## RANCANG BANGUN UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY (UPS) 1300 VA
Oleh : Sulistyo Warjono dan Suryono Staf Pengajar Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Sudarto, SH. Tembalang Semarang 50275

## Abstrak
Kebutuhan  akan  energi  listrik  untuk  mensuplai  peralatan  elektronik  semakin  meningkat.  Banyak pemadaman listrik yang dilakukan pada daerah-daerah secara bergiliran  karena kapasitas beban sudah melebihi  kapasitas  yang  telah  ditentukan.  Energi  listrik  yang  disalurkan  oleh  PLN  kepada  konsumen tidak  selamanya  berjalan  baik,  sewaktu–waktu  energi  listrik  tersebut  dapat  padam.  Maka  perlu diupayakan  adanya  sumber  energi  listrik  alternatif.  Uninterruptible  Power  Supply  (UPS)  dimanfaatkan sebagai peralatan elektronik yang dapat bekerja dalam kondisi sumber energi listrik PLN padam. Dalam UPS  digunakan  peralatan  penyearah  yangberupa  bridge  rectifier  bertujuan  untuk  menyearahkan tegangan  ACmenjadi  tegangan  DC  yang  digunakan  untuk  pengisian  batere  (aki).    Untuk  mendapatkan tegangan listrik sebesar 220 Volt dari batere 12Volt diperlukan rangkaian inverter.
Kata kunci : AKI, DC charger, inverter, UPS

## 1. Pendahuluan
Di  Indonesia  pasokan  listrik  dikelola  oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN), distribusi listrik baik PLN maupun generator tidaklah mungkin  dapat  disediakan  secara  mutlak tanpa gangguan. Tidak dapat dijamin bahwa listrik  akan  konstan  dan  stabil.  Bagaimana cara mengatasi  gangguan yang terjadi  yang berakibat  terhadap  konsumen,  ataupun kalau  terjadi  gangguan  dapat  sesingkat mungkin  dan  segera  dapat  diatasi  sehingga pemakaian  listrik  akan  efisien.  Untuk  itu dibutuhkan Uninterruptible  Power  Supply (UPS),  yang  mempunyai  pengertian  bahwa bila  pasokan  listrik  mati  maka  perangkat tersebut  dapat  menggantikannya  sehingga beban tidak akan terganggu.
Pada  tulisan  ini  dibuat Uninterruptible Power Supply (UPS), dengan daya keluaran 1300  VA,  sesuai  daya  listrik  pada kebanyakan rumah tangga saat ini. UPS ini rectifier dan inverter selalu  bekerja,  tidak hanya  saat  listrik  padam  seperti  tipe  UPS lainnya.  Dengan  berkembangnya  teknologi UPS, maka alat tersebut diharapkan mampu memberikan  tegangan  regulasi  yang  baik serta  mampu  memberikan  arus  yang  cukup pada beban. Dengan demikian bila pemadaman listrik  terjadi, beban (peralatan elektronik)  tetap  mendapat  suplai  dan  tetap beroperasi sebagai mana mestinya
sehingga  peralatan  elektronik  tidak  mudah rusak.

## 2. Batere (Akumulator)
Batere  (Akumulator) adalah  sebuah  alat yang dapat menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Batere (Akumulatoryang  kemudian  disebut  aki) digunakan  sebagai  sumber  daya  untuk seluruh  sistem  kelistrikan  pada  suatu peralatan  listrik,  dan  juga  digunakan sebagai penyimpan energi listrik saat terjadi proses pengisian.
Aki terdiri dari beberapa sel, dalam standar internasional  setiap  satu  sel  memiliki tegangan  sebesar  2  volt,  sehingga  aki  12 volt memiliki 6 sel dan aki 24 volt memiliki 12  sel.Akibanyak  digunakan  pada  sepeda motor maupun mobil dan peralatan elektronik  yang  sering  berpindah.  Aki temasuk  sel  sekunder,  yang  menghasilkan arus  listrikdan  dapat  diisi  kembali,  aki terdiri  dari  elektrode  Pb  sebagai  anoda  dan PbO2  sebagai  katoda  dengan  elektrolit H 2 SO 4
3. Inverter
Inverter adalah  rangkaian  elektronik  yang digunakan untuk mengkonversikan tegangan  searah  (DC)  ke  tegangan  bolak- balik  (AC).  Ada  beberapa  cara  yang digunakan agar inverter mampu
menghasilkan sinyal sinusoidal, yang paling sederhana  adalah  dengan  cara  mengatur keterlambatan sudut penyalaan inverter. Rangkaian  inverter  sederhana  mempunyai tegangan  tinggi  dengan  kapasitas  yang cukup  besar.  Satu  jenis  inverter  sederhana yang  paling  banyak  digunakan  ialah inverter  DC  12  Volt  ke  AC  220 Volt,sehinggarangkaian inverter sangat diperlukan  dalam  kehidupan  sehari-hari. Karenanya  sekarang  telah  banyak  toko elektronik yang menjajakan invertel dengan ukuran yang kecil, harga yang murah, serta mempunyai  kapasitan  penyimpanan  watt yang  besar.                      Fungsi  inverter  secara awam  untuk  mengubah  arus  aki  jadi  arus listrik  PLN,  yang  dengan  begitu  dapat dijadikan  pengganti  listrik  saat  PLN melakukan pemadaman. Bisa juga dimanfaatkan  untuk  membangkitkan  listrik di daerah yang tidak ada listrik dari PLN. Sekarang  banyak  yang  menjual  inverter dengan  fasilitas Auto  Shutdown dan Low Baterry  Alarm ,  yang  bisa  memberikan tanda kondisi baterai yang digunakan.

## 4. Perangkat Alat
Disini  dibahas  tentang  perancangan  dan pembuatan Uninterruptible  Power  Supply (UPS) 1300 VA.
4.1. Penentuan Spesifikasi Alat
Spesifikasi  alat  yang  direncanakan  adalah sebagai berikut :
a. Bekerja padategangan satu fasa.
b. Daya keluaran 1300 VA.
c. Baterai  yang  digunakan  jenis  asam timbal dengan tegangan nominal
12Volt 65 Ah.
4.2. Perancangan Diagram Blok
Diagram  blok  merupakan  bagian  penting dalam  perancangan  dan  pembuatan  alat, dari  diagram  blok  dapat  diketahui  prinsip kerja  rangkaian.  Tujuan  lain  diagram  blok adalah  memudahkan  proses  perancangan dan  pembuatan  masing-masing  bagian, sehingga  terbentuk  sistem  yang  sesuai dengan perancangan  (seperti  dalam gambar 1.

## Gambar 1. Diagram Blok

## Keterangan :
Tegangan  220  V  dari  PLN  diubah  menjadi tegangan  searah  (dc)yang  digunakan  untuk mengisi  batere.  Saat  sumber  listrik  dari PLN  mati,  maka inverter bekerja  dan mengubah tegangan DC dari batere menjadi tegangan  AC  yang  dapat  dibebani  (lampu atau perangkat listrik yang lain). Mikrokontroler  mengolah  data    tegangan bateredan  menampilkannya ke LCD.

## 4.3. Perancangan Perangkat Keras
Perancangan  dan  pembuatan  perangkat keras  berupa  rangkaian charger aki, tampilan LCD, dan inverter.
Rangkaian Charger atau  alat  pengisi  aki berfungsi  untuk  menyearahkan  arus  bolak balikmenjadi  arus  searah,  seperti    terlihat pada gambar 2 berikut.
Gambar 2. Rangkaian charger
Rangkaian penyearah biasanyakeluaran diberi suatu filter kapasitor untuk menghilangkan  riak  gelombang  sehingga diperoleh tegangan dc yang stabil. Tegangan  yang  tersedia  mungkintidak sesuai dengan kebutuhan, sehingga diperlukan regulator tegangan yang berfungsi  untuk  menjaga  agar  tegangan tetap konstan pada nilai tertentu.
Tampilan  LCD  akan  menampilkan  besaran tegangan  dan  besaran  arus.  Besaran tegangan  diperoleh  dari  sensor  tegangan
yang  menggunakan  rangkaian  pembagi tegangan  pada  tegangan  jepitnya.  Sensor tegangan membaca tegangan dari 10 hingga 14  volt  dengan  keluaran  pada  tegangan jepitnya berkisar antara 3,5  hingga 5 volt.
Sedangkan  tampilan  arus  diperoleh  dari sensor  arus  (ACS712  dengan  jangkauan sampai5A).Pada  sensor  ini  arus  dilewatkan pada  pin  1  dan  2kemudian    pin  3  dan  4 dihubungkan kebeban. Sensor ini membutuhkan  tegangan  sumber  +5  Vdc pada pin 8 dan ground pin 5, dengan output pin 7 yang berupa tegangan dihubungkan ke ADC  (mikrokontroler)  untuk  ditampilkan pada  LCD.  Sensor  arus  ACS  712  terlihat seperti gambar dibawah ini (gambar 3).
Gambar 3. Pin sensor ACS712
Gambar 4. Karakteristik ACS712
Dari  karakteristik  ACS712  (gambar  4), pada  arus nol  (0)A  tegangan pada  keluaran 2,5  Volt,  jika  arus  naik  maka  tegangan keluaran  juga  naik  (seperti  grafik  gambar 4).
Inverter yaitu  suatu  instrument  elektronika yang  mempunyai  fungsi  untuk  merubah arus  tegangan  DC  menjadi  AC.  Rangkaian ini  juga  dapat  menaikkan  dan  menurunkan tegangan,  serta  menstabilkan  tegangan output yang sesuai dengan yang dibutuhkan.  IC  CD  4047  dirangkai  sebagai Astabil  Multivibrator  dengan  keluaran  kaki 10  dan  11  yang  berbeda  fasa  180 o sebagai
bias  transistor  Q5  dan  Q6  (TIP  122), sedangkan  Q1,  Q2,  Q3,  dan  Q4  digunakan untuk mendapatkan penguatan arus.
Keluaran masing-masing kolektor dihubungkan ke transformator untuk mendapatkan tegangan efektif 220
Volt(gambar 5).

## Gambar 5.Rangkaian inverter

## 4.4. Perancangan Perangkat Lunak
Pemrograman  mikrokontroler  arduino  ini menggunakan bahasa C
Diagram Alir Program
Gambar 6. Diagram alir
Berdasarkan  diagram  alir  mikrokontroler arduino diatas, program akan menginisialisasi  masukan  dan  luaran  dari arduino,kemudian  dilakukan  pembacaan dari  sensor  tegangan  untuk  luaran  akijika

## SELESAI
hasilnya  menunjukkan  nilai  rendah  berarti aki  mendekati  kosong  maka  arduino mengirim  logika  1(5  Volt)  ke  SSR yangakan  menghidupkan  SSR  sehingga charger ON dan mengisi ulang aki. Apabila hasilnya  menunjukkan  nilai  tinggi  berarti aki mendekati penuh maka arduino mengirim  logika  0  (0  Volt)  ke  SSR  untuk mematikan  SSR  sehingga charger OFF.
Hasil  pembacaan  tersebut  diolah  dan hasilnya ditampilkan dalam LCD.

## 5. Pengujian
Pengujian  dilakukan  dengan  pengukuran tiap blok rangkaian dengan tujuan mengamati apakah blok rangkaian  tersebut bekerja  sesuai  dengan  yang  diharapkan, yang  dilakukan  berdasarkan  pada  masing- masing rangkaian pendukung secara keseluruhan berikut ini.
a. Pengujian tegangan DC Charger
Pengujian  yang  dilakukan  pada  rangkaian charger DC dengan keluaran tegangan trafo dan  mengukur  keluaran  tegangan charger DC (tabel 1).
Tabel  1.Pengukuran  Tegangan  Keluaran charger DC
NO Keluaran  Trafo (Volt AC) Keluaran Charger (Volt DC) 1 18 14 2 16 13,5 3 14 12,5 4 12 12 5 6 5
Charger DC  pada  UPS  ini  menggunakan regulator  7812  dengan  keluaran  12  V. Dibutuhkan  tegangan  AC  dari  trafo  yang nilainya  lebih  besar  dari  tegangan  keluaran yang  diinginkan.  Maka  tegangan  keluaran dari  charger  DC  yang  terbaca  sebesar    14, 16,  dan  18  V.  Untuk  mengisi  ulang  aki dibutuhkan tegangan sebesar 13 V, sehinga dari  keluaran  IC  regulator  yang  berupa tegangan  12  V  ditambah  dengan  tegangan reverse dioda  seperti  pada  persamaan berikut:
V out = V regulator + 4V dioda – V cutoff transs
b. Pengujian Sensor Tegangan Pengujian dilakukan terhadap sensor tegangan dengan mengatur tegangan masukan dan mengukur tegangan jepit yang menjadi  masukan  pada  arduino,  seperti tabel 2.
Tabel 2.Pengukuran Tegangan sensor
NO Masukan tegangan  sensor (Volt DC) Masukan tegangan Arduino (Volt DC) 1 10 3,51 2 11,8 4,19 3 12 4,21 4 12,2 4,27 5 12,4 4,34 6 12,6 4,42 7 12,9 4,51 8 13 4,53 9 13,2 4,61 10 13,4 4,68 11 14 4,86
Sensor  tegangan  menggunakan  rangkaian pembagi  tegangan  dengan  menggunakan resistor 22 KΩ dan 10KΩ  dan dioda zener agar  tegangan  jepit  berada  di  bawah  5  V. Dengan penghitungan tegangan jepit sebagai berikut
c. Pengujian Tegangan Inverter
Pengujian  dilakukan  terhadap inverter untuk  mengetahui  masukan  dan  keluaran tegangan dan arus pada inverter (tabel 3).
Tabel  3.  Pengukuran  tegangan  dan  arus inverter
Tegan gan input (Volt) Arus input (A) Arus output (A) Tegang an output (Volt) Beban lampu (Watt) 12 0 0 240 0 12 8,2 0,5 210 100 12 15,4 0,6 210 200 12 24 1,2 210 300 12 32,6 1,5 220 400 12 40,8 2 220 500
d. Pengujian Charger
Pengujian Charger dilakukan  untuk mengetahui waktu  pengisian aki.
Tabel 4. Pengujian Charger
Arus Charger (A) Tegangan Charger (Volt) Lama Pengisian (Jam) 8 A 13,5 V 8,5 jam
Waktu pengisian aki dapatdihitung jam keterangan: t    : waktu pengisian aki (jam) Ah :  kapasitas aki ( AmpereHour) A   : arus pengisian (ampere)
e. Pengujian Gelombang
Pengujian gelombang dilakukan  pada masukan dan keluaran rangkaian Charger
Gambar 7. Gelombang masukan
Gambar 8. Gelombang keluaran
Dari  hasil  perhitungan  pemakaian  aki berdasarkan  beban  yang  digunakan  dapat dianalisis bahwa semakin besar beban yang digunakan maka semakin cepat pengosongan  kapasitas  aki.  Ini  berarti bahwa kemampuan aki sebagai sumber arus listrik  hanya  mampu  bertahan  berdasarkan beban yang digunakan .

## 6. Kesimpulan
Setelah  dilakukan  proses  perencanaan, pembuatan,  dan  pengujian  alat  dapat disimpulkan : UPS bekerja dengan masukan tegangan  DC  12  V  dan  mengubahmenjadi tegangan  AC  220  V.  Jika  ada  suplai  listrik dari  PLN,  maka  beban  langsung  mendapat tegangan  dari  PLN.  Tetapi  bila  listrik  PLN
mati maka inverter bekerja yang mengubah tegangan  DC  12  V  menjadi  tegangan  AC 220 V.
UPS  ini  digunakan  untuk  menyuplai  beban hingga  1000  VA,  jika  beban  yang digunakan lebih (maksimal1300 VA), maka hanya  dapat  bertahan  beberapa  menit  saja. Semakin kecil beban yang digunakan, maka waktu penggunaan UPS semakin lama.
Relay yang terdapat pada UPS inidigunakan sebagai switch ,  yang  akan  mengalihkan beban dari PLN ke inverter dan sebaliknya.
Penampilan  pada  LCD  adalah  arus  dan tegangansensor,ditampilkan  pula  jumlah daya  yang  ada,  dan  jumlah  daya  per  jam yang terjadi.

## DAFTAR PUSTAKA
Ahmad Afiv S.  Ir. M. Zaenal Efendi, MT.Ir
Suryono, MT.2010. Interuptible Power  Supply  Menggunakan  Flyback Converter  Sebagai  PFC  Converter . Surabaya: ITS. Kadir Abdul.1993. Pengantar Teknik Tenaga Listrik . Jakarta: Ikapi Millton  Gussow.2006. Dasar-dasar  Teknik Listrik. Jakarta: Erlangga.
Paul Malvino, Albert. 1993. Prinsip-prinsip Elektronika .Jakarta:Erlangga.
S,  Wasito.  1995. Vademekum  Elektronika. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Yustisia,  Lexi.2011. UPS  Untuk  Beban (900VA)
Berbasis Mikrokontroller .Surabaya: PENS.
Zulal,  Zhanggischan.2004. Prinsip  Dasar Elektronik .Jakarta : PT Gramedia.