Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong. 13 Oktober 2009

ISSN 1693-4687

Penggunaan Indikator Temperatur untukPengontrolan Charging Battery pada Payload

Satelit

Sofian Rizal

Pustek Elegan LAP AN

Abstrak -- PENGGUNAAN INDIKATOR TEMPERATUREUNTUK PENGONTROLAN CHARGING BATTERY PADA

PA YLOAD SATELIT. IC PS402 merupakan ballery chargeryang berhubungan dengan temperatur sensor. Dimanamempunyai kontrol algoritma dan 12Kbytes OTP EPROM. ICPS402 memuat 15 bit AID dan rangkaian signal mixer.EEPROM disediakan untuk penyimpanan program yang biasadipergunakan user dan disediakan pula parameter batteryterutama untuk battery jenis nickel.

Kata kunci: pengukuran temperature, temperature EOC,PS402, OTP EPROM, Soc.

Abstract - TEMPERATURE INDICATOR APPLICATION TOCONTROL BATTERY CHARGING AT SATELLITE PAYLOAD.

IC PS402 constitute ballelY charger with respect to sensortemperallIre. It has Which have control algorithma and 12Kbytes OTP EPROM IC PS402 INCLUDE 15 bit AID and set

signal mixer. An EEPROM is availablefor sloring program andusually be used to by user and an ballelY parameter is availableparticularly.for kind ofballelY nickel type.

Keywords: temperature measurement, temperature EOC,PS402, OTP EPROM, SOC.

I. PENDAHULUAN

IC PS402 merupakan IC yang digunakan sebagai IC

yang digunakan sebagai batteJY charger yang dilengkapisensor temperature internal. Diagram pin dan fungsi dari

pin-pin dari IC PS402 dapat dilihat pada gambar 1 dantable 1. IC PS402 beroperasi didalam siklus kontinuseperti ditunjukkan oleh gambar 2

SPIO(4)

GP h){S)

GPIO{6)

OPIO(7)5MB .eLK

5MB- m.t;RSV5

RSVI3

RSV?

VC(1)

\.tw t)A

VSSA

RSHP

Gambar 1. Diagram pin IC PS402

,GP ~O(3)

OP IO{2:.

GPK){1)

GP}D{O)pm!' 1

RS\/2

RSV3

Rffi/4

Rooe

Vmc

RSHN

C-51

GambaI'2: Sistem operasi PS402-0IXX

TABEL I.DESKRII'SI FUNGSI PS402

Pin 11.1;1\-,1:' D~!'<:rip1k>11

I'/C<:>C(!np-lv1:i

2

GPtO(4) !lJp"I1.~~'l~3

GPI:),S) !np;.It:Olitpt.14

GPIG;£; ~11;:klt'Outr:<t~, GPtO;?; 1nputiOl:tpl:t

•S,\~a-C; K C!~d

7

~,M3-DTA O"b., R$V5 9x(>".'1~9

R5VE- ~"::f.n-:::

10

RSV7 Q'-::>U:1~

11

'1(T~}(!n~liti'.:.

VQCA(!rt~H}>-

';~,~.r.'~'-(lu,)~

14

RSHP(1npl;j}

.,~$Hr"j{ln~W.1

~i3

'!"ITe(Inyl>!i

17

VR:,qg>.;t;':.Jll

15

R:x;(E~~~malbias.:Mi~~'';1.1fo

RS\4\)'"::1'.1:1(;:

2Q

R5'f~ grCoD:1-:::,

2\

KSV2 V>=CD.

'"'IFPiJ~1

20

R5'i1 V12OC.,. GPIO(O) ~11p<.JtIO<Jtpul¢n

25-

GP~1) !~l1OtJtplApm2E

GP10{2} 1npulJCXJtpul Pn

21GPI0{3j Il1p1J!JO\Itputtlin

..:::.<

VSW "","'"

Prosiding Seminar Nasional DOliI'Bahan Bokor 2009Serpong. 13 Oktoher 2009

Siklus frekuensi tergantung dari power mode yangdipilih. Terdapat 3 power mode yaitu run, power, dansleep yang akan dijelaskan satu persatu dibawah ini.

A. RlInmode

Run mode atau sample mode tergantung dari besarnyaaeus. Run dan sample mode entty-exit thresholddikalkulasi menggunakan EEPRFM data value dan rumus

+/- X mA Sample limit x CFCCurr/16384

Sample Limit adalah programmable EEPROM valuedan CFCCur adalah EEPROM value set untuk kqalibrasi.Masukan run mode terjadi ketika arus lebih kurang mAyang berurutan pengukuirannya. run mode pengeluaranyabisa didalam didalam sampled mode. tetapi bukansamp[1e mode. bukan sleep mode. perpindahjan dsrai runmode ke sample mode terjadi ketika perpindahanpengukurn arus terjadi arus lebih kurang mA thresholduntuk dua pengukuran yang berturut-turut. Run modeadfalah konsumsi power tertinggi. Selama run modemaka semua pengukuran dan kalkulasi teljadi sekalisetiap periode pengukuran. Pengukuran arus, tegangandan temperature masing-masing terangkai selama setiapperiode pengukuran.

B. Sample mode

Masukkan sample mode terjadi ketika pengukuran arusdipindahkan lebih kurang sample limit (EE parameter)dua pengukuran berturut-turut. Sample mode bisadihasilkan didalam keduanya yaitu run mode atau sleepmode. Ketika didalam sample mode maka pengukurantegangan, arus dan temperature teljadi sekali setiapperhitungan perioder pengukuran NSample dimanaNSample adalah programlTlable EEPROM value. Tujuansample mode adalah menguraikan power consumptionselama pertiode tidak aktif (nilain rendah (low rate)charge atau discharge.

C. Sleep mode

Masukkan sleep mode teljadi ketika masukkanpengukuran teganganm YC( I) dibawah preset limit setdengan EEPROM value sleepYPack (in mY). Jikapengukuran tegangan input YC(I) dibawah sleepYPackthreshold tetapi pengukuran arus diatas Sample modethreshold dimana mempertahankan run mode, maka sleepmode tidak dimasukkan. Sleep mode hanya bisadimasukkan dari sample mode. Ketika didalam sleepmode maka tidak ada pengukuran yang teljadi dan tidakada kalkulasi yang dibuat. Display ukuran bahan bakartidak beroperasi. Sleep mode adalah salah satu powerconsumption yang paling rendah. Ketika didalam sleepmode (yaitu dua masukkan tegangan rendah dan sample

ISSN 1693-4687

mode) maka terdapat empat metode untukmembangkitkan. Yaitu tingkat tegangan, tingkat arus,5MBus activity dan I/O pin activity. Tabelmengindikasikan setting yang sesuai.

TABEl2 PEMBANGKIT

Bit

K4.M ..\ F..,');GSI

-

\I'.'-~;)PB5JSGKITVO

-

\~Va~~'t6usPEME..UiGlJISM811.s

L

i/1'akcCurr?~,IB.t.'G;;J7 .U:J&

1W"b\'oit?EMB.'-'iGKIT TI'GAYGA.'i

2:0

vVJ~\eL~ve~mt!3 ..\.~GKI!llGANG.-\.'\

II. DASAR TEORI

Gambar 3 merupakan blok diagram PS402. Di blokdiagram itu terlihat 8 bit low power mikrokontroler,memori 12 Kbytes OTP EPROM untuk program ataudata storage dan 128 bytes EEPROM untuk parameterstorage. IC melakukan pengukuran tegangan, arus, dantemperature dengan keakuratan 15 bit integrating sigmadelta converter A/D. ND bisa dikalibrasi untuk

meminimalkan error gain dan offset dan melakukan allto­offset allto-zero ketika aplikasi system selesai. Di dalam12 Kbytes OTP EPROM terdapat battety managementyang terdiri dari algoritma dan 3 dimensi model cell yangmemuat 359 parameter dan pengganti self discharge.Keakuratan kapasitas batte/y dan time-prediction bisadicapai dengan error 1%. One time programmable (OTP)bisa di upgrade dengan cepat. Komunikasi dengan hostsesuai standar indllst/y smart battety system (SBS).Disediakan komunikasi 5MBus yang sesuai dengan5MBus v 1.1, Packet Error Checking (PEC) dan koreksiprotokol CRC-8. PS402 mempunyai osilator RC yangmenyediakan akurasi timing untuk self-discharge dankalkulasi kapasitas, juga meminimalkan kebutuhanKristal eksternal. Temperatur sensor digunakan untukmeminimalkan jumlah komponen dimana disediakankomponen thermistor eksternal untuk memonitor batte/ycell. Delapan programmable digital input/output terdapatpada PS402. Pin ini bisa digunakan sebagai output LEDuntuk display State Of Charge (SOC) atau untukmengontrol langsung rangkaian pengisian eksternal.Selain itu juga bisa digunakan untuk menambah monitorkeamanan pengisian batte/yo Alternatif lain bisadigunakan sebagai sebagai tujuan umum input/olltput.

C-52

Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009Serpong, 13 Oktober 2009

Gambar 3: Blok diagram PS402.

III. OPERASI AID

PS402 AID converter mengukur arus, tegangan,

temperatur dan arus yang melebihi waktu pengukuranState Or Charge (SOC). Semua tegangan dimonitor dandikalibrasi. Dengan menggunakan eksternal resistor maka

arus dimonitor selama dan sebelum pengisian. Osilatordigunakan sebagai time base. Temperatur diukur darisensor temperatur sebagai pilihan thermistor eksternal.Arus dan temperatur juga dikalibrasi untuk keakuratan.

AID menerima input dari sensor temperatur internal

untuk mengukur temperatur. Sebagai pilihan thermistor

eksternal bisa dihubungkan ke pin \1>lT(: yang memonitor

AID converter. Output voltage yang menggunakan output

thermistor eksternal disediakan oleh pin VREFT. AIDmenggunakan 11 bit resolution mode untuk pengukuran

temperatur. Peralatan standar 10K? : 25'(; NegativeTemperature Coefficient (NTC) tipe l03ETB menyokong

thermistor eksternal. Salah satu tangkai Ntc dihubungkan

ke pinVREFT dan pin yang lain dihubungkan ke pinkemudian resistor 3,65 K? dihubungkan ke

ground <vss.~.).Bentuk resistor dari batang yang lebih

rendah merupakan rangkaian voltage divider. Untukketepatan akurasi pengukuran temperatur maka resistor1% harus digunakan. Thermistor eksternal harus

didekatkan sedekat mungkin dengan battelY cell dan

harus diisolasi dari sumber panas yang lain yangmempengaruhi operasi. Pembacaan temperatur End OfCharge adalah disable selama LED menyala. Kalibrasipengukuran temperatur melibatkan faktor koreksi dan

offset seperti pengukuran temperatur dan pengukurantegangan. Pengukuran temperatur internal menggunakan

faktor koreksi CFTempl dan offset COTempl.

IV. TEMPERATURE EOC

Nilai yang timbul dari temperatur battery merupakan

pengisian penuh deteksi mekanik. lni metode penggunaanbattery jenis Nickel dan memakai metode umum dT/dt(delta-Temperature over delta-Time). Temperatur timbulmelalui periode waktu yang terus menerus di monitor.

Pertambahan cepat dari titik perubahan dideteksi sebagai

titik End Of Charge. Titik perubahan tampak sebelum

keadaan terisi penuh sehingga menghasilkan State Of

ISSN 1693-4687

Charge (SOC). Khususnya nilai dT/dt dari 1"C per

minute dengan keakuratan 95% ketika menggunakan nilai

pengisian I C atau 1 jam. Walaupun metode ini aktifselama masa pengisian tapi pada umumnya teljadi ketika

nilai pengisian O.8C atau lebih tinggi. Kontrol parameter

dalam temperatur EOC (dT/dt) dapat dilihat pada table 2.

T ABEL 3 KONTROL PARAMETER.

Parnn'leter Penjelasan

DtEGCSGC

SC}C{EE} ~.."jDt\/S;;)n~:pl-e,

Delay(EE( ND~!ayEC'C

TIme(EE} coe De-ha t

TG<mFcou,:".u mi:nh::t.;un

(EE)Ten1petattl1" minitnutn

V. ALGORITMA TEMPERATUR

Smart BattelY IC PS402 menyediakan bermacam­

macam titik penyetelan alarm temperatur dan kondisipengisian. Parameter EPROM dan OTP EEPROM

mengontrol bagaimana alarn1 temperatur dan kondisioperasi pengisian, yaitu:

• HighTempAl: Ketika pengukuran temperatur lebih

besar dari HighTempAl OVER_TEMP _ALARM diset. Jika battelY dalam pengisian maka

TERMlNATE_CHARGE_ALARMjuga di set.

• J ika pengukuran temperatur kurang daripada

ChrgMinTemp maka pengisian disable. Ketika sistem

melakukan pengisian dan pengukuran temperatur lebihbesar dari ChrgMaxTemp maka pengisian disable.Ketika sistem discharging dan pengukuran temperaturlebih besar dari DischrgMaxTemp maka dischargingdisable. Jika ChrgMaxTemp melebihi threshold(60"C) maka pengisian disable sampai temperaturturun menjadi 50"C.

VI. KEAMANAN KONDISI PEMROGRAMAN

Terdapat 5 fungsi yang berbeda yang bisa menjadikondisi OR atau AND. Di dalam GPI00-GPl07 maka

lower 8 bit adalah bit AND dan upper 8 bit adalah bit OR.

Daftar bit terlihat di table 3. Di dalam AND byte maka

kondisi trigger yang didiinginkan maka dipilihlah 1 didalam control bit. Semua kondisi yang dipilih harus true

untuk kondisi AND. Jika tidak ada kondisi yangdiinginkan maka OFFh harus ditulis didalam byte.

TABLE 4 KONDISI AMAN GPIO

OR Byte AND ByteKandisi anlanBit

Bit~2

4VPACK 0-- SafetyMaxVPack11

3Temperature'> SafetyMaxTemp:0

2Temperature <: SafetyMinTempSI

1Charge Current 0-- SafetylMaxC8

0Discharge Current;> SafetylMaxO

Didalam OR byte maka kondisi trigger yang

diinginkan maka dipilih 1 didalam kontrol bit. Beberapa

C-53

Prosidillg Semillar Nasiollal Dallr Bahall Bakar 2009Serpollg. J 3 Oktaher 2009

kondisi yang dipilih di mana true akan menyebabkankondisi OR true. Jika tidak ada kondisi yang diinginkanmaka OOh harus ditulis di dalam byte. Pin GPIOx yang

aktif akan menghasilkan ketika semua kondisi AND danbeberapa kondisi OR adalah true.

VII. KONTROL PEMROGRAMAN CHARGE

PS402-0 1xxx mendukung fungsi kontrol program

pengisian di pin GPIO. Terdapat 8 fungsi yang berbedayang bisa menjadi kondisi AND atau OR. Didalam pinGPIOO-GPI07 maka lower 8 bit adalah AND bit dan

upper 8 bit adalah OR bit. Kondisi koptrol pengisian bisadilihat dam tabel 4.

TABEL5 KONDISI KONTROL I'ENGISIAN.

OR By!e AND ByteBit

Bit

14

6TemlinateCl13rg",AJarm

135Charged bit set

12

~SOC > M.:\XSOC

'I3Temper;:;tme> Saf",tyMaxTemp

10

:2Tempemture < Precharg",Temp

~1~NPUT

S

0'v'PACK < Pr",chargeVPack

- -

ISSN 1693-4687

KESIMPULAN

1. IC PS402melakukan pengukuran tegangan, arus, dan

temperature dengan keakuratan 15 bit integratingsigma delta convel1er AID.

2. Keakuratan kapasitas battery dan time-prediction

bias dicapai dengan error 1%.3. PS402 AID converter mengukur arus, tegangan,

temperature dan arus yang melebihi waktupengukuran State O(Charge (SOC).

4. Untuk ketepatan akurasi pengukuran temperaturemaka resistor 1% harus digunakan.

5. Eksternal thermistor harus didekatkan sedekat

mungkin dengan battery cell dan harus diisolasi darisumber panas lain yang mempengaruhi operasi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] SEARS, ZEMANSKY, Fisika Untuk Universitas 2,Binacipta, Bandung, 1986.

[2] KENNETH KRANE, Fisika Modem, UniversitasIndonesia, Jakm1a, 1992.

[3] SEARS, ZEMAN SKY, Fisika Untuk Universitas 3,Binacipta, Bandung, 1986.

[4] ARTHUR BEISER, Konsep Fisika Modern, Erlangga,Jakm1a, 1991.

[5] SEARS, ZEMANSKY, Fisika Untuk Universitas 1,Binacipta, Bandung, 1985.

[6] MURRA Y R. SPIEGEL, Matematika Lanjutan, Erlangga,Jakarta, 1989.

[7] THOMAS C. BARTEE, Computer Architecture And LogicDesign, Mc Graw-Hill, Inc, Singapore, 1991.

C-54