Pengantar
Perangkat elektronik yang memerlukan arus DC mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current ) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup.
Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC
Power supply atau catu daya adalah sebuah peralatan penyedia tegangan atau sumber daya untuk peralatan elektronika dengan prinsip mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang diinginkan sehingga berimplikasi pada pengubahan daya listrik.
Dalam sistem pengubahan daya, terdapat empat jenis proses yang telah dikenal yaitu sistem pengubahan daya AC ke DC, DC ke DC, DC ke AC, dan AC ke AC. Masing masing sistem pengubahan memiliki keunikan aplikasi tersendiri, tetapi ada dua yang implementasinya kemudian berkembang pesat dan luas yaitu sistem pengubahan AC ke DC (DC power supply) dan DC ke DC (DC-DC converter) .
Tipe – tipe DC power supply :
Dalam materi ini khusus dibahas mengenai DC power supply, untuk materi DC converter kunjungi:
http://www.elektroindonesia.com/elektro/elek24.html
http://www.elektroindonesia.com/elektro/elek24.html
Beberapa fungsi yang masuk dalam proses pengubahan daya AC ke DC adalah sebagai berikut:
- Pengubahan Tegangan , berfungsi untuk mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang diinginkan
- Penyearah, sebagai pengubah arah tegangan atau voltase dari AC ke DC
- Filter atau penyaring, bertugas sebagai pembersih gelombang keluaran dari riak (ripple ) yang berasal dari proses penyearahan
- Pengaturan (regulatorion), bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran sehingga menjadi stabil walaupun terjadi variasi atau perubahan pada suhu, beban, maupun tegangan masukan dari jaringan transmisi listrik
Idealnya, pengubahan daya ke DC memiliki karateristik seperti misalnya efisiensi 100%, gelombang keluaran yang tetap (constant output) walaupun dihadapkan pada variasi dari voltase transmisi (untuk power supply DC), arus pada beban, maupun suhu. Karakteristik ideal lainnya adalah tidak memiliki impedansi pada terminal keluaran (zero impedance output) untuk setiap jenjang frekuensi, dan juga tidak memiliki gangguan (noise) maupun ripple pada gelombang keluaran. Gambar 1 menunjukkan perbedaan dalam hal pengaturan beban dan ripple pada gelombang keluaran antara pengubah yang ideal dan yang praktis.
Gambar 1 . Karakteristik ideal dan praktis pada pengubah ke DC
Selanjutnya, pada Gambar 2 dapat dilihat dua buah contoh rangkaian yang umum dipakai untuk menghasilkan daya DC dari daya AC, yaitu rangkaian dengan konfigurasi Center-Tapped Transformer dan Penyearah Bridge (Bridge Rectifier). Kedua contoh tersebut memakai penyearah jenis gelombang penuh (full wave rectifier) yang mengakibatkan tingkatan ripple yang minimum pada gelombang keluaran.
Gambar 2 . Rangkaian dengan konfigurasi Center-Tapped Transformer dan Penyearah Bridge (Bridge Rectifier).
Power Supply tipe switching menjadi semakin populer pemakaiannya karena tipe ini memberikan penyediaan daya DC yang efisiensi dan densitas dayanya sangat tinggi dibandingkan dengan tipe linear. Untuk lebih jelasnya, beberapa perbandingan antara kedua tipe tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Spesifikasi
|
Tipe Linear
|
Tipe Switching
|
Pengaturan Beban (Load regulatorion)
Variasi Gelombang Keluaran (Output Ripple) Variasi Voltase masukan (Input Voltage Range) Efisiensi Densitas Daya (Power Density) Waktu Peralihan (Transient Recovery) |
0.02-0.01%
0.5-2 mV rms +/- 10% 40-55% 0.5 W/in^3 50 usec |
0.1-1.0%
25-100 mV p-p +/- 50% 60-80% 2.3 W/in^3 300 usec |
Tabel 1. Perbandingan antara tipe Linear dan Switching
Salah satu topologi dari power supply tipe switching adalah dengan metode flyback (flyback regulator) seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3 berikut ini.
Gambar 3 . Rangkaian dasar Flyback Regulator
Pengaturan besarnya daya keluaran melalui komponen switch dikendalikan dengan metode modulasi lebar pulsa atau PWM (Pulse Width Modulation) di mana semakin lama switch berstatus ON semakin banyak energi yang disimpan dalam transformer dan semakin besar pula daya yang dikirim ke beban. Selain itu, untuk menghasilkan tegangan keluaran yang stabil, maka tegangan tersebut dapat diumpan balik dan dibandingkan dengan tegangan referensi (reference voltage) dan selisihnya kemudian dapat digunakan untuk mengendalikan lamanya switch berstatus ON dan OFF. Pada gambar 4, dapat dilihat konfigurasi lengkap dari metode Flyback tersebut. Sebutan lain power supply tipe switching adalah tipe "off-line" karena tegangan DC yang menjadi masukan adalah melalui proses penyearah langsung dengan penyearah Bridge dari sisi AC atau dari jaringan listrik dengan tanpa menggunakan transformer 50 atau 60 Hz. Pada rangkaian yang sama juga terlihat adanya sistem umpan balik yang harus terisolasi dari sisi AC dengan menggunakan transformer ukuran kecil ataupun dengan opto-isolator.
Penyearah dalam sistem, penyediaan sumber daya DC berfungsi sebagai pengubah arah tegangan atau voltase dari AC ke DC .
Catu daya dc adalah sumber bolak-balik AC ( alternating current ) dari pembangkit tenaga listrik yang diubah menjadi searah DC ( direct current) .
Konsep perubahan AC menjadi DC disebut penyearahan ( rectifiering ).
Ada 3 jenis penyearahan :
Rangkaian Penyearah 1/2 Gelombang
 |
Tegangan masukan (V in ) adalah sebuah tegangan sinussioda .
Asumsikan sebuah perilaku dioda ideal, pada setengah sinyal positif dioda mendapat pemberian bias maju (forward bias) sehingga menyebabkan setengah sinyal positif muncul pada RL atau beban.
|
Kondisi ini membuat dioda berlaku sebagai penghantar. Pada setengah putaran negatif, dioda mendapat bias mundur (reverse bias), sehingga dioda dalam kondisi tidak menghantar, oleh karena itu rangkaian memotong sinyal setengah negatif.
| |
 |  |
Tegangan output (V out ) setengah gelombang merupakan sebuah tegangan DC yang bergerak naik sampai maksimum dan menurun sampai nol, dan tetap nol selama sinyal negatif.
| |
- Nilai Sinyal DC setengah Gelombang
Pada prinsipnya, nilai DC setengah gelombang diperoleh dari :
karena nilai dari 
= 0,318V, sehingga :
= 0,318V, sehingga :- Frekuensi Keluaran
Frekuansi keluaran sama dengan frekuensi masukan. Tiap-tiap putaran masukan menghasilkan satu putaran tegangan keluaran. Dengan demikian kita dapat menulis :
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
 |
Perhatikan grounded center tap pada kumparan sekunder trafo ! Mengapa demikian ?
Rectifier gelombang penuh sama dengan rectifier ½ gelombang sehingga masing-masing rectifier gelombang penuh memiliki tegangan yang sama (equal) dengan setengah tegangan sekunder D1 menghantar ke sinyal setengah positif, dan dioda D2 menghantar ke sinyal setengah negatif. Hasilnya arus beban rectifier mengalir selama setengah sinyal bersama-sama.
|
Rectifier gelombang penuh berbuat sama dengan dua kali bolak-balik pada rectifier setengah gelombang.
| |
 |  |
- Nilai DC atau Nilai Rata-rata
Karena sinyal gelombang penuh mempunyai dua kali sinyal setengah positif, DC atau nilai rata-rata barnilai dua kali nilai dc setengah gelombang.
Pada prinsipnya, nilai dc penyearah gelombang penuh diperoleh dari :
 |
karena nilai dari 
= 0,636 V, sehingga :
= 0,636 V, sehingga : |
- Frekuensi Keluaran
Pada sebuah rectifier gelombang penuh, sesuatu tidak biasa terjadi pada frekuensi keluaran. Tegangan saluran AC mempunyai frekuensi 60 Hz. Karena itu, periode masukkannya sama dengan :
 |
Karena penyearahan gelombang penuh, periode sinyal gelombang penuh adalah setengah periode masukan :
 |
sehingga kita dapatkan
 |
Frekuensi sinyal gelombang penuh adalah dua kali frekuensi masukan. Hal ini beralasan karena sebuah keluaran gelombang penuh mempunyai dua kali periode masukan gelombang sinus, hanya saja rectifier gelombang penuh membalikkan masing-masing periode setengah negatif sehingga kita mendapatkan jumlah dua kali periode positif. Akibatnya, adalah penggandaaan frekuensi sehingga :
Gelombang penuh :
|  |
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
 |
Rectifier jembatan menyerupai rectifier gelombang penuh sebab ia memproduksi tegangan keluaran gelombang penuh. Dioda-dioda D1 dan D2 menghantar di atas setengan periode positif dan D3 dan D4 menghantar di atas setengah periode negatif. Sebagai hasilnya arus beban rectifier mengalir selama diantara setengah periode.
| ||
| |||
Karena sebuah penyearah jembatan menghasikan sebuah keluaran gelombang penuh, persamaan untuk nilai rata-rata dengan frekuensi keluaran sama seperti yang diberikan untuk penyearah gelombang penuh :
dan
| |||
0 Komentar untuk "Rectifier, Filter & Regulator"