L - KM Ristek

HARDWARE IN THE LOOP POWER CONTROL UNIT BERBASIS SATELIT LAPAN-A2 LAPORAN AKHIRLembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional2010

•HARDWARE IN THE LOOP POWER CONTROL L NITBERBASIS SATELIT LAPAN-A2Abdul KarimEry FitianingsihAbdul RahmanArbai YusufBina PratomoOleh:NIP. 197610132003121 003NIP. 19780909 200312 2 005NIP. 19671118 199203 1 009NIP. 19760410 200604 1 027NIP. 19750705 200501 1 003(Pusat Teknologi Elektronika Dirgantara)Lembaga Penerbangan dan Antariksa NasionalTanggal, 22 Nopember 2010Mengetahui,L L L Ḻ -..L L..-ANIP: 19501222 198211 1 001Peneliti Utama(Abdul Karim) ]\.TIP. 19761013 2003121003

• RlNGKASANPower Control Unit (PCU) merupakan salah saru sub . -tern dalam sistemSatelit yang berfungsi memasoklmensuplai daya listrik ke seluruh sistern satelit,termasuk bus satelit dan muatan (payload) selama sarelit beroperasi yairu awalberoperasi sampai dengan akhir operasi dari hidup satelit. Selama masa tersebut,power harus disediakan oleh peD.Sistem power secara lengkap terdiri dari sumber power (solar panel),penyimpan power (batere sekunder), distribusi power dan kontrol. Penyimpanpower diperlukan sebagai pasokan daya pada saat satelit pada orbitnya tidakmengalami cahaya matahari (eclipse). Sedangkan rangkaian distribusi dayaberfungsi memasok daya pada subsistem-subsistem satelit lainnya.Keberhasilan Lapan-Tubsat yang yang telah beroperasi sampai saat iniakan menjadi salah satu referensi dalam merancang bangun sistem ini. Teknikpengujian sistem menggunakan bantuan power supply variabel yang digerakanoleh perangkat lunak sehingga dapat mensimulasikan solar panel. Sedangkanuntuk mensimulasikan be ban device elektronik subsistem sate lit digunakanrheostad yaitu resistor variabel dengan kapasitas day a dapat disesuaikan dengankebutuhan kapasitas daya device-device elektronik subsistem sate lit.Sistem ini juga akan dirancang sesuai dengan kebutuhan sistem powercontrol sate lit berbasis LAPAN-A2 sehingga hasil akhir dari penelitian ini dapatmemberikan kontribusi dalam pengembangan satelit di Indonesia.u

L L ~PRAKATAPuji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT. yang atas rahmat dankarunia Nya penulis dapat menyelesaikan laporan kemajuan Riset Insentif Dikti.Shalawat dan salam tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW besertakeluarganya.Selama melaksanakan tugas ini, penulis mendapat bantuan dan dukungandari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada• Dr. Ing. Soewarto Hardhienata sebagai Deputi Teknologi Dirgantara.• Drs. Toto Mamato Kadri sebagai Kepala Pusat Teknologi ElektronikaDirgantara.• Ir. Robertus Heru Triharjanto, M.Eng. sebagai Kepala BidangT eknologi Mekatronika. Pustekelegan.• Semua pihak yang membantu, yang tidak dapat penulis sebutkan satuL-Apersatu.Penulis menyadari bahwa tugas ini bukanlah tanpa kelemahan, untuk itukritik dan saran sangat diharapkan.Akhir kata, semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi para pembacanya.Jakarta 2010 Penulis III

• DAFTAR lSIHalamanLEMBAR IDENTIT AS ... .... .. ... ........ ............................................................ .. RINGKASAN .. ..... . ..... .................... .... . ......... ............. .... ..................................11 PRAKAT A ............... .... ......................... .. ... ... ............................ ..... ... ..............DAFTAR lSI........... .. .... .... .... .......... ............................... ................................. IV - L.-.A~LDAFTAR GAMBAR .. .......... ................. .. .. ... ............................... .. .................DAFTAR TABEL .... ..... .. .... .. .. ... ..... .... ... .. .... ...... .... ......... ......... ... ........ ........ ...BAB I. PENDAHULUAN ..................................................... ................ ...... . 1.1 Latar Belakang .......................... .. .. .................... .. .... ..................... . 1.2 Tujuan ... .... ... .............................................................. ... ................. 2 1.3 Batasan Masalah .............. ..................... ......................................... 2 1.4 Sistematika Penulisan ... .. .. .... ........................... ...... .. ...... .. .............. 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pendabuluan .., .................................. .,............,...... ......................... 4 2.2. Baterai ................................................................... .. ....................... 4 2.2.1 . Battery Charge Regulator (BCR) ................................................ 5 2.2.2. Persamaan Matemtik Baterai Li-Ion ............. .......................... .. .. 6 2.3. Sensor Tegangan dan Arus ........................... .... ...... .. .. .. .. .. .. ... .... .... 11 2.3.1. Sensor Tegangan ................. .. ................................. ..................... 12 2.3.2. Sensor Arus............... .. .. ... .. ........................ .. ...... ......................... 14 2.4. DC-DC konverter......... .. ........ ......................................................... 15 2.4.1. Topology Buck............................................................................. 16 2.4.2 Topology Boost.......... .. .... ....... .. .................................................... 18 2.4.3 Topology Buck-Boost................................ .. ..... ............................ 19 2.5. Power Mikro Satelit .. ................................................................. .. ... 20 2.5.1. Orbit Satelit ..... ......... ... ..... ... .......... .... ...... .... .... .. ............. .... .. ....... 21 2. 5.2. Solar Panel ............................ .. .. .. .......... .... .. .. ................. .. .. ........ . 22BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT .................. .... ... ...... ............................ 23 3.1. Tujuan .......................... ........................... ... ... .... ...................... .. .. .. . 23 3.2. Manfaat ....................... .................................. ................................. 24 IVIII VI VBI

BAB IV. METODOLOGI .............................................................................. 25 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 28 5.1. Analisis Power So lar Panel............................. ............................... 28 5.1.1. Power minimum.. ........................................................................ 28 5.1.2. Power maksimum ........................................................................ 29 5.1.3. Power rata-rata ........... ................................................................. 31 5.1.4. Analisa Konsumsi Daya Satelit .................................................. 31 5.2. Rangkaian Charger Baterai ............................................................ 33 5.3. Rangkaian Switching ...................................................................... 36 5.3.1. Perancangan Sistem Switching ................................................... 36 5.3.2. Analisis Hasil Pengujian Rangkaian Switching ......................... 37 5.4. Rangkaian Fuse............................................................................... 38 5.4.1. Perancangan Sistem Fuse........... ... ....... ............... .. .............. ........ . 38 5.4.2. Analisis Hasil Pengujian Rangkaian Fuse .................................. 41 5.5. DC-DC konverter.................. .. .......................... .............................. 43 5.6. Perangkat Lunak Simulator Slar Panel................................. .. ........ 44 5.7. Perangkat Lunak PCU..................................................................... 45 5.8. Perangkat Keras Mikrokontroler........... .. ......................... ............... 46 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 48 6.1. Kesimpulan ...................................................................... .............. 48 6.2. Saran .... .. ........... .. ...................................................... ......... ........... . 48 DAFTARPUSTAKA ..................................................................................... 49 v

LLḺ­-'•DAFTAR GAMBARHalaman Ḻ -.. L --'L Gambar 2.1. Blok diagram Battery Charge Regulator .......................................Gambar 2.2. Flowchart menghitung nilai cycle baterai .............................. ..Gambar 2.3. Rangkaian V dan I .................................................................. ..Gambar 2.4. Rangkaian sensor tegangan ....................................................Gambar 2.5. Rangkaian sensor arus .............................................................Gambar 2.6. Topologi Buck ................................................ ...................... .. ..Gambar 2.7. Konverter Boost. ... ....................................................................Gambar 2.8. Penyearah dengan faktor daya satu ........................................ ..Gambar 2.9. Konverterr buck-boost................................................ ....... .......Gambar 2.10. Konverter flyback...... .............................................................Gambar 2.11. Sunlight - Eclipse Condition .............................................. .. ..Gambar 2.12. Panel untuk satelit mikro sebelum dipasang di satelit............Gambar 4.1. Metode perancangan... ..... ..... .... .................................................Gambar 4.2. Blok diagram rancangan PCU ..................................................Gambar 4.3. Power Supply ....... .....................................................................Gambar 4.4. Rheostad ...................................................................................Gambar 5.1. Sudut 8 an tara sinar matahari dan normal solar paneL.............Gambar 5.2. Arah matahari tegak lurus solar panel.......................................Gambar 5.3. Arah matahari terhadap solar panel kondisi Power maksimumGambar 5.4. Kondisi 2 solar panel terkena matahari dengan sudut 45° .........Gambar 5.5. Skematik Rangkaian Battery Charge Regulator........................Gambar 5.6. Battery Charge Regulator ..........................................................Gambar 5.7. Battery Li-Ion 14.4 volt llAH ..................................................Gambar 5.9. Blok diagram sistem switching .................................................Gambar 5.10. Skematik sistem switching ..................... ...................... ...........Gambar 5.11. Print Circuit Board sistem switching.......................................Gambar 5.12. Hasil perancangan rangkaian switching ..................................Gambar 5.13. Hasil pengujian menggunakan osciloscope.............................Gambar 5.14. Skematik sistem fuse ...............................................................6 7 12 12 14 17 17 18 19 20 21 22 25 26 27 27 28 29 30 30 34 34 35 36 36 37 37 38 39 vi

-• Gambar 5.15. Rangkaian sistem fuse level bread board ................"........."".Gambar 5.16. Print Circuit Board sistem Fuse.......................................... .....Gambar 5.17. Basil perancangan rangkaian fuse ...........................................Gambar 5.18. Basil pengujian menggunakan rheostad..................................Gambar 5.19. Komponen DC-DC konverter.......................................... ........Gambar 5.20. Perangkat lunak simulator Solar Panel....................................Gambar 5.21. Pengujian Perangkat lunak simulator Solar Pane!...................Gambar 5.22. Tampilan perangkat lunak PCU ......... .....................................Gambar 5.23. Perangkat keras mikrokontroler .............................................39 40 40 41 43 44 45 45 47 Vll

•DAFTAR TABELHalamanTabel 2.1. Perbandingan Jenis Baterai .. ................. .. ........ ..... .. ....................... 4TabeI2.2. Keuntungan dan Kerugian Masing-masing Jenis Baterai ........ ..... 5Tabel 2.3. Parameter Orbit ....... .. .. ................... ....... .. ... ..... .............. .. .. .. ..... ..... 21TabeI2.4. Karakteristik solar sel....... ... ........ .................................................. 22--­Tabel 5.1. Power Budget dari masing-masing sub sistem satelit....... ... .. ........ 31Tabel 5.2. Daya yang dibutuhkan pada saat satelit berada di mode tumbling 32TabeI5.3. Daya yang dibutuhkan pada saat sate lit berada di mode momentumbias ........... .... .. ............ .. .... ................ .... .......... ... ...... .... .... ........ ....... 33TabeI5.4. Hubungan State of Charge Terhadap Tegangan Baterai............ .. .. 33Tabel 5.5. Hasil pengukuran fuse dengan Rcain 1,5 Kn dan Rsense 22 n ....... 42TabeI5.6. Hasil pengukuran fuse dengan RJain 1,5 Kn dan Rsense 0,056 n.. 43VIII

•BABIPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangSatelit LAPAN - TUBSA T adalah sate lit mikro yang dibangun oleh kerjasamaantara LAPAN dan TV Berlin. Satelit ini merupakan titik awal perancangan sate litdi Indonesia dan akan menjadi dasar dalam perancangan satelit LAPAN - A2 dansate lit berikutnya. Keinginan kemandirian dalam pembangunan dan penguasaan---satelit menjadi ketertarikan untuk berpartisifasi melakukan riset pada tiap~tiapsubsistem satelit khususnya subsistem pev (Power Control Unit) satelit.Subsistem peu merupakan bagian dari sistem bus satelit yang berfungsimemasoklmensuplai daya listrik ke seluruh sistem sate lit, termasuk bus satelit danmuatan (payload), selama satelit beroperasi yaitu awal beroperasi sampai denganakhir operasi dari hidup satelit. Selama mas a terse but, power harus tersedia.Sistem power secara lengkap terdiri dari sumber power (solar panel), penyimpanpower (batere sekunder), distribusi power dan kontrol. Penyimpan powerdiperlukan sebagai pasokan daya pada saat satelit pada orbitnya tidak mengalamicahaya matahari (eclipse). Sedangkan rangkaian distribusi daya berfungsimemasok daya pada subsistem-subsistem satelit lainnya.Dalam projek ini akan dilakukan rancang bangun peu berbasis Satelit LAP AN~A2 sehingga hasil akhir dan penelirian ini dapat memberikan kontribusi dalampengembangan satelit di Indonesia.

L­L 'L--..8LL L 1.2. Tujuan• Sesuai dengan latar belakang di atas, penelitian ini tidak terlepas dari programL Satelit LAPAN yaitu pembelajaran atau penguasaan teknologi satelit,LL-Aa...-..L.......I meningkatkan pengetahuan, pengalaman lapangan, kepercayaan diri dari paraengineer dalam merancang bangun sistem satelit. Dalam hal ini tujuan penelitianadalah:• Merancang perangkat keras PCU berbasis Lapan-A2.L­L...-AI• Merancang sistem mikrokontroler dan perangkat lunaknya.• Merancang perangkat lunak segmen Ruas Bumi sub sistem PCU.• Merancang perangkat lunak berbasis PC sebagai simulator Solar Panel.L--JI1.3. Batasan Masalah~Dalam merancang PCU, ada beberapa hal yang dibatasi dan dipakai sebagai dasardalam perancangan. Batasan yang digunakan dalam merancang PCU sate lit iniadalah sebagai berikut:1. Sumber power utama yaitu solar panel akan disimulasikan menggunakanpower supply dengan nilai tegangan dan arus yang dapat diset secaravariabel.2. Light Emmision Diode akan digunakan sebagai indikator distribusipower keseluruh subsistem.3. Rheostad yang digunakan untuk mesimulasikan nilai beban devicedeviceelektronik subsistem sate lit masih bersifat manual.4. Perangkat lunak OS yang diimplementasikan hanya subsistem PCu..-.a- 5. Perangkat lunak OS diimplementasikan dapat langsung berkomunikasidengan PCU tanpa melalui transmisi radio..-.­~2

• 1.4. Sistematika PenulisanBABI : PENDAHULUANBAB II : TfNJAUAN PUSTAKABAB III : TUJUAN DAN MANFAATBAB IV : METODOLOGIBAB V : HASIL DAN PEMBAHASANBAB IV : KESIMPULAN DAN SARANDAFTAR PUSTAKA3

L L L Ḻ --­L L 2.1. Pendahuluan• BAH llTINJAUAN PUSTAKALLLPCU merupakan bagian dari sistem satelit yang bertugas menghasilkan,menyimpan, dan mendistribusikan listrik selama misi sate lit berlangsung. PCUterdiri dari tiga bagian utama yaitu power generation system, energy storagesystem, dan power distribution system. Power generation system adalah solar cell,sedangkan energy storage system adalah baterei, dan power distribution systemadalah DC-DC converter, fuse dan switch.2.2. Ba teraiBaterai berfungsi sebagai penyimpan energi yang dihasilkan Solar Panel. Bateraisebagai tempat penyimpan energi harus mampu memenuhi kebutuhan energi saateclipse. Tabel 2.1 berikut memperlihatkan perbandingan bennacam-macam en isbaterai.Tabel2.1. Perbandingan Jenis BateraiINi-Cd Ni-MH Li-lonEnergy Density (wllilKg)40-60 60-80 100I Cell Voltage (V) l.2 l.25 3.6Temperature Range -10 to 50 -10 to 50 -20 to 60Rapid Charge Time 0.5 to 1 2 to 3 3 to 6(llis)Discharge Curve Slope, falls off@2 60-80%Slope, falls off @60-80%Relatively@ 20-80%I Memory Effect Yes No NoflatBerikut dijelaskan keuntungan dan kerugian masing-masing jenis baterai, Tabel2.2. memperlihatkan keuntungan dan kerugianjenis baterai.4

L ..LL L L L TabeI2.2. Keuntungan dan Kerugian Masing-masing Jenis BateraiJenis Baterai KeuDtuD~an Keru~iaDNi-Cd Mempunyai kemampuan Terjadi memori efek.recharge yang cepat. Tegangan output rendah.Oapat direcharge melebihikapasitas.Memiliki siklus rechargelebih dari 1000 kali.Ni-MH Kapasitas lebih besar 30­40% dari pad a Ni-Cddengan waktu rechargeyang sarna.Tanpa memori efek.Li-Ion Dapat menYlOlpan energllebih besar.Tanpa memori efek.Memiliki siklus recharge500 - 1000.Lebih cepat panas saatrecharge dari pada Ni-Cd.Membutuhkan rangkaianlebih komplek untukrecharge, ini untuk menjagakehancuran baterai saatterjadi panas berlebihan danovercharge.Waktu recharge lebih lamadari pada Ni-Cd.Mudah pecah j ika jatuh.Rentan terhadap overchargedan deep discharge.2.2.1. Battery Charge Regulator (BCR)BCR adalah suatu sistem yang digunakan untuk mengontrol proses chargedischarge baterai. Charge adalah proses pengisian ulang energi baterai, sedangkandischarge adalah proses pemakaian energi baterai. Dalam merancang BCR iniperIu disesuaikan denganjenis baterai yang akan digunakan (Ni-Cd, Ni-Mh, Ni-H,Li-Ion, atau Lead Acid), kapasitas baterai, dan tegangan baterai. Blok diagramBCR diperlihatkan dalam GambaI' 2.1.5

LL L LLLLLL~ProgrammableRegulatorrCharge Control•+­~Currenl SenseVoltage Sense--,-­Temperature Sease -~:c- «.§~.2. >....l ....'"Gambar 2.1. Blok diagram Battery Charge RegulatorLLFungsi dan BCR ini adalah untuk mengontrol charge supaya baterai dapatmenyunpan energi listrik sesuai dengan kapasitasnya sehingga tidak terjadiovercharge dan juga mengontrol discharge sesuai dengan DOD (dept ofdischarge) yang diinginkan supaya tidak terjadi over discharge. Jika terjadiovercharge dan over discharge, baterai akan cepat rusak sehingga umur bateraitidak lama. Blok diagram dalam Gambar 2.1. tersebut menjelaskan bagaimanamengontrol baterai dengan benar.2.2.2. Persamaan Matematik Baterai Li-Ton.a. Menghitung arus maksimum bateraiSelama baterai digunakan secara terus menerus, kapasitasnya akan semakin turun seiring dengan jumlah cycle baterai. Hubungan antara kapasitas baterai dengan cycle ditunjukkan dalam persamaan 2.1. I max = -O.002e + Iq (Ah) .....................................................................................(2.1) 1maxC1q: Arus maksimum baterai (Ah).: Cycle. : Capasitas baterai (Ah). 6

• b. Menghitung nilai cycle bateraiCycle adalah suatu siklus pemakaian energl baterai dari keadaan kosongkemudian dicharge sampai penuh setelah itu di discharge sampai kosong lagi.Cara menghitung cycle baterai dapat dilihat dalam folowchart Gambar 2.2 .\,­START"'",,"0Vd=OGet Va from eepromGel Vd trom eepromGet C from eep

•c. Menghitung prosentase kapasitas baterai State of Charge (SoC)State of Charge (SoC) adalah nilai perbandingan kapasitas baterai terhadaptegangan minimum dan maksimum dalam satuan persen. Untuk menghitung SoCdapat menggunakan persamaan 2.2.SoC = V bol -Vmax - VminV min100 (%) ... .. .... ........... ........... .... .... ... ... ......... ...... ... .. .... ..... ... ..... (2.2)Vbat : Tegangan baterai (V).Vmax : Tegangan maksimum baterai (V).Vmin : Tegangan minimum baterai (V).SoC : State of ChargelProsentase kapasitas baterai (%).d. Menghitung energi maksimum bateraiEnergi maksimum baterai dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 4. Em ax = Imax Vm ax (Wh) ............................................................................................ (2.3) EmaxI maxV max: Energi maksimum baterai (Wh). : Arus maksimum baterai (Ah). : Voltage battery maksimum (V). e. Menghitung energi yang sudah tersimpan daJam bateraiEnergi yang tersimpan dalam baterai dapat dihitung berdasarkan perbandinganstate of charge (SOC) dengan energi maksimum baterai. Persamaan tersebut dapatdilihat dalam persamaan 2.4.E bClI = SO~~max(Wh) ......................................................................................... (2.4) EbatEmaxSoC: Energi baterai (Wh). : Energi maksimum baterai (Wh). : State of ChargelProsentase kapasitas baterai (%). 8

.. f. Menghitung energi sisa baterai Dari persamaan 2.5 dapat dicari energi sisa baterai. E rem = Emax - EbaJ (Wh) .................................. ... ........ .... ..... ......... ... ... ...... ... ......... (2.5)E remEmaxEbat: Energi sisa baterai baterai (Wh).: Energi maksimum baterai (Wh).: Energi baterai (Wh).g. Menghitung waktu sisa dischargingWaktu sisa discharging dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6.t dls= Ebu' (Jam) .................................................................................................. (2.6)P dlsEbatPdistdis: Energi baterai (Wh). : Daya Pemakaian Baterai (W). : Waktu Sisa Discharging (Jam). h. Menghitung waktu sisa chargingBegitu juga dengan waktu sis a charging dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan 2.7.t erg= E rem~ rg(Jam) ................................................................ .. ............................... (2.7) E remP crgt crg: Energi sisa baterai (Wh).: Daya Charging Baterai (W).: Waktu Sisa Charging (Jam).9

• i. Menghitung Internal Resistance Battery Nilai resistansi aalam baterai dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.8. IV batV/ oadlr = ~ I (D) ..... ....................................... .... ............. .... ................. .......... (2.8) rVbatV 10ad: Resistansi dalam baterai (n).: Tegangan baterai sebelum charge/discharge (V).: Tegangan baterai saat charge/discharge (V).: Arus charge/discharge (A).j. Menghitung Tegangan Baterai saat ChargeTegangan baterai saat charging dapat dihitung dengan menggunakan persamaan2.9.V bal= Vin - a.i - b (V) ....................................... ... .......... ..... .................... ...... ... .. .. (2.9) VbatYinab: Tegangan Baterai (V). : Tegangan Charge (V). : Arus Charge (A).: Konstanta.: Konstanta.k. Menghitung Tegangan Baterai saat DischargeTegangan baterai saat discharge dapat dihitung dengan menggunakan persamaan2.10. V =V + a.i + b (V) ..................................................................... ............(2.10)bat dropVbatVdrop: Tegangan Baterai (V).: Tegangan discharge (Y).: Arus Charge (A).ab: Konstanta.: Konstanta.10

•I. Menghitung LifeTime Baterai berdasarkan Resistansi dalam BateraiLife time baterai dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11.L,(tn -tn_I) ktu (b' d ik . h) (L16 = satuan wa lsa et ,Jam, ta un ................................... 2.11)Lin - Lt (n-I lLtb: Life time baterai (detik, jam, tahun).L t : Life time baterai (%).L tn : Life time baterai waktu ke n (%).Lt(n-I ) : Life time baterai waktu ke n-l (%).ttntn-I: Waktu (tergannmg sampling data).: Waktu ke n (tergantung sampling data).: Waktu ke n-1 (tergantung sampling data).2.3. Sensor Tegangan dan ArusTegangan adalah besarnya beda potensial antara dua titik (satuan volt). Danarus adalah besarnya muatan listrik yang mengalir pada suatu rangkaian tertutup(satuan ampere). Resistansi adalah hambatan dalam pad a suatu komponenelektronika (satuan ohm). Hukum ohm mengatakan bahwa :V=IxR ......... .......... ............ ..................................................... .. ...................... (2.12) Keterangan:VIR: tegangan (Volt): Arus (Ampere): Resistansi (Ohm)Semua rangkaian elektronika yang sederhana pun akan dapat bekerja dengansempurna bila megandung tiga unsur diatas sesuai dengan Gambar 2.3. rangkaiandibawah ini:I 1

• ~ L---~~Lv...TGambar 2.3. Rangkaian V dan I~ Dalam gam bar diatas syarat lampu akan menyala sempuma apabila adanyaloop (aliran arus rangkaian tertutup), dimana loop teIjadi j ika terdapattegangan, arus dan resistansi (hambatan dalam lampu) dalam suatu rangkaian.Loop adalah bekerjanya suatu komponen elektronika (misal lampu menyala).Biasanya tegangan adalah konstan dan besamya arus tergantung dari besamyaresistansi (seperti hukum ohm diatas). Alat ukur untuk tegangan adalah voltmeter, sedangkan alat ukur arus adalah ampere meter dan alat ukur resistansiadalah ohm meter. Gabungan dari ketiga alat ukur diatas adalah AVO (AmpereVolt Ohm) meter atau multi meter.2.3.1. Sensor TeganganContoh sensor tegangan dengan buffer amplifier sebagai seperti dalam Gambar2.4.InplJt +[:....2M12V1Output1+--___ -"'-;)--l +"'"2 >-~~--~--~--~In put­[>-----.....LM358147UF!1 ~ } oonFGambar 2.4. Rangkaian sensor tegangan12

L -------­ L•Rangkaian diatas sebenamya adalah rangkaian buffer amplifier. Denganrangkaian diatas keluaranya adalah tegangan analog berdasarkan hasilpembacaan tegangan input (hubungannya linear). Yang terpenting dalammembuat suatu sensor adalah harus menentukan range dari sensor dantranducer yang akan digunakan. Tranducer adalah suatu alat yang digunakanuntuk menterjemahkan sinyal keluaran dari sensor menjadi bahasa yang bisadibaca oleh manusia tanpa menggunakan pelaratan lainya, istilahnya hanyadengan melihat tranducer terse but manusia sudah bisa mengartikan nilaibesaran terse but. Dalam rangkaian diatas sinyal keluaran dari rangkaian adalahtegangan analog. Dalam kasus sensor tegangan ini misalkan diinginkan rangepengukuran 0 - 30 V dan tranducer yang kita gunakan adalah ADCmikrokontroler maka harus dibuat perubahan dari 0 - 30 V diatas menjadi 0 - 5Volt. Maka untuk rangkaian diatas beri sinyal input tegangan 30V.Kemudian ukur tegangan keluaran menggunakan AVO meter. Kemudianadjust VR 2M sampai didapat tegangan keluaran 5V. maka dengan demikiansensor tegangan sudah siap dimasukkan kedalam ADC mikrokontroller.Mikrokontroler mempunyai ADC 10 bit sehingga dengan perubahan teganganmasukan 0 - 5 V dapat dikonversi menjadi 0 - 1023 desimal. Sehingga denganrange 0 - 30 V dari sensor diartikan menjadi 0 - 1023, untuk membuatdisplay supaya tegangan bisa dibaca mansuia maka dengan rumus berikut:Tegangan = (30*ADC)11023 ............................................................................ (2.13) Mikrokontroller diatas adalah salah satu aplikasi tranducer dari sensor teganganterse but, masih banyak aplikasi lainnya, misalkan sensor tegangan ini dipakaisebagai proteksi tegangan lebih sehingga rangkaian aman dari tegangan lebih.13

I•L2.3.2. Sensor ArusLSalah satu cara merancang sensor arus sebenarnya adalah memanfaatkan sensortegangan dan resistansi dengan kedua alat ini nilai arus dapat diketahui .. DalamL Gambar 2.3 di atas dapat dimanfaatkan resistor tetap untuk mengetahuiarusnya. Arus dari rangkaian diatas adalah :L /I =VRIR .................................................... .........................................................(2.14)LL: R adalah R tetap yang ditentukan sebelumnya dan VR dapat diukurLL---­dalam Gambar 2.5.L12V12VL{ tL---In put t~+ '~.2•LRLM358Input ·Lmenggunakan volt meter. Nilai R yang kecil dari RL maka pengaruhnya sangatkecil dan bisa jadi tertiadakan. Contoh rangkaian sensor arus seperti tampakL 10LL-----JLL LL1 + " OutputGambar 2.5. Rangkaian sensor arusRangkaian diatas sebenamya adalah rangkaian buffer dan penguat non-invertingamplifier. Dengan rangkaian diatas keluaranya adalah tegangan analogberdasarkan hasil pembacaan arus input (hubungannya linear). Sepertipenjelasan sebelumnya harus ditentukan range dan tranducer. Dalam kasus sensor--..Larus ini misalkan kita ingin range pengllkuran 0 - 1 A dan trandllcer yangdigunakan adalah ADC mikrokontroler rnaka harus dibuat perubahan dari 0 - 1 ALLL~Ohm)LL-­14Ldiatas menjadi 0 - 5 Volt. Maka yang dilakukan sebagai berikut:• Tentukan nilai R agar dibuat sekecil mungkin (misalkan menggunakan 0.1

-•• Beri input pada suatu rangkaian tertutup dengan arus lA~LL• Ukur tegangan keluaran menggunakan A VO meter.• Adjust VR 1 M supaya tegangan keluaran 5 volt.Maka dengan demikian sensor arus sudah slap dimasukkan kedalam ADCmikrokontroller. Mikrokontroler mempunyal ADC 10 bit sehingga denganperubahan tegangan masukan 0 -5 V dapat dikonversi menjadi 0 - 1023desimal. Sehingga dengan range 0 - A dari sensor diartikan menjadi 0 ­1023, untuk membuat display supaya tegangan bisa dibaca manusia makadengan rumus berikut:Arus = (1 *ADC)/l 023 ..................................................................................... (2.15) Mikrokontroller diatas adalah salah satu aplikasi tranducer dari sensor arusterse but, masih ban yak aplikasi lainnya, misalkan sensor alllS ini dipakai sebagaiproteksi arus lebih atau ketika ada konsletinglhubung singkat sehingga amandari terjadinya kebakaran.2.4. DC-DC konverterSistem catu-daya yang bekerja dalam mode pensaklaran (switching) mempunyaiefisiensi yang jauh lebih tinggi dibanding sistem catu-daya linier.Olehkarenanya, hampir semua catu-daya modem beker:ia dalam mode switchingatau dikenal sebagai SMPS (Switched Mode Power Supply). Komponen utama~ dari sistem catu-daya adalah konverter dc-dc yang berfungsi untukmengkonversikan daya elektrik bentuk dc (searah) ke bentuk de lainnya.Secara umum, ada tiga rangkaian (topologi) dasar konverter dc-de, yaitu buck,boost, dan buck-boost. Rangkaian lain biasanya mempunyai kinerja mirip dengantopologi dasar ini sehingga sering disebut sebagai turunannya. Contoh darikonverter dc-de yang dianggap sebagai turunan rangkaian buck adalahforward, push-pull., half-bridge, dan full-bridge. Contoh dari turunan rangakain15

L C •Lboost adalah konverter yang bekerja sebagai sumber arus. Contoh dari runmanLrangkaian buck-boost adalah konverter flyback.LL Pada tahun 1980-an, ditemukan dan dipatenkan ratusan rangkaian baruLkonverter dc-dc. Rangkaian baru ini ditawarkan dengan bennacam kelebihanL~LLyang diklaim bisa menggantikan peran rangkaian konvensional. Para insinyurbaru sering sekali pusing dan menghabiskan banyak waktu untuk memilih dan~ meneoba rangkaian baru ini. Akan tetapi setelah banyak menghabiskan waktuLL--I~dan biaya, sering sekali terbukti bahwa rangkaian baru terse but sangat susahuntuk diproduksi. Sebagai akibatnya, sampai saat ini, hampir semua industrimasih menawarkan topologi dasar dalam jajaran produknya. Pengeeualianmungkin ditemui pada penerapan yang sangat khusus. Akan tetapi, hampirsemua insinyur biasanya meneobalebih dulu menggunakan rangkaian dasaruntuk bermaeam keperluan. Kalau diperlukan, kinerja yang khusus dieobadipenuhi dengan menggunakan beberapa rangkaian dasar yang dihubungkan seri,paralel, atau kaskade.Kondisi ini tidak berarti bahwa konverter dc-de tidak mengalami perkembanganselama tiga-puluh tahun terakhir ini. Perkembangan pesat terjadi di bidangintegrasi, produksi, saklar semikonduktor, dan teknik untuk mengurangi rugirugipenyaklaran.2.4.1. Topology BuckKonverter jenis buck merupakan jenis konverter yang banyak digunakan dalamindustri eatu-daya. Konverter ini akan mengkonversikan tegangan de masukanmenjadi tegangan de lain yang lebih rendah (konverter penurun tegangan).Rangkaian ini terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET) dan satu saklar pasif(diode). Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif sering diganti dengansaklar aktif sehingga susut daya yang terjadi bisa dikurangi. Kedua saklar inibekerja bergantian. Setiap saat hanya ada satu saklar yang menutup. Nilai rata-ratategangan keluaran konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan16

LLLLLL•saklar aktif terhadap periode penyaklarannya (faktor kerja). Nilai fak10r kerjabisa diubah dari nol sampai satu. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan--keluaran selalulebih rendah dibanding tegangan masukannya.LL Beberapa konverter buck bisa disusun paralel untuk menghasilkan aruskeluaran yang lebih besar. Jika sinyal ON-OFF masing-masing konverterLL......Aberbeda sudut satu sarnalainnya sebesar 360 o lN, yang mana N rnenyatakanL......I jumlah konverter, rnaka didapat konverter dc-de N-fasa. Konverter buck N­fasa inilah yang sekarang banyak digunakan sebagai regulator teganganmikroprosesor generasi baru. Dengan memperbanyak jumlah fasa, ukuran tapis........... --II--IIyang diperlukan bisa menjadi jauh lebih kecil dibanding konverter dc-de satu-fasa .Selain digunakan sebagai regulator tegangan mikroprosesor, konverter buckrnultifasa juga banyak dipakai dalarn indusri logarn yang rnernerlukan arus desangat besar pada tegangan yang rendah., IGambar 2.6. Topologi Buck---..oII-Perlu dicatat bahwa arus rnasukan konverter buckc selalu bersifat tak kontinyudan mengandung riak yang sangat besar. Akibatnya pada SISI masukan,konverter buck mernerlukan tapis kapasitor yang cukup besar untukrnencegah tetjadinya gangguan interferensi pada rangkaian di sekitamya.Konverter dc-de jenis buck biasanya dioperasikan dengan rasio antara tegangan~masukan terhadap keluarannya tidak lebih dari 10. Jika dioperasikan pada rasiotegangan yang lebih tinggi, saklar akan bekerja terlalu keras sehingga-­keandalan dan efisiensinya turun. Untuk rasio yang sangat tinggi, lebih baikkalau kita rnemilih versi yang dilengkapi trafo.17

-LLLLLLLLLLLL~~~L2.4.2. Topology Boost•Topologi boost bisa menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dibandingtegangan masukannya (penaik tegangan). Skema konverter ini diperlihatkan diGambar 2.7. Jika saklar MOSFET ditutup maka arus di induktor akan naik(energi tersimpan di induktor naik). Saat saklar dibuka maka arus induktor akanmengalir menuju beban melewati dioda (energi tersimpan di induktor turun).Rasio antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan konvertersebanding dengan rasio antara periode penyaklaran dan waktu pembukaan saklar.Ciri khas utama konverter ini adalah bisa menghasilkan arus masukan yangkontinyu.Pada saat ini, topologi boost banyak dipakai dalam penyearah yang mempunyaifaktor-daya satu seperti terlihat di Gambar 2.8. Pada rangkaian ini, saklar----dikendalikan sedemikian rupa sehingga gelombang arus induktor mempunyaibentuk seperti bentuk gelombang sinusoidal yang disearahkan. Dengan cara ini,arus masukan penyearah akan mempunyai bentuk mendekati sinusoidal denganfaktor-daya sarna dengan satu. Pengendali konverter semacamini sekarang tersedia banyak di pasaran dalam bentuk chip.Gambar 2.7. Konverter BoostGambar 2.8. Penyearah dengan faktor daya satu18

L L a.....­L L..-.ilIL L L L L L ..2.4.3. Topology Buck-boostSkerna konverter buck-boost diperlihatkan di Garnbar 2.9. Jika saklarMOSFET ditutup rnaka arus di induktor akannaik, Saat saklar dibuka rnakaarus di induktor turun dan rnengalir rnenuju beban. Dengan cara ini, nilai rata-ratategangan beban sebanding dengan rasio antara waktu pernbukaan dan waktupenutupan saklar. Akibatnya, nilai rata-rata tegangan beban bisa lebih tinggirnaupun lebih rendah dari tegangan surnbemya.Masalah uta rna dari konverter buck-boost adalah rnenghasilkan riak arusyang tinggi baik di sisi rnasukan rnaupun sisi keluarannya. Akibatnya,diperlukan tapis kapasitor yang besar di kedua sisinya. Inilah salah satualasan rnengapa konverter buck-boost jarang dipakai di industri. Da1arn industri,topologi yang sering dipakai adalah turunan buck-boost yang lebih populardisebut konverter flyback. Skerna konverter ini diperlihatkan di Garnbar 2.10.Pada konverter ini, energi tersirnpan di trafo akan naik saat saklar MOSFET~ditutup. Saat saklar dibuka, energi tersirnpan di trafo akan dikirirn ke bebanrnelalui dioda.Konverter ini sering dipakai untuk menghasilkan banyak level tegangan keluarandengan rnenggunakan beberapa belitan sekunder trafo. Konverter flyback biasadipakai untuk daya sampai 100 Watt. Keuntungan utarna dari konverter flybackadalah menggunakan kornponen yang paling sedikit dibanding konverter Jemslainnya. Kelemahan utama dari topologi ini adalah tingginya tegangan yangdirasakan oleh saklar.Gambar 2.9. Konverterr buck-boost19

LLLLLLLLLL L L L L ----­• Gambar 2.10. Konverter flyback2.5. Power Mikro SatelitElektrical Power subsystem (EPS) untuk semua tipe satelit mempunyai fungsiyang sarna, yaitu memenuhi kebutuhan power dari suatu satelit selamaberlangsungnya misi, mengatur dan mendistribusikan power ke semua subsystemdi satelit, mendukung semua kebutuhan power baik itu untuk avrage power danpeak loads, mengubah dari DC menjadi AC jika dibutuhkan, dan mencegahterjadinya kondisi kritikal atau genting mengenai power. Selama berlangsungnyamisi satelit, level kebutuhan power sangatlah bervariasi. Urnumnya sumber utamapower (primary power source) pada sebuah satelit adalah sebuah sistemphotovoltaic (solar array). Primary power source haruslah memberikan rata-ratapower yang dibutuhkan. Sementara untuk sumber kedua (secondary source),seperti baterei memberikan extra power yang dibutuhkan dan mengkompensasipower selama waktu berlangsungnya konsumsi daya puncak, jika primary sourcetidak bisa memenuhi power yang dibutuhkan. Sistem baterei ini khususnyadiperlukan jikai satelit dalam kondisi kritis yaitu satelit mengalami keadaaneclipse, kondisi di mana kondisi dimana satelit tidak mendapat supply energi darimatahari karena matahari tertutup oleh bayangan bumi sehingga solar cell tidakbisa menghasilkan energi apapun.-20

L L L LL L L LL L LLLL--..•Gambar 2.11. Sunlight - Ecl ipse ConditionDalam mission requirement sebuah satelit, sangatlah mutlak dibutuhkan kiner:jasuatu subsistem power yang handal dan aman, termasuk level kebutuhan power,frekuensi, voltase, dan kapasitasnya. Sementara masa umur satelit juga tergantungsalah satunya pada sistem power terutama penurunan power selamaberlangsungnya misi. Mission constraints pada subsistem power meliputi massa,ukuran, volume, kemungkinan untuk diperbaiki, dan beberapa hal yangberhubungan dengan orbit satelit.2.5.1. Orbit SateHtSeperti yang sudah disebutkan di atas, bahwa adanya hubungan yang erat antaraorbit suatu satelit dengan power yang dihasilkan. Paramater-parameter orbit ....- memberikan pengaruh terhadap rancangan power sebuah sate lit seperti menghitung besamya incident solar energy, periode terjadinya Eclipse dan Sunlight, dan radiasi oleh lingkungan antariksa. Untuk kegiatan penelitian ini,diasumsikan bahwa satelit yang akan diluncurkan memiliki orbit yang sarnaseperti satelit LAPAN-TUBSAT. Parameter-parameter orbit yang akandipergunakan dapat dilihat pada tabel 2.3. dibawah ini. Dengan parameterdibawah dapat ditentukan durasi eclipse maupun sunlight yang akan dialamisatelit.21

•TabeI2.3. Parameter OrbitParameterValueKetinggian, h630kmInkJinasi, i97.9 degPeriode, P99.039 menitLongitude shift per orbit24.828 degGround track velocity6.744 km/sAngular velocity3.635 deg/sCircular velocity7.542 km/sNumber ofrevolution per day 14.52.5.2. Solar PanelSalah satu factor yang harus diperhatikan dalam subsistem power adalah sumberutama power dalam hal ini adalah solar panel. Panel-panel ini dapat dirangkaimenjadi dua, yaitu dirangkai menjadi seri atau paralel.Gambar 2.12. Panel untuk satelit mikro sebelum dipasang di satelitBeberapa jenis solar sel yang biasa digunakan untuk satelit mikro diantaranyaSilikon, Galium Arsenat dan Indium Phospide yang mempunyai karakteristikyang berbeda-beda (tabeI2.4).Tabel 2.4. Karakteristik solar selParameter Silicon Thin Sheet Gallium Indium MultijunctionAmorphous Si Arsenate Phosphide GalnP/GaAsPlanar cell theoretical 20.8% 12% 23.5% 22.8% 25.8%efficiencyAchieved efficiency:- Production 14.8% 5% 18.5% 18% 22%- Best laboratory 20.8% 10% 21.5% 19.9% 25.7%Equivalent time ingeosynchronouse orbitfor 15% degradation:- 1 MeV electron10 year 10 year 33 year 155 year 33 year- 10 MeV electron 4 year 4 year 6 year 89 year 6 year22

• " BABlli TUJUAN DAN MANFAAT 3.1. TujuanSesuai dengan latar belakang di atas, tujuan penelitian tidak terlepas dari fase Program Satelit LAPAN dimulai Phase PembelajaranlPenguasaan TeknologiSatelit. Dan tujuan ini tercantum dalam misi program yaitu meningkatkanpengetahuan, pengalaman lapangan, kepercayaan diri dari para engineer dalammerancang bangun sistem sate lit, dalam hal ini khususnya sistem Power ControlUnit Satelit.Tujuan teknis dan obyektif perancangan seperti perancangan sistem distribusipower, sensor tegangan, sensor arus, DCfDC converter, pembatas arus, dan sistemcharger/discharger baterai. Dengan hal tersebut, maka tujuan penelitian yangpaling dapat dilihat saat ini adalah pada tujuan program yaitu peningkatankegiatan dalam rangka menambah pengalaman, pengetahuan dalam rancangbangun satelit secara nyata yaitu dengan menerapkan metode Hands OnExperience dengan sistem pilot project satelit LAP AN A2.Penelitian diarahkan pada usaha pembelajaran untuk melakukan verifIkasi atasrancangan desain secara keseluruhan, hasil uji fungsional dari dokumen-dokumenteknis yang ada.Tujuan program ini sangat penting, mengingat saat ini LAPAN sebagai pusatpengetahuan antariksa, dan PUSTEK ELEGAN khususnya telah diketahui sebagaipusat pengembagan satelit sesuai dengan visi dan misi Pustek Elegan. Maka sudahselayaknya pengetahuan, pengalaman dan kemampuan dari sisi teknis merupakansesuatu yang harus ditingkatkan.23

selayaknya pengetahuan, pengalaman dan kemampuan dan sisi teknis merupakansesuatu yang hams ditingkatkan.3.2. ManfaatSesuai dengan tujuan maka manfaat dalam penelitian ini yang akan didapatkanadalah mempercepat proses transfer teknologi satelit. Sehingga pengetahuan,pengalaman lapangan, kepercayaan drri dari para engineer dalam merancangsistem peu satelit akan semakin meningkat. Selain itu juga tentunya manfaatyang lebih penting adalah kemandiriaan dan mengurangi ketergantungan terhadapluar negeri dalam membangun dan mengembangkan sistem sate lit khususnyapeu satelit.24

• BABIV METODOLOGI Vntuk mencapai sa saran dan tujuan, perancangan ini menggunakan pendekatanmetode waterfall seperti tampak dalam Gambar 4.1.Permasalahan -1PerancanganSistem hardwaredan softwaretIIIr--­Implementasidan tes unit ~• Integrasi dantes sistemGambar 4.1. Metode perancanganMetode deskriptif diimplementasi dengan cara analisa sistem dan dokumentasi.Sedangkan metode eksperimental yang akan diterapkan adalah prosesperancangan sistem, instalasi dan integrasi sistem, uji coba dan evaluasi.Sistem PCV satelit yang akan dirancang seperti tampak dalam blok diagramGambar 4.2. Berdasarkan gam bar rancangan akan dibagi lagi menjadi beberapaklas untuk memudahkan dalam perancangan Perangkat lunak dalam sebuah PCakan digunakan sebagai alat bantu simulasi dalam pengujian sistem terse but.--25

• PCUBaterai -------, DC-DCConverterFuse-Power supplyvariabelIISensorArusIMikroKontrolier ISwitchSensor Tegangan/ I" W\ ---V > ~i~tGambar 4.2. Blok diagram rancangan PCVPerancangan dilakuakan dengan sistematika sebagai berikut :• Mendefinisikan konfigurasi awal PCV sate lit, dimana akan ditentukanjumlah kanal, fuse, switch, sensor tegangan dan sensor arus yangdiperlukan.• Menentukan nilai tegangan mam bus power, regulated power danunregulated power.• Merancang perangkat keras dimulai dari level bread board hingga levelPCB.• Merancang perangkat lunak PC untuk analisis output.• Melakukan pengujian.I...-lPower supply variable yang digunakan sebagai pengganti solar panel akan disetsesuai hasil analisis power terhadap attitude dan orbit sate lit dimana data terse butakan diambil dari log telemetri LAPAN TUBSA T dan akan dibandingkan dengan. teori yang ada. Resistansi variable digunakan untuk menggantikan resistansibe ban device elektronik subsistem satelit. Nilai resistansi beban akan diset sesuaidengan nilai.26

.. 1-.......£I ­---Alat Bantu yang digunakan ;• Power Supply Instek PPE-3323 Spesifikasi ; OV-32V (32 A); -32V-OV (32 A); 3,3V/SV (3A), _. -' .- -_... _ _ _ _ ':....:.. • n _0. =.:-­_'_'Gambar 4.3. Power Supply• Rheostad HochstbelastungSpesifikasi ; 0 Ohm - 100 Ohm~LLGambar 4.4. Rheostad27

LLL­LLLa...-..L ..........., LLLL.. BABVHASIL DAN PEMBAHASAN5.1. Analisis Power Solar PanelDengan mengasumsikan bahwa dimensi solar panel adalah 34 cm x 62 cm makauntuk solar sel silicon dapat dihitung power yang dapat dihasilkan satu solar paneldapat dihitung dari persamaan berikut:L----.s, P = 11 A I cos 8Normal Solar Panel (n)----.a----.Sun Direction (I)Gambar 5.1. Sudut e antara sinar matahari dan normal solar panel~5.1.1. Power minimum­Power minimum terjadi pada saat hanya salah satu sisi solar panel yang terkenasinar matahari. (Ini khusus untuk konsep operasi seperti LAPAN·TUBSATdimana pada saat hibernasi, satelit berada dalam mode momentum bias sehinggaselalu ada panel yg terkena sinar matahari). Untuk parameter berikut ini:I (Intensitas matahari) = 1367 W/m2panel)Sudut matahari (beta angle) = 0° (sinar matahari tegak lurus terhadap solarA = 34 cm x 62cml1min = 26% (triple junction)28

LLL:L--4LL--Ḻ--LL......ILLLLatmaka diperoleh power output yang dapat dihasilkan oleh 1 panel yaitu:POU~min) = 74.92 W (untuk 11 min average)y:0 C' P nelL-- 'L..JL~L-liISolar :k'lCzGambar 5.2. Arah matahari tegak lurus solar panel5.1.2. Power Maksimum- Power maksimum akan diperoleh pada kondisi dimana dua permukaan solar panelyang paling besar (AI) terkena matahari yang membentuk sudut 30 deg dengan­arah normal salah satu panelPout = 11 I Al (cos e+ (cos 90 - 8))Dengan kondisi ini, maka Power maksimum yang diperoleh adalahPou~max) = 88.96 watt29

SUNDIRECTIONAlnl-'-.AlGambar 5.3. Arah matahari terhadap solar panel untuk kondisi Power maksimumEstimasi Power untuk 2 solar panel dengan sudut matahari 45 0nlSUN DIRECTION

•5.1.3. Power rata-rataUntuk menentukan power average, diasumsikan satelit berada dalam kondisitumbling sehingga ada kemungkinan terjadi power maksimum dan minimum ataumatahari tepat mengenai bagian yang tidak ditutupi panel walaupun kondisi inihanya terjadi sesaat (tidak dimasukkan di dalam perhitungan). Dari semua datapower maksimum, minimum maupun untuk semua kemungkinan sudut sudutmatahari dengan solar panel, diperoleh nilai rata rata daya yaitu-=L ~POui{avg)= 81 .81 watt5.1.4. AnaJisa Konsumsi Daya SatelitUntuk mengetahui konsumsi day a pada satelit, berikut ini adalah tabel kebutuhanpower dari masing-masing sub sistem yang dipakai sebagai referensi, jumlahdaya yang akan terpakai selama satelit beroperasi diorbitnya.Table 5.1. Power Budget dari masing-masing sub sistem satelit.."i0 CUITE'lIt[m.-\.]-=PCD:!TTC. .~1')~3.1 ~- ... f..:.- .,.-=:-1C ·i l ! :;~,-B:. u cl1· 'Total-1"'.09Kebutuhan daya yang ditampilkan di tabel 5.1 adalah kebutuhan daya pada saatsatelit mengambil gambar (picture mode). Untuk orbit satelit polar, mode ini31

.. diaktifkan minimal 2 kali sehari yaitu pada saat sat-elit berada diatas Indonesiadiwaktu pagi atau siang hari, untuk mengambil gambar dan berkomunikasi denganground station. Mode ini membutuhkan daya yang paling besar, namun hanyaberlangsung selama beberapa saat yaitu sekitar 10 - 14 menit.Ketika sate lit tidak berada diatas Indonesia, satelit bisa berada dalam 2 mode: fullyhibernate maupun semi hibernate. Pad a mode fully hibernate satelit dibiarkandalam keadaan tanpa kendali. Hal ini diperlukan untuk me-recharge batterekarena dengan membiarkan satelit dalam kondisi tumbling maka akan semakinbanyak peluang solar panel terkena sinar matahari. Selain itu, hal ini juga perluuntuk distribusi thermal agar tidak ada bagian disatelit yang mengalamioverheated karena terus menerus terpapar sinar matahari. Pada tabel 4 dibawah iniadalah konsumsi daya yang dibutuhkan pada saat satelit berada dalam kondisitumbling (fully hibernate).Table 5.2. Daya yang dibutuhkan pada saat satelit berada di mode tumblingD('yicE' "'\" _ 0 Yoltagt?['l CUITeot[mA] Duty-eye1(,[°0I :\I..all POWH[W)?CDE - 1..:­ .:50 1:':(, O , ~, .f,IIC- 1":­ ,j!) 1:::0 ~ .63Tot"l 180 152Pada mode tumbling, hanya subsistem PCDH dan TTC saja yang dihidupkansehingga daya yang dipakai pad a saat berada di mode ini sangat kecil yaitu hanyasekitar 2,52. Selama lebih dari 80 % orbitnya, satelit berada di mode ini.LSelain dua mode tersebut, mode ketiga yang mungkin dialami satelit adalah modemomentum bias. Pada mode ini satelit tidak melakukan pengambilan gambartetapi tetap melakukan kontrol attitude di salah satu sumbunya (y-axis). Mode inidipilih untuk mempennudah pengendalian pada saat sate lit akan masuk wilayahL indonesia untuk melakukan pengambilan gambar. Tabel 5.3 dibawahmenunjukkan daya yang dibutuhkan untuk mode momentum bias. Pada modeLL L L momentum bias, satelit membutuhkan daya sebesar 4,76 Watt. L 32L

•Tabel 5.3. Daya yang dibutuhkan pada saat sate lit berada di mode momentum biasInyict> ~o YoHage ['l ClIlTE'lltfmA1 DU~'-CidE'roo1 ::\IE'

Dalam mencharger baterai -dihutuhkan beberapa komponen dan sensor, yaitupenguat opersaional sebagai pengendali charge discharge baterai, program ableregulator sebagai tegangan charge baterai, current sense adalah sensor arus yangdigunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus charger baterai, temperaturesense adalah sensor temperature yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukurtemperatur baterai pada saat charge maupundischarge, data tegangan dari sensorini digunakan sebagai umpan balik untuk dilakukan tindakan selanjutnya yaituterus charge, trickle charge, atau berhenti charge ........... ' "~ I i : ~ /Gambar 5.5. Skematik Rangkaian Battery Charge RegulatorCambar 5.6. Battery Charge Regulator34

• LPada Gambar 5.5 dan Gambar 5.6 memperlihatkan rangkaian battery chargeregulator yang telah selesaididesain dan dirakit. Kornponen utama dari. bcrtersebut adalah mikrokontroller dan sebuah regulator yang dapat dikontroltegangarmya, Mikrokontroller yang digunakan adalah Attiny 2313 dari atmel,sedangkan regulator yang digunakan adalah LM2576 yang mampu menchargingbaterai hingga 3A. Arus yang masuk ke dalam baterai diukur denganmenggunakan sensor arus yaitu R4dan sebuah penguat clifferensial AD623ANdengan sensitivitas 100m V / A. sedangkan untuk mengukur tegangan bateraidigunakan pembagi tegangan dan adc. Temperatur baterai juga diukurmenggunakan sensor temperatur dan adc. Semua proses charging, pengukuranarus baterai, pengukuran tegangan baterai, dan pengukuran temperatur bateraidilakukandan dikontrol oJeh mikrokontroUer Attiny2313.Gambar 5.7 Battery Li-Ion 14.4 volt lIARGambar 4 memperlihatkan baterai Li-Ion sebanyak 20 buah dengan dirangkai 5pararel dan 4 seri sebingga menghasilkan tegangan J 4.4 voltlll AH.Lithium Ion(LI-Ion) baterai merupakan baterai produksi Panasonic yang mempunyai energidensity tinggi dengan tegangan output 3.7 volt dan kapasitas 2200mAh. Secaraumum baterai Li-Ion memiliki struktur tiga layer yang digulung dalam wadah.Layer tersebut terdiri dari plat elektroda positif yang terbuat dari lithium cobaltoxide, plat elektroda negatif yang terbuat dari karbon khusus, dan separator layer.35

L­•L5.3. Rangkaian Switching5.3.1. Perancangan Sistem SwitchingDalam perancangan awal sistem switch disederhanakan menjadi 4 bit sepertitampak dalarn Gambar 5.9.InputSistem SwitchingI Kanal1 >--.Switch 10= 0Kanal2Switch 10= 1,Switch 10= 2 Kanal3Switch 10=--t3HKanal4/OutputGambar 5.9. Blok diagram sistem switchingDari blok diagram tersebut kemudian diimplementasikan dalam bentuk perangkatkeras dengan skematik tampak seperti dalam Gambar 5.10.IIrIGambar 5.10. Skematik sistem switching36

• ­ -.......... Gambar 5.11. Print Circuit Board sistem switchingAdapun hasil akhir dari perancangan perangkat keras ditunjukan dalam Gambar5.12. .­Gambar 5.12. Basil perancangan rangkaian switching5.3.2. Analisis HasH Pengujian Rangkaian SwitchingPengujian dilakukan menggunakan osciloscope hasilnya ditunjukan dalamGambar 5.13.LL 37L ­

•Gambar 5.13. Hasil pengujian menggunakan osciloscope: Sistem switch dalam kondisi tersambung (Gambar 5. 13.a)akan mengalirkan arusdan tegangan sesuai dengan tegangan input sedangkan dalam kondisi terputus­(Gambar 5.13 . b) arus yang mengalir dan tegangannya bemilai nol.5.4. Rangkaian Fuse~'~5.4.1. Perancangan Sistem FuseSistem fuse dirancang bersifat adjustable dimana terdapat 2 buah komponen yangdapat diatur nilainya. Cara ini diperlukan untuk mendapatkan nilai batas arusbeban yang dapat diatasi oleh fuse terse but. 38 -

LL LLLLLrII•LLLL­L L LLLLL'LLLLLLt ,I IIGambar 5.14. Skematik sistem fuseLLLLLL 39LIGambar 5.15. Rangkaian sistem fuse level bread board

• , I1I1 II II I II : I 1II, III 1 II, , , ..:=!~, :=:1- 1,-.' ,I=!_1: ~ .~ l8'1li -' 1:=1IIil ' ri- !!'I ~,"!I!! : :=:;-I!II ' C("Iii " c , ~ ::.. ~ u..':Jl[][ :11::: 1-: ] 1 ,::J,I.::eJ::l 1 1=IJ[JI ::]11:'1[::J - 0 .:ll I:===­~1­ 'I~ : :J1- 11...': •.llt'[][ :J -1:J,J1i':J : I111 ': Ir ! , I 11­ I¥ I '."I ,•II:13. ' --­ 't] - -I!il:i 11 -- ~ ,~ -If-.­.ii. -=If 'iI-' !E..II,'J;,r; ­ !!i -t ~- =! ~I~-9 !m.iil ,1 i- II I • ,. ,:tj 1111 -,! II ~ JIIIII' :,:" iiiJ ~L ,..lIi::J L,n I':: 1[,]"':;1 1= 11":1.: 11::l [.U: :::11::: 111 11:1..'" ]"I,J!:1: ,1!;,/! :~i_II:': rr:: IIIIiIiI .-. ;,- 1 'I", f:' l~'-' I~ , I ~ !:. r·, Ii01.; ,!I -=m 't'~I. = -­ i 1III•I. IIGambar 5.16. Print Circuit Board sistem FuseAdapun hasil akhir dari perancangan perangkat keras ditunjukan dalam Gambar5.17.-..I~Gambar 5.17. Hasil perancangan rangkaian fuse40

L 41L .. 5.4.2. Analisis HasH Pengujian Rangkaian Fuse-.lIIGambar 5.18. Hasil pengujian menggunakan rheostadPengujian menggunakan beban tiruan dengan bantua alat rheostad. Rheostad.......­dapat diatur nilai resistansinya sehingga nilai arus beban dapat juga ikut diatur.Hasil pengukuran rangkaian fuse :Vinput = 12,5 VoltRerun = 1500 OhmRsense = 22 Ohmdapat membatasi arus hingga 834.5333 rnA. Hasil Iengkap pengukuran sebanyak15 sampel dapat dilihat dalam Tabel 5.5.

•Tabe1 5.5. Basil pengukuran fuse dengan Ruain 1,5 Kn dan RSeflse 22 nNoArus (rnA)1 8302 840".) 8414 8405 8406 8307 8318 8349 83410 83411 83912 82613 83914 83415 826Rata-rata 834.5333Hasil pengukuran rangkaian fuse : Vinput = 12,5 Volt, Roain = 1500 Ohm Rsense = 0,056 Ohm dapat membatasi arus hingga 1,833 A. Hasi1 1engkap pengukuran sebanyak 15 sampel dapat dilihat dalam Tabel 5.6. --AI~--------------"~42

L L .. L L L L LLTabel 5.6. Hasil pengukuran fuse dengan ~ain 1,5 Kn dan Rsense 0,056 nNoArus (rnA)1 18312 1834,.,.) 18314 18245 18406 18317 18268 18349 184010 183111 183212 183113 184014 183515 1840Rata-rata 1833.3335.5. DC-DC konvereterDalam perancangan ini akan digunkanan DC-DC konverter dengan outputtegangan 5 volt dan 12 Volt. Besar tegangan ini banyak dibutuhkan subsitemsatelit. Adapun rangkain DC-DC konverte yang digunakan sudah dalam bentukkomponen seperti tampak dalam Gambar 5.19.I' ~ I ~~~~~~~~~~.. ...... - -,1 •••••••••••• 11 .......... .Gambar 5.19. Komponen DC-DC konverter43

­5.6. Perangkat Lunak Simulator Solar panelPerangkat lunak ini dirancang untuk rnensirnulasikan solar panel dimanaoutput dari perangkat lunak ini akan menggerakkan sistem power suply sehinggaoutput dari power supply akan sarna dengan input dari pengkat lunak. Perangakatlunak ini dapat diset nilai arus dan tegangan seperti tampak dalarn Gambar 5.20.L­LLLLLL­L..-#L L L L L L L LLPort Baud Data Parity Stop[331r- - --' !824-00 iJ''' iJlNone iJI1 iJ PORT OFFOUT OFF OCPOFF AUTO OFFSelect Mode OVPSET DELAY TRACK OVPRSTl Out 1 iJ l ~ ISol.,1 Cell Volt.,geSolar Panel 1124.80Solar Panel 2 124.90Solar Panel 3 124.90Solar Panel 4V outSimulasi124.90124.88setVoltVoltVoltVoltVolt~ l ~ ISol.'1 Cell CllllelltSolar Panel 1 160Solar Panel 2 170Solar Panel 3 1509Solar Panel 4 1126lout 1765.00Gambar 5.20. Perangkat lunak simulator Solar Panel44 set~rnArnAmfi.rnArnA

• Gambar 5.21. Pengujian Perangkat lunak simulator Solar Panel5.5. Perangkat lunak PCUFungsi perangkat lunak PCV telemetry adalah untuk mengambil data telemetryarus, tegangan, suhu, dan kondisi setiap switch yang terhubung pad a setiapsubsistem.Gn SAT(lUT( POWC R STAruSswr ICHt:~S\I\ItTC~ S AfUSf SYIIIlCHES1),;,8 OOOOlutO " .1Il COIOOOOOSET NEW POWER STATUS TURN ON TURN OFFGambar 5.22. Tampilan perangkat lunak PCV.45

­L -I..LLLLLL-Set switch and Fuses dirancang dengan fasilitas untuk rneng-ON-kan dan rneng­OFF-kan switch setiap subsistem dalam sistem satelit. Ada 3 pilihan yangdisediakan yaitu : set switches and fuses, switch on switches andfuses, switch offswitches and fuse. Cara rneng-ON-kan dan rneng-OFF-kan satelit cukup denganmengklik kotak yang berisi tulisan switch atau fuse. Jika warna kotak berubahmenjadi hijau berarti switch ataufuse dalam keadaan ON danjika berwarna merahberarti OFF. Untuk mengurangi kekeliruan user maka Fuse akan dijadikan kontrolswitch didepannya. Jika fuse dalam kondisi off rnaka sernua switch yangterhubung didepannya akan dalam kondisi OFF dan tidak bisa di-ON-kan atau di·OFF-kan. Untuk meng-ON-kan atau meng-OFF-kan maka fuse yang terhubungdibelakang switch tersebut harus dalam keadaan ON.Ketika user memilih Command Set switches andfuses rnaka setingan switch akansesuai dengan setingan terbaru. Jika kotak berwama bjjau berarti ON dan jikaberwama rnerah berarti OFF.Perbedaan command switch on switches and fuses dengan set switches and fusesadalah switch on switches andfuses hanya akan merubah kondisi switch yang di­­-....1'1ON-kan. Sedangkan yang tidak di-ON-kan akan mengikuti setingan sebelumnya.Hampir sarna dengan switch on switches and fuses. Command switch OffSwitches and fuses akan merubah kondisi switch yang di-OFF-kan. Sedangkanyang tidak di-OFF-kan akan rnengikuti setingan sebelumnya.5.5. Perangkat keras mikrokontrolerPerangkat keras ini dirancang berbasis prosesor rabbit 3000. Rangkaian ini(Gamabar 5.23) dilengkapi ADC dan DAC serta serial comunication interface(SCI) untuk memenuhi spesifikasi perancangan sistem PCU satelit.46

LLL.. Gambar 5.23. Perangkat keras mikrokontroler.-.r'I47

­1 ­......J.J6.1. Kesimpulan..BABYI KESIMPULAN DAN SARANDari hasil perancangan, penguJlan dan analisis sistem PCU satelit diambilkesimpulan sebagai berikut :1. Berdasarkan hasil pengujian perangkat keras BCR danperangkatnya dapat bekerja dengan baik.2. Perangakat keras fuse dapat bekerja dengan baik. 3. Demikian juga perangakt keras sistem switch.4. Perangkat lunak simulator solar panel dapat beker:ia dengan baik.5. Sistem PCV ini sangat fleksibel dalam perancangan sehingga sangatmembantu dalam perancangan sistem PCV dan mengurangi resiko dalamproses integrasi dalam sistem satelit secara keseluruhan. 6.2. SaranSistem ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan menambahkan resistorL-4-'LLL......-.oILLLL~~variabel yang dapat dikontrol melalui perangkat lunak PC sehingga dapatmensimulasikan beban device sistem satelit. Selain itu juga untuk meningkatkanhasH simuJasi dapat digunakan perangkat lunak Satelit Tool Kit ataumenggunakan perangkat lunak open source seperti Celestia dan OpenSimKit.L 48

DAFTAR PUSTAKAChester Simpson, Battery Charging, National Semiconductor.Dynamic Function Reference Manual. 2002. USA: Z-Worlds IncEdvance Linear Charger Management ICfor Single and Two Cell Litium Ion andLithium Polymer, Texas Instrument, July 2002Electronic Circuit Engineering Introduction http://www.interq.or.jp~apanlseinoue/eelect.htmen .wikipedia.org/wikiITrickle _ chargi ng, www.wiktpedia.orgHarman Grewal, Li-ion Battery Charger Solution using the SMP430, AplicationReport ,Texas Instrument, Desember 2005Jan Axelson, Serial Port CompleteJean J Labrosse,Embedded Systems Building Blocks: Complete and Ready-To­Use Modules inC , viva CMP booksKamal Hvder, Bob Perrin, Embedded Systems Design using the Rabbit 3000Microprocessor: Interfacing, Networking, and Application Development(Embedded Technology)Kaplan, Marshall H., 1976, "Modern Spacecraft Dynamics and Contro!", JohnWiley & Sons, Toronto, CanadaKPIT GNU Tools and Support site, www.kpitgnutools.comMalak A. Samaan, Toward Faster And More Accurate Star Tracker Sensor UsingRecursive Centroiding And Star Identification,P Butz, "LAPAN TUBSAT Power Control Data Handling", Software InterfaceDocument, Vectronic Aerospace GmbH, 2004.Peter Berlin, Satellite Platform Design, Dept. of Space Science, Univ. Lulea andUmea, Kiruna, Sweden­ Reaction Wheel R W203 with Wheel Drive Electronics and LITEF flFORS-6Interface, Institut f" ur Raumfahrtelektronik, Prof. U.RennerSi4953DY, www.vishay.comStar Tracker VST-41M, Interface Control Document, Vectronic Aerospace GmbHTechnical Documentation Group, "SH7144 Series Hardware Manual", Hitachi,~ Ltd., Japan .Tim Permanen LAPAN-ruBSAT Berlin, Star Tracker, Laporan Teknik 2004.Wertz, James R. and Larson, Wiley J., "Space Mission Analysis and Design",~ Kluwer Academic Publishers, USA, 1999~Wertz, James R., 1978, Spacecraft Attitude Determination and Control, KluwerAcademic Publishers, Dordrecht, The Netherlands~49