Home
Welcome to the ESC-KUKANG wiki!
Arduino Nano adalah salah satu pilihan mikrokontroler yang dapat digunakan sebagai bagian dari rangkaian ESC. Beberapa alasan mengapa Arduino Nano menjadi pilihan yang tepat adalah:
- Ukurannya kecil dan dapat diprogram dengan mudah.
- Kompatibel dengan banyak papan sirkuit dan memiliki dukungan komunitas yang besar.
- Harga yang relatif murah dibandingkan dengan mikrokontroler lainnya.
- Dapat dihubungkan dengan berbagai macam sensor dan perangkat elektronik lainnya.
Namun, selain Arduino Nano, terdapat juga beberapa pilihan mikrokontroler lainnya yang dapat digunakan untuk mengendalikan ESC, seperti STM32, PIC, AVR, dan sebagainya. Pemilihan mikrokontroler yang tepat tergantung pada kebutuhan dan preferensi Anda dalam hal harga, kecepatan pemrosesan, dan fitur lainnya yang diperlukan dalam rangkaian ESC. Pastikan untuk memilih mikrokontroler yang kompatibel dengan perangkat keras dan perangkat lunak yang akan digunakan dalam rangkaian ESC. dalam perancangan kali ini kami menggunakan arduino nano sebagai mcu dalam rangkaian ESC-Kukang.
Arduino Nano memiliki pin mapping sebagai berikut:
| Pin | Fungsi |
|---|---|
| 0 | RXD |
| 1 | TXD |
| 2 | External Interrupt |
| 3 | PWM |
| 4 | PWM |
| 5 | PWM |
| 6 | PWM |
| 7 | Digital |
| 8 | PWM |
| 9 | PWM |
| 10 | PWM |
| 11 | PWM |
| 12 | Digital |
| 13 | Digital |
| 14 | Analog Input |
| 15 | Analog Input |
| 16 | Analog Input |
| 17 | Analog Input |
| 18 | Analog Input |
| 19 | Analog Input |
Arduino Nano memiliki frekuensi maksimum 16 MHz dan dapat dijalankan pada tegangan 5V. Namun, jika menggunakan kristal osilator eksternal, dapat mencapai frekuensi maksimum 20 MHz.
Regulator LM7812 dan 7805 adalah regulator tegangan linier yang umum digunakan dalam rangkaian elektronik. LM7812 memiliki keluaran tetap 12 V sementara 7805 memiliki keluaran tetap 5 V. Pada rangkaian ESC, LM7812 digunakan untuk mensuplai tegangan ke MOSFET driver dan 7805 digunakan untuk mensuplai tegangan ke Arduino Nano. Kapasitor input dan output digunakan untuk mengurangi noise dan tegangan ripple pada keluaran regulator. Pada input regulator, kapasitor digunakan untuk menyediakan sumber tegangan yang stabil dan melindungi regulator dari fluktuasi tegangan input. Sedangkan pada output regulator, kapasitor digunakan untuk menghaluskan keluaran regulator dan mengurangi noise dan tegangan ripple yang mungkin terjadi. Dalam perhitungan kapasitor input dan output, frekuensi switching harus diperhitungkan karena pengaruhnya pada besarnya kapasitansi yang dibutuhkan. Pada rangkaian ESC dengan frekuensi switching 16 kHz, kapasitor input sebesar 10 uF dan kapasitor output sebesar 100 uF dapat digunakan.
Untuk menghitung nilai kapasitor yang sesuai untuk regulator LM7812 dan 7805, terdapat beberapa faktor yang harus diperhatikan seperti tegangan input, tegangan output, arus output, dan frekuensi switching ESC. Berikut adalah langkah-langkah perhitungan yang dapat dilakukan:
- Kapasitor Input (Cin) Hitung arus input maksimum (Imax) dengan menggunakan rumus Imax = Iout / Vin, dimana Iout adalah arus output dan Vin adalah tegangan input. Tentukan nilai Ripple Voltage (Vr) yang diinginkan. Sebagai acuan, nilai Vr yang diterima umumnya berkisar antara 0,1 hingga 1 volt. Hitung nilai kapasitor dengan menggunakan rumus Cin = Imax / (2 x f x Vr), dimana f adalah frekuensi switching ESC.
- Kapasitor Output (Cout) Hitung arus output minimum (Imin) dengan menggunakan rumus Imin = 0,5 x Iout. Tentukan nilai Ripple Voltage (Vr) yang diinginkan. Hitung nilai kapasitor dengan menggunakan rumus Cout = Imin / (2 x f x Vr). Untuk regulator LM7812 dan 7805, umumnya nilai kapasitor yang digunakan pada input adalah antara 0,33 hingga 1 μF, sedangkan pada output adalah antara 10 hingga 100 μF.
Cboot digunakan untuk mengirimkan tegangan supply positif ke dalam MOSFET driver, yang diperlukan untuk mengaktifkan MOSFET pada saat pemutusan sinyal input. Berikut adalah rumus perhitungan kapasitor Cboot: Cboot = Q / (Vp - Vb)
Keterangan: Q adalah muatan yang dibutuhkan untuk mengaktifkan MOSFET (dalam Coulomb) Vp adalah tegangan supply positif (12V dalam kasus ini) Vb adalah tegangan baterai (sekitar 11V - 12V) Sebagai contoh, jika Q adalah 10nC, Vp adalah 12V, dan Vb adalah 11V, maka kapasitor Cboot yang dibutuhkan adalah:
Cboot = 10nC / (12V - 11V) = 10nF
Cdecoupling digunakan untuk menyediakan jalur low-impedansi untuk supply daya digital pada saat sinyal input switch on atau off, dan mencegah noise yang tidak diinginkan pada power supply. Berikut adalah rumus perhitungan kapasitor Cdecoupling: Cdecoupling = Idigital / (ΔV x f)
Keterangan: Idigital adalah arus digital yang dikonsumsi (dalam Ampere) ΔV adalah variasi tegangan yang diizinkan (biasanya 0,1V - 0,3V) f adalah frekuensi switching (16kHz dalam kasus ini) Sebagai contoh, jika Idigital adalah 20mA, ΔV adalah 0,2V, dan f adalah 16kHz, maka kapasitor Cdecoupling yang dibutuhkan adalah:
Cdecoupling = 20mA / (0,2V x 16kHz) = 62,5nF
Dboot digunakan untuk memastikan bahwa kapasitor Cboot terisi selama siklus on-time MOSFET. Berikut adalah rumus perhitungan dioda Dboot: Dboot = (Vf - Vb) / If
Keterangan: Vf adalah tegangan jembatan forward (biasanya sekitar 0,7V) Vb adalah tegangan baterai (sekitar 11V - 12V) If adalah arus beban (dalam Ampere) Sebagai contoh, jika Vf adalah 0,7V, Vb adalah 11V, dan If adalah 10A, maka dioda Dboot yang dibutuhkan adalah:
Dboot = (0,7V - 11V) / 10A = -1,03V / 10A = -103mΩ
Tiga fase bridge adalah rangkaian yang terdiri dari enam buah switch elektronik, yaitu tiga dioda dan tiga MOSFET. Rangkaian ini digunakan untuk mengendalikan arus bolak-balik pada sistem tiga fasa. Pada saat fase positif pada sumber daya listrik, tiga MOSFET yang dihubungkan ke fase tersebut akan terbuka, sementara tiga MOSFET yang dihubungkan ke fase negatif akan tertutup. Sebaliknya, pada saat fase negatif, tiga MOSFET yang dihubungkan ke fase negatif akan terbuka, sementara tiga MOSFET yang dihubungkan ke fase positif akan tertutup. Dalam hal ini, arus dapat mengalir dalam satu arah saja, sehingga menghasilkan arus searah yang berguna. da beberapa langkah switching yang dilakukan pada 3 phase, yaitu sebagai berikut:
-
Langkah 1: Fasa A dihubungkan dengan tegangan positif, dan fasa B dan C dihubungkan dengan tegangan negatif. Pada saat ini, arus mengalir dari fasa A ke fasa B.
-
Langkah 2: Fasa B dihubungkan dengan tegangan positif, dan fasa A dan C dihubungkan dengan tegangan negatif. Pada saat ini, arus mengalir dari fasa B ke fasa C.
-
Langkah 3: Fasa C dihubungkan dengan tegangan positif, dan fasa A dan B dihubungkan dengan tegangan negatif. Pada saat ini, arus mengalir dari fasa C ke fasa A.
-
Langkah 4: Fasa A dihubungkan dengan tegangan negatif, dan fasa B dan C dihubungkan dengan tegangan positif. Pada saat ini, arus mengalir dari fasa B ke fasa A.
-
Langkah 5: Fasa B dihubungkan dengan tegangan negatif, dan fasa A dan C dihubungkan dengan tegangan positif. Pada saat ini, arus mengalir dari fasa C ke fasa B.
-
Langkah 6: Fasa C dihubungkan dengan tegangan negatif, dan fasa A dan B dihubungkan dengan tegangan positif. Pada saat ini, arus mengalir dari fasa A ke fasa C.
MOSFET IRFZ44N adalah pilihan yang cukup umum digunakan dalam rangkaian ESC. Hal ini dikarenakan MOSFET ini memiliki karakteristik yang baik dalam aplikasi switching dengan arus dan tegangan yang relatif tinggi.
Dalam rangkaian ESC, MOSFET IRFZ44N digunakan sebagai switch untuk mengontrol arus yang mengalir pada motor DC. Dalam aplikasi ini, MOSFET akan dioperasikan dalam mode switching untuk menghasilkan pulsa arus DC dengan frekuensi tertentu. MOSFET IRFZ44N dapat menangani tegangan hingga 55V dan arus hingga 49A, sehingga cukup mampu untuk menangani aplikasi ESC yang umumnya memerlukan tegangan dan arus yang lebih rendah dari itu.
Namun, perlu diingat bahwa MOSFET IRFZ44N memiliki respon waktu yang relatif lambat sehingga cocok digunakan pada frekuensi switching yang tidak terlalu tinggi. Jika frekuensi switching terlalu tinggi, MOSFET IRFZ44N mungkin tidak dapat mengimbangi dan dapat memanas, bahkan rusak akibat kondisi overheat. Oleh karena itu, pemilihan frekuensi switching yang tepat sangat penting untuk menjaga MOSFET IRFZ44N tetap dalam kondisi kerja yang aman dan optimal.
Selain itu, dalam aplikasi ESC yang memerlukan kecepatan motor yang tinggi dan akselerasi yang cepat, MOSFET IRFZ44N mungkin tidak cukup cepat untuk menangani perubahan arus yang cepat. Hal ini dapat menyebabkan MOSFET mengalami overheat dan kegagalan dalam jangka waktu yang lebih singkat. Dalam hal ini, MOSFET yang lebih cepat dan responsif seperti MOSFET IRLB8748 atau IRLB3034 dapat menjadi alternatif yang lebih baik.
Namun, secara keseluruhan, MOSFET IRFZ44N masih menjadi pilihan yang populer dalam perancangan ESC yang cukup sederhana dan relatif rendah kecepatannya, karena harga yang terjangkau dan ketersediaan yang luas di pasar.
(comparator) adalah sebuah perangkat elektronik yang berfungsi membandingkan dua buah sinyal input dan mengeluarkan sinyal output yang menunjukkan hasil perbandingannya. Umumnya, sinyal output dari komparator hanya ada dua kondisi, yaitu HIGH dan LOW, atau bisa juga disebut sebagai 1 dan 0.
Pada rangkaian ESC, komparator digunakan untuk memonitor back EMF yang dihasilkan oleh motor dan menentukan langkah-langkah switching untuk mengontrol arah putaran motor. Ketika back EMF dari salah satu fase melebihi tegangan referensi yang ditentukan, komparator akan menghasilkan sinyal output yang akan di proses oleh mikrokontroler untuk menentukan langkah-langkah switching berikutnya.
Untuk menentukan nilai tegangan referensi pada komparator, dapat dilakukan dengan cara tuning. Langkah-langkah tuning dapat dilakukan dengan cara mengukur amplitudo dari back EMF yang dihasilkan oleh motor, lalu menentukan nilai referensi sesuai dengan setengah dari amplitudo tersebut. Dalam hal ini, dianggap bahwa nilai referensi setengah dari amplitudo akan memberikan hasil terbaik dalam menentukan langkah-langkah switching motor.
Pemilihan komparator yang tepat harus mempertimbangkan spesifikasi ESC, seperti rentang tegangan input, tingkat kebisingan (noise), kecepatan respon, hingga jenis keluaran yang dihasilkan. Beberapa komparator yang sering digunakan pada rangkaian ESC antara lain LM339, LM393, dan LM324.