Setiap perangkat listrik dan elektronik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari pasti membutuhkan catu daya. Secara umum, kami menggunakan suplai AC 230V 50Hz, tetapi daya ini harus diubah menjadi bentuk yang diperlukan dengan nilai atau rentang tegangan yang diperlukan untuk menyediakan suplai daya ke berbagai jenis perangkat. Ada berbagai macam jenis konverter elektronika daya seperti konverter step-down, konverter step-up, penstabil tegangan, konverter AC ke DC, konverter DC ke DC, konverter DC ke AC, dan lain sebagainya. Misalnya, pertimbangkan mikrokontroler yang sering digunakan untuk mengembangkan banyak proyek berbasis sistem tertanam dan kit yang digunakan dalam aplikasi waktu nyata. Mikrokontroler ini membutuhkan suplai DC 5V, jadi AC 230V perlu diubah menjadi 5V DC menggunakan konverter step-down di rangkaian catu dayanya.
Sirkuit Catu Daya
Step Down Converter Circuit
Rangkaian Power Supply, namanya sendiri menandakan bahwa rangkaian ini digunakan untuk mensuplai daya ke rangkaian atau perangkat listrik dan elektronik lainnya. Ada yang berbeda jenis catu daya sirkuit berdasarkan daya yang digunakan untuk menyediakan perangkat. Misalnya, sirkuit berbasis pengontrol mikro, biasanya rangkaian catu daya yang diatur 5V DC, digunakan, yang dapat dirancang menggunakan teknik yang berbeda untuk mengubah daya 230V AC yang tersedia menjadi daya DC 5V. Umumnya konverter dengan tegangan keluaran kurang dari tegangan masukan disebut sebagai konverter step-down.
4 Langkah untuk Mengubah 230V AC menjadi 5V DC
1. Turunkan Level Tegangan
Konverter step-down digunakan untuk mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah. Konverter dengan tegangan keluaran lebih kecil dari tegangan masukan disebut konverter step-down, dan konverter dengan tegangan keluaran lebih besar dari tegangan masukan disebut konverter step-up. Ada trafo step-up dan step-down yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan level tegangan. 230V AC diubah menjadi AC 12V menggunakan trafo step-down. Output 12V transformator stepdown adalah nilai RMS dan nilai puncaknya diberikan oleh hasil perkalian dari akar kuadrat dua dengan nilai RMS, yaitu sekitar 17V.
Step-down Transformer
Trafo step down terdiri dari dua buah lilitan yaitu lilitan primer dan lilitan sekunder dimana lilitan primer dapat dirancang menggunakan kawat pengukur kurang dengan jumlah lilitan lebih banyak karena digunakan untuk mengalirkan daya tegangan tinggi arus rendah, dan lilitan sekunder menggunakan a kabel pengukur tinggi dengan jumlah belokan yang lebih sedikit karena digunakan untuk membawa daya tegangan rendah arus tinggi. Transformer bekerja berdasarkan prinsip hukum induksi elektromagnetik Faraday.
2. Konversi AC ke DC
Daya AC 230V diubah menjadi AC 12V (nilai 12V RMS di mana nilai puncaknya sekitar 17V), tetapi daya yang dibutuhkan adalah 5V DC untuk tujuan ini, daya AC 17V harus diubah terutama menjadi daya DC kemudian dapat diturunkan ke 5V DC. Tapi yang pertama dan terpenting, kita harus tahu bagaimana cara mengubah AC ke DC? Daya AC dapat diubah menjadi DC menggunakan salah satu dari konverter elektronik daya disebut sebagai Rectifier. Ada berbagai jenis penyearah, seperti penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh, dan penyearah jembatan. Karena keunggulan penyearah jembatan dibandingkan penyearah gelombang setengah dan penuh, penyearah jembatan sering digunakan untuk mengubah AC ke DC.
Penyearah Jembatan
Penyearah jembatan terdiri dari empat buah dioda yang dihubungkan dalam bentuk jembatan. Kita tahu bahwa dioda adalah penyearah yang tidak terkontrol yang hanya akan melakukan bias maju dan tidak akan bekerja selama bias balik. Jika tegangan anoda dioda lebih besar dari tegangan katoda maka dikatakan bias maju. Selama setengah siklus positif, dioda D2 dan D4 akan berjalan dan selama setengah siklus negatif dioda D1 dan D3 akan berjalan. Jadi, AC diubah menjadi DC di sini yang diperoleh bukan DC murni karena terdiri dari pulsa. Oleh karena itu, ini disebut daya DC yang berdenyut. Tetapi penurunan tegangan dioda adalah (2 * 0.7V) 1.4V oleh karena itu, tegangan puncak pada output rangkaian retifier ini adalah sekitar 15V (17-1.4).
3. Menghaluskan Riak dengan menggunakan Filter
15V DC dapat diatur menjadi 5V DC menggunakan konverter step-down, tetapi sebelum ini, diperlukan untuk mendapatkan daya DC murni. Output dari jembatan dioda adalah DC yang terdiri dari riak yang disebut juga DC berdenyut. DC yang berdenyut ini dapat disaring menggunakan filter induktor atau filter kapasitor atau filter berpasangan resistor-kapasitor untuk menghilangkan riak. Pertimbangkan filter kapasitor yang sering digunakan dalam banyak kasus untuk menghaluskan.
Saring
Kita tahu bahwa kapasitor adalah elemen penyimpan energi. Di sirkuit, kapasitor menyimpan energi sementara input meningkat dari nol ke nilai puncak dan, sementara tegangan suplai menurun dari nilai puncak ke nol, kapasitor mulai melepaskan. Pengisian dan pengosongan kapasitor ini akan membuat DC yang berdenyut menjadi DC murni, seperti yang ditunjukkan pada gambar.
4. Mengatur 12V DC menjadi 5V DC menggunakan Regulator Tegangan
Tegangan DC 15V dapat diturunkan menjadi tegangan DC 5V menggunakan konverter step-down DC yang disebut sebagai regulator tegangan IC7805. Dua digit pertama '78' dari regulator tegangan IC7805 mewakili regulator tegangan seri positif dan dua digit terakhir '05' mewakili tegangan keluaran regulator tegangan.
Diagram Blok Internal Regulator Tegangan IC7805
Diagram blok regulator tegangan IC7805 ditunjukkan pada gambar terdiri dari penguat operasi yang bertindak sebagai penguat kesalahan, dioda zener digunakan untuk memberikan referensi tegangan , seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Dioda Zener sebagai Referensi Tegangan
Transistor sebagai elemen lolos seri yang digunakan untuk menghilangkan energi ekstra sebagai pelindung SOA panas (Area Operasi Aman) dan heat sink digunakan untuk perlindungan termal jika terjadi tegangan suplai yang berlebihan. Secara umum regulator IC7805 dapat menahan tegangan mulai dari 7,2V hingga 35V dan memberikan efisiensi maksimum tegangan 7,2V dan jika tegangan melebihi 7,2V, maka terjadi kehilangan energi dalam bentuk panas. Untuk melindungi regulator dari panas berlebih, perlindungan termal disediakan dengan menggunakan heat sink. Jadi, 5V DC diperoleh dari daya 230V AC.
Kami dapat langsung mengubah 230V AC menjadi 5V DC tanpa menggunakan trafo, tetapi kami mungkin memerlukan dioda peringkat tinggi dan komponen lain yang memberikan efisiensi yang lebih rendah. Jika kita memiliki catu daya 230V DC, maka kita dapat mengubah 230V DC menjadi 5V DC menggunakan konverter uang DC-DC.
Konverter Buck DC-DC 230v ke 5v:
Mari kita mulai dengan rangkaian catu daya yang diatur DC yang dirancang menggunakan konverter uang DC-DC. Jika kita memiliki catu daya 230V DC, maka kita dapat menggunakan konverter uang DC-DC untuk mengubah catu daya 230V DC menjadi 5V DC. Konverter uang DC-DC terdiri dari Kapasitor, MOSFET, Kontrol PWM , Dioda dan Induktor. Topologi dasar konverter uang DC-DC ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Konverter Buck DC ke DC
Penurunan tegangan pada induktor dan perubahan arus listrik yang mengalir melalui perangkat sebanding satu sama lain. Oleh karena itu, konverter uang bekerja berdasarkan prinsip energi yang disimpan dalam induktor. Itu daya semikonduktor MOSFET atau IGBT yang digunakan sebagai elemen switching dapat digunakan untuk mengganti rangkaian konverter uang antara dua keadaan yang berbeda dengan menutup atau membuka dan mematikan atau menggunakan elemen switching. Jika sakelar dalam keadaan hidup, maka potensial dibuat melintasi induktor karena arus masuk yang akan melawan tegangan suplai, sehingga mengurangi tegangan keluaran yang dihasilkan. Karena dioda memiliki bias balik, tidak ada arus yang mengalir melalui dioda.
Jika sakelar terbuka, maka arus yang melalui induktor terputus secara tiba-tiba dan dioda memulai konduksi, sehingga jalur balik disediakan ke arus induktor. Penurunan tegangan pada induktor yang diberi energi dibalik, yang dapat dianggap sebagai sumber utama daya keluaran selama siklus switching ini dan ini disebabkan oleh perubahan cepat dalam aliran arus ini. Energi yang disimpan dari induktor secara terus menerus dikirim ke beban dan dengan demikian arus induktor akan mulai turun sampai arus naik ke nilai sebelumnya atau keadaan selanjutnya. Kelanjutan penyaluran energi ke beban menyebabkan penurunan arus induktor hingga arus naik ke nilai sebelumnya. Fenomena ini disebut sebagai riak keluaran yang dapat direduksi menjadi nilai yang dapat diterima menggunakan kapasitor penghalus yang paralel dengan keluaran. Jadi, Konverter DC-DC bertindak sebagai konverter step-down.
Konverter Step-down DC ke DC menggunakan PWM Cotrol
Gambar tersebut menunjukkan prinsip kerja konverter step-down DC ke DC yang dikontrol menggunakan osilator PWM untuk switching frekuensi tinggi dan umpan balik dihubungkan dengan penguat kesalahan.
Semua berbasis sistem tertanam proyek elektronik memerlukan pengatur tegangan tetap atau yang dapat disesuaikan yang digunakan untuk menyediakan pasokan yang diperlukan ke rangkaian atau kit listrik dan elektronik. Ada banyak regulator tegangan otomatis canggih yang mampu mengatur tegangan keluaran secara otomatis berdasarkan kriteria aplikasinya. Untuk bantuan teknis lebih lanjut mengenai rangkaian catu daya dan konverter step down, silakan posting pertanyaan Anda sebagai komentar di bagian komentar di bawah.
