Ketika pengguna menyalakan power pada komputer, maka power supply akan melakukan pemeriksaan dan tes sebelum menjalakan sistem komputer. Jika tes berjalan dengan baik maka power supply akan mengirim sinyal (power good) ke mainboard sebagai pertanda bahwa sistem komputer siap untuk beroperasi.Selanjutnya, power supply atau catu daya akan membagi daya sesuai dengan kapasitas yang diperlukan masing-masing komponen komputer. Selain menyalurkan daya listrik ke komponen komputer, power supply juga menjaga stabilitas arus listrik pada berbagai komponen tersebut.
Dari penjelasan pengertian power supply dan fungsinya di atas, maka komponen ini sama pentingnya seperti CPU pada komputer yang seringkali dianggap sebagai otak komputer. Jika terjadi gangguan pada power supply, maka akan menyebabkan gangguan aliran daya pada komponen-komponen komputer.[8]
2.3 Tegangan DC
Tegangan searah atau DC banyak dipergunakan didalam dunia industri, bukan hanya sebagai sumber daya listrik motor DC, tetapi juga banyak untuk aplikasi yang lain. Biasanya tegangan DC ini didapat dari tegangan AC yang disearahkan dengan komponen semikonduktor seperti dioda, mosfet, dll. Tegangan DC ini tidak hanya harus tersaring dengan bersih tetapi juga teregulasi dengan baik. Kalau sumber arus searah ini dibebani maka tegangan outputnya akan berubah.[2]
Perubahan ini juga disebabkan oleh perubahan tegangan sumber. Perubahan ini tentunya tidak diinginkan, karena akan mengurangi unjuk kerja dari peralatan yang kita pasang. Maka diperlukannya suatu pengendalian tegangan dc, sehingga peralatan yang kita pasang bekerja sesuai dengan kemampuannya. Berdasarkan ide yang membutuhkan tegangan konstan maka dibuatlah suatu alat yang bisa menjaga tegangan konstan. Tegangan DC keluaran dari konverter harus dinaikkan terlebih dahulu untuk meningkatkan efisiensi dan meningkatkan rasio konversi.[9]
Penyaluran tenaga listrik dengan tegangan DC lebih jarang diterapkan daripada penyaluran tenaga listrik dengan tegangan AC. Namun demikian, penyaluran tenaga listrik dengan tegangan DC memiliki sejumlah keuntungan dibandingkan dengan tegangan AC. Keuntungan-keuntungan tersebut diantaranya:
1. Dengan tegangan puncak dan rugi daya yang sama, kapasitas penyaluran dengan sistem DC lebih besar daripada dengan sistem AC.
2. Isolasi sistem DC lebih sederhana daripada sistem AC.
3. Efisiensi (daya yang terpakai) lebih besar karena faktor daya pada sistem DC
= 1, sedangkan faktor daya pada sistem AC belum tentu 1, biasanya kurang dari 1 yang menyebabkaan tidak semua daya total menjadi daya aktif.
Gambar 2.2 menjelaskan tentang faktor daya .
Gambar 2.2 Segitiga Daya
Nilai faktor daya seperti yang digambarkan oleh segitiga daya pada Gambar 2.2 adalah:
(2.1)
Pada sistem DC, karena tidak ada daya reaktif (Q), sudut faktor dayanya bernilai 0.
Dengan demikian nilai faktor dayanya adalah: cos 0 0 = 1 atau P/ S= 1 atau total daya yang dihasilkan (daya semu) menjadi daya aktif.
Sedangkan pada sistem AC, cos φ dapat bernilai kurang dari 1 diakibatkan terdapatnya daya reaktif (Q) yang salah satunya dapat ditimbulkan oleh beban yang bersifat induktif (lagging). Misalnya sudut faktor daya 37o, maka : Cos 37o=0,8 =P/S Karena P/S< 1 , maka tidak seluruh daya yang dihasilkan (daya semu) menjadi daya aktif. Terdapat daya reaktif yang dihasilkan yaitu sebesar: Q = S . Sin 37= 0.6 S.
4. Tidak ada persoalan frekuensi pada penyaluran jarak jauh menggunakan sistem DC.
5. Penerapan sistem DC dapat mengurangi fluktuasi tegangan pada beban-beban pengguna sehingga tegangan yang disuplai ke beban pengguna hampir dapat dijaga konstan.
6. Dengan rugi korona yang sama dan tingkat gangguan radio (radio interference) tertentu, tegangan DC dapat dinaikkan lebih tinggi daripada tegangan AC.
7. Lebih rendah biaya saluran udara (overhead line) atau biaya saluran kabel bawah tanah (underground) atau biaya kabel bawah laut (submarine) serta tidak memerlukan kapasitor seri atau shunt.
Karena adanya keuntungan-keuntungan pada penyaluran dengan tegangan DC, maka penggunaan sistem DC mulai diminati kembali pada tahun 1930-an.
Selain memiliki keuntungan, sistem distribusi DC juga memiliki kekurangan.
Kekurangan tersebut diantaranya:
1. Konversi tegangan dari satu level DC ke level DC lain lebih sulit daripada konversi AC-AC.
2. Untuk sistem DC tegangan sangat rendah, besar jatuh tegangan meningkat sehingga memberikan peningkatan rugi daya.
3. Lebih sulit memutuskan (interruption) arus DC disebabkan tidak adanya pemotongan di titik nol (zero-crossing) pada gelombang DC.
4. Karena tidak adanya tegangan induktansi diri, batasan arus hubung singkat pada rangkaian DC lebih sulit ditentukan daripada rangkaian AC.[10]
Chopper DC dapat digunakan sebagai regulator mode pensaklaran untuk mengubah tegangan DC, yang biasanya tidak teregulasi, menjadi tegangan keluaran DC yang teregulasi. Regulasi tidak biasa dicapai melalui pulse-width modulation pada frekuensi tetap dan devais pensaklaran biasanya memiliki BJT, MOSFET, atau IGBT. [11]
Gambar 2.3 Rangkaian Pembagi Tegangan
Pada gambar 2.3 dijelaskan bahwa komponen tegangan adalah sensor tegangan yang berfungsi untuk menentukan tegangan jala-jala listrik setiap saat. Hal
ini diperlukan untuk mengukur tegangan setiap saat. Sensor tegangan ini berupa pembagi tegangan. Tegangan yang dihasilkan masih berupa sinyal sinusoidal.
Tegangan ini akan diteruskan ke input rangkaian penyearah.
2.4 Tegangan 380 V DC
European Telecommunications Standards Institute (ETSI) dan EMerge Alliance telah membakukan 380 Vdc dan membuat panduan untuk distribusi listrik DC. Dalam sistem listrik dc, UPS digunakan untuk mengubah listrik dari ac ke dc.
Karena distribusi ke pusat data menggunakan dc, bypass sistem UPS juga akan membutuhkan rectifier. Akibatnya, sistem dc lebih hemat biaya dalam sistem. Hal yang perlu diperhatikan ketika merancang sistem distribusi listrik dc adalah menggunakan perangkat perlindungan yang tepat, dan mengikuti syarat spesisik untuk sistem grounding dc (merujuk ke IEEE Standard 1100-2005 – IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment).
Dalam usaha untuk meningkatkan efisiensi energi dan menghemat biaya, berbagai strategi distribusi listrik ke pusat data mulai marak digunakan. Peningkatan efisiensi dicapai dengan menggunakan sistem distribusi DC dibandingkan dengan distribusi AC sistem dapat dikaitkan dengan berbagai alasan. Alasan utama untuk efisiensi sistem DC yang lebih tinggi adalah itu membutuhkan jumlah tahap konversi daya yang lebih rendah. Standarisasi jaringan DC akan menjadi kunci untuk menggabungkan produk dari beberapa produsen yang dikenal dari jaringan listrik AC.
Tabel 2.1 : Perbandingan Parameter Jaringan Listrik DC sebagai Input untuk Standarisasi
Standardisasi DC 380V di pusat data cukup baru. Sejumlah besar perusahaan seperti EMerge Alliance dan APC bekerja untuk menyediakan produk mematuhi standar 380V DC untuk aplikasi pusat data. Distribusi DC tingkat fasilitas (di sini distribusi 380V DC) menyediakan lebih tinggi efisiensi sebagai inverter (konverter DC-AC) di UPS, konverter AC-DC di PSU, dan transformator di PDU yang di dapat terbatas.[11][12]
Gambar 2.4 Arsitektur distribusi daya 380V DC
Unit catu daya (PSU) mengubah AC pasokan ke DC yang diatur bertegangan rendah daya untuk komponen internal server atau media penyimpanan digital. DC PSU miliki efisiensi energi lebih tinggi daripada PSU AC karena memiliki tahap konversi yang lebih sedikit. Juga, DC PSU jauh lebih andal dan memiliki ketersediaan lebih tinggi dari AC PSU karena jumlahnya lebih sedikit komponen dalam jalur pengiriman daya.
PSU DC akan memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan keandalan yang lebih baik daripada AC PSU karena lebih sedikit jumlah konverter secara seri. Arsitektur distribusi daya 380V DC telah diusulkan untuk diperoleh peningkatan efisiensi dan keandalan yang lebih tinggi dalam kekuatan pusat data.[13]
Berbagai penelitian telah dilakukan untuk memvalidasi peningkatan efisiensi dalam distribusi DC sistem. Laboratorium Nasional Lawrence Berkley (LBNL) mulai menyelidiki distribusi DC efisiensi di pusat data pada tahun 2004.
Hasil yang diperoleh dalam penelitian mereka menyatakan bahwa distribusi DC mengkonsumsi daya 28% lebih sedikit dibandingkan dengan distribusi AC pada
pusat data. Investigasi yang dilakukan menyimpulkan bahwa pada beban 50%, sistem 380 Vdc adalah yang paling efisien di antara sistem yang dipertimbangkan sebelumnya. Hasil penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 2.2 adalah sebagai berikut.
Tabel 2.2 Perbandingan Efisiensi lima Sistem Distribusi pada beban 50 %
Dari tabel 2.2 diperoleh satu-satunya implementasi distribusi DC yang ada, hingga dekade terakhir, adalah telekomunikasi dan pusat data yang beroperasi pada 48 Vdc. Inisiatif penelitian pada bangunan teknologi tinggi seperti telekomunikasi dan pusat data dimulai pada awal 2000-an sebagai akibat dari isu energi di California. LBNL dimulai melihat efisiensi distribusi daya di pusat data pada tahun 2004. Sistem distribusi 380 Vdc didirikan untuk demonstrasi di Newark, CA.
Kemudian, dalam laporannya tahun 2008, ia melaporkan peningkatan dalam efisiensi 28% dan 7% masing-masing, dibandingkan dengan 208 Vac dan 408 sistem Vac di pusat data.
Pada 2009, fasilitas baru dengan distribusi DC sudah diimplementasikan dan dipelajari secara global, dengan level tegangan bervariasi antara 220 Vdc hingga 550 Vdc. Pada akhir 2014, ada lebih banyak fasilitas menerapkan distribusi DC pada level tegangan 380 Vdc. Sebuah sistem distribusi terintegrasi dengan sumber DC (misalnya, sel bahan bakar, panel surya, dll) dianggap, sistem distribusi DC lebih efisien daripada sistem AC.
Industri telekomunikasi dan transportasi telah menggunakan listrik DC selama bertahun-tahun. Sumber energi alternatif dan terbarukan seperti tenaga surya, tenaga angin, dan sel bahan bakar merupakan sumber listrik berbasis DC. Sebagian
besar perangkat listrik di hunian dan perkantoran beroperasi secara internal menggunakan listrik DC. Dan, yang paling penting, perangkat penyimpanan energi seperti baterai dan sistem UPS juga menggunakan DC.[12]
Strategi distribusi listrik 380 V DC mengantarkan listrik DC dari IPS (In Plane Switching) dc rectifier langsung ke power supply. Tujuan utamanya adalah meraih efisiensi dengan meniadakan inverter losses di UPS, rectifier losses di power supply, dan losses trafo yang berkaitan dengan PDU (Power Distibution Units).
2.5 Beban
Terdapat beberapa jenis beban terkait dengan penggunaannya antara lain : beban rumah tangga, beban industri, dan beban perkantoran. Dari beban-beban tersebut, terdapat beban yang dapat beroperasi dengan AC maupun DC. Beban tersebut antara lain
a. Beban resistif yang meliputi lampu pijar, kompor listrik, oven listrik, dan sebagainya. Beban-beban resistif ini merupakan beban yang dimodelkan sebagai resistansi.
b. Beban elektronika yang meliputi komputer, TV layar datar, battery charger . Beban ini secara internal menggunakan DC dimana terdapat penyearah jembatan (bridge rectifier) yang mengkonversi dari AC menjadi DC. Selain itu, saat ini terdapat lampu fluorescent atau compact fluorescent lamp (CFL) yang dapat beroperasi dengan DC, yaitu yang menggunakan ballast elektronika. Pada CFL sendiri terdapat dua teknik umum agar lampu ini dapat menyala, yaitu :
a. Ballast Magnetik
Ballast Magnetik merupakan teknik awal pada sistem lampu fluorescent. Meskipun inti besi dari ballast sederhana, tetapi ballast ini ukurannya besar dan mempunyai rugi-rugi yang tinggi.
b. Ballast Elektronika
Ballast Elektronika merupakan teknologi terbaru yang membawa kepada efisiensi yang lebih baik pada sistem lampu fluorescent.
Ballast elektronika memanfaatkan elektronika daya untuk membangkitkan tegangan frekuensi tinggi pada lampu.
c. Beban berputar yang digerakkan dengan universal machine atau frequency controlled machine. Beban seperti pengering rambut (hair dryers), vacuum cleaner, pengaduk makanan (food mixers) biasanya menggunakan motor universal. Motor universal ini sebagian besar merupakan motor DC yang dapat beroperasi baik dengan tegangan AC maupun DC .
Selain itu, terdapat beban yang hanya dapat beroperasi dengan menggunakan suplai AC yaitu beban yang mengandung bagian induktif. Hal ini disebabkan suplai DC menghasilkan arus konstan yang melalui bagian induktif dari beban tersebut.
Beban dengan breaker mekanis yang didesain untuk tegangan AC juga tidak bisa disuplai dengan DC.
Regulasi beban menentukan nilai seberapa besar perubahan tegangan yang terjadi pada keluaran pada rentang tertentu akibat dari perubahan nilai arus beban, pada umumnya pengujian dimulai dari arus minimum (tanpa beban, NL) sampai ke tingkat arus maksimum (beban penuh, FL). Pengujian regulasi beban diukur dengan menjaga tegangan masukan jala-jala dalam kondisi konstan dengan mengamati perubahan tegangan keluaran ketika beban berubah-ubah dari nol sampai beban penuh.[12]
2.6 Mikrokontroller
Mikrokontroler (microcontroller) atau disingkat dengan “micron” adalah pengendali yang merupakan suatu komputer kecil yang terletak di dalam sebuah chip atau IC (integrated circuit) yang berisikan inti prosesor, memori, dan komponen input/output yang dapat diprogram.
Mikrokontroler biasa digunakan pada produk dan perangkat yang dapat dikontrol secara otomatis, seperti sistem kontrol mesin mobil (engine control), perangkat medis (medical devices), pengendali jarak jauh (remote control), mesin perkantoran (office machines), dan juga mainan (games). Penggunaan mikrokontroler lebih ekonomis dibandingkan sebuah desain sistem yang berisikan mikroprosesor, memori, dan perangkat input/ouput terpisah. Mikrokontroler adalah komputer mikro dalam satu chip tunggal. Mikrokontroler memadukan CPU, ROM, RWM, I/O paralel, I/O seri, counter-timer, dan rangkaian clock dalam satu chip tunggal seperti terlihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Blok Diagram Mikrokontroller
Sama halnya dengan mikroprosesor, mikrokontroler adalah perangkat yang dirancang untuk kebutuhan umum (specific purpose). Sesuai dengan fungsinya sebagai pengendali, mikrokontroler berisikan sepaket chip lengkap yang terdiri dari fitur-fitur pengolah data yang juga terdapat dalam mikroprosesor, ditambah RAM, ROM, I/O, dan fitur lain yang terintegrasi di dalamnya. Contohnya dapat ditemui pada perangkat otomotif, mesin industri, elektronik dan perangkat- perangkat lain yang memiliki embedded sistem di dalamnya. Mikrokontroler sebagai sebuah chip telah mengalami perkembangan baik dari sisi arsitektur, teknologi dan kemampuannya.
Mikrokontroller sebagai teknologi baru yaitu teknologi semikonduktor kehadirannya sangat membantu perkembangan dunia elektronika. Dengan arsitektur yang praktis tetapi memuat banyak kandungan transistor yang terintegrasi, sehingga mendukung dibuatnya rangkaian elektronika yang lebih portable. Mikrokontroller dapat diproduksi secara masal sehingga harganya menjadi lebih murah dibandingkan dengan mikroprosessor, tetapi tetap memiliki kelebihan yang bisa diandalkan.
Gambar 2.6 memperlihatkan beberapa contoh chip mikrokontroller.
Gambar 2.6 Chip Mikrokontroller
Mikrokontroler memiliki perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar, artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
Perkembangan Mikrokontroler mengalami perubahan dari segi rancangan dan aplikasinya, seperti faktor kecepatan pengolah data yang semakin meningkat (cepat) dibanding pendahulunya. Seperti halnya sebuah mikroprosesor, mikrokontroler juga berkembang sesuai rancangan dan model-model aplikasinya. Mikrokontroler berdasarkan jumlah bit data yang dapat diolah dapat dibedakan dalam :
1. Mikrokontroler 4 Bit : merupakan mikrokontroler dengan jumlah bit data terkecil. Mikrokontroler jenis ini diproduksi untuk meminimalkan jumlah pin dan ukuran kemasan.
2. Mikrokontroler 8 Bit : merupakan mikrokontroler yang paling banyak digunakan untuk pekerjaan-pekerjaan perhitungan skala kecil. Dalam komunikasi data, Data ASCII serial juga disimpan dalam ukuran 8 bit.
Kebanyakan IC memori dan fungsi logika dibangun menggunakan data 8 bit sehingga interface bus data menjadi sangat mudah dibangun. Penggunaan mikrokontroler 8 bit jauh lebih banyak dibandingkan dengan mikrokontroler 4 bit. Aplikasinya juga sangat variatif mulai dari aplikasi kendali sederhana sampai kendali mesin berkecepatan tinggi.
3. Mikrokontroler 16 Bit : keterbatasan-keterbatasan yang ada pada mikrokontroler 8 bit berkaitan dengan semakin kompleknya pengolahan data dan pengendalian serta kecepatan tanggap/respon disempurnakan dengan menggunakan mikrokontroler 16 bit. Salah satu solusinya adalah dengan menaikkan kecepatan clock, dan ukuran data. Mikrokontroler 16 bit digunakan untuk mengatur tangan robot, dan aplikasi Digital Signal Processing (DSP).
4. Mikrokontroler 32 Bit : ditargetkan untuk aplikasi Robot, Instrumen cerdas, Avionics, Image Processing, Telekomunikasi, Automobil, dan sebagainya.
Program-program aplikasinya bekerja dengan sistim operasi dan dipadukan dengan perangkat pintar lainnya.
Karena kebutuhan yang tinggi terhadap “smart chip” dengan berbagai fasilitasnya, maka berbagai vendor juga berlomba untuk menawarkan produk-produk mikrokontrolernya. Selain mikroprosesor dan mikrokontroler, sebenarnya telah bemunculan chip-chip pintar lain seperti DSP prosesor dan Application Spesific Integrated Circuit (ASIC). Di masa depan, chip-chip mungil berkemampuan sangat tinggi akan mendominasi semua desain elektronik di dunia sehingga mampu memberikan kemampuan komputasi yang tinggi serta meminimumkan jumlah komponen-komponen konvensional.
Karena kemampuannya yang tinggi, bentuknya yang kecil, konsumsi dayanya yang rendah, dan harga yang murah maka mikrokontroler begitu banyak digunakan di dunia. Mikrokontroler digunakan mulai dari mainan anak-anak, perangkat elektronik rumah tangga, perangkat pendukung otomotif, peralatan industri, peralatan telekomunikasi, peralatan medis dan kedokteran, sampai dengan pengendali robot serta persenjataan militer. Terdapat beberapa keunggulan yang diharapkan dari alat-alat yang berbasis mikrokontroler (microcontroller-based solutions) :
1. Kehandalan tinggi (high reliability) dan kemudahan integrasi dengan komponen lain (high degree of integration)
2. Ukuran yang semakin dapat diperkecil (reduced in size)
3. Penggunaan komponen dipersedikit (reduced component count) yang juga akan menyebabkan biaya produksi dapat semakin ditekan (lower manufacturing cost)
4. Waktu pembuatan lebih singkat (shorter development time) sehingga lebih cepat pula dijual ke pasar sesuai kebutuhan (shorter time to market)
5. Konsumsi daya yang rendah (lower power consumption)
Penerapan teknologi di masyarakat akan memberikan banyak keuntungan.
Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip.
Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka:
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas,
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi,
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang mudah merespons.
Mikrokontroler juga merupakan sebuah prosesor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi–instruksi yang diberikan kepadanya.
Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programer. Program ini mengisntruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang di inginkan oleh programmer. Beberapa fitur yang umumnya ada di dalam mikrokontroler adalah sebagai berikut:
1. ROM (Read Only Memory)
ROM berfungsi untuk tempat penyimpanan variable. Memori ini bersifat volatile yang berarti akan kehilangan semua datanya jika tidak memdapat catu daya.
2. RAM (Random Access Memory)
RAM digunakan oleh mikrokontroler untuk tempat penyimapan program yang akan diberikan oleh user
3. Register
Merupakan tempat penyimpanan nilai – nilai yang akan digunakan dalam proses yang telah disediakan oleh mikrokontroler.
4. Special Function Register
Merupakan register khusus yang berfungsi untuk mengatur jalanya mikrokontroler. Register ini terletak pada RAM.
5. Input dan Output Pin
Pin input adalah bagian yang berfungsi sebagai penerima signal dari luar, pin ini dapat dihubungkan ke berbagai media inputan seperti keypad, sensor, dan sebagainya. Pin output adalah bagian yang berfungsi untuk mengeluarkan signal dari hasil proses algoritma mikrokontroller.
6. Interupt
Interupt adalah bagian mikrokontroler yang berfungsi sebagai bagian yang dapat melakukan interupsi, sehinga ketika program utama sedang berjalan, program utama tersebut dapat di interupsi dan menjalankan program instrupsi terlebih dahulu.
Rata-rata mikrokontroler memiliki instruksi manipulasi bit, akses ke I/O secara langsung dan mudah, dan proses interupt yang cepat dan efisien. Dengan kata lain mikrokontroler adalah “Solusi satu Chip” yang secara drastis mengurangi jumlah komponen dan biaya desain (harga relatif murah).