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

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 :

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.

Pengembangan lanjutan dari Halfbridge LLC resonant converter menggunakan IC L6599 (1000W)

Note : File skema dan PCB ada di bagian paling bawah

Chip mungil (SMD, SO16N) ini menurut saya “cukup menyenangkan” untuk di oprek dan dikembangkan. Dengan chip ini mampu membuat SMPS untuk output sampai 500W.

Namun chip ini juga mempunyai keterbatasan kemampuan arus keluaran hanya -300/800 mA untuk high side dan low side yang mungkin akan kurang optimal untuk mendrive mosfet dengan input kapasitansi yang besar.

Sebenarnya chip ini sudah dilengkapi rangkaian bootstrap secara internal menggunakan mosfet dan dioda. di datasheet disebutkan bahwa dioda bootstrap external (ultrafast recovery) dapat ditambahkan untuk mengoptimalkan, karena drop tegangan karena mosfet bootstrap mencapai 2.7V.

Untuk mengatasi keterbatasan arus keluaran dan meningkatkannya ditambahkan rangkaian transistor totem pole sebagai penguat arus. Penambahaan dioda bootstrap (UF4007) untuk mengatasi drop tegangan dari 2.7V ke 1.7V (tegangan forward dari dioda).

Di project sebelumnya saya menggunakan core ferrite EER4220 untuk trafonya,
Ada yg unik dari core ini karena meskipun secara fisik lebih kecil dari ETD49 tetapi luas core areanya lebih besar dibanding ETD49, jadi saya berpikir kenapa tidak dicoba untuk daya 1000W atau lebih?

Project sebelumnya : https://restovarius.wordpress.com/2019/02/19/500w-halfbridge-llc-resonant-smps/

Berikut ini perubahan/peningkatan yang dilakukan :

1. Bagian Totem Pole
Tersusun dari pasangan transistor NPN dan PNP sebagai penguat arus, menggunakan transistor SS8050/8550.
Beberapa contoh transistor yang bisa dipakai untuk totempole diantaranya :
SS8050,SS8550
BD139,BD140
2SA1020,2SC2655
BC635,BC636

2. Kapasitor primer
Kapasitor primer menggunakan patokan sekitar 1uF per watt. Dari sebelumnya 470uf/450V saya tambahkan (paralel) satu lagi 470uf/450V. Total 940uF

3. Bagian OCP/OLP
Terdapat penyesuaian nilai komponen, silahkan cek skema dibawah

4. MOSFET
Saya mengganti mosfet dari IRFP450 menjadi STW20NM50 yang memiliki Rdson yang lebih rendah

5.Komponen lain
Untuk komponen lain masih sama seperti project sebelumnya, silahkan cek pada skema di project sebelumnya.

Dibawah ini skema untuk penambahan Totem pole

Hasil Pengetesan :
Pin 770W, Pout 704W, efisiensi 91,5%
Pin 1149W, Pout 1027W, efisiensi 89,3%
Pin 1185W, Pout 1050, efisiensi 88,6%

foto penambahan transistor driver :

Foto Penambahan kapasitor :

*catatan :
– Kadang saya memilih tipe atau nilai komponen hanya karena saya punya stok, bukan berarti komponen tersebut yang paling bagus
– Saya hanya akan membagikan skema saja agar pembaca makin pintar bisa buat PCB layout sendiri. Saya mengamati fenomena banyak PCB layout beredar tetapi tidak ada skemanya
– Untuk beban kontinyu disarankan SMPS dilengkapi dengan kipas pendingin

– Hati-hati dengan chip L6599 palsu!

– Saya mengamati dari datasheet chip HR1000A memiliki pin yang sma dan fungsi yang mirip dengan L6599A dengan output current mencapai 1.5A/2A (source/sink) mungkin bisa dijadikan alternatif upgrade tanpa penambahan driver transistor http://www.monolithicpower.com/hr1000a.html

PCB V2, 1000Watt nya beneran bukan kaleng2

terukur lebih dari 1100W dengan efisiensi 86% pada daya tersebut

foto pcb V2 :

Skema dan pcb : L6599 V2 by res

 

 

Disipasi daya tanpa heatsink

beberapa kali saya mengamati ada orang yang merakit (mungkin hanya sekedar mencoba) amplifier atau SMPS akan tetapi tidak memasang heatsink sama sekali pada transisitor final amplifier atau pada mosfet SMPS

transistor/mosfet ketika bekerja akan mengeluarkan panas (terutama jika difungsikan sebagai amplifier, bekerja di daerah linier).

Pertanyaanya seberapa besar panas yang dapat dibuang (di disipasikan) oleh transistor tersebut tanpa heatsink?

Pmax = (Tj(max) – Ta)/Rth(JA)
Tj(max) : maximum junction temperature (cek datasheet)
Ta : 25°C
Rth(JA) : junction-to-ambient thermal resistance (cek datasheet)

contoh 1 : IRF740 (TO-220)
Tj(max) : 150°C
Rth(JA) : 62°C/W
Pmax = (150-25)/62 = 2,02W

contoh 2 : IRFP460, IRFP250, IRFP350, dll (TO-247)
Tj(max) : 150°C
Rth(JA) : 40°C/W
Pmax = (150-25)/40 = 3,125W

contoh 3 : 2SK2698 (TO-3P)
Tj(max) : 150°C
Rth(JA) : 50°C/W
Pmax = (150-25)/50 = 2,5W

nilai Rth(JA) tergantung dari package/kemasan transistor, misalnya TO-247, meskipun part numbernya berbeda biasanya memiliki nilai Rth(JA)yang sama atau tidak berbeda jauh

Speaker protector dengan AC detect

pengaman speaker (speaker protector) paling tidak harus memenuhi kriteria berikut

  1. on delay : memberi jeda waktu (on relay) sebelum speaker terhubung ke amplifier
  2. fast off : seketika memutus hubungan speaker ke amplifier ketika power dimatikan
  3. DC detect : mendeteksi adanya tegangan DC pada output amplifier untuk mencegah kerusakan pada speaker (misalnya karena output transistor short)

point 1 dan 2 untuk menghilangkan bunyi “jeduk”

point 1 dan 3 secara umum sudah terdapat di kit-kit atau rangkaian yang ada di pasaran lokal.

sedangkan pada point 2 pada kit2 lokal kurang teroptimalisasi, kebanyakan untuk mempercepat off skema/kit lokal menggunakan trafo terpisah untuk rangkaian protektornya dengan mengecilkan kapasitor regulatornya (kisaran 100uf)

saya akan mencoba menerapkan rangkaian pendeteksi AC yang akan mendeteksi tegangan AC sehingga ketika amplifier dimatikan seketika juga relay protektor akan off.

dengan adanya rangkaian pendeteksi tegangan AC ini juga akan membuat catuan protektor lebih fleksibel misalnya dengan menggabungkannya dengan catuan amplifier sehingga tidak memerlukan trafo tambahan

untuk skema seperti dibawah ini :

Speaker protector V1_by res

Q5 dan Q6 berfungsi sebagai saklar/relay driver,akan on jika tegangan di C5 mencapai 9,4V (Vz+2Vbe)

jeda waktu ditentukan oleh R6 dan C5, makin besar makin lama, penentuan R6 harus memperhitungkan kebutuhan arus untuk relay,jika terlalu besar juga tidak bisa on

R1,R2,R4,C2,C3,Q2,Q3 medeteksi adanya tegangan DC pada output amplifier baik positif maupun negatif

D1,R3,R5,C1,Q1 berfungsi sebagai AC detector,kalau tidak dipakai hubungkan AC_detect ke +24V/VCC atau cabut Q1

desain PCB (belum ditest) Speaker protector V1_pcb

contoh impelementasi :

Audio amplifier yang menggunakan SMPS : unregulated atau regulated?

Ini sebenarnya juga pertanyaan untuk saya sendiri
apakah SMPS sebaiknya unregulated atau regulated, khususnya jika dipakai untuk menyuplai audio power amplifier class AB atau B?

Saya mencoba mempelajari sistem SMPS dari pabrikan2 terkenal
dan saya coba mengambil kesimpulan sebagai berikut :

  • Untuk amplifier class AB umumnya mempunyai PSSR yang sangat bagus, sinyal output tidak akan mengalami perubahan meskipun tegangan supply naik turun asal sinyal tidak sampai mengalami clip.
  • Amplifier juga merupakan beban yang sangat dinamis (lonjakan arus tiba2) sehingga cukup sulit untuk meregulasi outputnya.
  • Hampir semua pabrikan memakai SMPS unregulated untuk kelas AB
  • Untuk kelas D pabrikan seperti yamaha menambahkan PFC boost converter di depan smps halfbridge unregulated.
  • Uniknya, beberapa pabrikan besar masih memakai chip smps generasi pertama yaitu TL494 (sekitar akhir 70an) dan chip generasi kedua SG3525.

Berikut daftar singkat amplifier yang menggunakan SMPS :

1. Yamaha
– Yamaha EMX5000 : Halfbridge, unregulated, chip : IR2153
– XMV8140 (class D IRS2092) : halfbridge, unregulated, SG3525 dengan PFC regulator
– T5n (EEEngine) : halfbridge, unregulated, SG3525
– XP5000 (EEEngine) : halfbridge, unregulated, SG3525
– PC9501 (EEEngine) : halfbridge, unregulated, SG3525
– YST-SW800 : self oscillating, halfbridge, unregulated

2. C-audio
– Pulse series : halfbridge, unregulated, SG3525

3. Crown
– CTS 4200A : halfbridge, unregulated, SG3525

-CTS600, CTS1200 : halfbridge, regulated, UC3846

-CDi2000 : halfbridge, unregulated, TL494

-XLS2500 : halfbridge, unregulated, FAN7387

-CE4000 : fullbridge, unregulated, UCC3895DW, PFC

4. Labgruppen
– Fp3400 : flyback, primary (extra winding) regulated, UC3851
– Lab4000 : flyback, primary (extra winding) regulated, UC3851

5. QSC
– PLX series (PLX-1202): halfbridge, unregulated, SG3525
– Powerlight Series : halfbridge, unregulated, SG3525

 

6. NAD
– M22 : halfbridge, unregulated, synchronous rectifier, TL494

7. BEHRINGER
– PMP500 : SPS1000, halfbridge, unregulated, IR2153
– SMPSU18 : halfbridge, unregulated, SG3525

8. CARVIN
– BX1500 : halfbridge, unregulated, resonant, IR2153

Dell Inspiron 1464 suara headphone sangat lemah

laptop ini mungkin sudah berumur, saya beli pertengahan tahun 2010

sudah lama memang suara output audio ke hedphone terasa lemah sedangkan suara speaker internal normal, awalnya saya kira permasalahannya hanya gara2 driver, tetapi berkali-kali coba install/seting driver tetap tidak bisa

kemudian saya belikan usb sound card murah, pas saya cerita kenapa saya beli usb sound card ke toko, mas nya bilang kalau dia juga punya masalah yang sama di laptopnya dan solusinya beli usb sound card

dari sini sy mulai curiga yg bermasalah di hardwarenya, coba2 googling skematik

dari skema diketahui antara internal speaker dan headphone out memiliki line yang berbeda

kecurigaan pada R258 dan R255, saya curiga R ini putus ketika beban berlebih atau short di output headphone

benar juga setelah dikurur R258 terbaca 50 an Kohm, R255 200Kohm

karena tidak punya R SMD ukuran kecil untuk semntara waktu R tersebut saya short

dan output headphone dapat berfungsi kembali

namun cara ini sangat tidak direkomendasikan karena jika terjadi short maka kemungkinan IC nya yg akan rusak