Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ini adalah sensor arus ACS712 yang dapat mendeteksi besarnya nilai arus dari -5A sampai 5A.
Sensor arus ACS712 dapat digunakan pada
pengukuran arus AC atau DC di dunia industri, otomotif, komersil dan sistem
komunikasi. Pada umumnya sensor ini digunakan untuk mengontrol motor, deteksi
beban listrik, switched-mode power
supplies, dan proteksi beban berlebih.
 |
| Sensor Arus ACS712 |
IP+ dan IP- dari
pin ACS712 terhubung pada rangkaian yang akan diukur nilai arusnya. Kapasitor 1nF digunakan sebagai filter sensor arus, sedangkan
kapasitor 0,1uF digunakan sebagai filter pada sumber tegangan Vcc. Sensor arus
dicatu oleh tegangan 5V yang terhubung ke Vcc. Keluaran sensor arus Vout terhubung
ke rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus. Berikut ini adalah gambar
rangkaian dari sensor arus dari ACS712.
 |
| Rangkaian Sensor Arus |
Saat tidak ada arus yang terdeteksi pada sensor
arus ACS712, maka keluaran sensor adalah 2,5 V. Saat arus mengalir dari IP+ ke
IP-, maka keluaran akan lebih dari 2,5 V. Sebaliknya ketika arus listrik
mengalir dari IP- ke IP+, maka keluaran akan kurang dari 2,5 V.
 |
| Grafik Tegangan Keluaran terhadap Arus yang Terdeteksi |
Pada pendeteksian arus -5A sampai dengan 5A, pengkondisi
sinyal sensor arus mengubah level tegangan keluaran sensor arus (1,5V–3,5V) ke dalam level tegangan masukkan ADC mikrokontroler
(0V–5,0V) .
 |
| Perubahan Grafik Tegangan Keluaran terhadap Arus |
Pengkondisi sinyal sensor arus terdiri dari
rangkaian subtractor dan inverting. Rangkaian subtractor yang digunakan hanya terdiri
dari satu buah opamp U1 dengan
persamaan tegangan keluaran
Tegangan yang dihasilkan pada RV1 digunakan untuk
menggeser nilai sinyal masukkan sebesar 1,5V. Opamp U2 bersifat inverting
dengan persamaan tegangan keluaran
Zener 5,1 V digunakan untuk membatasi keluaran agar
tidak lebih dari 5,1 V.
 |
| Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Arus |
Kapasitor C1 pada rangkaian pengkondisi sinyal
sensor arus, digunakan pada umpan balik opamp
untuk menaikkan kestabilan frekuensi yang dapat mengurangi osilasi dan pengaruh
derau. Tapis yang digunakan merupakan low
pass filter (LPF) untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi rendah dan
melemahkan sinyal derau pada frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi cut-off.
Pelemahan sinyal terjadi dikarenakan oleh peredaman
sinyal berferekuensi tinggi 10kHz yaitu
di atas frekuensi cut-off. Frekuensi cut-off dari Low Pass Filter pada rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus
adalah 338,628 Hz. Sehingga filter
pada rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus berfungsi dengan baik.
Besarnya frekuensi cut-off ditunjukkan oleh persamaan berikut.
Low Pass
Filter pada rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus
dengan besarnya kapasitor C1 adalah 47nF dan resistor R4 adalah 10kW,
sehingga didapatkan frekuensi cut-off
sebesar 338,628 Hz.
Besarnya frekuensi cut-off dapat dihitung dari persamaan berikut.
 |
| Rangkaian Active Low Pass Filter |
Fungsi transfer dari filter aktif LPF ditunjukkan oleh persamaan berikut.
Dan besarnya penguatan tegangan Active Low Pass Filter dapat dituliskan
dalam satuan dB sebagai berikut.
Operasi dari Low Pass Filter pada rentang frekuensi
tertentu berdasarkan besarnya penguatan (gain)
adalah sebagai beikut.
Low Pass
Filter dalam domain frekuensi terhadap penguatan tegangan
(gain), ditunjukkan oleh gambar bode
berikut ini.
 |
| Bode Plot dari Low Pass Filter |
Simulasi untuk pengujian rangkaian pengkondisi
sinyal sensor arus ditunjukkan oleh gambar sebagai berikut.
 |
| Simulasi Rangkaian Pengkondisi SInyal Sensor Arus |
Untuk mengetahui kinerja dari Low Pass Filter pada rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus,
dilakukan pengujian dengan menggunakan masukan sinyal sinus frekuensi dengan
frekuensi 10kHz. Gambar sinyal masukan dan sinyal keluaran pada rangkaian
pengkondisi sinyal sensor arus ditunjukkan oleh gambar berikut.
 |
| Hasil Simulasi Kinerja Low Pass Filter dengan Sinyal Masukan 10kHz |
Pada gambar tersebut garis merah menunjukkan sinyal
masukan, garis hijau menunjukkan sinyal keluaran Opamp 1 dan garis biru
menunjukkan sinyal keluaran Opamp 2. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa
sinyal keluaran mengalami pelemahan sinyal dengan besarnya amplitudo sinyal keluaran
Opamp1 dan Opamp 2 yang lebih kecil dari sinyal masukan.
