## PENGISIAN AKI DENGAN BUCK CONVERTER
Oleh :

## Yul Antonisfia, Era Madona
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang Email : yul_antoni@yahoo.com, emadona38@gmail.com

## ABSTRACT
Buck  converter  is  one  of  DC  chopper  which  has  the  function  of  stabilizing  the  voltage  to lower  voltage  where  the  output  voltage  is  lower  than  the  input  voltage  without  having  to remove power is relatively large. By using a buck converter is a high voltage can be reduced to lower as you wish without losing power is relatively large. The voltage output of the buck converter  is  able  to  charge  the  battery.  The  magnitude  of  the  output  voltage  depends dutycyle switching generated by the microcontroller. This tool is also equipped with a flow sensor  is  used  to  detect  the  charging  current  into  the  battery.  If  the  charging  current  is reduced,  the  buzzer  will  sound.  The  tool  is  based  microcontrollers  using  BASCOM ATMEGA8535, which can generate a PWM with dutycyle specified. Dutycyle determined the size of the input voltage and the desired output.

## Keywords : microcontroller, buck converter,sensor arus

## PENDAHULUAN
Alat  pengisian  aki  biasanya  memakai trafo  dan  dioda  bridge  saja. Arus pengisiannya  tidak  stabil yang  dapat merusak aki. Oleh karena itu maka penulis membuat  sebuah converter  DC  to  DC yang  bernama buck  converter yang digunakan untuk mengisi aki.
Buck  converter merupakan  salah  satu jenis DC chopper yang  memiliki  fungsi menstabilkang tegangan dengan menurunkan  tegangan  dimana  tegangan keluaran  lebih  rendah  dari  tegangan masukan  tanpa  harus  menghilangkan  daya yang relatif besar. Sistem pengendaliannya menggunakan  mikrokontoller merupakan alternatif  sistem  kendali  modern  yang mudah  karena  tidak  perlu dicari  model matematis  dari  suatu  sistem,  tetapi  tetap efektif karena memiliki respon sistem yang stabil.  Dalam  tugas  akhir  ini penulis mengatur dutycycle tetap, dengan tegangan  input  dari power  supply sebesar
21V  dan  tegangan  output  untuk  pengisian ke aki sebesar 13V dan arus pengisian 1A. Pada  alat  ini penulis  menambahkan detektor  aki  penuh.  Jika  aki  telah  penuh buzzer  akan  berbunyi. Untuk  dapat mengontrol  tegangan  masukan  sebesar 21V  menjadi  13V  yang  digunakan  untuk mengisi  aki,  keseluruhan  arsitektur  sistem dapat digambarkan seperti gambar  berikut :
Input
Tegangan Power Supply Buck Converter Sensor Arus Aki Mikrokontroller ATMEGA 8535 Buzzer 21V 13V 13V PWM
Gambar 1. Blok diagram sistem
Pada  blok  diagram  diatas  adalah  sebuah sistem  yang  dapat  mengisi  aki  dengan tegangan  dan  arus  maksimal  pengisian sebesar  13V/1A.  Disini  tegangan dan  arus input  yang  diberikan  dari  power  supply sebesar  21V/5A.  Sedangkan  tegangan  dan arus  output  yang  dibutuhkan  untuk pengisian  sebesar  13V/1A.  Jadi  untuk dapat  menurunkan  tegangan  dari  21V menjadi  13V  maka  dirancanglah  sebuah Buck Converter. Mikrokontroller ini berfungsi  sebagai  pemberi  pulsa  pulsa (PWM)  ke buck  converter yang  nilai duttycyle nya  diatur  tetap.  Besarnya duttycyle ini  akan  berpengaruh  terhadap besarnya  tegangan  output.  Sedangkan sensor  arus  berfungsi  sebagai  mendeteksi besarnya  arus  pengisian  ke  aki.  Sehingga apabila  aki  telah  terisi  penuh  maka besarnya  arus  pengisian  akan  berkurang dan buzzer akan  berbunyi  (memberi peringatan).

## TUJUAN
 Menerapkan buck  converter sebagai pengisian aki
 Membuat  alat  penstabil  dan  penurun tegangan (step  down) untuk  mengisi Aki  yang  dilengkapi  dengan  detektor aki penuh

## RUMUSAN MASALAH
 Bagaimana  menghasilkan  tegangan keluaran yang konstan untuk pengisian aki
 Bagaimana merancang bangun  sebuah buck  converter dengan  tegangan  input sebesar 21V sehingga tegangan ouputnya menjadi 13V dengan kendali PWM  nya  adalah  mikrokontroller AVR ATMEGA 8535

## BATASAN MASALAH
 Sistem  ini  dirancang dengan  kendali PWM yang dihasilkan oleh
mikrokontroller ATMEGA 8535.
 Nilai duttycyle nya tetap sesuai dengan tegangan  output  yang  dibutuhkan untuk pengisian aki

## METODOLOGI
Metode yang digunakan dalam penyelesaian  tugas  akhir  ini  adalah melakukan  studi  literatur,  menentukan nilai dutycyle switching, pembuatan sistem dan  pengujian  sistem.  Rinciannya  adalah sebagai berikut :

## 1. Studi literatur
Mengumpulkan informasi dan referensi  yang  berkaitan  dengan  topik penelitian.
2. Menentukan nilai dutycyle switching Besarnya tegangan output akan ditentukan  oleh duttycyle pwm  yang dihasilkan oleh mikrokontroller. Untuk mendapatkan tegangan ouput 13V dari input  21V  maka  harus  ditentukan duttycyle sebagai berikut :
Diketahui :  V in = 21V V out = 13V Ditanya : duttycyle ? Jawab :   dutycyle = V out / V in
= 13V / 21V
= 0.6
Dalam  persentase  adalah:  0.6  x  100% = 60%
3. Pembuatan sistem
a. Rangkaian power supply
AC AN7805 1 3 2 7A 0 21 68 / 5W 100uf 220V output  5V output  21V Gambar 2. Power Supply
rangkaian diatas digunakan sebagai sumber tegangan. Trafo digunakan sebagai
penurun  tegangan  AC.  Sedangkan diode bridge digunakan sebagai penyearah tegangan  dari  trafo  tersebut.  Selanjutnya IC  AN7805  digunakan  sebagai  regulator yang  menghasilkan  tegangan  5V  DC. Tegangan  5V  DC  ini  digunakan  sabagai supply  untuk  sistem  minimum  ATMEGA 8535 b. Rangkaian Buck Converter

## Gambar 3. Buck Converter
Buck Converter  menghasilkan  tegangan output  yang  lebih  kecil  dari  tegangan masukan. Cara kejanya adalah :
1. Ketika  switch  closed  :  dioda  bekerja reversed/block  sehingga  suplai  input mengalir ke induktor juga ke beban.
2. Ketika switch opened : dioda bekerja forward/unblock sehingga energi yang disimpan di induktor dapat mengalir ke beban.
c. Rangkaian sistem minimum
Gambar 4. Sistem Minimum ATMEGA 8535
kegunaan  masing  masing  PORT  yang dipakai pada mikrokontroller:
PORT Kegunaan PORT PORTD.5 Sebagai output PWM PORTB.0 Sebagai output ke Buzzer PORTA.0 Sebagai Input masukan dari sensor arus

## d. Rangkaian sensor arus

## Gambar 5. Sensor Arus
Sensor  ini  memiliki  pembacaan  dengan ketepatan  yang  tinggi,  karena  didalamnya terdapat  rangkaian low-offset  linear  Hall dengan  satu  lintasan  yang  terbuat  dari tembaga.  cara  kerja  sensor  ini  adalah  arus yang  dibaca  mengalir  melalui  kabel tembaga  yang  terdapat  didalamnya  yang menghasilkan  medan  magnet  yang  di tangkap  oleh integrated  Hall  IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.
e. Program
Untuk  membuat program  control  alat ini, penulis menggunakan software BASCOM  AVR.  Software  ini  dapat digunakan  untuk  pembuatan  program control  bagi  mikrokontroller  keluarga AVR. Untuk memulai pemograman dengan  menggunakan  BASCOM  AVR yaitu  dengan  memilih  ‘create  a  new  file’ pada  header  halaman  awal  tampilan. Setelah  itu,  maka  kita  bisa  langsung
penurun  tegangan  AC.  Sedangkan diode bridge digunakan sebagai penyearah tegangan  dari  trafo  tersebut.  Selanjutnya IC  AN7805  digunakan  sebagai  regulator yang  menghasilkan  tegangan  5V  DC. Tegangan  5V  DC  ini  digunakan  sabagai supply  untuk  sistem  minimum  ATMEGA 8535 b. Rangkaian Buck Converter

## Gambar 3. Buck Converter
Buck Converter  menghasilkan  tegangan output  yang  lebih  kecil  dari  tegangan masukan. Cara kejanya adalah :
1. Ketika  switch  closed  :  dioda  bekerja reversed/block  sehingga  suplai  input mengalir ke induktor juga ke beban.
2. Ketika switch opened : dioda bekerja forward/unblock sehingga energi yang disimpan di induktor dapat mengalir ke beban.
c. Rangkaian sistem minimum
Gambar 4. Sistem Minimum ATMEGA 8535
kegunaan  masing  masing  PORT  yang dipakai pada mikrokontroller:
PORT Kegunaan PORT PORTD.5 Sebagai output PWM PORTB.0 Sebagai output ke Buzzer PORTA.0 Sebagai Input masukan dari sensor arus

## d. Rangkaian sensor arus

## Gambar 5. Sensor Arus
Sensor  ini  memiliki  pembacaan  dengan ketepatan  yang  tinggi,  karena  didalamnya terdapat  rangkaian low-offset  linear  Hall dengan  satu  lintasan  yang  terbuat  dari tembaga.  cara  kerja  sensor  ini  adalah  arus yang  dibaca  mengalir  melalui  kabel tembaga  yang  terdapat  didalamnya  yang menghasilkan  medan  magnet  yang  di tangkap  oleh integrated  Hall  IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.
e. Program
Untuk  membuat program  control  alat ini, penulis menggunakan software BASCOM  AVR.  Software  ini  dapat digunakan  untuk  pembuatan  program control  bagi  mikrokontroller  keluarga AVR. Untuk memulai pemograman dengan  menggunakan  BASCOM  AVR yaitu  dengan  memilih  ‘create  a  new  file’ pada  header  halaman  awal  tampilan. Setelah  itu,  maka  kita  bisa  langsung
penurun  tegangan  AC.  Sedangkan diode bridge digunakan sebagai penyearah tegangan  dari  trafo  tersebut.  Selanjutnya IC  AN7805  digunakan  sebagai  regulator yang  menghasilkan  tegangan  5V  DC. Tegangan  5V  DC  ini  digunakan  sabagai supply  untuk  sistem  minimum  ATMEGA 8535 b. Rangkaian Buck Converter

## Gambar 3. Buck Converter
Buck Converter  menghasilkan  tegangan output  yang  lebih  kecil  dari  tegangan masukan. Cara kejanya adalah :
1. Ketika  switch  closed  :  dioda  bekerja reversed/block  sehingga  suplai  input mengalir ke induktor juga ke beban.
2. Ketika switch opened : dioda bekerja forward/unblock sehingga energi yang disimpan di induktor dapat mengalir ke beban.
c. Rangkaian sistem minimum
Gambar 4. Sistem Minimum ATMEGA 8535
kegunaan  masing  masing  PORT  yang dipakai pada mikrokontroller:
PORT Kegunaan PORT PORTD.5 Sebagai output PWM PORTB.0 Sebagai output ke Buzzer PORTA.0 Sebagai Input masukan dari sensor arus

## d. Rangkaian sensor arus

## Gambar 5. Sensor Arus
Sensor  ini  memiliki  pembacaan  dengan ketepatan  yang  tinggi,  karena  didalamnya terdapat  rangkaian low-offset  linear  Hall dengan  satu  lintasan  yang  terbuat  dari tembaga.  cara  kerja  sensor  ini  adalah  arus yang  dibaca  mengalir  melalui  kabel tembaga  yang  terdapat  didalamnya  yang menghasilkan  medan  magnet  yang  di tangkap  oleh integrated  Hall  IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.
e. Program
Untuk  membuat program  control  alat ini, penulis menggunakan software BASCOM  AVR.  Software  ini  dapat digunakan  untuk  pembuatan  program control  bagi  mikrokontroller  keluarga AVR. Untuk memulai pemograman dengan  menggunakan  BASCOM  AVR yaitu  dengan  memilih  ‘create  a  new  file’ pada  header  halaman  awal  tampilan. Setelah  itu,  maka  kita  bisa  langsung
membuat  program.  Program  untuk  system ini adalah sebagai berikut:
Program header :
$regfile = "m8535.dat"
$crystal = 11059200
Ini  dimaksudkan  untuk  mengisikan  bahwa kita menggunakan controller AVR ATMEGA 8535.  Dan  Kristal  yg  kita gunakan  adalah  Kristal  eksternal  sebesar 11.059.200Hz.
Program utama PWM :
Config  Timer1  =  Pwm  ,  Pwm  = 8  ,  Compare A  Pwm  =  Clear Up , Prescale = 8 Pwm1a = 153
Dalam  sistem  ini hanya menggunakan 1 buah PWM yang mana outputnya dikeluarkan pada PORTD.5. untuk mendapatkan tegangan output sebesar 13V maka harus  mengatur duttycyle switching dengan tepat agar keluaran yang didapatkan sesuai  dengan  keinginan.
Dalam program diatas penulis menggunakan  timer  1  dan  menggunakan pwm  8bit  dengan  mode non  inverting. Untuk  mengatur  nilai duttycyle nya  maka penulis  mengatur  di  PWM1a.  Untuk merubah  tegangan  dari power  supply sebesar 21V menjadi 13V pada perhitungan duttycyle dibutuhkan duttycyle sebesar  60%.  Oleh  karena  itu  pada pembuatan program ini maka : Untuk duttycyle 0 – 100% berkisar dari 0 – 255  (karena  menggunakan  PWM  8bit). Jadi  untuk duttycyle 1%    maka    Pwm1a  = 255 / 100 = 2.55 Sehingga untuk duttycyle 60% maka Pwm1a nya = 60 * 2.55 = 153

## Program utama untuk aki penuh
Config Portb.0 = Output Config Porta.0 = Input Config Adc = Single ,
Prescaler = Auto Start Adc
Dim Current As Byte Do Current = Getadc(0) If Current < 122 Then Portb.0 = 1
Else Portb.0 = 0 Cls Loop End If Dari program diatas penulis memakai ADC 8bit yang berkisar dari 0 – 255  desimal  dengan  tegangan  input  dari sensor  yaitu  0 – 5V.  Dari  pengukuran tegangan  output  sensor  secara  manual didapat  ketika  aki  penuh  sebesar  =  2.3V. berarti  tegangan  output  dari  sensor  ketika aki  penuh  adalah  kecil  dari  2.4V, sedangkan V ref diberikan pada sebesar 5V. Untuk  tegangan  2.4V  maka  ADC  nya adalah :
Rumus : ADC = V in *255 / V ref
= 2.4V *255 / 5V
= 122
Cara  kerja  program  diatas  yaitu pertama semua port dikonfigurasikan dulu. Setelah  itu  data  dari  PORTA.0  akan dimasukkan  ke  variable  “ current ”,  setelah itu  data tersebut dicek apakah sudah kecil dari  122  desimal?  kalau  sudah  portb.0 akan  bernilai high dan buzzer berbunyi karena buzzer aktif high.  selain  dari pernyataan diatas portb.0 akan bernilai low (buzzer mati) dan kembali looping ke atas.

## 4. Pengujian sistem
1 2 3 4 5 IP+ IP- Vcc GND Vout +5V Cf CBYP 0.1uf ACS758 4.7uf IN4007 IRFP460 IRFP460 10K RF BD139 L AKI + - 680 680 A V Tegangan Input 21V TP2 dari mikrokontroller V TP4 TP3 Buck Converter Sensor Arus V TP1

## Gambar 6 Titik Pengukuran
Tabel 1 hasil pengukuran saat  pengisian ke aki 7A
1menit
2menit 4menit 8menit
15menit 30menit 60menit 180menit Waktu pengisian 1.1A 798mA 621mA
330mA 175mA 150mA
140mA
75mA 11.8V 12.8V 13V 13V 13V 13V 13.5V 13.5V off off off off off off off on 21V 21V 21V 21V 21V 21V 21V 21V 2.37V 2.42V 2.45V 2.51V 2.65V 2.78V 2.84V 3.1V TP1 TP2 TP3 TP4 Status Buzzer
Tabel  2 hasil  pengukuran  saat    pengisian ke aki 10A
1menit
2menit
4menit
8menit
15menit 30menit 60menit 195menit Waktu pengisian 1.2A 868mA 650mA 350mA 180mA 160mA 145mA 76mA 11.9V 12.5V 12.8V 13V 13V 13V 13.5V 13.5V off off off off off off off on 21V 21V 21V 21V 21V 21V 21V 21V 2.38V 2.45V 2.48V 2.55V 2.67V 2.78V 2.88V 3.2V TP1 TP2 TP3 TP4 Status Buzzer
Dari tabel pengujian, didapat hasil pengukuran arus pengisian ke aki yang besarnya akan berkurang jika waktu pengisian semakin lama. Buzzer berbunyi jika arus pengisian berkurang yang mengakibatkan tegangan output pada
sensor (TP4) kurang dari 2.4V. perbedaan tabel 1 dan 2 adalah terletak pada lamanya pengisian sampai buzzer berbunyi.

## Kesimpulan
 Buck  Converter  dapat  diterapkan sebagai  alat  pengisian  aki  dengan tegangan  konstan  yang  dilengkapi dengan detektor aki penuh
 Ketika  aki  kosong  arus  pengisian mencapai 1.2A dan tegangan pada aki 11.8V
 Aki  penuh  dan  buzzer  berbunyi  jika arus  pengisian  mencapai  76mA  , tegangan pada aki 13.5V dan tegangan output pada sensor kurang dari 2.4V
 Besarnya tegangan output yang dihasilkan  bergantung  dari  dutycyle nya
 Tegangan input 21V diturunkan menjadi 13Vdengan dutycyle 60%
 Apabila  aki  semakin  besar  maka waktu pengisiannya semakin lama
 Berkurangnya arus pengisian
bergantung dari waktu pengisian Saran
 Arus input yang diberikan sebaiknya lebih dari 5 Ampere
Pemakaian  alat  ini  lebih  efisien  jika  input tegangan diberikan dari solar cell dari pada dari power supply

## DAFTAR PUSTAKA
Wisnu.Adi. 1972. mikrokontroller ATMEGA 8535. UGM:Yogyakarta
Malvino. Albert Paul. 2003. prinsip- prinsip Elektronika, buku satu, penerbit Salemba Teknika: Jakarta
Winoto.Ardi. 2010. Mikrokontroller AVR
ATMEGA8/32/16/8535 dan pemogramannya, edisi revisi, informatika: Bandung
Rusmadi. Dedy. 1987. Pengenalan dasar elektronika, jilid 1,2,3. Sinar baru Del Fajar Utama : Bandung

## HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN