Belajar mempergunakan komponen sakelar di LTspice

Salah satu cara mempelajari sesuatu dengan efektif dan efisien adalah dengan mencoba dan mempelajari contoh yang sederhana. Cara ini bisa dianggap fail safe, pelajar diharapkan tidak perlu gagal dengan tidak perlu di awal proses belajar. Cara ini secara sederhana bisa dikatakan sebagai meniru yang contoh yang berhasil. Meskipun ada bagian-bagian dari proses belajar yang justru para pelajar diharapkan gagal terlebih dahulu sehingga bisa mengapresiasi proses yang akan dilangsungkan.

Untuk LTspice di sistem Microsoft Windows maupun GNU/Linux (seperti Fedora, Debian, Ubuntu, Mint) terdapat beberapa contoh di folder (direktori) yang bisa menjadi awal belajar. Misalnya yang terlihat pada Gambar 1, direktori contoh untuk edukasi (bukan simulasi produk Linear Technology).

Gambar 1.

Untuk mempelajari penggunaan komponen switch pada LTspice, ada baiknya memulai dari contoh simulasi di file Vswitch.asc seperti pada Gambar 1.

Gambar 2.

Gambar 3.

Gambar 4. Penamaan switch.

Penamaan sakelar (switch) bisa diubah-ubah seperti terlihat di Gambar 4. Namun sebaiknya penamaan menggunakan sesuatu yang bermakna dan mudah mengingatkan kembali mengenai peran sakelar atau kerja sistem.

Gambar 5. Pengaturan switch.

Nilai dari pulsa tegangan yang mengendalikan sakelar dapat diatur sesuai keperluan seperti terlihat pada Gambar 5.

Gambar 6. SPICE directive untuk switch.

Dengan menggunakan shortcut ‘S’ pengguna dapat mengakses SPICE directive. Bisa juga dengan menekan ‘T’ lalu memilih radio button SPICE directive, seperti pada Gambar 6. Bisa juga melakukan hoover dengan mouse tepat di atas tulisan .model SW01 (yang merupakan SPICE directive) seperti yang tertulis pada Gambar 6, lalu melakukan klik-kanan. Bisa diperhatikan kesesuaian antara penamaan switch (contohnya SW01) pada komponen dengan penulisannya pada SPICE directive. Jika berbeda maka akan menghasilkan kesalahan.

Selebihnya silakan dicoba-coba sendiri.

Latihan mengawali belajar LTspice

Di post sebelumnya sudah cukup lengkap saya cantumkan sumber-sumber belajar untuk dapat mulai mempergunakan software simulator rangkaian elektronik LTspice. Sekedar untuk menambah bahan pemeriksaan apa yang perlu dan sudah dipelajari sebagai awalan.

Di dalam post ini, saya bagi ke dalam dua bagian. Bagian yang pertama berisi outline agar mahasiswa yang belajar bisa lebih mudah untuk melihat gambaran besar sistematika belajar dalam post ini. Di bagian kedua, outline saya lengkapi dengan ilustrasi gambar.

  • Membaca sumber awal mengenai LTspice di situs elda.sunupradana.info.
  • Mengenal toolbar, menu dan shortcut
    • Edit >> Component
      • Latih juga menggunakan shortcut F2
    • Latih mencari dan memilih sumber tegangan >> “voltage”
    • Latih penggunaan “move” dan “drag”
      • Menu >> Edit >> Move (atau Drag)
      • Latih menggunakan lambang tangan di toolbar
      • Latih menggunakan F7 dan F8
    • Latih memilih dan menempatkan komponen Resistor
      • Menggunakan menu
      • Menggunakan F2
      • Menggunakan shortcut, menekan kunci >> R
    • Berlatih menggunakan “wire”
      • Melalui menu edit
      • Melalui toolbar
      • Melalui shortcut F3
    • Latih penggunaan GND
      • Melalui menu edit
      • Melalui toolbar
      • Melalui shortcut G
    • Mencoba RUN untuk pertama kali
      • Melalui toolbar
      • Melalaui “right-click” (klik kanan)
    • Mencoba mode simulasi “operating point”
    • Berlatih pemberian nama lain dari node
      • Gunakan menu >> Edit >> “Label Net”
      • Melalui icon di toolbar
      • Menggunakan shortcut F4
    • Mencoba mode simulasi “transient”
      • Melakukan “Edit Simulation Command”
    • Berlatih posisi jendela vertikal
      • Windows >> “Tile Vertically”
    • Berlatih menggunakan delete
      • Lewat menu >> Edit >> Delete
      • Menggunakan shortcut F5
    • Latih copy & paste
  • Ganti sumber tegangan dari DC menjadi AC
  • Berlatih menggunakan “color preferences”
    • Coba ganti warna “background”
      • Gunakan kombinasi RGB
        • Putih (White), semua RGB 255
        • Gunakan sarana bantu untuk menemukan code warna dalam hexa
          • MS Paint [?]
          • Photoshop
          • KColorChooser
          • http://www.color-hex.com/
  • Berlatih menggunakan diode
    • Gunakan menu >> Edit >> Diode
    • Gunakan shortcut D
  • Berlatih menggunakan “Add Plot Pane”
  • Berlatih menggunakan transformer

 

  • Membaca sumber awal mengenai LTspice di situs elda.sunupradana.info. 
  • Mengenal toolbar, menu dan shortcut
    • Edit >> Component
      • Latih juga menggunakan shortcut F2
    • Latih mencari dan memilih sumber tegangan >> “voltage”

      Gambar 1

       

    • Latih penggunaan “move” dan “drag”

      • Menu >> Edit >> Move (atau Drag)
      • Latih menggunakan lambang tangan di toolbar

        Gambar 2

      • Latih menggunakan F7 dan F8
    • Latih memilih dan menempatkan komponen Resistor

      Gambar 3

      Gambar 4. Gunakan Ctrl+R untuk rotate (memutar komponen)

      • Menggunakan menu
      • Menggunakan F2
      • Menggunakan shortcut, menekan kunci >> R 
    • Berlatih menggunakan “wire”

      Gambar 5.

      • Melalui menu edit
      • Melalui toolbar
      • Melalui shortcut F3 
    • Latih penggunaan GND

      Gambar 6.

      • Melalui menu edit
      • Melalui toolbar
      • Melalui shortcut G 
    • Mencoba RUN untuk pertama kali

      Gambar 7. Lengkapi nilai komponen sebelum simulasi.

      • Melalui toolbar
      • Melalui “right-click” (klik kanan)

        Gambar 8.

         

    • Mencoba mode simulasi “operating point”

      Gambar 9.

      Gambar 10.

      Gambar 11.

       

    • Berlatih pemberian nama lain dari node

      Gambar 12.

      Gambar 13.

      • Gunakan menu >> Edit >> “Label Net”
      • Melalui icon di toolbar

        Gambar 14.

         

      • Menggunakan shortcut F4

        Gambar 15.

        Gambar 16.

        Gambar 17. Pastikan label diletakkan di node.

        Gambar 18.

        Gambar 19.

         

    • Mencoba mode simulasi “transient”
      • Melakukan “Edit Simulation Command”

        Gambar 20.

        Gambar 21.

        Gambar 22.

        Gambar 23.

         

    • Berlatih posisi jendela vertikal
      • Windows >> “Tile Vertically”

        Gambar 24.

        Gambar 25.

         

    • Berlatih menggunakan delete
      • Lewat menu >> Edit >> Delete
      • Menggunakan shortcut F5 
    • Latih copy & paste

      Gambar 26.

       

    • Ganti sumber tegangan dari DC menjadi AC

      Gambar 26.

      Gambar 27.

      Gambar 28.

       

    • Berlatih menggunakan “color preferences”

      Gambar 29.

      • Coba ganti warna “background”

        • Gunakan kombinasi RGB
          • Putih (White), semua RGB 255
          • Gunakan sarana bantu untuk menemukan code warna dalam hexa
            • MS Paint [?]
            • Photoshop
            • KColorChooser

              Gambar 30.

            • http://www.color-hex.com/

              Gambar 31.

               

    • Berlatih menggunakan diode

      Gambar 32.

      • Gunakan menu >> Edit >> Diode
      • Gunakan shortcut D 
    • Berlatih menggunakan “Add Plot Pane”

      Gambar 33.

      Gambar 34.

       

    • Berlatih menggunakan transformer

 

 

LTspice untuk kuliah elektronika daya

Salah satu sarana bantu belajar elektronika daya (power electronics) adalah perangkat lunak LTspice. Seperti yang terkandung dalam namanya LTspice adalah perangkat lunak yang berbasis pada SPICE. Turunan dari SPICE cukup banyak semisal Multisim dan Proteus, yang merupakan perangkat lunak berbayar (komersial). Untuk yang gratis, ada beberapa yang cukup dikenal misalnya Ngspice dan LTspice. Sekalipun gratis, LTspice bukanlah simulator yang jelek atau “murahan”. LTspice dikembangkan oleh perusahaan pembuat komponen elektronika, Linear Technology. Karena bisnis utama perusahaan ini adalah perangkat keras, maka perangkat lunak yang mereka keluarkan dapat dipergunakan secara bebas alias gratis.

Ada beberapa sumber belajar bagi mahasiswa elektro untuk memulai mempergunakan LTspice. Beberapa di antaranya saya cantumkan di bawah ini.

Tutorial berupa video:


Sumber bacaan dokumen:


Untuk proses perkuliahan elda pergunakan LTspiceXVII [update:2021].

Perusahaan Linear Technology telah dibeli Analog Devices, karena itu tempat file berubah. Anda bisa mempergunakan mesin pencari seperti Google atau Bing untuk menemukannya. Manfaatkanlah ilmu yang telah dipelajari mengenai pencarian data/informasi yang bersifat publik dengan mesin pencari di Internet.


Menangani arus yang lebih besar pada IC pengendali tegangan listrik

Komponen seperti LM7805, MC7812, LM7912 dan AMS1117 seperti juga IC lainnya tentu saja memiliki keterbatasan kemampuan penghantaran arus listrik, atau lebih tepatnya kemampuan penangan daya (power handling). Hal ini berkaitan dengan keterbatasan kemampuan untuk menyalurkan panas yang dihasilkan dari proses pengaturan tegangan listrik. Kemampuan handling arus (thermal dan daya secara keseluruhan) bisa dilihar di masing-masing datasheet, misalnya datasheet untuk LM7805 ini.

Salah satu cara mudah untuk mengurangi panas yang dihasilkan oleh IC regulator tersebut adalah dengan membagi arus listrik yang akan menuju ke beban. Jika awalnya arus tersebut secara keseluruhan harus melewati IC regulator maka designer dapat mengalihkannya sebagian dengan menggunakan komponen lain. Misalnya (dan umumnya) adalah dengan menggunakan komponen BJT (NPN dan PNP).  Transistor dalam penggunaan ini biasa disebut sebagai “pass transistor“. Dengan mengkombinasikan kata-kata kunci tersebut dengan nama IC regulator di mesin pencari maka kita akan menemukan cukup banyak contoh dan referensi penggunaan konfigurasi serupa.

Untuk mempelajari dan dapat melakukan uji skenario what-if dengan lebih cepat dan lebih mudah, maka simulator SPICE dan turunannya bisa dipergunakan. Berikut ada beberapa contoh yang bisa dilihat.

Gambar 1. Simulasi menggunakan TINA-TI

Gambar 2. Simulasi pass transistor menggunalan LTspice

Gambar 3. Simulasi pass transistor dengan BJT PNP TIP2955

Gambar 4. Parallel pass transistor

Gambar 5. Hasil simulasi dari rangkaian pada Gambar 4

Gambar 6. Pass transistor menggunakan NPN (TIP3055)

Gambar 7. Hasil simulasi dari rangkaian pada Gambar 6

Keterangan lebih lanjut dan pengaturan nilai resistor dapat juga dipelajari di datasheet dari masing-masing produsen. Dari simulasi seperti ini pula, perancang dapat memperoleh gambaran bagaimana (dengan model komponen yang tersedia) nilai resistor untuk mengaktifkan pass transistor dapat berbeda dari hasil perhitungan manual.

Bahan pengantar kuliah tentang buck converter

Sebelum melihat lebih jauh dan melatih simulasi rangkaian untuk buck converter, sebaiknya terlebih dahulu melihat kembali post tentang simulasi untuk linear step-down. Dari post tersebut dapat diperoleh gambaran kemungkinan mengapa para pendahulu memikiran alternatif lain dari regulator linier yaitu regulator non-linier seperti buck converter.

Kemudian dilanjutkan dengan melihat kembali artikel mengenai penyakelaran pada sistem DC. Hal ini berguna untuk melihat rekonstruksi rangkaian evolusi dari sakelar ideal, BJT dan MOSFET. Dalam artikel itu bisa dilihat contoh dasar low-side swithing dengan NPN maupun N-MOSFET, dan high-side switching dengan PNP maupun P-MOSFET.

Setelah itu, dapat dilanjutkan dengan meninjau kembali sejenak tentang prinsip dasar bagaimana mempergunakan MOSFET sebagai sakelar elektronik. Di sana dapat dilihat kembali bagaimana cara MOSFET dioperasikan antara dua keadaan yaitu cut-off dan triode (ohmic).

 

MENURUNKAN TEGANGAN DENGAN BJT

Sebelum masuk ke penurun tegangan yang mempergunakan rangkaian tidak linier (on-off) kita akan melihat kembali rangkaian penurun tegangan linier, kali ini dengan mempergunakan BJT NPN.

Gambar 1.

Gambar 2.

Dapat dilihat bahwa dengan mempergunakan BJT pada rentang operasi linier, kita dapat menurunkan tegangan dari level catu daya ke level yang kita perlukan pada beban. Efisiensi untuk sistem ini berada pada kisaran 55,9 %. Transistor NPN mengeluarkan daya kira-kira sebesar 1,9 Watt berupa panas.

 

SIMULASI BUCK CONVERTER DENGAN LTSPICE

Gambar 3.

wp-1459193542287.jpegGambar 4.

Perhitungan untuk mencari nilai average dan RMS dapat mengacu dan mengikuti contoh pada halaman di situs pada link ini.

Gambar 5. Topologi dasar buck converter (sumber: SLVA477B)

 

Gambar 6. Topologi dengan komponen dan pengendali MOSFET yang lebih realistis
(sumber: SLVA057)

Gambar 7. Simulasi rangkaian tanpa induktor dan diode

Gambar 8.

Gambar 9.

Gambar 10.

Gambar 11.

Gambar 12.

Gambar 13.

Gambar 14.

Gambar 15.

 

CONTOH KONFIGURASI RANGKAIAN BUCK CONVERTER

 

Gambar 16. (Sumber: microcontrollerslab.com)

Gambar 17. (Sumber: AVR Tiny Buck Converter)

 

Gambar 18. (Sumber: KD1JV on boost and buck converters implemented with an ATtiny13V)

 

Gambar 19.

 

Gambar 20. (Sumber: Arduino-based Switching Voltage Regulators)


SUMBER BELAJAR UTAMA:

  1. Buck Converter Design Example
  2. Basic Calculation of a Buck Converter’s Power Stage, SLVA477B
  3. Buck Converter Basics

SUMBER PEMBANDING:

  1. Buck Converter Design
  2. Understanding Buck Power Stages in Switchmode Power Supplies, SLVA057

KOMPONEN:

  1. Buck DC/DC Converters