analisa sinyal tegangan output pada perancangan electro

JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

37

Abstrak — Electro Surgical Unit (ESU) merupakan

pisau bedah medis yang digunakan dalam tindakan

operasi dengan tegangan dan frekuensi tinggi. Melihat

tindakan operasi menggunakan pisau medis manual akan

banyak kehilangan darah dan penutupan jaringan sangat

lama. Dengan frekuensi tinggi memastikan untuk pasien

tidak mengalami pendarahan selama tindakan operasi.

Pada Perancangan pisau bedah listrik menggunakan

kontrol PWM (Pulse Width Modulation) dimana PWM

sebagai pengatur lebar pulsa untuk mengatur tegangan

dan frekuensi yang dihasilkan. Rangkaian untuk

perancangan pisau bedah listrik memanfaatkan jenis accu

(baterai) sebagai sumber tegangan dan tidak lagi

menggunakan catu daya PLN. Dengan catu daya accu 12

Vdc, ada rangkaian pengubah tegangan DC ke AC yang

dirancang mengunakan MOSFET sebagai skalar

elektronik dan rangkaian driver IC TL494 sebagai ocilator

frekuensi pengontrol pemicuan MOSFET. Selain itu,

dibutuhkan rangkaian pendukung yaitu transformator

inti ferrit yang prinsip kerjanya adalah induksi antara dua

rangkaian yang dihubungkan oleh fluksmagnet. ESU

berhasil melakukan pengujian sayatan pada daging dan

diambil frekuensi yang terbaik diantara frekuensi 100 kHz

– 500 kHz dengan menggunakan dua mode yaitu cutting

frekuensi 300 kHz tegangan 886 Vpp dan mode

coagulation frekuensi 300 Khz tegangan 899 Vpp.

Kata kunci : ESU, PWM, tegangan, cutting frekuensi

I. PENDAHULUAN

danya perkembangan ilmu pengetahuan

dan teknologi dalam era globalisasi setiap

harinya mengalami perkembangan yang

dinamis, salah satu bentuk dari perkembangan

teknologi tersebut terutama di bidang kedokteran

yang membutuhkan banyak peralatan untuk

mendukung tindakan medis. Khususnya pada alat Electro

Andri Tri Setiawan adalah mahasiswa Program Studi Teknk Elektronika,

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang, email :

[email protected]

Achmad Komarudin dan Mohammad Luqmani adalah staf pengajar

Program Studi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri

Malang

Surgical Unit (ESU) yang merupakan alat bantu bedah medis

yang digunakan dalam tindakan operasi dengan memanfaatkan

frekuensi tinggi dan tegangan tinggi. Melihat tindakan operasi

menggunakan pisau medis manual akan banyak kehilangan

darah dan penutupan jaringan sangat lama. Dengan

menggunakan ESU ini diharapkan selama tindakan operasi,

pasien tidak mengalami kehilangan banyak darah dan

penutupan jaringan sangat lama.

Electro Surgical Unit (ESU) ini berperan sangat penting

untuk tindakan operasi dan hampir semua Rumah Sakit yang

di Indonesia membutuhkan alat itu. Dengan demikian

ketersediaan ESU dalam tindakan operasi pasien sangat

dibutuhkan. Semua ESU yang ada merupakan alat – alat yang

di import dari luar negeri maka seluruh komponennya juga

berasal dari luar negeri, sehingga ketika terjadi kerusakan alat

harus mengganti komponen yang diimport dibutuhkan biaya

sangat mahal (Totok Winanrno, 2015).

Hampir semua peralatan yang ada diseluruh Rumah Sakit

pasti membutuhkan listrik. Peranan energi listrik dalam

kehidupan sangat dominan. Energi listrik merupakan sarana

produksi maupun sarana kehidupan sehari – hari yang

memegang peranan penting dalam upaya mencapai sasaran

pembangunan. Sebagai sarana produksi, tersedianya energi

listrik dalam jumlah dan mutu pelayanan yang baik serta yang

terjangkau merupakan penggerak utama (Ira Destiana, 2014).

Tetapi dilihat dari tahun ketahun, di Indonesia sering

mengalami pemadaman listrik dan membuat banyak orang

resah. Ada beberapa sektor kendala terjadinya pemadaman

listrik yaitu sektor pertama bahan baku seperti batubara yang

membutuhkan berapa ton setiap hari untuk memenuhi

kebutuhan listrik yang dari tahun ketahun meningkat. Sektor

kedua adalah bencana alam, pastinya terjadi pemadaman

listrik. Ketika terjadi bencana alam yang sangat besar dan

tidak kemungkinan listrik tetap menyala karena sangat

berbahaya. Apalagi Rumah Sakit yang membutuhkan listrik

tanpa berhenti seperti untuk tindakan operasi, peralatan yang

sangat membutuhkan listrik. Khususnya untuk tindakan

operasi yang dibutuhkan segera dan tepat waktu. Kebanyakan

orang yang meninggal dunia atau kesakitan saat perjalanan ke

Rumah Sakit dikarenakan peralatan yang ada di mobil

ambulan tidak terpenuhi. Kemungkinan beberapa peralatan

medis membutuhkan listrik.

Berdasarkan permasalahan tersebut penulis melakukan

penelitian yang berjudul “Analisa Sinyal Tegangan Output

Pada perancangan Electro Surgical Unit (ESU) Dengan

Sumber Input ACCU”.

Analisa Sinyal Tegangan Output pada Perancangan

Electro Surgical Unit (ESU) dengan

Sumber Input Accu

Andri Tri Setiawan, Achmad Komarudin, Mohammad Luqman

A


38

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Electro Surgical Unit (ESU)

ESU merupakan salah satu alat yang memanfaatkan

frekuensi tinggi dari arus listrik tinggi yang digunakan baik

secara cutting (pemotongan) maupun coagulating

(penghentian alirah darah) pada tubuh pasien pada bedah

medis. [7] ESU adalah alat medis yang digunakan selalu

selama tindakan operasi. Dengan menggunakan ESU ini yang

diinginkan pasien selama tindakan operasi, tidak kehilangan

mengalami banyak darah karena ESU ini dapat selain

digunakan melakukan untuk pembedahan juga dapat menutup

jaringan setelah megalami pembedahan. Dengan kemajuan

teknologi membuat ESU ini wajib digunakan dalam proses

pembedahan[2]

Gambar 1 Prinsip ESU [9]

Gambar 2 Alat Cauter

Teknik electrocautery teknik yang merupakan

menggunakan tegangan (1000-2000) volt, frekuensi tinggi

yang dibangkitkan dengan generator pembangkit sinyal electro

surgical. Arus dari generator electro surgial akan

menghantarkan listrik melalui ujung elektroda ke menuju

resistansi atau tahanan tubuh manusia dan kembali ke

generator sinyal pembangkit melalui grounding pelat. Arus

frekuensi yang sangat tinggi ini menghasilkan pemanasan dan

menguapkan jaringan mengakibatkan pemotongan dan

pembekuan jaringan.

Frekuensi rendah antara (20 Hz-100KHz) yang mengalir

ke dalam tubuh manusia dapat menyebabkan efek saraf

merangsang dan otot sehingga terjadi kontraksi otot. Efek ini

biasanya digunakan dalam upaya kejut jantung agar terjadi

kontraksi otot jantung. Namun tinggi frekuensi diatas 100

KHz tidak mempunyai sifat merangsang motoris saraf atau

sensoris saraf. Hal ini dikarenakan ambang batas rangsangan

pada otot dan saraf adalah 100 KHz. Rentang tinggi frekuensi

antara 200 KHz sampai dengan 3,3 MHz, dapat digunakan

untuk penanganan bedah medis yaitu cutting dan coagulation.

Dari penggunaan sinyal untuk elekctrosurgery ini diharapkan

tindakan selama operasi pasien tidak mengalami kehilangan

banyak darah. Cara kerja dari electrosurgery unit ini adalah

sinyal membangkitkan dengan tinggi frekuensi yang

disesuaikan dengan efek medis yang diinginkan oleh dokter.

Sinyal jenis-jenis ini dapat dimanfaatkan untuk keperluan

berbagai mode berfungsi sebagai cutting atau coagulation.

Gambar 3 Mode ESU [9]

2.2 Inverter

Inverter adalah rangkaian elektronika yang digunakan

untuk mengubah tegangan DC (Direct Current) ke tegangan

AC (Alternating Curent). Suatu inverter keluaran berupa

tegangan AC yang di dapat dengan bentuk gelombang sinus

(sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus

modifikasi (sine wave modified). Sumber input tegangan

inverter dapat menggunakan tenaga surya, atau tegangan

sumber DC yang lain. Tegangan DC yang biasanya dipakai

adalah 24V atau 12V dengan tegangan keluaran AC 220V dan

ada yang menggunakan tegangan input DC 28V dengan

tegangan keluaran AC 1250V (David L. Bowles). Inverter

proses dalam konversi tegangan DC ke tegangan AC

membutuhkan penaik suatu tegangan berupa step up

transformer.

Ada beberapa topologi inverter yang berkembang saat

ini, secara garis besar inverter dibedakan berdasarkan fasa

yang dibaliknya, yaitu inverter 1 fasa dan 3 fasa. Inverter 1

fasa itu sendiri, ada jenis tiga topologi yang dikenal, yaitu :

- Dorong tarik (Push Pull/Center Tapped

(Load)

- Setengah Jembatan (Half Bridge/Center

Tapped DC Supply)

- Jembatan Penuh/H-Bridge

2.3 Inverter Push Pull/Center Tapped Load

Secara sederhana prinsipkerja inverter push pull dapat

dejelaskan pada gambar 4

Gambar 4 Prinsip Kerja inverter push pull

Dengan menutup S1 maka arus yang mengalir ke trafo

adalah 1, sedangkan pada saat menutupnya S2 (S1 buka) maka

yang mengalir adalah 1. Selanjutnya dengan mengulang –

ulang proses diatas maka akan dihasilkan tegangan bolak –

balik (AC) yang kemudian tegangannya dinaikkan dengan

transformator.[4]


39

2.4 Boost Konverter

Dalam beberapa tahun terakhir, sistem penyimpanan

energi menggunakan baterai telah banyak diteliti dan

dikembangkan untuk sistem energi terbarukan. Untuk

memaksimalkan energi yang tersimpan pada baterai tentu

harus didukung dengan sistem transmisi energi dari baterai ke

beban (Hermansyah, 2015).

Gambar 5 Rangkaian Boost Konverter

Konverter tipe boost mempunyai prinsip kerja sebagai

berikut :

1. Pada saat saklar dalam posisi on inductor akan terisi

arus.

2. Pada saat saklar dalam posisi off, arus pada induktor

akan dikosongkan.

2.5 IC TL494

IC TL494 adalah sebuah IC control pulse width

modulation (PWM). Dengan pengendalian metode

memanfaatkan pulsa lebar untuk memberikan variasi tegangan

suplai. Konfigurasi pada IC TL494 pin ditunjukkan pada

gambar 2.6. Pada gambar 2.6 bahwa ditunjukkan TL494

merupakan IC yang jumlah pin 16 dan dengan tergolong kecil.

Gambar 6 IC TL494

2.6 Transformator Inti Ferrit

Transformator adalah suatu listrik alat yang dapat

memindahkan dan mengubah listrik energi dari satu atau lebih

rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui

gandengan suatu magnet dan berdasarkan induksi prinsip

elektromagnetik. Prinsip kerja suatu transformator adalah

bersama (mutual induction) induksi antara 2 rangkaian yang

dihubungkan oleh fluks magnet. Bentuk dalam yang

sederhana, terdiri dari 2 buah kumparan pada transformator

yang secara terpisah listrik tetapi secara magnet dihubungkan

oleh suatu alur induksi[11]

Gambar 7 Bentuk Inti Ferrit

2.7 Baterai

Baterai adalah alat untuk menyimpan energi listrik,

mengubah energi listrik menjadi energi kimia saat pada

menyimpan prinsip kerjanya, dan mengubah energi kimia

menjadi energi listrik pada saat digunakan (Cahyo Ariwibowo,

2010). Komposisi baterai lead acid secara umum ditunjukan

pada gambar 2.8 dibawah ini:

.

Gambar 8 Komposisi sel baterai

2.8 Mikrokontroler

AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) merupakan jenis

salah satu mikrokontroler yang didalamnya terdapat

berbabagai macam fungsi. Keunggulan AVR dimiliki

dibandingkan dengan jenis mikrokontroler lain,

keunggulannya yaitu AVR memiliki kecepatan eksekusi

program yang lebih cepat karena besar sebagaian instruksi

dieksekusi dalam 1 siklus clock.

Gambar 9 Konfigurasi Pin ATMega32


40

2.9 PWM (Pulse Width modulation)

PWM merupakan mekanisme untuk sebuah sinyal

membangkitkan keluaran periodenya yang berulang antara

low dan high dimana dapat kita mengontrol durasi sinyal low

dan high sesuai dengan yang kita inginkan. Merupakan duty

cycle prosentase periode sinyal high dan periode sinyal, duty

cycle prosentase akan berbanding lurus dengan yang

dihasilkan tegangan rata-rata.

Gambar 10 Sinyal Referensi

III. METODOLOGI

3.1 Blok Diagram Sistem

Gambar 11 Blok Diagram Sistem

Penjelasan fungsi dari masing – masing diagram blok

gambar 11 adalah sebagai berikut :

1. Accu digunakan sebagai sumber input tegangan

untuk mensupply seluruh system yang membutuhkan tegangan

dc.

2. Push Buuton digunakan sebagai inputan untuk

mengatur duty cycle

3. Rangkaian Boost Konverter sebagai mengatur

tegangan power pada CT trafo.

4. Mikrokontroler digunakan untuk mengendalikan

input selanjutnya diproses dan ditampilkan pada LCD.

5. Rangkaian ICTL494/Driver sebagai modulator pwm

dan switching.

6. Display LCD ( liquid crystal display ) 16x2

digunakan untuk menampilkan data pemilihan mode menu.

7. Push pull sebagai pengubah tegangan DC menjadi

AC.

8. Pisau sebagai perantara antara alat dengan pasien

yang bertegangan tinggi.

3.2 Design Mekanik

Gambar 12 Gambar Box Tampak Depan

Gambar 13 Gambar Box Tampak Belakang

3.3 Perancangan dan Pembuatan Elektrik

Dalam pembuatan perancangan ESU diperlukan

rangkaian elektrik sebagai pendukung diantaranya :

1. Rangkaian PWM (TL494)

Penggunaan IC TL494 sebagai kontrol tegangan dan

frekuensi dengan cara mengatur lebar pulsa. y

Gambar 14 Rangkaian PWM (TL494)

2. Rangkaian Inverter Push Pull

Rangkaian ini rangkaian jenis topologi inverter push pull.

Gambar 15 Rangkaian PWM (TL494)

3. Rangkaian Boost Konverter

Penggunaan boost converter digunakan untuk mengatur

power pada transformer inti ferrit tersebut.


41

Gambar 16 Rangkaian Boost Konverter

Untuk mendesain konverter yang baik terlebih dahulu

ditetapkan spesifikasinya sehingga dapat diperhitungankan

nilai komponen-komponen yang tepat.

4. Rangkaian Tombol Push Button

Desain tombol seperti Gambar 17 menggunakan empat

buah tombol type push ON. Dimana setiap tombol salah satu

pin nya dimasukkan ke ground, pin yang lainnya masuk ke

port mikrokontroler dan di seri dengan resistor pull up.

Gambar 17 Desain Rangkaian Push Button

Desain tombol seperti Gambar diatas menggunakan empat

buah tombol type push ON. Yaitu terdiri dari tombol menu,

tombol kembali, tombol pilih, dan tombol mulai atau lanjut.

Dimana setiap tombol salah satu pin nya dimasukkan ke

ground, pin yang lainnya masuk ke port mikrokontroler.

5. Rangkaian Mikrokontroller ATMega32

Gambar 18 Rangkaian Minimum Sistem Atmega32

6. Disain Perancangan LCD 16x2

Pada perancangan LCD ada beberapa komponen

pendukung seperti trimpot yang berfungsi sebagai pengatur

kontras pada layar lcd dan diode yang berfungsi sebagai

pembatas arus yang masuk.

Gambar 19 Skema Rangkaian LCD 16x2

IV. HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengujian Rangkaian Boost Konverter

Pengujian rangkaian ini bertujuan untuk membutikan

kesesuaian antara definisi dari boost konverter dengan

realisasi dari perancangan yang telah dibuat pada bab

sebelumnya.

Gambar 20 Sinyal pwm 6%

Pada gambar 20 dapat dilihat bahwa pada rangkaian boost

dapat menghasilkan sinyal kotak pwm dengan frekuensi

20.883 kHz dengan tegangan 12,3 Vpp.

4.2 Pengujian Rangkaian Driver Push Pull

Pada gambar dibawah ini diambil satu sinyal yaitu

frekuensi 300 kHz.

Gambar 21 Sinyal freq 300 kHz

Pada gambar 21 pada frekuensi 300 kHz menghasilkan

tegangan 12.139 Vac frekuensi 333 kHz


42

4.3 Pengujian Rangkaian LCD 16x2

Pengujian ini bertujuan untuk memastikan apakah LCD

bisa digunakan atau tidak.

Gambar 22 Pengujian LCD

4.4 Pengujian Rangkaian Push Buuton

Pengujian push button dilakukan untuk mengetahui apakah

tombol sudah berfungsi sesuai dengan perancangan.

Gambar 23 Pengujian Tombol

4.5 Pengujian Output ESU Mode Cutting

Pengujian mode cutting ini bertujuan untuk membuktikan

kesesuaian hasil akhir dari seluruh system.


Analisa : pada gambar mode cutting diatas dapat diketahui

tegangan maksimal yang dapat dihasilkan pada tegangan

tinggi ini pada freq 300 kHz 886.655 Vpp dengan hasil

sayatan pada gambar 4.6 dibawah ini :

Gambar 25 Hasil Sayatan

4.6 Pengujian Output ESU Mode Coagulation

Pengujian mode coagulation ini bertujuan untuk

membuktikan kesesuaian hasil akhir dari seluruh system.

Tegangan dari transformator digunakan untuk menyayat

daging dengan mode coagulation.


Analisa : pada gambar mode coagulation diatas dapat

diketahui tegangan maksimal yang dapat dihasilkan pada

tegangan tinggi ini pada freq dan 300 kHz 899.574 Vpp

dengan hasil coag pada gambar 4.10 dibawah ini :

Gambar 27 Hasil Coag

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan sistem

alat kemudian dilakukan pengujian sehingga didapatkan

beberapa kesimpulan tentang sistem kerja dari alat yang

meliputi:

1. Pengujian yang telah dihasilkan pada mode cutting bahwa

frekuensi yang terbaik terdapat pada frekuensi 300 kHz

dengan output tegangan 886 Vpp dan pada mode coag

terdapat frekuensi 300kHz dengan output tegangan 899

Vpp. Jika dibandingkan dengan pengujian frekuensi yang

lain, pada pengujian 100 kHz masih kurang biasa

menghasilkan sayatan dikarenakan frekuensi belum cukup

tinggi dan pengujian frekuensi 400 kHz proses penyayatan

lebih lama dikarena daya yang dihasilkan lebih kecil

karena pengaruh dari inti ferrite saturasi terhadap frekuensi

tinggi.

2. Pada mode cutting dari tegangan input 12 Volt bisa

menghasilkan sayatan cukup untuk tindakan operasi dan

mode coagulation bisa menghasilkan pembakaran yg

sesuai diharapkan.

5.2 Saran

Dalam melakukan penilitian tentang Electro Surgical

Unit (ESU) ini masih perlu adanya pengembangan alat lebih

lanjut, maka diharapkan dapat dikembangkan dimasa

mendatang diantaranya:

1. Dalam perancangan ESU ini hanya mengguakan

rangkaian boost, maka perlu penambahan rangkaian buck


43

agar daya yang dihasilkan bisa dinaik turunkan

menyesuaikan objek yang dipotong atau mode

pembakaran.

2. Untuk lebih terkontrol secara otomatis perlu penambahan

sensor tegangan AC dan sensor arus pada output dari

transformator sehingga dapat menghasilkan close loop.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Andi Ardiansyah (2010), Electro Surgical Unit Sebagai Alat Bantu

Bedah, Fakultas Teknologi Industri-Universitas Mercu Buana,

Jakarta.

[2] Ahwadz Fauzi, Trainer Mikrokontroler ATmega32 Sebagai Media

Pembelajaran Pada Kelas XI Program Keahliahn Audio Video Di

SMK Negeri 3 Yogyakarta, Jurusan Teknik Elektronika, Fakultas

Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta.

[3] Bangkit Angun W (2012), Analisa Keandalan, Safety dan

ketidakpastian electro surgical unit di rumah sakit Dr. Mohammad

Soewandhie Surabaya. Jurusan Tekni Fisika, Fakultas Teknologi

Industri, Insitut Sepuluh November, Surabaya.

[4] Cahyo Ariwibowo (2015), Perancangan Inverter Dual Push Pull-

Full Bridge Pada Apliasi Fotovoltaik, Fakultas Teknik, Universitas

Diponegoro , Semarang.

[5] David L. Bowles (1966), The Central Inverter In A Spacecraft

Power System, VOL.AES-2. NO.4, Member IEEE

[6] Ira Destiana (2014), Analisis Pengaruh Pemadaman Listrik Secara

Berkala Serta Penggunaan Genst Terhadap Kegiatan Usaha

Mikro Di Kecamatan Medan Baru

[7] Joko Sunardi (2011), Rancang Bangun Pisau Bedah Listrik

Dengan Frekuensi 450 kHz (ESU), STTN-BATAN Yogyakarta.

[8] Kurt Barbe, IEEE, Toward a Tissue Model for Bipolar

Electrosurgery.

[9] Luis S (2013), Principle Of Electrocautery, Division of

Gastroenterology and Hepatology, Universitas of loisville &

Louisville VAMC.

[10] Muh. Abdul (2009), Kontrol Lampu Pada GEdung Bertingat

Berbasis Personal Computer (PC), Jurnal Neutrino Vol.1, No. 2

April 2009.

[11] Totok Winarno (2015), Analisa Sinyal Tegangan Keluaran Electro

Surgical Unit (ESU) Pada Alat Bedah Medis, Jurusan Teknik

Elektro, Polteknik Negeri Malang.

analisa sinyal tegangan output pada perancangan electro

Documents