Senin, 11 Juni 2007

Ultra Fast Baterry Charger untuk Sel Baterry

Baterai saat ini masih menjadi sumber tenaga alternatif yang masih sering digunakan untuk berbagai aplikasi seperti untuk radio saku (pocket radio), MP3man, discman dan aplikasi lain yang sering digunakan untuk traveling. Bagi beberapa orang baterai bukanlah menjadi masalah tetapi jika aplikasi yang menggunakan betari tersebut ternyata menggunakan daya yang besar maka tentu saja baterai yang digunakan juga banyak. Sehingga dapat dipastikan biaya untuk baterai juga membengkak.

Misalnya kita bandingkan penggunaan baterai untuk discman dan lampu blitz. Jumlah baterai yang digunakan tentu lebih banyak untuk lampu blitz dan daya tahan baterainya lebih pendek daripada daya tahan baterai yang digunakan untuk discman. Dengan kata lain baterai cenderung digunakan untuk perlatan elektronika yang menggunakan daya kecil dan peralatan yang mudah dibawa-bawa (portable).

Sebagai alternatif adalah menggunakan adaptor atau power supplay eksternal tetapi dengan kekurangan yaitu tidak dapat digunakan untuk travelling. Solusi yang paling tepat adalah menggunakan baterai yang dapat diisi ulang.

Kelebihan dari baterai ini adalah tempat yang digunakan sama dengan tempat yang digunakan pada baterai biasa sehingga tidak perlu memodifikasi casing-nya. Selain itu jika dibandingkan dengan baterai biasa, baterai nickel cadmium atau yang lebih dikenal sebagai Baterai NiCad ini, mempunyai daya tahan sedikit di atas baterai biasa (dengan catatan kondisi baterai NiCad ini masih baik).

Baterai NiCad yang ada dipasaran saat ini ada dua pilihan untuk ukuran dayanya, yaitu 700mAH atau 1500 mAH. Maksudnya adalah baterai NiCad tersebut dapat mensuplai arus ke peralatan elektronika dengan arus 700mA selama 1 jam (untuk baterai 700mAH). Sehingga jika kita menggunakan baterai NiCAD 700mAH tersebut untuk peralatan elektronika yang menarik arus sebesar 1 A maka baterai NiCad tersebut hanya dapat bertahan selama kurang dari 1 jam. Suhu dari baterai NiCad juga mempengaruhi daya tahan baterai. Jika baterai terlalu panas maka baterai akan cepat habis karena sebagaian arus yang dihasilkan oleh baterai tersebut diubah menjadi panas.

Karena baterai NiCad bisa diisi ulang untuk beberapa kali (puluhan kali ) maka baterai NiCad ini lebih murah dari pada baterai biasa. Namun dana yang digunakan utuk membeli baterai pertama kali memang lebih mahal dari pada membeli baterai biasa.

Pengisi Baterai NiCad

Tiap baterai NiCad mempunyai tegangan 1.2 volt lebih rendah 0.3 volt jika dibandingkan dengan baterai biasa atau baterai alkaline. Sebuah pengisi baterai NiCad yang baik harus mempunyai spesifikasi antara lain :

Gambar 1
Karakteristik Pengisian Baterai NiCad

1. Autoshut-off, merupakan kemampuan charger untuk menghentikan arus pengisian ke sebuah baterai NiCad jika kapasitas baterai NiCad sudah terisi penuh.

2. Polarity Protection, dengan adanya kemampuan ini maka jika terdapat pemasangan baterai yan terbalik pada charger dapat diketahui.

3. Tegangan output konstan

4. Arus output cukup untuk mengisi beberapa baterai NiCad sekaligus secara paralel.

5. Short Circuit Protection, dengan adanya rangkaian proteksi ini maka jika terjadi hubungan singkat yang ditimbulkan oleh baterai maupun rangkaian charger sendiri tidak akan merusak bagian yang lain yang tidak rusak.


Sebuah chager paling tidak harus mempunyai tegangan output diatas 1.5 volt dan mampu memberikan arus charge paling tidak 1/10 arus output baterai. Jika tiap baterai NiCad dapat mensuplai arus sebesar 700mAH maka baterai NiCad ini harus diisi dengan arus dibawah 70mA. Rating arus pengisian ini, 1/10 arus output baterai merupakan batasan maksium untuk sebuah baterai NiCad. Semakin besar arus pengisiannya maka baterai akan semakin cepat terisi namun suhu baterai akan dengan cepat pula naik. Suhu baterai yang terlalu tinggi dapat menyebabkan baterai NiCad ini rusak atau bahkan meledak.

Dari gambar 1 dapat dilihat bahwa tegangan pengisian akan berpengaruh pada suhu baterai. Baterai NiCad yang terus-menerus diisi namun muatannya belum habis akan memperpendek umur dari baterai itu sendiri. Inilah yang disebut dengan efek memory. Apabila baterai NiCad sudah mengalami efek memory maka baterai tersebut masih dapat diisi penuh namun lebih cepat habis jika dibandingkan dengan baterai NiCad yang masih baru. Kondisi ini tidak dapat diperbaiki karena menyangkut rekasi kimiawi di dalam baterai NiCad tersebut. Oleh karena itu sebuah charger yang baik harus dilengkapi dengan kemampuan autoshut off jika baterai NiCad yang diisi sudah penuh.


Gambar 2
Skematik Rangkaian Ultra Fast Charger

Komponen utama pada rangkaian ini adalah UC3843 dan MC34181. UC3843 merupakan chip regulator tegangan dan M34181 merupakan OpAmp JFET dengan karakteristik low offset voltage, impedansi input yang sangat tinggi. MC34181 berfungsi sebagai voltage komparator.


Karakteristik Baterai Nickel Cadmium

Sebuah pengisi baterai NiCad harus mempunyai karakteristik yang disesuaikan dengan baterai yang di-charge. Karakteristik baterai NICad antara lain :

1. Baterai NiCad harus diisi dengan besar arus yang konstan.

2. Baterai akan penuh terisi jika mencapai 140% pengisian dari pengisian maksimum baterai tersebut.

3. Variasi perubahan tegangan baterai tergantung dari fungsi pengisian dan juga tergantung dari suhu baterai tersebut.

4. Pada saat pengisian telah selesai maka suhu akan naik dengan cepat (panas meningkat dengan cepat) sehingga chager perlu dimatikan. Karena jika tidak dimatikan akan dapat menyebabkan suhu baterai akan naik terus dan pada akhirnya akan meledak.

Sehingga paling tidak untuk membuat sebuah pengisi baterai NiCad yang perlu diperhatikan adalah :

1. Besar arus pengisian yang konstan

2. Menggunakan SwitchMode Converter untuk menaikkan tegangan output charger jika tegangan baterai yang di-charge di atas 10 volt.

3. Pengamanan rangkaian. Rangkaian pengamanan pada rangkaian biasanya menggunakan pengaman arus dan pengaman autoshut off.


Pada gambar 2 merupakan gambar skematik rangkaian untuk ultra fast charger. Charger tersebut dapat digunakan untul 8 sampai 10 baterai NiCad sekaligus dengan tegangan output 12 volt dan arus maksium adalah 3.5A


Cara Kerja Rangkaian

Pada rangkaian pada gambar 2 ada 3 bagian utama yaitu :

1. Regulator Arus.

2. Konverter SwitchMode

3. Rangkaian Pendeteksi/Pengaman.


Regulator Arus Konstan

Rangkaian regulator ini menggunakan MTP3055, TMOS Power MOSFET yang mempunyai berbagai operasi kerja dengan mengatur besar/kecil arus pengisian ke baterai NiCad. Arus pengisian ini pada dasarnya tidak tergantung dari tegangan Drain Source (VDS) ketika tegangan VDS melebihi 2 volt.


Gambar 3
Karakteristik MOSFET MTP3055


Jadi jika tegangan VDS lebih dari 2 volt maka arus ID akan juga konstan.

Konverter Switch Mode

Rangkaian konverter DC to DC tetap digunakan untuk membuat tegangan output sampai 12V walaupun tegangan input hanya 10 volt. Untuk itu digunakan UC3843 dengan frekuensi kerja sampai 100KHz. Dengan menggunakan induktor 25uH akan didapatkan tegangan yang sangat stabil.

Optocoupler MOC8102 digunakan untuk memonitor tegangan yang masuk ke regulator dan memberikan informasi error atau tidak ke pin error amplifier pada UC3843. Ketika terjadi penurunan tegangan maka UC3843 akan menstabilkan tegangan VDS pada tegangan kira-kira 2 volt shingga disipasi daya nutuk mosfet ini sebesar 7 Watt.

Thyristor 2N5061 digunakan untuk membatasi tegangan jika terjadi kelebihan tegangan sampai pada 40 volt. Jika terjadi over voltage maka thyristor ini akan cut off dan mematikan operasi charger ini.


Rangkaian Sistem Deteksi

Kontrol dan Shutoff pada pengisian penuh diatur oleh MC34181 dan thyristor 2N5061. Ketika tegangan baterai yang sedang diisi telah menandakan penuh maka tegangan pada input non-inverting akan memaksa output MC34181 toggle sehingga akan mematikan LED. Pada saat pengisian LED akan menyala. Diode D2 digunakan untuk melindungi baterai dari polaritas tegangan baterai yang terbalik. Jika output charger terjadi ‘short circuit’ maka arus tetap diatur konstan tetapi regulator akan menjadi panas. Sehingga kondisi ‘short circuit’ tidak boleh terjadi terlalu lama.

Materi yang dapat didownload :

- Skematik Ultra Fast Charger


Oleh Susanto w.k
◄ Newer Post Older Post ►