36

BAB IIIPERANCANGAN ALAT

3.1 Perancangan Perangkat KerasPerancangan tugas akhir ini terdiri dari rangkaian penyearah (rectifier), rangaian DC Chopper tipe buck, rangkaian kontrol PWM, rangkaian isolator pulsa (optocoupler) dan akumulator. Blok diagramnya ditunjukkan pada Gambar 3.1 dibawah ini.

Gambar 3.1 Blok Diagram AlatAdapun perancangan tugas akhir ini mempunyai tahapan sebagai berikut :1. Membagi satu peralatan menjadi beberapa bagian rangkaian, yaitu sebagai berikut :a) Penyearah untuk mensuplai DC Chopper, rangkaian PWM dan optocoupler.b) DC Chopper tipe buck sebagai regulator besar tegangan.c) Pemutus tegangan otomatis.d) Akumulator.2.Menentukan komponen-komponen yang diperlukan untuk rangkaian dan bagian-bagian peralatan yang telah disebut diatas.3.Membuat PCB untuk menempatkan rangkaian suplai, DC Chopper, rangkaian kontrol PWM, dan optocoupler.4.Melaksanakan perakitan rangkaian dan bagian-bagian peralatan.5.Melakukan pengukuran, percobaan dan menganalisa dari hasil percobaan.

3.2 Suplai AC Satu FasaSumber tegangan yang dibutuhkan yaitu tegangan bolak-balik (AC) satu fasa yang berasal dari rangkaian jala-jala PLN dengan tegangan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz. Dan diturunkan menjadi 12 Volt dan 24 Volt dengan trafo CT step down.

3.3 Penyearah (Rectifier)Alat ini memerlukan supply daya untuk dapat bekerja. Power Supply pada Tugas Akhir ini terdiri dari Rangkaian penyearah gelomabang penuh dengan center tap, sebagai catu daya rangkaian kontrol IC TL494 dan rangkaian isolator pulsa optocoupler dengan tegangan yang dibutuhkan sebesar 12 Volt. Sedangkan untuk rangkaian daya DC Chopper menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh. Penjelasan perancangan power supply dijelaskan pada sub Bab berikut ini:

3.3.1 Perancangan Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa dengan Center TapPenyearah rangkaian kontrol dan rangkaian isolator pulsa optocoupler digunakan penyearah gelombang penuh dengan trafo center tap. Trafo center tap dipilih karena lebih banyak pilihan tap tegangannya dan hanya diperlukan dua buah dioda untuk menyearahkan tegangan keluaran trafo. Pada penyearah ini digunakan dua diode untuk menyerahkan hasil keluaran dari trafo center tap. Untuk mengurangi ripple tegangan maka diperlukan kapasitor filter. Untuk menghitung nilai kapasitor filter digunakan Persamaan (3.1).

(3.1)DimanaC = nilai kapasitor filterVR = ripple tegangan (diasumsikan 0,3 volt)VM= tegangan puncakT = periode gelombang teganganR = resistansi kapasitor (diasumsikan 500 )VM adalah tegangan puncak yang disearahkan dari trafo yaitu 16,9 V. T merupakan peiode gelombang tegangan AC yang disearahkan. Tegangan AC berasal dari jala-jala PLN yang memiliki frekuensi 50 Hz, sehingga periode tegangannya adalah 0,02 detik. Ripple tegangan maksimal yang diijinkan untuk rangkaian suplai daya adalah 0,3 volt. Jadi nilai perhitungan kapasitor filternya yaitu:

Kapasitor dengan nilai 2250 F sulit ditemukan di pasaran. Ada baiknya nilai kapasitor yang digunakan melebihi nilai kapasitor hasil perancangan. Sehingga kapasitor yang digunakan bernilai 2300 F. Nilai tersebut didapat dengan menyusun dua kapasitor secara paralel dengan nilai masing-masing 2200 F dan 100 F. Jika menggunakan kapasitor bernilai 2300 F maka didapatkan tegangan ripple sebesar 0,29 Volt.Hasil simulasi dengan menggunakan PSIM seperti yang terlihat pada Gambar 3.2 berikut ini:

Gambar 3.2 Rangkaian penyearah gelombang penuh 12V dengan CT simulasi PSIM

Berdasarkan Gambar 3.2 menggunakan PSIM maka didapatkan tegangan keluaran 12 Volt DC seperti Gambar 3.3 berikut ini:Gambar 3.3 Gelombang keluaran rangkaian penyearah gelombang penuh 12V dengan CT simulasi PSIMBerdasarkan Gambar 3.3 dapat dilihat bahwa tegangan keluaran stabil berada pada tegangan 12 VDC, tetapi pada kenyataan tidak akan seperti terlihat pada hasil simulasi. Tegangan output rata-rata penyearah tegangan dengan trafo center tap adalah :

(3.2)Sehingga berdasarkan persamaan 3.2 didapatkan :

Tegangan 15 VAC dipilih karena pada rangkaian akan digunakan regulator tegangan LM7812 yang memiliki spesifikasi tegangan masukan 14,5V 27V. Tegangan 15 VAC pada tugas akhir ini digunakan trafo step down yaitu trafo CT 3A. Trafo dengan kapasitas 3A sudah mencukupi untuk mensuplai penyearah. Tegangan 15 VAC ketika disearahkan akan menjadi lebih besar yaitu 21,21 VDC, tetapi rangkaian kontrol membutuhkan tegangan masukan sebesar 12 V. Untuk menjaga tegangan VDC tetap stabil 12 Volt maka hasil keluaran dioda dberikan regulator LM7812 untuk meregulasi tegangan dari 21,21 V menjadi 12 V. Dalam gambar 3.2 tidak ada komponen LM7812 namun pada realisasinya dipasang regulator tegangan tersebut, hal ini dikarenakan pada program simulasi PSIM tidak ada komponen LM7812. Dioda akan mengalami stress tegangan dua kali sehingga digunakan diode bertipe IN4007 karena memiliki batasan tegangan yang tinggi yaitu 1000 Volt dan arus maksimal 1 Ampere sesuai yang didapatkan dari datasheet.Skema dan spesifikasi dari rangkaian penyearah dapat dilihat pada Gambar 3.4 berikut ini.

Gambar 3.4 Rangkaian penyearah gelombang penuh 12Vdc dengan CT

Gambar 3.5 Perangkat keras rangkaian penyearah gelombang penuh 12Vdc dengan CTKapasitor pada penyearah rangakaian kontrol digunakan untuk meratakan gelombang keluaran. Semakin besar kapasitas kapasitor maka gelombang keluaran lebih rata. Sehingga dipilih nilai kapasitor 2200 uF/25 V dan kapasitor 100 uF/25 V seperti pada simulasi menggunakan PSIM Gambar 3.3, gelombang keluaran sudah cukup rata. Tegangan keluaran yang dihasilkan sebesar 12Volt, maka tegangan kapasitor yang digunakan sebesar 25 Volt sudah cukup untuk digunakan pada rangkaian penyearah 12 Volt.LED digunakan sebagai indikator rangkaian penyearah bekerja dengan baik. Rata-rata arus maju maksimum sebuah LED adalah sekitar 25mA sampai 30mA dan tegangan LED sebesar 2.2 Volt.

(3.3)Dimana :R = Nilai Resistor

= Tegangan Input

= Tegangan LEDI= Arus maju Led Berdasarkan Persamaan 3.3 didapatkan:

Berdasarkan perhitungan nilai resistor yang dibutuhkan sebesar 326,66. Karena resistor 326,66 sulit ditemukan di pasaran, maka Resistor yang digunakan sebesar 470 sehingga cukup untuk membatasi arus yang mengalir pada LED agar dapat bekerja dengan baik.

Tabel 3.1 Spesifikasi Penyerah Rangkaian KontrolParameterSpesifikasi / Nilai Besaran

Jenis TrafoTrafo CT step down

Rating Tegangan Input (primer)220VAC

Rating Tegangan Output (sekunder)15VAC

Dioda IN4007Menyearahkan sampai 1000V

Regulator LM 7812Vin: 14,5V 27V

3.3.2 Perancangan Penyearah Gelombang Penuh Satu FasaPenyearah rangkaian DC Chopper digunakan penyearah gelombang penuh satu fasa. Penyearah ini dipilih karena perancangan rangkaian DC Chopper mampu mengaliri arus lebih dari 1 Ampere. Oleh karena itu Penyearah ini menggunakan dioda bridge untuk menyearahkan keluaran trafo.Tegangan maksimum dari trafo yang disearahkan adalah 35,35 volt. Tegangan AC berasal dari jala-jala PLN yang memiliki frekuensi 50 Hz, sehingga periode tegangannya adalah 0,02 detik. Ripple tegangan maksimal yang diijinkan untuk rangkaian suplai daya adalah 0,3 volt. Dengan menggunakan persamaan 3.1, didapatkan nilai kapasitor filter yang akan digunakan pada penyearah rangkaian DC Chopper berikut ini:

Kapasitor dengan nilai 4700 F sulit ditemukan di pasaran, sehingga dipilih nilai 7000 F. Nilai tersebut didapatkan dengan menyusun 4 buah kapasitor secara paralel dengan nilai masing-masing 4700 F, 100 F, 2200 F dan 100 nF. Jika menggunakan kapasitor bernilai 7000 F maka didapatkan tegangan ripple sebesar 0.202 Volt. Berikut adalah gambar penyearah untuk rangkaian DC Chopper dengan PSIM:

Gambar 3.6 Rangkaian penyearah gelombang penuh 24V dengan simulasi PSIM

Berdasarkan Gambar 3.6 menggunakan PSIM maka akan didapatkan tegangan keluaran 24 VDC yang sesuai dengan apa yang diharapkan seperti hasil gelombang berikut ini :

Gambar 3.7 Gelombang keluaran rangkaian penyearah gelombang penuh 24V dengan simulasi PSIMTegangan output rata-rata penyearah tegangan berdasarkan Persamaan 3.2 didapatkan :

Dioda yang digunakan adalah diode bridge bertipe KBPC2510 karena memiliki batasan tegangan yang tinggi yaitu 1000 Volt dan arus 25 Ampere sesuai yang didapatkan dari datasheet sehingga dapat mencukupi kebutuhan apabila DC Chopper membutuhkan arus lebih dari 1 A.Untuk memperoleh tegangan 25 VAC pada tugas akhir ini digunakan trafo step down yaitu trafo CT 5 A. Tegangan VAC ketika disearahkan menjadi VDC akan menjadi lebih besar yaitu 35,35 VDC, tetapi rangkaian DC Chopper membutuhkan tegangan masukan sebesar 24 V. Untuk menjaga tegangan VDC tetap stabil 24 Volt maka hasil keluaran dioda diberikan regulator LM7824 untuk meregulasi tegangan dari 35,35 V menjadi 24 V. Skema dan spesifikasi dari rangkaian penyearah dapat dilihat pada Gambar 3.8 berikut ini.

Gambar 3.8 Rangkaian penyearah gelombang penuh 24V menggunakan diode bridge

Gambar 3.9 Perangkat keras rangkaian penyearah gelombang penuh 24Vdc menggunakan dioda bridgeKomponen utama dalam penyearah ini adalah regulator LM7824. LM7824 hanya mampu mengalirkan arus 1 A, oleh karena itu pada penyearah untuk rangkaian DC Chopper, digunakan transistor 2N3055 sebagai penguat arus keluaran. Transistor 2N3055 mempunyai tegangan kerja VCE(max) 60 V dan IC(max) 15 A sehingga mencukupi apabila DC Chopper memerlukan arus lebih dari 1 A.Kapasitor pada rangkaian penyearah DC Chopper digunakan untuk meratakan gelombang keluaran. Semakin besar kapasitas kapasitor maka gelombang keluaran lebih rata. Sehingga dipilih nilai kapasitor 4700uF, 100uF, 2200 uF dan 100nF seperti pada simulasi menggunakan PSIM gambar 3.6, gelombang keluaran sudah cukup rata. Tegangan keluaran yang dihasilkan sebesar 25 Volt, maka tegangan kapasitor yang digunakan sebesar 35 Volt sudah cukup untuk digunakan pada rangkaian penyearah 24 Volt.LED digunakan sebagai indikator rangkaian penyearah bekerja dengan baik. Rata-rata arus maju maksimum sebuah LED adalah sekitar 25mA sampai 30mA dan tegangan LED sebesar 2.2 Volt. Berdasarkan Persamaan 3.3 didapatkan:

Berdasarkan perhitungan nilai resistor yang dibutuhkan sebesar 726,66 . Karena resistor 726,66 sulit ditemukan di pasaran, maka Resistor yang digunakan sebesar 1000 sehingga cukup untuk membatasi arus yang mengalir pada LED agar dapat bekerja dengan baik.Tabel 3.2 Spesifikasi Penyerah Rangkaian DC ChopperParameterSpesifikasi / Nilai Besaran

Jenis TrafoTrafo CT step down

Rating Tegangan Input (primer)220 VAC

Rating Tegangan Output (sekunder)25 VAC

Dioda bridge KBPC2510Menyearahkan sampai 1000V

Regulator LM7824Vin: 27V 38V

3.4Buck ConverterDC Chopper yang digunakan pada tugas akhir ini adalah DC Chopper tipe buck yang mempunyai karakteristik tegangan keluaran lebih kecil dari tegangan masukan.Untuk pembuatan buck converter ini, penentuan spesifikasi awal dilakukan berdasarkan ketersediaan komponen yang mudah didapat dan kemampuan komponen berdasarkan datasheet. Spesifikasi buck converter yang akan dibuat adalah sebagai berikut : Tegangan masukan : 24 Vdc Tegangan keluaran: 14,4 Vdc Frekuensi Switching: 25 kHzKomponen-komponen yang digunakan dalam rangkaian DC Chopper antara lain :1. MOSFET2. Dioda3. Induktor 4. Kapasitor

3.4.1MOSFETRangkaian DC Chopper pada tugas akhir ini menggunakan MOSFET tipe IRFP460 sebagai komponen pensaklarannya. MOSFET IRFP460 dipilih karena banyak digunkan pada modul DC chopper dengan kapasitas daya yang relatif kecil seperti pada modul praktikum DC chopper yang telah ada di laboratorium konversi energi Teknik Elektro UNDIP. Pemilihan MOSFET harus memperhatikan nilai tegangan dan arus operasi. Tegangan masukan DC Chopper adalah 24 V, sehingga nilai minimal VDS(peak) dari MOSFET adalah 24 V.Menurut datasheet MOSFET ini dapat beroperasi pada tegangan maksimal antara drain dan source sebesar 500 Volt dan mampu mengalirkan arus hingga 18,4 A. Batas arus tersebut mencukupi karena modul ini menggunakan beban yang kecil dan dari hasil perhitungan serta simulasi didapatkan bahwa tegangan kerja MOSFET hanya 24 volt DC sehingga dengan batas tegangan sebesar 500 Volt, MOSFET ini dapat bekerja dengan baik. Dalam segi arus, MOSFET IRF840 yang memiliki batas arus sebesar 8A hanya dioperasikan pada rangkaian dengan arus maksimal 5A. Dengan arus maksimum yang dapat dialirkan dari trafo utama sebesar 5 A, maka MOSFET IRFP460 yang mempunyai tegangan breakdown drain source V(BR)DS adalah 500 V dan kemampuan arus drain maksimal 18.4 A, cukup untuk menjamin keamanan rangkaian.

Gambar 3.10 Mosfet IRFP460

3.4.2DiodaDioda MUR460 memiliki kemampuan menghantarkan arus sampai 4 A dan tegangan sebesar 600 volt sehingga dioda MUR460 sudah mencukupi jika digunakan karena tegangan yang diharapkan maksimal dari rangkaian Buck Converter yaitu 24 volt. Oleh karena itu dipilih batas tegangan dioda yang lebih dari 24 Volt. Dioda ini mencukupi untuk kebutuhan Buck Converter di mana tegangan sumber 24 Volt dan arus maksimum trafo 5 A. Dioda yang digunakan adalah tipe MUR460. DDiode ini merupakan dioda super fast recovery yang mempunyai waktu pemulihan sangat cepat yaitu 75ns, sedangkan Buck Converter dioperasikan pada periode 40s sehingga delay ON-OFF dioda tidak terasa.

Gambar 3.11 Dioda MUR460

3.4.3 InduktorInduktor yang digunakan pada DC Chopper ini diperhitungkan nilainya untuk disesuaikan dengan parameter lain yang berhubungan. Induktor yang digunakan merupakan induktor jenis solenoida yang dibuat dari kawat tembaga yang dililitkan pada inti ferit trafo flyback. Kawat tembaga yang digunakan adalah kawat tembaga dengan luas penampang 1 mm2 agar mampu mengalirkan arus yang dapat memenuhi kebutuhan modul yang dibuat. Untuk mendapatkan nilai induktansi minimum agar rangkaian buck converter bekerja pada mode kontinyu, dilakukan perhitungan dengan menggunakan Persamaan (2.6) yaitu :

(2.6)Dimana nilai duty cycle (D) dapat dicari menggunakan persamaan (2.11) dan ditentukan pada nilai tegangan masukan maksimal yaitu 24 Volt sehingga nilai duty cycle adalah:

Nilai R ditentukan agar saat tanpa beban, buck converter masih bekerja pada mode kontinyu, pada perancangan ini Resistor yang digunakan benilai 100.Sehingga arus beban adalah

Dengan demikian induktansi minimal dapat dihitung menggunakan persamaan (2.6) sebagai berikut:

Nilai Induktor yang digunakan sesuai perancangan untuk rangkaian buck adalah:

Jadi dari perhitungan diatas maka dipilih induktor dengan nilai 15,7 mH. Pemilihan nilai induktor lebih besar dari Lmin (L>Lmin) agar Buck Converter bekerja pada Continous Current Mode (CCM).

3.4.4Kapasitor

Kapasitor berfungsi sebagai filter tegangan untuk membatasi ripple tegangan yang disebabkan kenaikan nilai beban. Kapasitor yang digunakan untuk perancangan buck converter ini mempunyai nilai 3.3F. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan tegangan ripple puncak ke puncak kapasitor () yang kecil. Berdasarkan Persamaan 2.8 pada konfigurasi buck akan didapatkan nilai kapasitor sebesar.

Namun untuk mengurangi noise, kapasitor yang dipasang adalah 1000F/50V. Tegangan kapasitor yang digunakan sebesar 50 Volt.

3.5 Rangkaian Kontrol IC TL494Rangkaian kontrol PWM digunakan untuk memicu Switching, lebar pulsa menunjukkan duty cycle dari rangkaian DC Chopper. Pada tugas akhir ini digunakan IC TL494 sebagai komponen utama pembangkit tegangan pulsa termodulasi. Komponen utama yang digunakan pada rangkaian kontrol dalam penelitian tugas akhir ini adalah IC TL494. IC ini merupakan komponen terintegrasi yang memiliki 16 pin dalam dua jalur (Dual In Package, DIP).Pada perancangan tugas akhir ini, frekuensi yang digunakan untuk pensaklaran MOSFET pada DC Chopper adalah 25 kHz. Frekuensi 25 kHz dipilih agar memudahkan dalam pembuatan induktor karena semakin tinggi frekuensi maka semakin kecil nilai induktor. Tetapi jika frekuensi semakin tinggi maka akan menghasilkan losses yang besar dan mengurangi efisiensi. Selain itu, gelombang keluaran IC TL 494 masih bagus pada frekuensi di bawah 100 kHz. Nilai 25 kHz ini dapat diperoleh dengan mengatur putaran potensiometer (Rvar). Sedangkan pengaturan duty cycle dilakukan dengan mengatur putaran potensiometer pada pin 3. Untuk dapat menghasilkan frekuensi pensaklaran tersebut ditentukan nilai resistor dan kapasitor yang digunakan. Persamaan untuk mencari frekuensi kerja yang ada pada datasheet IC TL494 dituliskan oleh Persamaan 3.3.

(3.3)Jika ditentukan nilai kapasitor CT yang digunakan adalah sebesar 10nF, maka dapat dihitung nilai resistor RT yang dibutuhkan dengan menggunakan Persamaan 3.4.

(3.4)Pada frekuensi maksimal 45000 Hz,

Pada frekuensi minimal 15000 Hz

RT memiliki rentang nilai 2444,44 - 7333,33 . Rentang nilai tersebut dicapai menggunakan komponen R dan RVAR yang dirangkai seri. Kemudian dengan menyesuaikan nilai komponen yang tersedia di pasaran, didapatkan nilai komponen penyusun rangkaian sebagai berikut:CT: 10nFR: 2500 RVAR: 5 kMaka besarnya frekuensi yang dapat dihasilkan adalah:

, pada saat nilai RVAR = 0

, pada saat nilai RVAR = 5 k

Gambar 3.12 Rangkaian kontrol IC TL494Gambar 3.12 adalah skema lengkap dari rangkaian kontrol dengan IC TL494 yang digunakan pada penelitian tugas akhir ini.Tabel 3.3 Keterangan gambar rangkaian kotrol IC TL494KomponenKeterangan

ICTL 494

Resistor Duty5 k

Resistor Bawah1 k

CT10nF

RT2k5 + 5 k

Vmasukan12 VDC

Gambar 3.12 memperlihatkan skema rangkaian kontrol IC TL494 dengan keterangan nilai komponen yang diperlihatkan oleh Tabel 3.3 Resistor Duty digunakan untuk mengatur besar duty cycle keluaran IC TL494. Resistor bawah digunakan sebagai batas minimal duty cycle. CT dan RT berfungsi sebagai pengatur frekuensi osilator IC TL494. Tegangan masukan yang diterapkan pada rangkaian ini adalah 12 VDC. Keluaran gelombang kotak terdapat pada kaki 9 dan kaki 10. Karena kaki 13 dihubungkan dengan ground, maka IC ini bekerja dengan sistem operasi single-ended. Hanya terdapat satu jenis keluaran gelombang kotak pada rangkaian kontrol IC TL494 ini.IC TL494 dipilih sebagai komponen utama pada rangkaian kontrol karena berdasarkan datasheet IC TL494 mampu membangkitkan gelombang Pulse Width Modulation (PWM) dengan pengaturan duty cycle dari 4% hingga 96%. IC TL494 dapat bekerja dengan operasi single-ended dan operasi push-pull. Operasi single-ended merupakan operasi kerja IC yang hanya menghasilkan satu jenis gelombang keluaran pemicuan, sedangkan operasi push-pull merupakan operasi kerja IC yang menghasilkan dua jenis gelombang keluaran pemicuan yang saling berkebalikan. Dalam penelitian tugas akhir ini digunakan operasi single-ended karena rangkaian DC-DC converter hanya membutuhkan satu jenis gelombang pemicuan. Berdasarkan datasheet, IC TL494 memerlukan tegangan masukan untuk suplai daya minimal sebesar 7 Volt dan maksimal 40 Volt. Nilai tegangan masukan tersebut cukup mudah dirancang dan direalisasikan. Selain itu IC TL494 mudah didapatkan di pasaran.

Gambar 3.13 Perangkat keras rangkaian kontrol IC TL494Gambar 3.13 Memperlihatkan realisasi perangkat keras rangkaian kontrol IC TL494. Terlihat pada perangkat keras terdapat satu buah potensiometer sebagai resistor variabel yang berfungsi untuk pengaturan besar duty cycle dan satu buah trimmer sebagai resistor variabel yang berfungsi untuk pengaturan besar frekuensi pensaklaran. Keluaran gelombang kotak dari rangkaian kontrol IC TL494 ini digunakan sebagai asukan pada rangkaian isolator pulsa optocoupler.

3.6Rangkaian Isolator Pulsa OptocouplerRangkaian isolator pulsa optocoupler memiliki fungsi untuk memberikan perlindungan pada rangkaian kontrol apabila terjadi kesalahan atau gangguan pada rangkaian daya. Optocoupler menggunakan cahaya (opto) sebagai media penghubung sehingga tidak ada bagian yang terhubung secara elektrik antara rangkaian masukan dan rangkaian keluaran. Komponen utama pada rangkaian isolator pulsa optocoupler dalam penelitian tugas akhir ini adalah optocoupler 4N35 yang memiliki 6 pin dalam dua jalur.

Gambar 3.14 Konfigurasi pin dari komponen 4N35.

Gambar 3.15 Rangkaian isolator pulsa optocouplerGambar 3.15 memperlihatkan rangkaian isolator pulsa optocoupler pada penelitian tugas akhir ini. Komponen-komponen penyusun rangkaian isolator pulsa optocoupler ini adalah optocoupler 4N35, resistor 1200 untuk membatasi arus yang masuk ke optocoupler, resistor emitter 390 , transistor C2655 dan A1020 sebagai rangkaian totempole, dan resistor gate 100 . Rangkaian totempole dibuat untuk mengurangi power losses akibat electronic switching. Switch losses ini terjadi karena adanya perubahan dari kondisi low ke high secara cepat. Rangkaian pemicu MOSFET harus dapat dengan cepat memberikan arus dan membuang arus pada saat berada pada frekuensi switching tinggi. Maka dibuat rangkaian totempole yang terdiri dari transistor NPN C2655 dan transistor PNP A1020. Transistor C2655 dan A1020 memiliki tegangan collector-base (VCB) 50V dan arus collector (IC) 2A. Nilai tersebut sudah cukup menjamin keamanan rangkaian. Nilai resistor 100 dipilih karena nilai tersebut sudah cukup besar untuk mengurangi arus yang masuk ke MOSFET DC Chopper.

Gambar 3.16 Perangkat keras rangkaian optocouplerPerangkat keras yang diperlihatkan oleh Gambar 3.16 Memiliki dua jenis masukan, yaitu masukan sinyal berupa gelombang kotak kontrol IC TL494 dan masukan tegangan sebesar 12 Volt DC dari rangkaian penyearah gelombang penuh satu fasa. Sedangkan untuk ground pada kaki nomor 2 dan ground pada kaki nomor 4 harus dipisahkan. Hal-hal tersebut dimaksudkan agar fungsi Optocoupler sebagai isolator elektrik dapat berfungsi. Karena pulsa yang dihasilkan oleh pembangkit pulsa hanya satu maka optocoupler yang dibutuhkan juga hanya satu. Keluaran dari rangkaian ini digunakan untuk memicu MOSFET pada rangkaian DC-DC Converter.

3.7 Pemutus Tegangan OtomatisPemutus tegangan otomatis yang dirancang pada charger menggunakan rangkaian High Voltage Disconnect (HVD) yang terdapat dalam Battery Charger Regulator (BCR). Rangkaian HVD menggunakan sebuah IC dual komparator dan sebuah relay elektromagnetis. Rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar dibawah ini:

Gambar 3.17 Rangkaian High Voltage Disconnect (HVD)

Gambar 3.18 Perangkat Keras Rangkaian High Voltage Disconnect (HVD)Rangkaian HVD menggunakan saklar NC pada relay elektromagnetisnya. Rangkaian tersebut berfungsi untuk memonitor tegangan baterai sehingga akan mengaktifkan relay apabila terjadi pengisian berlebih pada akumulator.Komparator yang digunakan pada rangkaian HVD adalah LM393 yang merupakan dual komparator pada satu IC. Pada rangkaian HVD digunakan 2 buah komparator sebagai titik mati atas dan sebagai titik reconnect. HVD diatur pada tegangan 13,8 Volt kemudian reconnect pada tegangan 13 Volt.Rangkaian HVD akan memutuskan suplai dari charger ke akumulator. Untuk mengatur tegangan referensi digunakan sebuah dioda zener yang dapat diatur tegangannya dengan potensiometer. TL431 merupakan zener yang dapat diubah tegangannya sehingga digunakan sebagai referensi. Untuk meminimalisir riak tegangan pada masukan referensi, ditambahkan sebuah kapasitor elektrolit 100uF 16 Volt. Riak tegangan ini dapat mengacaukan masukan referensi sehingga keluaran komparator akan berisolasi.Relay elektromagnetis yang digunakan adalah relay 12 Volt yang mempunyai terminal NO dan NC. Sebuah transistor NPN C2655 digunakan sebagai driver relay elektromagnetis tersebut.Pada LM393 ketika tegangan pada pin 3 diatur lebih besar daripada pin 2 maka komparator akan aktif (pin 1 bernilai high dan pin 7 low) sehingga relay dan led biru akan on kemudian memicu kontak Normally Close (NC) menjadi Open. Tetapi ketika tegangan pada pin 6 diatur lebih besar daripada pin 5 maka komparator (pin 7 bernilai high dan pin 1 low) sehingga relay akan off dan led merah akan on kemudian membuat kontak relay menjadi kembali Close.

3.8 AkumulatorAkumulator yang digunakan dalam perancangan tugas akhir ini adalah akumulator merek GS tipe GM5Z-3B (12V-5Ah/10Hr). Pemilihan merek dan tipe akumulator dalam penelitian ini karena akumulator tersebut sudah umum digunakan oleh masyarakat luas dan banyak beredar di pasaran sehingga mudah didapatkan.Akumulator ini merupakan jenis baterai lead acid (aki basah). Tegangan nominalnya sebesar 12 Volt, yang terdiri dari 6 sel yang masing-masing mempunyai tegangan 2 Volt. Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang terdapat dalam bak akumulator, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan. Kapasitas dari aki ini sebesar 5Ah/10Hr artinya akumulator ini dapat memberikan kuat arus sebesar 0,5 Ampere selama 10 jam.

Gambar 3.19 Akumulator25

Sumber Tegangan AC 1 Fasa

Penyearah (Rectifier)

DC Chopper tipe buck

Pemutus tegangan otomatis

Isolator Pulsa (Optocoupler)

Rangkaian Kontrol PWM

Akumulator

AC

220 V

LED

LM7812

+15

-15

CT

220

IN4007

IN4007

2200uF/25V

100uF/25V

470 /0,5W

TRAFO CT

AC

Input 25 VAC

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

TL494

RBAWAH1 k/1W

Tegangan Input 12 VDC

1200 /2W

4N35

100 /2W

1 k/2W

C2655

A1020

Masukan Gelombang Kotak

Tegangan Input 12 VDC

10 K/1W

1 K/1W

IN4007

1800 /1W

22 K/1W

2200 /1W

47 K/1W

TL431

47 uF/16 V

C2655

LED (MERAH)

LED (BIRU)

Relay 12 V

100 uF/16 V

LM393

VR 10K

KELUARAN BUCK CONVERTER

AKUMULATOR