wireless charger untuk android

ANALISA MEDIA TRANSMITTER DAN RECEIVER TEGANGAN DC

PADA PENERAPAN PADA WIRELESS CHARGER

Yuli Hermanto (1614121018)

Hermantoyu.blogspot.com

Abstrak

Sistem transfer daya listrik pada saat ini sangat dibutuhkan,dengan adanya sistem wireless yang digunakan untuk mempermudah mengambil sumber daya listrik untuk menghidupkan komponen-komponen elektronik secara praktis, dengan Metode yang digunakan pada sistem Wireless Power Transmission adalah induksi resonansi magnetik. Dimana, tegangan dengan frekuensi tinggi dipancarkan oleh transmitter lalu dengan prinsip resonansi tegangan yang dipancarkan dapat diterima oleh receiver dalam bentuk tegangan berfrekuensi sama dengan transmitter. Pada project ini untuk menghasilkan tegangan berfrekuensi digunakanlah oscillator yang berfrekuensi 36,7 Khz

            Kata kunci: Transmitter,induksi resonansi magnetik,oscillator.

1. PENDAHULUAN

Dijaman modern sekarang ini banyak sekali alat-alat yang sangat canggih banyak dikeluarkan, alat-alat tersebut pastinya tidak terlepas yang namanya sumber daya atau membutuhkan sumber daya listrik.maka dari itu bermunculan inovasi-inovasi baru untuk menciptakan berbagai macam media yang dijadikan suplai tenaga listrik atau sumber listrik untuk mengisi alat-alat elektronik yang membutuhkan tenaga listrik.dimana sumber listrik tersebut akan dijadikan inti

untuk menghidupan komponen tersebut.kembali kepada penemu-penemu listrik yang sudah sanga-sangat berjasa sekali untuk menciptakan sumber tenaga listrik,sehingga pada saat ini seluruh manusia sudah menikmati hasil penemuan mereka yaitu listrik yang memberikan penerangan
. 
     Pada  tahun  2007  secara  mengejutkan, Marin Soljacic dkk peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT), berhasil menyalakan balon listrik 60 watt pada jarak 2 meter . Mereka menemukan bahwa untuk mendapatkan efisiensi transmisi energi listrik yang tinggi, antara pengirim dan penerima harus memiliki frekwensi resonansi yang sama
.

        Sebuah transmitter wireless energi listrik memancarkan medan magnet dengan bantuan coil yang dipancarkan dengan frekuensi yang sama dengan receiver. Agar impedansinya optimal, digunakan gulungan kabel pada kedua sisinya. Gulungan kabel juga berfungsi sama seperti gigi transmisi sepeda. Saat menanjak gigi transmisi diturunkan agar mendapatkan energi yang lebih efisien, begitupun sebaliknya. Receiver juga menentukan sendiri tegangan yang diperlukan sesuai dengan ukuran. Dengan teknologi ini tidak ada kontak fisik antara pengirim dan penerima. Selain itu, transmiter juga hanya memancarkan energi sebanyak yang diperlukan oleh receiver.

2. Landasan teori

Pada akhir abad ke 18, seorang ilmuan yang bernama Nikola Tesla memiliki pemikiran tentang bagaimana mentransmisikan tengangan dengan media udara atau dengan kata lain tanpa perantara kabel (wireless). Dari percobaan yang dilakukan tersebut dihasilkan sebuah alat yang dinamakan atas dirinya sendiri, yaitu kumparan Tesla (Tesla Coil) . Dengan Alat ini Nikola Tesla dapat menghasilkan tegangan yang sangat tinggi, arus yang kecil, frekuensi yang sangat tinggi dan berhasil mengirimkan daya listrik sebesar 1.000.000 volt tanpa melalui suatu kabel sejauh 26 mil untuk menyalakan kurang lebih 200 lampu dan 1 motor listrik.

 

Gambar 1. desain awal wireless power transfer Nikola Tesla

2.1 TRANSFER ENERGY

Kopling energi terjadi ketika sumber energi memiliki alat untuk mentransfer energi dari satu objek ke objek yang lain. Contoh paling sederhana ketika sebuah lokomotive menarik rangkaian gerbong kereta api. Kopling mekanik yang menghubung lokomotive dan gerbong memungkinkan kereta untuk bergerak dan mengalahkan gaya gesek antara roda kereta dengan rel sehingga kereta dapat melaju.

Kopling magnetik terjadi ketika medan magnet pada salah satu objek berinteraksi dengan objek yang lain dan menginduksikan arus listrik pada objek tersebut. Melalui mekanisme ini energi listrik dapat ditransfer dari sumber supply energi ke peralatan yang memerlukan energi listrik.

Sangat berbeda dengan kopling mekanik seperti yang dicontohkan pada kereta api, kopling magnetik tidak memerlukan kontak secara fisik antara sumber pengirim atau pembangkit energi dengan objek yang menerima energi tersebut.

 

  

Gambar 2. Magnetic Coupling

     Rangkaian oscillator pada prinsipnya hampir sama dengan rangkaian inverter untuk mengubah gelombang searah DC menjadi gelombang denyut AC. Pada rangkaian digital komponen oscillator sederhana seperti crystal banyak digunakan sebagai pembangkit clock sinyal pada integrated circuit agar dapat berkomunikasi IC to IC. Sedangkan pada perangkat elektronik saat ini rangkaian oscillator banyak digunakan pada rangkaian power supply/ SMPS (switch main Power supply) Dengan bantuan IC PWM sebagai trigger untuk menghasilkan gelombang denyut. Sedangkan pada pengembangan saat ini dalam dunia kelistrikan dimana tuntutan teknologi yang semakin besar akan effisiensi dalam hal biaya dan instalasi, konsep wireless power atau transmit daya listrik dalam jumlah besar tanpa menggunakan kabel sebagai penyalur utama menjadi tantangan dibanyak belahan dunia. Rangkaian oscilolator menjadi bagian penting dalam sistem wireless power, dimana gelombang denyut yang dihasilkan rangkaian oscillator pada dasarnya menghasilkan medan elektromagnetik yang berubah-ubah. 

     Dan jika radiasi medan elektromagnetik tersebut terkena kawat/ konduktor yang berada dalam jarak radiasinya maka akan menyebabkan timbulnya arus pada kawat tersebut (percobaan faraday).

Gambar 3. Diagram wireless Power

Transfer

V induksi = - N     d∅

dt

∅            = BA

Dimana: V ind = Tegangan induksi (Volt)

N = Jumlah lilitan

B = Medan magnetik (Tesla)

A = Fluks magnetik (weber)

∅ =  Luas  Kumparan  (Meter persegi)

Sebuah Colpitts osilator , yaitu setelah perusahaan penemu Edwin H. Colpitts adalah salah satu dari sejumlah desain untuk osilator elektronik sirkuit dengan menggunakan kombinasi dari induktansi (L) dengan kapasitor (C) untuk penentuan

frekuensi, demikian juga disebut LC osilator . Fitur yang membedakan rangkaian Colpitts adalah bahwa umpan balik sinyal diambil dari pembagi tegangan yang dibuat oleh dua kapasitor secara seri. Salah satu fitur utama dari jenis osilator adalah kesederhanaannya (hanya memerlukan induktor tunggal) dan ketahanan.

2.2  RANGKAIAN TRANSMITTER (PEMANCAR)

Perancangan transmitter (pengirim/ pemancar) merupakan bagian yang paling penting dalam sistem ini, jika tidak ada rangkaian pemancar, maka sebuah tegangan dari supply tidak dapat di transmisi / dihantarkan tanpa menggunakan kabel.

Dalam perancangan rangkaian Transmitter dibutuhkan beberapa komponen agar supaya energi yang dipancarkan oleh alat tersebut menghasilkan pancaran energi yang baik, komponen utama yang sangat penting

adalah kawat email. Diameter kawat email yang digunakan dalam rangkaian ini adalah 3 mm

 

  

Gambar 4  Rangkaian Transmitter

2.3  RANGKAIAN RECEIVER (PENERIMA)

Pada penelitian ini receiver (penerima) gelombang elektromagnetik dengan proses resonansi magnetik, rangkaian penerima hanya terdiri dari rangkaian LC saja yang akan terhubung ke beban. Rangkaian LC.

 Untuk mendapatkan penerimaan gelombang yang hampir sempurna, maka frekuensi resonansi sendiri pada rangkaian penerima kurang lebih sama dengan frekuensi resonansi pada rangkaian transmitter, ini berguna untuk mendapatkan frekuensi resonansi bersama bisa terpenuhi. Jika, dalam suatu sistem pengiriman daya listrik tanpa kabel konstruksi dan perancangan pada sisi penerima juga akan sangat mempengaruhi daya listrik yang dapat diterima baik itu dalam hal jarak maupun tegangan keluaran yang dihasilkan ke beban. Unjuk kerja yang dihasilkan dalam sistem ini diharapkan lebih baik jika dibandingkan dengan menggunakan konsep induksi  tradisional seperti pada konsep yang dipakai pada trafo, tetapi mungkin tidak lebih baik jika dibandingkan dengan memakai kabel seperti biasa.

Gambar 5  Rangkaian Receiver

 3.  METODE PENELITIAN

Dalam menjelaskan rancang bangun system dan prosedur pengukuran alat pengukur frekuensi untuk pengiriman daya nirkabel. Namun sebelumnya agar lebih sistematis dan mudah di mengerti atau dipahami. Maka membutuhkan sebuah tahapan untuk membantu proses pembuatan dan mencapai tujuan yang diharapkan.

  

  

 Gambar. 6 Tahapan wireless charger 

Penghantar daya tanpa kabel,yang secara umum lebih dikenal dengan sebutan wireless powernya berupa rangkaian pengirim ( transmitter ) dan rangkaian penerima ( receiver).berikut skema pembuatan rancang wireless power supply.

 Gambar 6. Digram plant dasar

Rangkaian    transmitter     atau    rangkaian

penghasil sinyal akan mengirimkan sinyal dengan frekuensi 52 khz, sinyal yang dikirim pada dasarnya berupa induksi medan elaktro magnet. Yang akan membangkikan arus pada lilitan receiver, seperti yang kita ketahui berdasarkan penelitian faraday bahwa medan magnet yang berupa terhadap waktu dapat

membangkitkan arus listrik pada konduktor. Sinyal yang diterima pada receiver berupa sinyal sinus. Agar sinyal yang diterima pada receiver berupa sinyal sinus yang stabil dan dengan daya yang maksimal maka harus dibuat rangkaian LC yang frekuensi resonansinya 52 khz.sinus soidal yang ditangkap tidak bias langsung diaplikasikan kebeban yang menggunakan arus bolak-balik (AC) karena frekuensi yang berada diatas frekuensi peralatan yang banyak beredar dipasaran atau sebesar 50 hz karna dapat menyebabkan panas berlebih dan dapat merusak komponen. Oleh karna itu pada receiver dibuat rangkaian bridge diode untuk merubah dari arus AC menjadi arus DC untuk kemudian dimanfaatkan pada beban

.

4.  HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Dalam pengujian transmitter terdapat dua jenis pengujian untuk melihat trend yang terjadi pada sistem tersebut. Pengujian ini bertujuan untuk melihat frekuensi yang dihasilkan dari transmitter yang telah dibuat hingga mendapatkan nilai yang kiranya dianggap optimal baik dari sisi biaya maupun hasil yang diinginkan, pengujian itu terdiri dari :

·      * Pengujian frekuensi transmitter tanpa beban

          *Pengujian   frekuensi  transmitter dengan beban

4.1   ANALISA PENGUJIAN FREKUENSI TRANSMITTER TANPA BEBAN

Tabel 1. Data percobaan tanpa beban

 

Dari data diatas pada jumlah kapasitor 1 buah dengan 10 buah terjadi perubahan yang signifikan baik dari frekuensi maupun dari tegangan, baik tegangan peak to peak maupun tegangan RMS. Dengan adanya kenaikan jumlah kapasitor maka perbandingan dengan frekuensi akan berbanding terbalik dan sebanding lurus dengan kenaikan tegangan pada sistem.

  Dari data diatas belum bisa mereperesentasikan mana nilai yang terbaik dari transmitnya, namun bila tegangan yang menjadi patokan untuk transmisi maka bisa dipastikan semakin besar kapasitor (sekitar 8-9 cap) akan semakin bagus karena nilai tegangan yang dihasilkan juga sangat besar. Namun hal lain yang perlu dilihat yaitu pada hukum kecepatan rambat dimana:

v = λ × f

maka semakin kecil nilai frekuensi akan berpengaruh pada kecepatan rambat (jika kita asumsikan panjang gelombang selalu sama). Dengan lambatnya kecepatan rambat pada sistem maka akan mempengaruhi penghantaran daya. Oleh karena itu dari data diatas dapat diambil nilai rata-rata frekuensi yang terjadi, dengan demikian akan diperoleh berapa nilai yang masih reasonable untuk digunakan pada sistem ini. Hal ini akan dipermudah bila telah mendapatkan data dari percoban ke dua.

 Tabel 2. Perbandingan perhitungan dengan percobaan tanpa beban

 

Gambar 7. pengukuran di Osciloscope pada kapasitor ke 7

Hasil data tabel 2 diatas merepresentasikan bahwa sistem yang dibuat telah sesuai dengan teori yang ada. Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada sistem ini tidak terlalu signifikan karena jika dilihat dari persentasi error yang ada nilainya tidak lebih dari 10%, dengan nilai demikian dapat disimpulkan bahwa sistem telah berjalan hingga dapat membentuk gelombang resonansi yang diinginkan.

4.2 ANALISA SISTEM PERUBAHAN FREKUENSI DENGAN BEBAN

Pada pengujian yang kedua ini, dilakukan pengambilan data frekuensi yang sama seperti percobaan pertama, namun ditambahkan sebuah receiver dimana pada receiver tersebut diberikan sebuah beban yang berupa lampu pijar yang memiliki spesifikasi, 12 V/8W.

Sama   seperti   apa   yang   dilakukan   pada

percobaan pertama percobaan dilakukan dengan mengubah-ubah nilai kapasitor yang ada pada transmitter sehingga perubahan yang terjadi pada percobaan pertama juga akan sama terjadi pada percobaan kedua. Namun perbedaan antara percobaan pertama dan kedua adalah pada saat pengukuran disini terdapat rangkaian receiver sebagai pembuktian apakah memang sistem WPT berjalan.

Dengan adanya receiver pada percobaan kedua bukan berarti receiver menjadi tolak ukur untuk pembahasan dalam analisa ini. Receiver disini hanya sebagai pelengkap data dari proses analisa untuk mendapatkan nilai transmit yang terbaik. Sedangkan untuk pembahasan receiver akan dibahas pada penulisan yang lainnya.

Data yang terdapat di tabel 3, merupakan data yang di dapat dari percobaan yang dilakukan. Terlihat trend perubahan yang terjadi pada tabel 3 hampir sama dengan trend pada tabel 1. Dimana, dengan adanya kenaikan jumlah kapasitor maka akan terjadi penurunan pada frekuensi sehingga akan dikatakan berbanding terbalik dan sebaliknya terjadi kenaikan pada tegangan atau sebanding lurus dengan kenaikan tegangan pada sistem.

Namun, dengan adanya data tegangan yang diterima pada receiver maka hasil ini akan dapat membantu untuk menentukan mana jumlah kapasitor yang paling optimum untuk transmitter. Dari data nilai yang paling baik terjadi mulai pada kapasitor ke 6 dimana tegangan RMS yang terbaca di Osciloscope sebesar 16,40 Vrms (dengan beban lampu 12V/8w) dan semakin baik di mana ketika jumlah kapasitor ke 7 dengan nilai tegangan RMS 21Vrms.

Tabel  3.  Data  percobaan  dengan

beban

 

Tabel 4. Perbandingan perhitungan dengan percobaan dengan beban

 

 

Gambar 7 Pengukuran pada receiver di osciloscope pada kapasitor ke 9.

5.  KESIMPULAN

      Berdasarkan pengujian yang dilakukan untuk sebuah perancangan transmitter pada sistem Wireless Power Transmission (WPT). Maka didapat sebuah kesimpulan yang didapat adalah :

1.  Sebuah transmisi daya dapat dilakukan secara nirkabel dengan mengunakan prinsip resonansi pada couple magnetic.

2.   Rangkaian switching merupakan rangkaian yang mengubah arus se-arah menjadi arus bolak balik dengan frekuensi tertentu.

3.    Rangkaian resonansi merupakan rangkaian yang terdiri dari induktor dan kapasitor yang tersusun paralel, sehingga dapat membuat tegangan dapat terpancar yang

dikarenakan hasil frekuensi rangkaian resonansi tersebut.

4.      Semakin jauh jarak antara receiver

dengan transmitter dapat mempengaruhi tegangan yang diterima receiver.

5.    Rangkaian switching merupakan rangkaian yang mengubah arus se-arah menjadi arus bolak balik dengan frekuensi tertentu.

6.    Rangkaian resonansi merupakan rangkaian yang terdiri dari induktor dan kapasitor yang tersusun paralel, sehingga dapat membuat tegangan dapat terpancar yang

dikarenakan hasil frekuensi rangkaian resonansi tersebut.

7.      Semakin jauh jarak antara receiver

dengan transmitter dapat mempengaruhi tegangan yang diterima receiver.

 6.   DAFTAR PUSTAKA

Dr David Pottinge, The Possibility Of

WirelesElectricity,2009

<http://stepsandleaps.wordpress.com/2009

/09/15/the-possibility-of-wireless

electricity>    .

Budimir     Djuradj      and     Marincic

Aleksandar  (2006)  ,    Research  Activities

and Future Trends of Microwave Wireless

PowerTransmission,SIXTHINTERNATIONA

L SYMPOSIUM NIKOLA TESLA, Serbia

Estimation of Output Voltage and Magnetic Flux Density for a Wireless Charging System with Different Magnetic

Core Properties. Journal of Magnetics18(2),105-110(2013.

Evaluation of Wireless Resonant Power Transfer Systems With Human Electromagnetic Exposure Limits.IEEE

Transaction on Elektromagnetic compatibility.

Marinic.A.S.”Nikola Tesla The Wireless Transfer. IEE Transaction of power energy

  

  

Untuk lebih jelasnya silahkan tonton video ini...