Sudah lama nggak posting di blog ini.. mangkanya keliatan sepi (pancene biasane wes sepi)… 😀
Pada kesempatan ini penulis ingin ngeshare sedikit pengalaman membuat catu daya digital sederhana. Mengapa disebut digital, ya karena tegangan maupun arus outputnya dapat diatur secara software sehingga bersifat fleksibel. Ide ini berawal dari artikel yang cukup menarik tentang “digital power supply”, bisa dibaca di sini.. dan keliatan lebih powerful dibandingkan catu daya analog baik yang menggunakan regulator fix seperti LM78xx, LM79xx atau regulator variabel LM317. Selain lebih fleksibel dalam pengontrolan outputnya, juga lebih presisi dan stabil / adaptif terhadap perubahan beban (load).
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:
Kita bahas satu-satu,
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. Shingga 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. TRUS 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, , (klik untuk memperbesar)
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 :
nah ini source code lengkapnya, dalam bahasa c dg compiler CodevisionAVR :
/////////////////////////////////////////////////////////
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
#define ARUS 3
#define TEGANGAN 4
#define LED PORTA.2
//#define out_LED DDRA.2
#define OK PINA.3
#define CANCEL PINA.4
#define UP PINA.5
#define DOWN PINA.6
// Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ __lcd_port=0x15 ;PORTC
#endasm
#include <lcd.h>
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
}
eeprom float e_tegangan_set=0.0;
eeprom float e_arus_maks_set=10.0;
eeprom float e_arus_set=10.0;
unsigned char buff[16];
unsigned int adc_teg,adc_arus;
unsigned long a,desimalx;
float tegangan_out, arus_out, tegangan_set, arus_set, arus_maks_set, tegangan_maks_set;
bit tanda_save=1, tanda_pindah=0, ready=0;
unsigned char kursor_0, kursor_1, kursor_1_1, kursor_1_2;
void running_DAC();
void Desimal_ke_biner(unsigned long desimal);
void baca_tegangan_dan_arus();
void set_awal(unsigned char set, float set_point);
void regulasi_tegangan(float set_point, float arus_maks);
void regulasi_arus(float set_point);
void display();
void set_sumber(unsigned char sumber);
void pilih_menu();
typedef unsigned char byte;
/* table for the user defined character
arrow that points to the top right corner */
flash byte char0[8]={
0b1000000,
0b1110000,
0b1111100,
0b1111111,
0b1111111,
0b1111100,
0b1110000,
0b1000000};
/* function used to define user characters */
void define_char(byte flash *pc,byte char_code)
{
byte i,a;
a=(char_code<<3) | 0x40;
for (i=0; i<8; i++) lcd_write_byte(a++,*pc++);
}
void main(void)
{
PORTA=0xFC;
DDRA=0x04;
PORTB=0x00;
DDRB=0xFF;
PORTC=0x00;
DDRC=0x00;
PORTD=0x00;
DDRD=0xFF;
TCCR0=0x00;
TCNT0=0x00;
OCR0=0x00;
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x00;
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
ICR1H=0x00;
ICR1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;
ASSR=0x00;
TCCR2=0x00;
TCNT2=0x00;
OCR2=0x00;
MCUCR=0x00;
MCUCSR=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization
TIMSK=0x00;
// Analog Comparator initialization
// Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off
ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff;
ADCSRA=0x84;
//out_LED=1; LED=1;
Desimal_ke_biner(0);
lcd_init(16);
define_char(char0,0);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf(" CATU DAYA");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf(" DIGITAL");
delay_ms(2000);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf(" by Fithro L.A.");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf(" = WEIP =");
delay_ms(1000);
//running_DAC();
tegangan_set=e_tegangan_set;
if (!(tegangan_set>=0 && tegangan_set<=30)) tegangan_set=0;
arus_maks_set=e_arus_maks_set;
if (!(arus_maks_set>=0 && arus_maks_set<=2000)) arus_maks_set=0;
arus_set=e_arus_set;
if (!(arus_set>=0 && arus_set<=2000)) arus_set=0;
//tegangan_set=5;
//arus_maks_set=500;
//arus_set=100;
tegangan_maks_set=30.0;
pilih_menu();
//set_sumber(TEGANGAN);
while (1)
{
//Desimal_ke_biner(800/(5000/(65535.0)));
//regulasi_tegangan(tegangan_set,arus_maks_set);
//regulasi_arus(arus_set);
};
}
void Desimal_ke_biner(unsigned long desimal)
{unsigned char b, bin[16];
for (b=0; b<16; b++)
{
bin[b]=desimal%2;
desimal=desimal/2;
}
PORTB.0=bin[0]; PORTB.1=bin[1]; PORTB.2=bin[2]; PORTB.3=bin[3]; PORTB.4=bin[4]; PORTB.5=bin[5]; PORTB.6=bin[6]; PORTB.7=bin[7];
PORTD.0=bin[8]; PORTD.1=bin[9]; PORTD.2=bin[10]; PORTD.3=bin[11]; PORTD.4=bin[12]; PORTD.5=bin[13]; PORTD.6=bin[14]; PORTD.7=bin[15];
}
void baca_tegangan_dan_arus()
{
adc_teg=read_adc(0);
adc_arus=read_adc(1);
tegangan_out=( (float)(adc_teg*0.0048828125)-(float)(adc_arus*0.0048828125))*8.107200201; // Vout - V-R-shunt (mili Volt)
arus_out =(float)(adc_arus*20.623416649560779960854973335935*1.05); //(5000/1024)/0.2367606; // V-R-shunt/R-shunt (mili Amper)
}
void set_awal(unsigned char set, float set_point)
{
if (set==TEGANGAN)
{
desimalx=(long)(set_point*1000.0)/0.453402507;
Desimal_ke_biner(desimalx);
}
else if (set==ARUS)
{
desimalx=0;
Desimal_ke_biner(desimalx);
}
}
void regulasi_tegangan(float set_point, float arus_maks)
{
baca_tegangan_dan_arus();
if ( (tegangan_out<(set_point-0.02))||(tegangan_out>(set_point+0.02)) )
{LED=1;
while (tegangan_out<set_point-0.005)
{
desimalx=desimalx+1;
if (desimalx>=62913) desimalx=62913;
Desimal_ke_biner(desimalx);
delay_ms(1);
baca_tegangan_dan_arus();
}
while (tegangan_out>set_point+0.005)
{
desimalx=desimalx-1;
if (desimalx<1000) desimalx=1000; //10485
Desimal_ke_biner(desimalx);
delay_ms(1);
baca_tegangan_dan_arus();
}
}
if (arus_out>arus_maks) { lcd_gotoxy(8,1); lcd_putsf("^"); }
else { lcd_gotoxy(8,1); lcd_putsf(" "); }
if ( (tegangan_out>=(set_point-50.0))||(tegangan_out<=(set_point+50.0)) ) { LED=0; display();}
}
void regulasi_arus(float set_point)
{
baca_tegangan_dan_arus();
if ( (arus_out<(set_point-5.0))||(arus_out>(set_point+5.0)) )
{LED=1;
while (arus_out<set_point-1.0)
{
desimalx=desimalx+1;
if (desimalx>=62913) desimalx=62913;
Desimal_ke_biner(desimalx);
delay_ms(1);
baca_tegangan_dan_arus();
}
while (arus_out>set_point+1.0)
{
desimalx=desimalx-1;
if (desimalx<1000) desimalx=1000;
Desimal_ke_biner(desimalx);
delay_ms(1);
baca_tegangan_dan_arus();
}
}
//if (tegangan_out>tegangan_maks_set) { lcd_gotoxy(8,0); lcd_putsf("^"); }
//else { lcd_gotoxy(8,0); lcd_putsf(" "); }
if ( (arus_out>=(set_point-50.0))||(arus_out<=(set_point+50.0)) ) { LED=0; display();}
}
void running_DAC()
{
for (a=0; a<=65535; a++)
{
Desimal_ke_biner(a);
//delay_ms(1);
lcd_gotoxy(0,1);
sprintf(buff,"*%ld ",a);
lcd_puts(buff);
}
}
void display()
{
lcd_gotoxy(10,0);
sprintf(buff,"%0.2f ",tegangan_out);
lcd_puts(buff);
lcd_gotoxy(10,1);
sprintf(buff,"%0.2fA",arus_out/1000.0);
lcd_puts(buff);
lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("["); lcd_gotoxy(6,0); lcd_putsf("]");
lcd_gotoxy(9,0); lcd_putsf("["); lcd_gotoxy(15,0); lcd_putsf("]");
lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("["); lcd_gotoxy(6,1); lcd_putsf("]");
lcd_gotoxy(9,1); lcd_putsf("["); lcd_gotoxy(15,1); lcd_putsf("]");
}
void set_sumber(unsigned char sumber)
{
lcd_clear();
if (sumber==TEGANGAN)
{
lcd_gotoxy(1,0);
sprintf(buff,"%0.2f ",tegangan_set);
lcd_puts(buff);
lcd_gotoxy(1,1);
sprintf(buff,"%0.2fA",arus_maks_set/1000.0);
lcd_puts(buff);
set_awal(TEGANGAN, tegangan_set);
}
if (sumber==ARUS)
{
lcd_gotoxy(1,0);
sprintf(buff,"%0.2f ",tegangan_maks_set);
lcd_puts(buff);
lcd_gotoxy(1,1);
sprintf(buff,"%0.2fA",arus_set/1000.0);
lcd_puts(buff);
set_awal(ARUS, tegangan_set);
}
lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("["); lcd_gotoxy(6,0); lcd_putsf("]");
lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("["); lcd_gotoxy(6,1); lcd_putsf("]");
}
void pilih_menu()
{ kursor_0=1;
lcd_clear();
////////////////////////// MENU 0 /////////////////
menu_0:
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Sumber:");
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf("[START]");
lcd_gotoxy(9,0);
lcd_putsf("TGANGAN");
lcd_gotoxy(9,1);
lcd_putsf("ARUS");
switch (kursor_0)
{
case 1:
lcd_gotoxy(8,0);
lcd_putchar(0);
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putchar(' ');
break;
case 2:
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putchar(0);
lcd_gotoxy(8,0);
lcd_putchar(' ');
break;
}
if (!OK)
{ delay_ms(200);
if (kursor_0==1) {set_sumber(TEGANGAN); goto start1;}
if (kursor_0==2) {set_sumber(ARUS); goto start2;}
//goto start;
}
if (!UP)
{ delay_ms(200);
if (kursor_0==1) kursor_0=2;
else if (kursor_0==2) kursor_0=1;
}
if (!DOWN)
{ delay_ms(200);
if (kursor_0==1) kursor_0=2;
else if (kursor_0==2) kursor_0=1;
}
if (CANCEL) ready=1;
if (!CANCEL && ready==1)
{ready=0;
delay_ms(200);
lcd_clear();
kursor_1=1;
goto menu_1;
}
goto menu_0;
////////////// MENU 1 /////////////////////
menu_1:
lcd_gotoxy(1,0);
lcd_putsf("Sumber Teg.");
lcd_gotoxy(1,1);
lcd_putsf("Sumber Arus");
switch (kursor_1)
{
case 1:
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putchar(0);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putchar(' ');
break;
case 2:
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putchar(0);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putchar(' ');
break;
}
if (!OK)
{ delay_ms(200);
lcd_clear();
tanda_save=1; tanda_pindah=0;
if (kursor_1==1) {kursor_1_1=1; goto menu_1_1;}
else if (kursor_1==2) {kursor_1_2=1; goto menu_1_2;}
}
if (!UP)
{ delay_ms(200);
if (kursor_1==1) kursor_1=2;
else if (kursor_1==2) kursor_1=1;
}
if (!DOWN)
{ delay_ms(200);
if (kursor_1==1) kursor_1=2;
else if (kursor_1==2) kursor_1=1;
}
if (CANCEL) ready=1;
if (!CANCEL && ready==1) {delay_ms(200); lcd_clear(); ready=0; goto menu_0;}
goto menu_1;
////////////// MENU 1 - 1///////////////////// sumber tegangan
menu_1_1:
lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Volt(V)");
lcd_gotoxy(8,0); lcd_putsf("Imax(mA)");
lcd_gotoxy(1,1); sprintf(buff,"%0.2f ",tegangan_set); lcd_puts(buff);
lcd_gotoxy(9,1); sprintf(buff,"%0.2f ",arus_maks_set); lcd_puts(buff);
switch (kursor_1_1)
{
case 1:
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putchar(0);
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putchar(' ');
break;
case 2:
lcd_gotoxy(8,1);
lcd_putchar(0);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putchar(' ');
break;
}
if (!OK)
{ delay_ms(200);
if (tanda_save==0)
{tanda_save=1;
tanda_pindah=1;
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(" Geser...");
delay_ms(500);
lcd_clear();
}
else if (tanda_save==1)
{ tanda_pindah=0;
tanda_save=0;
if (kursor_1_1==1)
{
e_tegangan_set=tegangan_set;
}
else if (kursor_1_1==2)
{
e_arus_maks_set=arus_maks_set;
}
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(" menyimpan..");
delay_ms(500);
lcd_clear();
}
}
if (!UP)
{
if (tanda_pindah==1)
{ delay_ms(200);
if (kursor_1_1==1) kursor_1_1=2;
else if (kursor_1_1==2) kursor_1_1=1;
}
else if (tanda_pindah==0)
{delay_ms(100);
if (kursor_1_1==1)
{ tegangan_set=tegangan_set+0.05;
if (tegangan_set>30) tegangan_set=0;
}
else if (kursor_1_1==2)
{ arus_maks_set=arus_maks_set+5.0;
if (arus_maks_set>2000) arus_maks_set=0;
}
}
}
if (!DOWN)
{
if (tanda_pindah==1)
{ delay_ms(200);
if (kursor_1_1==1) kursor_1_1=2;
else if (kursor_1_1==2) kursor_1_1=1;
}
else if (tanda_pindah==0)
{delay_ms(100);
if (kursor_1_1==1)
{ tegangan_set=tegangan_set-0.05;
if (tegangan_set<0) tegangan_set=30;
}
else if (kursor_1_1==2)
{ arus_maks_set=arus_maks_set-5.0;
if (arus_maks_set<0) arus_maks_set=2000;
}
}
}
if (CANCEL) ready=1;
if (!CANCEL && ready==1) {delay_ms(200); lcd_clear(); ready=0; goto menu_1;}
goto menu_1_1;
////////////// MENU 1 - 2///////////////////// sumber arus
menu_1_2:
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Set Arus");
lcd_gotoxy(1,1); sprintf(buff,"%0.2f mA",arus_set); lcd_puts(buff);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putchar(0);
if (!OK)
{ delay_ms(100);
e_arus_set=arus_set;
lcd_clear();
lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(" menyimpan..");
delay_ms(500);
lcd_clear();
}
if (!UP)
{ delay_ms(100);
arus_set=arus_set+10.0;
if (arus_set>1000.0) arus_set=0.0;
}
if (!DOWN)
{ delay_ms(100);
arus_set=arus_set-10.0;
if (arus_set<0.0) arus_set=1000.0;
}
if (CANCEL) ready=1;
if (!CANCEL && ready==1) {delay_ms(200); lcd_clear(); ready=0; goto menu_1;}
goto menu_1_2;
start1:
delay_ms(200);
while (1)
{regulasi_tegangan(tegangan_set,arus_maks_set);
}
start2:
delay_ms(200);
while (1)
{regulasi_arus(arus_set);
}
}
hasil videonya menyusul ..
Wassalam 🙂
Referensi :
http://www.linuxfocus.org/~katja/electronics/201005/bench-power-supply-v3.shtml
0.000000
0.000000
Filed under: Electronics | 16 Comments »
Fithro abu Zada
Kurang_Sangu 
