Mengukur arus menggunakan volt meter

Mau mengukur arus untuk test load SMPS tetapi tidak punya amperemeter yang memadai?
ada multimeter tapi batas ampere pada multimeter terbatas
clamp meter (tang amper) DC harganya dirasa cukup mahal?

Dengan perhitungan matematis sederhana dan dengan bantuan R shunt kita dapat mengukur arus menggunakan voltmeter

alat yang dibutuhkan
– multimeter minimal 1 buah, sebaiknya 2 buah, satu untuk mengukur tegangan di Rshunt satu lagi untuk mengukur drop tegangan
– shunt resistor, bisa menggunakan resistor yang umum dipasaran

skema pemasangannya seperti gambar dibawah ini
1 multimeter dipasang pada ujung beban dan ujung R shunt (R shunt merupakan bagian dari beban)
1 multimeter dipasang pada R shunt

sebagai contoh saya menggunakan multimeter constant (warna kuning) untuk mengukur tegangan keseluruhan
multimeter zotek untuk mengukur tegangan pada R shunt (mengukur arus)
R shunt menggunakan resistor 0.1 ohm 5 watt
Dengan sumber tegangan 10.27V
Beban menggunakan 2 buah resistor 20 ohm 10watt di paralel (terukur 10.4 ohm)
Didapat tegangan pada R shunt sebesar mV
maka arus yang mengalir = Vshunt/R shunt = 97.3mV/0.1ohm = 973 mA

Disakah untuk mengukur arus yang lebih besar?
Dengan resistor 5W 0.1 ohm maka maksimal arus yang dapat diukur = √(P/R) = √(5/0.1) = 7A
untuk mengukur arus yang lebih besar dapat dilakukan dengan memparalel R shunt sehingga memperkecil nilainya

apakah bisa untuk tegangan lebih tinggi?pada dasarnya tidak masalah untuk tegangan lebih tinggi selama rating daya R shunt tidak terlampaui

Rangkaian startup untuk SMPS (lagi)

Pada postingan ini saya mencoba membagikan (lagi) alternatif teknik startup untuk SMPS TL494 (bisa juga diterapkan untuk SG3525 maupun chip lain)

Pada postingan sebelumnya saya membahas 2 teknik startup yang sudah saya coba sendiri. https://restovarius.wordpress.com/2018/06/24/rangkaian-startup-untuk-smps-dengan-proteksi-pulse-startup/

Sebenarnya jika menggunakan chip generasi baru akan lebih mudah tidak memusingkan teknik startup, misalnya chip L6599 hanya cukup menggunakan resistor 220K 1W untuk startupnya, IC ini sangat ringan arus startupnya. Teknik ini tidak bisa diterapkan untuk SMPS yang menggunakan TL494+IR2110 (paling tidak ini yang saya coba) karena membutuhkan arus start yang relatif lebih besar.

Mungkin ada pembaca yang bertanya-tanya mengapa saya tidak pernah menggunakan power supply sendiri misalnya smps kecil untuk menyuplai chip SMPS?

Contoh smps kecil : https://restovarius.wordpress.com/2017/06/22/smps-kecil-dengan-ic-top224/

Dari sudut pandang saya (subjektif, bisa jadi saya salah) jika SMPS digunakan untuk keperluan Audio, maka sumber frekuensi lain saya anggap sebagai sumber noise.
Katakanlah saya mendesain SMPS menggunakan chip TL494, maka saya punya satu sumber noise dari osilator TL494 ini.
Jika saya tambahkan SMPS kecil untuk catuan TL494 maka saya akan mempunyai dua sumber noise. Jika saya tambahkan PFC controller maka saya akan punya 3 sumber noise.
Inilah salah satu alasan kenapa saya tidak pernah membuat SMPS dengan PFC, meskipun sebenarnya saya punya IC nya, simulasi dan desain PCB nya (yang tidak pernah saya cetak).
Alasan lain saya tidak/belum tertarik dengan PFC karena di Indonesia sejauh pengetahuan saya belum ada regulasi yang “memaksa” pelanggan listrik rumahan untuk menggunakan PFC jadi saya mengabaikan Power Factor selama tidak ada masalah dengan kapasitas listrik (dan tagihannya) dan pengunaan audio di rumah saya (untuk ukuran saya pribadi sudah cukup) ukur rata-rata hanya dibawah 50 watt.

Kembali ke masalah startup, saya lihat DIYers lokal kebanyakan masih memakai IC TL494 dan SG3525, jadi saya merasa mengembangkan fitur untuk chip ini masih cukup menarik.
mungkin DIYers lokal kebanyakan hanyalah follower, mengikuti desain dari salah satu desainer. Padahal menurut saya jika beralih ke chip yang lebih modern, misalnya L6599 (NCP1396/7 dll) akan lebih memudahkan, mungkin L6599 terlihat rumit, padahal L6599 bisa juga diterapkan untuk Halfbridge biasa (hard switching, non resonant).

Cara kerja teknik startup kali ini sebagai berikut :

  1. R1 dan D3 mencharge C1 sampai penuh sebesar tegangan zener D1 (24V)
  2. R4, R6, C2 diatur sedemikan rupa setelah C1 penuh baru meng”ON” kan TL431, ketika TL431 konduksi maka optocoupler akan “ON”
  3. Output optocoupler mendrive Q2 dan Q1 yg disusun secara darlington.
  4. Zener D2 (15V) meregulasi tegangan menjadi sekitar 13,6V (karena dikurang 2x Vbe).
  5. Dalam simulasi dengan beben R7 (220 ohm) dapat mengalirkan arus sampai 20mA sekitar 70ms,dengan arus R1 hanya 3,3mA.
  6. Saya simulasikan sudah cukup men-start TL494+IR2110 dengan mosfet IRFP460.
  7. Ketika SMPS sudah hidup sistem disuplai melalui lilitan extra (AUX) lewat R2 dan D4.
  8. Rangkaian ini baru sebatas konsep dan berjalan baik di simulasi, saya sendiri belum mengaplikasikannya langsung

rangkaian startup masih sebatas desain simulasi

jika start gagal maka proses akan berulang tiap 5 detik

alternatif lain tanpa menggunakan optocoupler

Catatan : tegangan dari auxiliary winding harus lebih besar dari tegangan zener D1 agar proses startup berhenti ketika SMPS sudah hidup.

Dengan pemilihan R1 yang tepat sehingga ketika kondisi IC controller smps (ic pwm) dalam keadaan standby (misalnya terjadi proteksi), maka nilai R1 sebaiknya : R1<310/arus_standby agar tidak terjadi start berulang

Kedua rangkaian diatas merupakan rangkaian startup yang sudah tergabung dengan regulator untuk auxiliary supply

Dummy load untuk pengetesan SMPS

Setelah mendesain dan merakit SMPS tentunya dilakukan pengujian dulu sebelum digunakan untuk menyuplai suatu rangkaian. untuk itulah diperlukan adanya dummy load.

Beberapa barang/alat di sekitar kita bisa digunakan sebagai dummy load

1. Kawat Nikelin
bisa dibeli di toko-toko elektronik

contoh kawat nikelin, bisa dibentuk spiral agar tidak memakan tempat, kawat nikelin akan membara ketika dalam pengetesan

2. Power Resistor
resistor wirewound yang digulung pada batang keramik

contoh power resistor yang dicelup ke dalam air, air bersifat konduktif, nilai resistansi akan turun, akan lebih baik jika menggunakan oli baru atau minyak goreng.

3. Elemen pemanas
Elemen seterika, elemen pemanas air dll
Saya lebih suka menggunakan elemen celup, selain praktis pembuangan panasnya pun mudah, cukup dengan seember air. jika dirasa terlalu panas bisa menambahkan air sewaktu-waktu

contoh pemanas celup 220V 1000W

4. Air garam
Dummy load menggunakan air dengan garam dapur lebih cocok untuk arus AC, misalnya untuk tes beban genset, atau pemancar sebagai pengganti antenna.
Untuk arus DC dikhawatirkan akan terjadi elektrolisa air garam dan menghasilkan gas klorin yang beracun (mematikan). Kalaupun untuk mengetes SMPS sebaiknya langsung dari sekunder trafo tanpa dioda dan kapasitor, karena keluaran dari sekunder trafo masih AC dan tetap waspada jika timbul gas.

untuk contohnya bisa buka pencarian youtube dengan kata kunci “saltwater dummy load”

5. RF power resistor
Resistor flange 50 ohm ini jika baru harganya cukup mahal, saya membeli kondisi bekas dengan harga yang sangat murah, kelebihan dari resistor ini adalah mudah di pasang pada heatsink, akan tetapi kebanyakan dari resistor ini body nya adalah salah satu kaki resistor.

contoh RF power resistor 50ohm 150W per pcs. A-C 50ohm 150W, B-C 50ohm 150W,  A-C 100ohm 300W, (A parallel B)-C 25ohm 300W

6. Elektronik dummy load
Menggunakan transistor atau mosfet bisa juga dengan tambahan power resistor. mosfet atau transistor berfungsi layaknya variable current sink.

https://restovarius.wordpress.com/2017/03/22/variable-dummy-load-konsep/

Perlu diingat, daya akan terbuang menjadi panas, dummy load mungkin perlu didinginkan.
Beberapa caranya menggunakan :
heatsink
angin : kipas
cairan : air (konduktif), oli (non konduktif)

Membuat amperemeter sederhana yang cukup akurat

Untuk mengukur atau mengetes beban SMPS selain diperlukan voltmeter diperlukan juga amperemeter.

Umumnya multimeter hanya dilengkapi amperemeter dengan batas maksimum 10A. mengukur arus bisa juga menggunakan clamp meter (tang amper), namun tang ampere DC harganya masih cukup mahal.

Ada beberapa teknik mengukur arus, misalnya menggunakan R shunt. namun kali ini saya akan mencoba menggunakan sensor arus hall effek dari Allegro microsystems.

Saya mempunyai sensor arus berbasis chip ACS712 30A, modul ini banyak tersedia di onlineshop dengan harga 20-30rb. jika ingin sensor dengan kemapuan arus yg lebih besar bisa memakai seri ACS758, ada 50, 100,150 dan 200A.

Untuk menggunakan modul ACS712 ini dengan peralatan seadanya dibutuhkan :

  • modul ACS712-30A
  • baterai kotak 9V
  • IC 7805
  • Multimeter  (AVO meter)
  • smps yang akan diuji
  • dummy load : resistor power, lampu, kawat nikelin dll
  • kalkulator (untuk membantu hitungan)

untuk penjelasannya silahkan lihat gambar di bawah ini

  • IC 7805 digunakan untuk menurunkan tegangan dari baterai 9V (bisa diganti sumber lain) menjadi 5V untuk supply modul ACS712
  • Multimeter dihubungkan ke bagian out dan bagian GND modul sensor seperti pada gambar, atur pada posisi voltmeter pada skala 20V
  • ACS712 30A memiliki sensitivitas 66mV/A
  • Sensor ini bersifat bidirectional, dalam keadaan tidak ada arus, keluaran sensor akan sebesar VCC/2 atau 2.5V

contoh :

voltmeter menunjukan angka 3V, berapakah arus terbaca?

arus terbaca = (3V-2.5V)/66mV/A

= 0.5V/66mV/A

= 500mV/66mV/A = 7,575A

Membuat DC Power Meter Digital

Saya tergerak membuat DC Power meter sendiri karena dari beberapa kali membeli Power meter buatan china ternyata tidak akurat.

saya berusaha membuat sistem ini sesederhana mungkin, hanya menggunakan microcontroller ATmega8, menggunakan sensor arus Hall efek dari alegro untuk membaca arus, menggunakan resistor divider untuk membaca tegangan.

sementara ini power meter baru jalan sebatas simulasi, ketika sudah selesai dibuat baru akan saya upload firmware nya

Rencana tampilan LCD power meter

Skema :

PWRMTR

PCB :

PWRMTR_BOARD

Firmware :

silahkan email ke restovarius at gmail dot com

implementasi :

MOSFET amplifier by res

Beberapa waktu yang lalu saya sempat mendesain beberapa amplifier yang menggunakan mosfet untuk penguat akhirnya, ada yang sempat saya buat dan ada yang berhenti sampai pembuatan PCB bahkan ada yg berhenti dalam proses simulasi.

Dalam postingan ini saya akan mencoba membagikan beberapa desain, daripada saya simpan sendiri akan lebih bermanfaat jika bisa digunakan orang lain. Perlu diketahui juga saya bukan orang yang fanatik dengan suatu “karakter audio” tertentu misalnya suaranya mirip ampli tabung dll, saya hanya “bersenang-senang”, saya juga bukan yang ahli dalam mendesain.

Saya mengakui jika desain ini bukan murni dari otak saya 100% tetapi terinspirasi/mengadopsi dari merek2 terkenal. Jadi kalau pembaca mencoba dan sepertinya hasilnya “biasa-biasa” saja saya harap anda maklum.

Entah mengapa saya menyukai mosfet amplifier, sepertinya (subjektif) mid dan treble nya lebih “rame” saja

1. Mosfet amplifier dengan output stage menggunakan N-MOSFET semua

  • Sebut saja NMOS-ONE (barangkali nanti saya upload versi lain, tinggal diganti TWO, THREE… dst 🙂 )
  • Kelas AB hanya menggunakan N MOSFET
  • Inspirasi datang dari Luxman M120A / Onkyo TX-NR906
  • Dilengkapi speaker protector dalam 1 PCB
  • Saya sudah membuatnya dan langsung “bunyi” ketika pertama kali dihidupkan, tetapi belum mengetesnya lebih jauh
  • Di test menggunakan Mosfet IRFP250N
  • skema : nmos-one_sch
  • PCB: nmos-one_board

2. Mosfet amplifier komplementer dengan double bootstrap

  • Menggunakan N dan P channel mosfet, IRFP240 dan IRFP9240
  • Terinspirasi dari NAD C272
  • Dengan adanya bootstrap sinyal output bisa mendekati tegangan supply
  • Sampai tahap desain PCB
  • Skema (belum di test) : MOS-AMP-DOUBLE-BOOTSTRAP_by res

3. Mosfet amplifier kelas H

 

Reverse engineering SMPS 12V 10A generik (china), IC KA7500 ( TL494 )

Saya mencoba mengekstrak skema dari SMPS generik 12V 10A buatan china.

Dibawah ini adalah foto SMPS tersebut :

diatas PCB tertera tulisan : U4-A31001   PCB180-V2.0

*masih mungkin terdapat kesalahan dalam pembuatan skema, karena saya membuat skema ini sendiri tanpa ada yang mengoreksi. jika ada kesalahan pembaca dipersilahkan mengoreksinya.

SMPS ini saat pertama kali bekerja (startup) menggunakan self osilasi (royer oscillator), setelah SMPS hidup dan IC KA7500 mendapat supply, kerja PWM diambil alih oleh IC KA7500

Skema :

skema dalam bentuk file PDF : SMPS 12V 10A china

 

LC Series Resonant Converter menggunakan TL494

Setelah membuat LLC resonant converter saya tertarik membuat yang “lebih sederhana” yaitu LC series resonant converter.

Saya memilih menggunakan TL494 karena ini merupakan Ic legendaris (dari tahun 70an) sejuta umat SMPS,

Untuk gate drive saya akan menggunakan IR2110, alasannya :

1. Saya punya stok tidak terpakai

2. Tinggal solder tidak seperti GDT yang harus gulung-gulung. sebenarnya bisa saja memkai GDT, hanya saya sedang malas saja.

LC series ini konsepnya cukup sederhana, dari smps halfbridge konvensional ditambahkan external inductor Lr kemudian C kopling (yg biasanya 1 uf) disesuaikan nilainya menjadi kapasitor resonansi. Tujuannya adalah untuk membuat gelombang arus yang melewati trafo berbentuk sinus.

Ada 2 macam mode dalam smps ini yaitu mode ZVS (Zero voltage switching), mosfet di on kan dalam keadaan tegangan ketika VDS = nol, yang kedua ZCS (Zero Current Switching), mosfet di on kan dalam ketika IDS = nol.

Smps ini hanya memiliki 1 frekuensi resonansi, berbeda dengan LLC yang mempunyai 2 frekuensi resonansi.

LC converter memiliki gain <1 (kurang dari1) , sedangkan LLC converter diatas Fr1 gain akan<1 dibawah Fr1 gain >1

Sebenarnya smps jenis ini sudah dipakai beberapa pabrikan sperti Yamaha, C audio, Crown dll.

Saat ini mungkin popularitas LLC diatas LC series, setiap mencoba pencarian LC series ini di google selalu diarahkan ke LLC. smps LLc populer seiring dengan makin banyaknya penggunaan pada LCD/LED TV.

Sumber pustaka mengenai LC series resonan akan saya cantumkan pada referensi pada bagian bawah halaman ini.

Dari tulisan ini harapannya penghobi smps di indonesia bisa membuat sendiri smps resonant dengan mudah (hanya perlu perhitungan matematika sederhana) dengan komponen yang mudah didapat.

PCB di desain dengan single layer agar mudah dibuat.

……dilanjut lain waktu, pcb masih dalam proses desain…..

yang mau intip skemanya dulu silahkan : Tl494_IR2110-SRC_ZVS_V2_RES

kalau mau buat juga silahkan daripada nunggu saya kelamaan

  • saya memilih menggunakan MOSFET daripada IGBT karena smps ini di desain bekerja dalam mode ZVS dengan frekuensi switching sedikit diatas frekuensi resonansi. IGBT lebih cocok untuk mode ZCS.
  • softstart menggunakan IC 555 sepertinya tidak perlu lagi, saya sudah mensimulasikan dengan cara lain yang jauh lebih sederhana. akan diterapkan di skema final nantinya
  • dibawah ini bentuk gelombang arus pada Lr kurva warna biru , tegangan di Cr (kurva hijau), dan tegangan pada titik tengah halfbridge (merah). gelombang ini dalam keadaan bebean sekitar 1920 watt (dalam simulasi)

26-01-2020 : sampai sekarang saya belum sempat melanjutkan versi Tl494 ini

saya sudah berhasil mencobanya pada SMPS IR2153 saya dengan menambahkan resonant induktor dan resonant kapasitor.

SMPS IR2153 ini bekerja dengan switching frekuensi 60kHz, frekuensi resonansi dipilih sedikit dibawah frekuensi switching (Fr<Fs), dengan Lr 21uH dan Cr 440nF (2x220nF) maka frekuensi resonansinya sekitar 52kHz

 

SMPS Ir2153 tampak atas

SMPS IR2153 dengan penambahan komponen resonansi

tegangan pada kapasitor resonant berbentuk sinusoidal

 

 

 

2SC5200 palsu

Beberapa hari yang lalu saya membeli beberapa transistor 2SC5200 secara online. dari foto terlihat marking pada body tampak ada hfe kode, lot kode yang kelihatan meyakinkan. seller sendiri pun tidak menyatakan barangya ori atau KW, hanya menyatakan sesuai dengan foto.

Disini saya juga tidak akan menyalahkan seller karena saya sendiri juga tidak menanyakan apakah barang tersebut ori atau KW, saya hanya meyakinkan kalau barang tersebut sesuai foto, dan yang saya terima pun sesuai foto. Saya hanya berpikir mungkin dijual sedikit lebih murah karena kondisinya “Duda” tanpa pasangan 2SA1943.

berikut foto-fotonya dibawah :

1. tampak depan serasa tidak ada yg aneh

2. perasaan curiga muncul dari kondisi kaki yang kurang rapi tampak seperti sambungan

3. untuk lot code yang sama rentang hfe biasanya tidak berbeda jauh tapi ini cukup jauh

4. Palu bertindak

ZONK!…..adanya karet silikon putih dan ukuran DIE yang kecilmenunjukan kalau transistor ini palsu

ZONK!!! semua

Nostalgia Rangkaian Tone Control 007

Saya sebut ini nostalgia karena merupakan salah satu rangkaian di awal2 saya hobi elektronika lebih dari 20 tahun yang lalu. Pada waktu itu pengetahuan baru sebatas merakit dan modifikasi dengan coba-coba mengganti nilai komponen.

Dulu saya mengenal PCB ataupun kit 007S dan 007T dari produk Ronica dan Gema.

Pada kesempatan ini saya mencoba mensimulasikan respon frekuensi dari tone control 007 ini. Saya hanya melakukan simulasi, tidak melakukan perakitan kembali.

Sebagai catatan dalam simulasi ini :

  • Transistor saya memakai 2N5551 karena kebetulan ada model 2N5551 versi Bob Cordell
  • Rangkaian disederhanakan tidak menyertakan rangkaian loudness dan filter
  • Catuan menggunakan 24V (saya coba dengan 12 volt pun responnya sama) pada rangkaian asli catuan 30-42V diturunkan dengan resistor 2K2

Dibawah ini merupakan rangkaian tone control 007 yang disimulasikan.

Q1 dengan konfigurasi common collector memiliki penguatan tegangan = 1. Jadi rangkaian Q1 berfungsi non inverting sebagai buffer, sedangkan rangkaian Q2 (common emitter) bersifat inverting dengan respon penguatan sesuai rangkaian tone control.

Respon frekuensi di plot dengan potensio (bass dan treble) dari posisi minimum ke maksimum dengan step tiap 10%.

Pada rangkaian asli dengan C5 sebesar 10uf didapat respon frekuensi seperti gambar dibawah.

Dari gambar diatas terlihat respon frekuensi sekitar 20Hz terlihat teredam.

Saya mencoba melakukan tweak dengan merubah C5 menjadi 100uf untuk merubah respon pada frekuensi rendah (bass). Menjadi seperti gambar dibawah ini.