Thursday, September 13, 2012

Mengubah Tegangan 220 VAC ke 24 VDC Tanpa Trafo


Skema berikut adalah rangkaian elektronik untuk mengubah tegangan 220 VAC ke 24 VDC tanpa transformator. Sehingga harga dapat ditekan murah karena tidak perlu membeli dan memasang trafo, ukuran lebih kecil dan berat lebih ringan. Juga effisiensi daya bisa lebih tinggi, karena trafo mempunyai borosan daya atau effisiensi sekitar 89% pada beban penuh, dan sekitar 65% pada beban setengah daya.

Untuk rangkaian dengan transformator dapat dibaca di "Power Suplai, Battery Charger, Dengan Trafo".



Rangkaian diatas terhubung langsung dengan tegangan tinggi 220 VAC, sehingga harus memasang sekring. Saya menggunakan sekring 0,5 ampere walau agak kebesaran. Setahu saya sekring terkecil tipe gelas yang tersedia di pasaran adalah 0,25 ampere, tapi kadang sulit didapat. Sekring ini hanya melindungi bagian tegangan tinggi saja, rangkaian di sebelah kiri transistor. Sedangkan bagian tegangan rendah tidak terlindungi sekring karena arus output yang sangat kecil yaitu sekitar 20 miliampere, sehingga jika terhubung singkat tidak akan memutuskan sekring.

Pada prinsipnya rangkaian ini adalah rangkaian stabilisasi tegangan (voltage stabilizer) dengan dioda zener. Tegangan output tidak terpengaruh tegangan input, selama tegangan input lebih besar dari tegangan zener.

Tegangan input akan mempengaruhi arus maximal output. Semakin tinggi tegangan input maka semakin besar arus maximal yang dikeluarkan, sebaliknya jika tegangan input menurun maka arus maximal output mengecil. Jika beban membutuhkan arus di bawah arus maximal, maka saat tegangan input turun tidak akan mempengaruhi tegangan pada beban, atau tegangan output. Jadi rangkaian ini dapat bekerja pada tegangan 220 VAC dan 110 VAC. Untuk tegangan input 110 VAC, jika ingin menghasilkan arus maximal yang sama dengan tegangan input 220 VAC, maka nilai-nilai resistor RB and RC haruslah setengah dari nilai yang dijelaskan di bawah.

Dioda (D) saya gunakan jembatan dioda, karena sudah tersedia. Sebetulnya dioda-dioda tersebut harus disesuaikan dengan kapasitas arus dan tegangan. Bisa menggunakan 4 buah dioda 1N4007, yang mana mampu mengalirkan arus sampai 1 ampere dan tegangan maximal 1000 volt.

Kondensor 1 (C1) berkapasitas 1 mikrofarad dan harus mempunyai tegangan maximal diatas 220 volt. Saya gunakan yang bertegangan maximal 350 volt.

Resistor untuk basis (RB) menentukan arus yang diumpankan ke basis transistor. Saya gunakan resistor basis sebesar 390K, agar arus yang dikeluarkan dari emitor transistor sekitar 20 miliampere. Jika resistor basis dikecilkan, maka arus emitor akan semakin besar. Jika memperbesar arus emitor, pastikan transistor tidak terlalu panas. Jika tidak mempunyai thermometer untuk mengukur panas transistor, ada cara sederhana untuk mengetahui apakah transistor tidak terlalu panas, yaitu dengan menyentuh transistor dengan jari. Pastikan transistor tidak terlalu panas dan dapat disentuh jari setelah diberi beban satu menit. Sebelum menyentuh transistor dengan jari, pastikan tegangan tinggi sudah terputus.

Resistor untuk kolektor (RC) akan melindungi transistor dan beban jika arus naik melampaui batas. Saya gunakan resistor 10 kilo agar membatasi arus output atau emitor sekitar 20 miliampere. Resistor ini bisa diperkecil untuk memperbesar arus.

Dioda zener (DZ) menentukan tegangan output dari emitor. Saya gunakan zener 24 volt dengan daya 1/2 watt. Perlu diketahui bahwa tegangan output dari emitor transistor akan berkurang 0,6 volt. Sehingga jika menggunakan zener 24 volt, maka tegangan output akan menjadi 23,4 volt. Anda dapat menggunakan dioda zener yang sesuai dengan tegangan output yang dibutuhkan. Tegangan yang dihasilkan cukup stabil.

Transistor (T) adalah TIP50. Menurut spesifikasi dapat mengalirkan daya kontinue sampai 2 watt. Transistor ini mampu bekerja sampai tegangan kolektor-emitor 400 volt (Vceo). Penguatan arus (hFE) transistor ini pada rangkaian ini adalah sekitar 39. Perlu dipastikan spesifikasi dari setiap pabrikan pembuat transistor TIP50 yang anda gunakan. Transistor ini perlu diberi pendingin (heatsink). Walau untuk arus 20 miliampere dan tegangan output 24 volt tidak akan membuat transistor ini panas. Tapi karena bekerja dengan tegangan tinggi beresiko fatal jika terjadi kesalahan. Transistor ini rentan kepanasan (overheating) dan dapat pecah atau meletus dalam waktu kurang dari 1 (satu) detik, jika terjadi kesalahan perakitan yang menyebabkan pembebanan berlebih (overload) ataupun hubungan singkat. Pendingin transistor terhubung dengan kolektor sehingga bertegangan tinggi saat terhubung dengan jaringan listrik.

Jika dibutuhkan arus diatas 100 miliampere, maka dapat memasang transistor tegangan tinggi yang lebih besar seperti 2SC3527 yang dipasangkan secara Darlington. Pasangan Darlington adalah dimana ada dua transistor yang diparalel  kolektornya, basis transistor yang lebih besar disuplai oleh emitor transistor yang lebih kecil, output diambil dari emitor transistor besar. Pasangan Darlington diaktifkan dengan mensuplai arus pada basis transistor kecil. Dengan kata lain pada pasangan Darlington, transistor kecil mensuplai basis transistor besar agar arus yang dihasilkan jadi lebih besar. Tegangan output akan berkurang 1,2 volt dari tegangan zener jika menggunakan pasangan Darlington. Resistor RC dapat dikecilkan atau ditiadakan.

Download: Spesifikasi atau datasheet dari transistor TIP50 buatan Fairchild Semiconductor.

Kondensor output (C2) menapis fluktuasi tegangan yang terjadi pada output. Saya gunakan 4,7 mikrofarad 50 volt.

Resistor pada output (RI) berguna untuk mencegah tegangan tinggi induksi dari beban yang dapat merusak transistor, jika digunakan untuk mensuplai beban induktif. Ukuran RI adalah 10 kilo. Resistor ini bisa ditiadakan jika tidak menggunakan beban induktif. Resistor ini dapat diganti dengan dioda zener. Jika menggunakan zener maka dapat melindungi peralatan yang disuplai jika terjadi kenaikan tegangan output transistor, dan arus bocornya sangat sedikit. Ukuran minimal zener adalah sama dengan zener pada basis, dalam hal ini 24 volt. Ukuran zener maximal adalah 1 volt diatas zener pada basis, pada contoh ini adalah 25 volt. Pemasangan dioda zener tidak seperti dioda biasa, yaitu dipasang terbalik, karena zener hanya bekerja atau terhubung disaat tegangannya terlampaui. Katoda (negatif) zener dipasang pada kutub positif output, dan anoda (positif) zener dipasang pada kutub negatif output. Saya menggunakan resistor karena lebih flexibel, tidak perlu diganti walau zener pada basis transistor saya rubah.

PERINGATAN: jangan menyentuh rangkaian saat terhubung dengan tegangan tinggi, pastikan anda menggunakan peralatan yang berisolasi listrik yang baik, pastikan sekring terpasang sebelum rangkaian dihubungkan dengan tegangan tinggi.


Karena sangat sederhana, rangkaian dapat dirangkai pada papan matrix.