adalah 5 volt, n = jumlah bit, yaitu 16 bit. Sehingga output DACnya bisa disederhanakan menjadi DAC out = Z*(5Volt/65536) volt. Nilai z ditentukan dengan memberikan logika 1 atau 0 (5volt atau 0 volt) pada PORTB dan PORTD mikro. Bila PORTB dan PORTD mikro berlogika 1 semua (0Xff) didapatkan: 

Z=1*(2^15)+ 1*(2^14)+ 1*(2^13)+………. +1*(2^1)+ 1*(2^0)=65535 maka DAC out nya adalah 65535*(5volt/635536) = 4,9999237060546875 atau mendekati 5 volt (maksimum).

           Rangkaian penguat berfungsi mendapatkan tegangan dan arus output yang lebih besar, karena catu daya ini didesain untuk tegangan output maksimum 32 volt.  Mengandalkan output tegangan DAC saja tentunya tidak cukup karena maksimumnya hanya 5 volt. Rangkaian penguat ini terbagi menjadi 2 bagian, yaitu penguat tegangan dan penguat arus, Komponen utama penguatnya adalah transistor.

 

 

             Sebagai penguat tegangan, digunakan transistor BC547 dan BC557 yg memiliki gain cukup besar. Besarnya gain (penguatan) tegangan di atas ditentukan oleh R2 dan R3 sebesar (R2+R3)/R3 atau sekitar 7,8 kali tegangan DAC. Untuk pnguat arusnya digunakan rangkaian darlington kombinasi TIP122 dan jengkol 2N3055 sehingga drop tegangan output anggaplah sekitar 0,7×2 volt = 1,4 volt (drop tegangan basis-emitor ). Anggaplah tegangan DAC maksimum adalah 5 volt, maka output penguatnya adalah (5×7,8)-1,4 volt = sekitar 37,6 volt.

            Tapi hal ini tidak mungkin terjadi karena maksimum tegangn input DC yang digunakan adalah 35 volt. Sehingga maksimum teg. Outputnya  ya  sekitar 35 volt – 1,4 volt = 33,6 volt saja. Dari sini rangkaian di atas sudah cukup bila digunakan untuk mendesain catu daya tegangan output dari 0 s/d 32 volt.

            R4 dan R5 di atas berfungsi sebagai rangkaian pembagi tegangan agar tegangan output nya dpat dibaca oleh mikro. Tegangan output catu daya maksimum adlah 32 volt. Bila langsung dibaca oleh mikro.. bisa bisa pin mikronya langsung meleduk (kobong):D, untuk itu diperlukan rangkaian penurun tegangan seperti di atas.  Tegangan drop pada pin “teg.” Adalah Vout x R5/(R4+R5) atau 32 volt x 150k / 1150k atau sekitar 4,17 volt.

            Nilai inilah yang maksimum terbaca oleh ADC sehingga mikro masih aman.. R4 dan R5 sengaja dibuat besar agar tidak terjadi drop arus pada beban outputnya . Sedangkan R Shunt di atast fungsinya untuk sensitivitas pengukuran arus beban pada output. R shunt dibuat sekecil mungkin agar tidak terjadi drop tegangan dan arus yang terlalu besar pd output.

           Bagaimana kita tahu arus pada beban..?  caranya adalah dg mengukur tegangan pada R shunt melalui ADC mikro dan membaginya dengan nilai R shunt.. misal, diketahui R shunt adalah 0.2 ohm dan tegangan pada pin “arus” yang yg terbaca mikro adalah 100 mVolt, maka Arusnya sekitar 100 mVolt/0.2 ohm = 500 mA.

           ADC seperti telah di jelaskan di atas. Terdpt dua channel ADC yang digunakan , yaitu channel 0 (PORTA.0) dan channel 1 (PORTA.1). channel 0 untuk mengukur tegangan output sedangkan channel 1 untuk arusnya. ADC yang digunakan 10 bit sehingga resolusi tegangan output yang bisa diukur adalah Vcc/1024, yaitu sekitar 4,88 mV. Nilai tegangan dan arus yang terbaca ini kemudian digunakan sebagai masukan kendali DAC oleh mikro ATMega16, bila tegangan output kurang dari set point, maka mikro harus menambah nilai DAC nya untuk menambah tegangan dan sebaliknya. Sehingga didapatkan tegangan output yang fix sesuai set point yang diatur pada program.
Rangkaian keseluruhan sistem seperti dibawah.

            Setelah merancang hardware, saatnya membuat software/algoritma pengendalian tegangan dan arusnya.. secara umum algoritma untuk regulasi tegangan adalah dengan membaca tegangan dari sambungan “teg.” melalui ADC pada PINA.0. tegangan tersebut dikalikan dg suatu konstanta untuk kalibrasi dg tegangan output sebenarnya. Bila tegangan kurang dari tegangan set point-20 mV maka tegangan output DAC ditambah terus, sebaliknya bila tegangan output catu daya lebih dari set point+20 mV maka tegangan output DAC dikurangi. 20 mV adalah toleransi setpoint tegangan output. Untuk regulasi arus pada sumber arus prinsipnya sama, dg membaca tegangan R shunt pada ADC PINA.1 dan membaginya dengan 0.2 ohm (hambatan R shunt/lihat rangkaian di atas). lebih jelasnya, flow chart sistem umumnya seperti ini :
 

 

sumber :

http://kurangsangu.wordpress.com/2012/04/05/catu-daya-digital-terkontrol-mikro-atmega16/

CATU DAYA (flowchart)

TUGAS 2.

Catu daya (power supply) merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik (AC) menjadi arus listrik searah (DC). Catu daya ini berfungsi sebagai sumber tenaga listrik misalnya pada baterai atau accu.

catu daya yang saya bahas ini,adalah catu daya keluaran 5v

komponen-komponen yang diperlukan:

• Trafo, Kabel power, PCB, FeCl3, spidol, kertas, solder, timah, alat bor

Kedua, komponen-komponen yang kita gunakan diantaranya :

• Dioda bridge 4A
• Resistor 0.1 Ohm, 100 Ohm, 270 Ohm
• Kapasitor polar 4700uF / 50V
• Transistor TIP2955
• IC 7805 dan 7905
• Kapasitor 10 uF / 35V
• Fuse 2A
• LED merah dan hijau

  contoh skema rangkaian dan flowchart cara kerja catu daya 5 Volt :

 Gambar 1. Skema Rangkaian Catu Daya 5 Volt

flowchart: 

 

Gambar 2. Flowchart Catu Daya 5 Volt

Langkah-langkah pembuatan catu daya 5 Volt :

1. Buatlah layout pada kertas seperti gambar skema rangkaian di atas.
2. Tempel kertas layout tersebut pada papan PCB, bor sesuai layout yang telah dibuat dengan menggunakan alat bor. Jika sudah selesai, lepas kertasnya.
3. Salin jalur hasil layout ke papan PCB dengan menggunakan spidol permanen.
4. Jemur papan PCB sampai spidol benar-benar kering.
5. Larutkan papan PCB ke dalam larutan FeCl3 hingga tembaganya hilang.
6. Susun dan solder komponen pada PCB sesuai dengan layout yang telah dibuat.
7. selesai sudah langkah-langkahnya.

 sumber : https://www.academia.edu/4523553/PEMBAHASAN_POWER_SUPPLY

PERANCANGAN CATU DAYA

TUGAS 1

(photocell). Sel bahan bakar menggabungkan gas hidrogen dan oksigen dalam suatu elektrolit untuk menghasilkan ggl dc. Sebuah mesin bahan bakar fosil atau air terjun dapat memutar generator dc atau generator ac. Pengertian Catu Daya (Power Supply). Daya untuk menjalankan peralatan elektronik dapat diperoleh dari berbagai sumber. Baterai dapat menghasilkan suatu ggl dc dengan reaksi kimia. Foton dari panas atau cahaya yang berasal dari matahari dapat diubah menjadi energi listrik dc oleh sel-foto

Untuk memahami pengertian catu-daya atau power supply sebaiknya kita lebih mengarah pada sumber daya dc yang dapat menjalankan peralatan elektronika secara langsung, meskipun mungkin diperlukan beberapa cara untuk meregulasi dan menjaga suatu ggl agar tetap meskipun beban berubah-ubah. Energi yang paling mudah tersedia, yaitu arus bolak-balik, harus diubah (disearahkan) menjadi dc berpulsa (pulsating dc), yang selanjutnya harus diratakan (disaring) menjadi tegangan yang tidak berubah-ubah. Tegangan (arus) dc juga memerlukan regulasi tegangan agar dapat menjalankan rangkaian elektronika dengan sebaik-baiknya.

Catu Daya yang diperoleh dari sumber daya listrik AC

Pengertian dari istilah “catu-daya” atau “power-supply” biasanya berarti suatu sistem penyearah-filter (rectifier-filter) yang mengubah ac menjadi dc murni. Banyak rangkaian catu-daya yang berlainan yang dapat digunakan untuk pekerjaan tersebut. Komponen dasar yang digunakan untuk rangkaian yang lebih sederhana adalah transformator, penyearah, resistor, kapasitor, dan induktor. Catu daya yang diatur secara lebih kompleks dapat ditambahkan transistor atau trioda sebagai pengindera-tegangan dan pengontrolan-tegangan, ditambah dengan dioda zener atau VR untuk menyediakan tegangan acuan (referensi). Pada masa sekarang pemakaian catu daya dengan metode pensaklaran semakin banyak digunakan. Catu-daya semacam ini sering disebut dengan switching power supply. Sistem ini dinamakan juga dengan catu-daya sistem non-linear karena terjadinya perubahan bentuk gelombang yang tidak linear pada bagian primer dan sekunder berupa hasil pensaklaran (switch).

Catu daya Adaptor adalah perangkat elektronika yang berfungsi menurunkan dan mengubah tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Dirrect Current) yang dapat di gunakan sebagai sumber tenaga peralatan elektronika. Sebuah catu daya adaptor yang baik memiliki bagian-bagian seperti pada blok diagram berikut ini :

 

         Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias).

 

Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor.

Jika misalnya tegangan base base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan.

Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emiter menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base mengatur membuka dan menutup aliran arus emitter-emiter-kolektor (switch on/off).

Gambar 4. Flowchart Rangkaian Power Supply

Berikut adalah contoh gambar susunan rangkaian Catu Daya.

Setelah memperoleh gambar rangkaian ini rangkailah komponen sesuai dengan rangkaian diatas. Dalam merangkai rangkaian ini ada beberapa hal yang harus diperhatikan.
Pertama dalam memasang dioda (gunakan dioda brige 1 Ampere) dioda ini memiliki 4 buah kaki yang berisi simbul +, -, dan 2 buah simbol ~.1 kaki yang berisi gambar ~ dihubungkan dengan travo yang berisi angka 12V, dan kaki yang bergambar ~ yang lainnya dihubungkan dengan travo yang berisi tanda 0. Kemudian kaki dioda yang bergambar + dihubungkan dengan kaki + capasitor, dan kaki dioda yang berisi gambar -, dihubungkan dengan kaki – kapasitor.
Kemudian kaki + capasitor dihubungkan dengan kaki input dari IC 7812 (IC ini berisi 3 kaki, untuk lebih jelasnya lihat data Sheet yang disediakan di akhir pembahasan ini), dan kaki – kapasitor dihubungkan dengan kaki Ground/- dari IC 7812.
Setelah itu kaki ke tiga dari IC 7812 yang merupakan kaki keuaran yang harus di hubungkan dengan kaki + kapasitor yang ke 2, dan Ground dari IC 7812 dihubungkan dengan kaki – dari kapasitor ke 2.
Setelah itu pada kaki + kapasitor ke  dipasangkan ke salah satu kaki resistor 1k ohm dan kaki yang satunga dari  resisitor ini dihubungkan pada kaki + dari LED, kemudian kaki – dari LED di hubungkan pada kaki – kapasitor ke 2.
Kemudian pada kaki + pada kapasitor ke 2 dipasangkan kabel yang berisi jepit buaya warna merah, dan pada kaki – kapasitor ke 2 dipasangkan kaber yang berisi jepit buaya warna hitam.
Dan yang terakhir adalah memasang kaber AC yang sudah berisi sekring pada travo. Cara pemasangannya sangat mudah yaitu memasangkan salah satu bagian kabel AC ke travo yang berisi tanda 220V dan bagian lain dari kabel AC dipasangkan pada travo yang bertandakan 0 di sebelah tanda 220V.

sumber :
http://storage.jak-stik.ac.id/students/paper/penulisan%20ilmiah/20402272/BAB%20II.pdf