SKEMA AMPERMETER DENGAN SHUNT RESISTOR

Bikin Sendiri Ampermeter Arus Besar dengan Shunt Resistor.

Pada kendaraan listrik, voltmeter dan ampermeter adalah dua instrumen yang selalu berdampingan. Jika sebelumnya kita telah membahas cara membuat voltmeter mandiri dengan konsep voltage divider. DISINIARTIKELNYA, sekarang kita akan fokus pada pembuatan ampermeter arus besar menggunakan Shunt Resistor dan bantuan Op-Amp LM358.

---

Prinsip Kerja dan Komponen Utama

Ampermeter arus besar yang kita buat akan mengandalkan prinsip pengukuran beda potensial (tegangan) yang sangat kecil melintasi sebuah Shunt Resistor yang dialiri arus beban.

Skema Wiring Shunt + LM358

 

1. Shunt Resistor (Sensor Arus)

Shunt Resistor wajib dipasang pada sisi "low side" atau sisi negatif dari rangkaian beban. Arus yang mengalir akan menghasilkan penurunan tegangan di kedua ujung Shunt Resistor, di mana nilai ini sebanding lurus dengan arus yang melewatinya (berdasarkan Hukum Ohm, V = I x R).

angka 50A 75mV , artinya bukan arus maksimal 50A saja.
namun mengartikan nilai R = 0.0015 ohm

Namun, tegangan ini sangat kecil, terutama pada Shunt Resistor dengan resistansi rendah. Berikut adalah contoh ilustrasi hubungan antara arus dan voltase di Shunt Resistor:

pada Amper sebesar 200A saja, nilai voltase V-sunt hanya 300miliVolt
artinya ini sangat kecil sekali

 

2. Op-Amp LM358 (Penguat Sinyal)

Agar tegangan kecil (V-shunt) ini dapat dibaca dengan mudah dan akurat oleh microcontroller (seperti Atmega, STM32, atau ESP), kita perlu menaikkan nilainya hingga mencapai rentang kerja yang ideal, misalnya 0-3V. Inilah fungsi dari LM358 yang bekerja sebagai penguat tegangan (amplifier).

LM358 penguat sinyal.
mengubah tegangan miliVolt menjadi dinaikkan.

Skema penguatan

Skema wiring diagram (seperti pada gambar di atas) menunjukkan bagaimana Op-Amp LM358 digunakan untuk menguatkan beda potensial yang sangat lemah pada Shunt Resistor.

---

Pengaturan Gain (Penguatan)

Untuk menguatkan tegangan input (V-shunt) menjadi tegangan output (V-out) yang bisa dibaca oleh microcontroller, kita perlu mengatur nilai gain pada Op-Amp.

Skema Rangkaian

• Resistor Feedback (R-f): Gunakan Resistor Feedback sebesar 100K.
• VR (Potensiometer) Kalibrasi: Gunakan VR 100K secara seri untuk mengatur nilai Gain penguatan voltase. VR ini juga berfungsi vital untuk keperluan kalibrasi agar pembacaan akhir sesuai dengan arus aktual.
• Resistor Inverted Pin (R-in): Gunakan Resistor sebesar 10K pada inverted pin. Tidak disarankan menggunakan VR di sini, karena bagian sisi negatif (GND) ini sangat sensitif terhadap hambatan.
• Capacitor 100nf pada jalur Vinput dan juga 1uF pada jalur output adalah untuk noise filter.

⚠️ Catatan Penting Mengenai Sisi Negatif/GND:

Sisi negatif dari Shunt Resistor atau GND dan sisi negatif dari LM358 harus memiliki hambatan serendah mungkin (minim terjadi hambatan). Sedikit saja hambatan (sekian mili-Ohm) akibat kualitas kabel yang kurang baik atau koneksi yang longgar dapat menyebabkan bias error yang signifikan pada pembacaan data akhir. Karena Hambatan disini juga nantinya akan terhitung bagian dari dari R-Shunt.

 

---

Konversi Data ke Nilai Amper Aktual

Setelah tegangan output (V-out) dari LM358 sudah sesuai dengan rentang kerja microcontroller, langkah terakhir adalah membaca data mentah (RAW) dari ADC microcontroller dan mengembalikannya menjadi nilai Amper yang sesuai dengan kondisi nyata (realita) menggunakan rumus konversi.

Rumus untuk mengembalikan data mentah ADC menjadi nilai Amper adalah sebagai berikut (Kita dapat menyesuaikan dengan nilai Gain dan resolusi ADC yang digunakan):

Di mana:

• I (AMPER)   =  adalah Arus Aktual (dalam Amper).
• ADC Raw   = adalah data mentah RAW yang terbaca di pin Microcontroller, atau V out dari LM358.
• 5/1023   = Resolusi ADC pada microcontroler, bisa diganti dengan 3.3/4095 jika menggunakan ESP. atau diganti dengan 3.3/1023 jika menggunakan STM32
• Rf        = adalah Resistor Feedback pada Vout LM358.
• Ri         = adalah Resistor inverted pada Vin - LM358. 
• Rshunt= adalah Nilai Resistansi Shunt Resistor (dalam Ohm).

Contoh coding pada Arduino:

/*

test Ampermeter dengan SHunt 50A 75mV dan LM358

tampilan output display di LCD 16X2 i2C.

MCU = Atmega328

code by Electric ART

*/

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

float Amper = 0.00;

const float Rshunt = 0.0015; //Shunt resistor 50A 75mV

const float Ri = 10000.00; //nilai Ri

const float Rf = 200000.00; //nilai Rf (100K + VR 100K)

void setup() {

  lcd.init();

  lcd.backlight();

  lcd.setCursor(0,0);

  lcd.print("Amper Meter");

  lcd.setCursor(0,1);

  lcd.print("Shunt Test");

  delay(1000);

  lcd.clear();

}

void loop(){

  uint16_t ADCraw = analogRead(A2);

  Amper = (ADCraw * (5.0/1023.0)) / (Rshunt * ( 1+ (Rf / Ri)));  //Rumus mengembalikan nilai Amper.

  lcd.setCursor(0,0);

  lcd.print("ADC raw: ");

  lcd.print(ADCraw);

  lcd.print("   ");

  lcd.setCursor(0,1);

  lcd.print("Amper: ");

  lcd.print(Amper);

  lcd.print("A    ");

  delay(100);

}

 

Versi Video, akan segera kami buatkan: 

SEMOGA BERMAFAAT.