Rangkaian Power Supply AC to DC

                Hallo semuanya ! Alhamdulillah, tahun 2013 ini aku bersama dua teman di jurusan TE FT UGM (hari dan fadhil) lolos PKM-P yang diselenggarakan oleh Dikti. Kami meneliti tentang pengendalian motor DC menggunakan teknik pengendalian hybrid, yakni kombinasi PID dan FLC (Fuzzy Logic Controller).

Dalam tim, aku mendapatkan bagian tugas untuk membuat power supply dengan keluaran tegangan DC : +24 V, -24 V, +12 V dan -12 V yang diambil dari listrik 220 AC. Dan arusnya pun tidak tanggung-tanggung loh, yakni 2 A. Ukuran arus yang cukup besar, soalnya biasanya tidak sampai 1 A. Biasanya hanya berkisar ukuran mili ampere saja. Hal ini dikarenakan rating arus motor DC yang kami gunakan adalah 2 A. Dan menurut teori, arus saat transient bisa mencapai sekitar 6x lipat dari arus stabil, sehingga saat transient, arus beban mencapai 12 A.

Setelah cari referensi sana-sini, konsultasi sana-sini, simulasi sana-sini, berikut adalah desain rangkaian untuk spesifikasi power suppy tersebut :

rangkaian_power-supply

Blok 1 adalah rangkaian full wave rectivier menggunakan trafo center tap (CT) dengan keluaran dua sinyal tegangan, yakni positive full wave dan negative full wave. Dioda yang digunakan adalah 1N540, alasannya adalah rating arusnya max 3 A dan tegangannya max 50 V, sehingga memenuhi spesifikasi kebutuhan. Kemudian kapasitor 2200 uf adalah sebagai filter agar keluaran tegangan lebih halus. Kapasitor yang digunakan disini adalah kapasitor elektrolitik dengan rating tegangan 35 V. Berikut adalah ilustrasi sinyal tegangan dari rangkaian blok 1 :

hasil_simulasiOutput V-peak di atas adalah sekitar +26,1 V dan -26,1 V. Seharusnya V-peaknya mencapai =akar (2) x 24 = 33,94 V. Tapi kenapa hanya sekitar 26,1 V saja (untuk yang positif) ? Hal ini dikarenakan karakteristik dioda 1N5400 yang memiliki nilai tegangan maksimal yang dilewatkan.

Blok 2 adalah rangkaian yang dijadikan sebagai regultor tegangan. Prinsipnya adalah regulator akan mengeluarkan tegangan secara stabil sesuai dengan seri tegangan outputnya, meskipun dengan input tegangan yang berubah-ubah, asalkan masih dalam range input. Sebagai contoh, LM712 akan mengeluarkan tegangan output 12 V dengan range input tegangannnya berkisar 14,5 – 27 V.

Untuk mendapatkan nilai +24 V, -24 V dan +12 V, maka bisa digunakan regulator tegangan IC LM7824 untuk keluaran +24 V, IC LM7924 untuk keluaran -24 V dan IC LM7812 untuk keluaran +12 V. Tetapiii.. dalam database LM78xx dan LM79xx, arus maksimal output terbatas 1 A. Bagaimana jika kita paksakan untuk menjalankan motor DC 2 A ? Aku tak kuat untuk membayangkannya..hehe.. pasti rangkaian akan berbau gosong karena IC-nya terbakar.:D

Nah, untuk mensiasati itu.. kita bisa menggunakan kombinasi rangkaian menggunakan transistor TIP2955 (PNP) untuk yang keluaran positif (TIP3055 – NPN, untuk yang keluaran tegangan negatif) dengan kapasitor dan resistor seperti gambar di atas. Dengan rangkaian tersebut, rating arus beban bisa mencapa 5-6 A.. Mantap kan?

Rangkaian untuk regulator +24 V dan +12 V tinggal diparalelkan saja, mendapatkan inputan dari output positive full wave rectiviernya. Hal ini dikarenakan dalam rangkaian paralel akan memiliki tegangan yang sama. Trus bagaimana kalau kita ingin mendapatkan output +12 V dan -12 V ? Misal untuk menyuplai penguat menggunakan OP-AMP ? Gampang saja, kita pilih +12 V sebagai ground-nya, sehingga pin keluaran +24 V akan menjadi +12 V relatif terhadap +12 V, dan pin keluaran 0 V akan menjadi -12 V relatif terhadap +12 V.

Oiya, agar lebih nyaman dalam penggunaannya, maka disini aku tambahkan tombol on-off dan led untuk indikator rangkaian on-off. Kalau untuk pemilihan switch on-offnya, tinggal pilih aja sesuka hati di pasaran, yang penting ukurannya pas saja dan ada 2 saluran sekaligus untuk on-offnya. Nah, untuk pemilihan LEDnya, disarankan memilih LED yang kecil dan yang berjenis LED Indikator. Soalnya jika yang bukan indikator, nyalanya akan sangat terang dan sangat menyilaukan mata…hehe..

Oiya, LED juga harus di seri sama resistor lho. Kenapa ? LED beroperasi normal pada tegangan 2-3 V dengan arus 2mA. Jika beroperasi dengan arus berlebih, maka akan membakar LEDnya yang menyebabkan LED mati. Sehingga untuk menghitung nilai resistor yang akan di-seri-kan dengan LED-nya, berikut adalah rumusannya à R = V/I = (Vout-VLED)/2mA. Misal untuk yang tegangan +24 V, maka R = (Vout-VLED)/2mA = (24-2)/2mA=22.000/2=1100 ohm. Pada rangkaian di atas, digunakan 1,5 kohm. Hambatan berlebih tidak apa-apa (asal tidak banyak-banyak), karena akan menyebkan arus semakin kecil. Yang tidak boleh adalah nilai hambatannya kurang, karena arusnya akan menjadi besar dan bisa jadi akan membakar LED.

Berikut ini aku lampirkan hasil simulasi untuk output tegangan +-24 V :

 hasil_output24v

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s