Friday, May 3, 2013

Power Suplai, Battery Charger, Dengan Trafo

Rangkaian power suplai dengan trafo (transformator, transformer) masih banyak diminati walau saat ini sudah dapat dibuat convertor dari tegangan tinggi jaringan (220 VAC)  ke tegangan rendah, misalnya 12 VDC, tanpa trafo.  Salah satu kelebihan power suplai dengan trafo adalah terisolasinya tegangan tinggi dengan tegangan rendah, sehingga sangat aman. Tapi trafo ukurannya besar, berat dan mahal harganya. Mungkin jika nantinya teknologi convertor tegangan tinggi sudah sangat populer dan murah harganya, rangkaian dengan trafo akan menjadi kuno. Beberapa perangkat elektronik seperti TV, charger: laptop, handphone, dll. sudah tidak lagi menggunakan trafo sebagai power suplai dari jaringan listrik.

Untuk rangkaian menaikkan tegangan atau arus (voltage step up, current step up) trafo belum ada yang menandingi.

Pada artikel ini dibahas berbagai desain power suplai, dari yang paling sederhana, hingga yang menggunakan stabilisasi tegangan dengan IC. Dengan parameter-parameter yang dijelaskan secara singkat, akan membantu anda mendesain power suplai sesuai kebutuhan anda.

Skema berikut ini memperlihatkan rangkain power suplai sederhana, kadang juga disebut adaptor.


Trafo (T) yang umum dijual dipasaran mempunyai tegangan input 110 VAC dan 220 VAC. Tegangan outputnya adalah 12 VAC dan 24 VAC. Untuk trafo kecil tersedia dengan tegangan output 3, 6, 9, dan 12 VAC.

Untuk rangkaian battery charger (cas aki) 12 volt, dibutuhkan trafo dengan output 15 volt yang jarang tersedia di pasaran tapi dapat dipesan. Arus yang dibutuhkan untuk mengisi aki adalah 10% dari kapasitas aki. Maka untuk aki 50 AH dibutuhkan arus pengisian 5 ampere. Jangan menggunakan trafo dengan kapasitas arus pas-pasan, sebaiknya menggunakan yang berkapasitas output 10 ampere untuk mengisi aki 50AH, agar trafo tidak kepanasan. Baca juga "Cara Mengisi Ulang (Recharge) Aki Kendaraan".

Dioda (D) mengubah arus bolak-balik (Alternating Current, AC) menjadi arus searah (Direct Current, DC). Terlihat ada 4 buah dioda membentuk jembatan, dan menjadi penyearah gelombang penuh. Bisa saja pada rangkaian dipasang hanya 1 dioda, sehingga membentuk penyearah setengah gelombang. Tapi berhubung harga trafo yang sangat mahal, akan lebih baik jika seluruh potensi trafo dimanfaatkan, yaitu dengan memasang 4 buah dioda. Nomor kode 1N4007 cukup populer di pasaran dengan spesifikasi tegangan terbalik maximal 1000 V dan arus maju 1 A. Arus maju dioda 1N4007 dapat mencapai 30 A tapi hanya dalam waktu sangat singkat 8.3 milisekon. Untuk arus yang lebih besar dari 0.5 ampere, biasanya tidak lagi menggunakan 1N4007, tapi menggunakan kuprok (diode bridge) yaitu 4 buah dioda besar dalam satu wadah. Jika arusnya besar kuprok membutuhkan pendingin (heatsink). Unduh lembar data 1N4007.

Akan ada kehilangan tegangan sebesar 0.6 volt pada dioda, jika diberi arus besar akan terjadi kehilangan tegangan yang lebih besar yang dapat mencapai 1.3 volt. Maka jika digunakan sebagai battery charger, dengan output trafo 15 volt, akan menghasilkan tegangan keluaran dioda:

15 - 0.6 = 14.4 volt 

Tegangan 14.4 volt sesuai dengan tegangan untuk mengisi aki basah.

Tapi untuk aki kering (dry cell) yang mempunyai tegangan pengisian 13.8 volt, maka perlu ditambahkan lagi 1 buah dioda pada output agar tegangannya menjadi:

14.4 - 0.6 = 13.8 volt

Beberapa gadget elektronik menggunakan 13,8 volt power suplai seperti pemancar dan penerima radio komunikasi (transceiver). Beberapa baterai sel kering membutuhkan tegangan pengisian 13,5 volt. Lebih detail tentang aki di artikel "Mengapa Aki Dapat Meledak?"

Kondensor (C) berfungsi meratakan tegangan dan menghilangkan tegangan tinggi pada output trafo yang ditimbulkan oleh induksi medan magnet trafo. Tegangan tinggi pada output ini tidak berbahaya tapi cukup membuat kaget jika tersentuh, karena arusnya lemah. Tegangan tinggi pada output trafo ini dapat terbaca oleh multitester jika trafo tidak diberi beban. Pada battery charger, tegangan tinggi pada output dapat diserap oleh aki. Tegangan tinggi pada output akan menyebabkan suara dengung (humming) dan gemuruh (brooming) jika power suplai digunakan untuk menggerakkan amplifier, radio transmitter, dll. Bahkan beberapa perangkat elektronik sensitif bisa rusak. Untuk itu perlu ditambahkan filter yang terdiri dari resistor, dan kapasitor, atau menghubungkan negatif (-) output ke tanah (ground). Biasanya ukuran kondensor adalah 47 sampai 1000 mikrofarad, bergantung pada beban. Tegangan maximalnya dua kali diatas tegangan output yang diinginkan. Untuk power supplai 12 volt maka tegangan maximum kondensor adalah 25 volt

Output VDC pada rangkaian diatas didapat pada titik (+) positif dan titik negatif (-) jembatan dioda.

Demi keamanan (safety) maka perlu ditambahkan sekring (F) yang nilainya lebih kecil sedikit dari arus maximum output trafo. Pada trafo dengan ampere besar dan mahal, juga dipasang sekring pada input trafo dengan nilai sedikit lebih kecil dari maximum arus inputnya, agar melindungi trafo yang mahal tersebut.


Stabilisasi Tegangan

Jika dibutuhkan tegangan yang lebih stabil dan dengan voltase yang lebih rendah dari output dioda, maka dapat ditambahkan rangkaian stabilisasi tegangan berikut ini:


Rangkaian ini juga diterapkan pada regulasi tegangan dengan cut off relay yang dipakai untuk turbin angin.

Input dihubungkan dengan output dioda. Resistor Rb memberi suplai arus ke transistor (T). Nilai Rb adalah 220 ohm 2 watt. Resistor ini menentukan arus maximum yang keluar dari transistor (T)

Dioda zener (Dz) menentukan tegangan output dari transistor. Untuk battery charger 14.4 volt, maka Dz bernilai 15 volt 2 watt. Jika tegangan output Rb melebihi 15 volt maka zener akan menghubung ke negatif, sehingga tegangan output Rb tidak akan melebihi 15 volt. Akan terjadi kehilangan tegangan sebesar 0.6 volt pada transistor, karena itulah digunakan zener yang sedikit lebih tinggi tegangannya.

Transistor (T) adalah 2N3055, arus yang dikeluarkan oleh transistor ini mencapai sekitar 1.5 ampere dengan resistor basis 220 ohm. Transistor ini mampu bertahan hingga tegangan 60 volt dan daya 115 watt dan butuh pendingin (heatsink). Jika butuh arus yang lebih besar maka dapat memparalel transistor ini. Unduh lembar data 2N3055.

Trafo yang digunakan bisa dengan output yang lebih tinggi, misal 24 volt, karena tegangan output transistor akan ditentukan oleh tegangan zener.

Kondensor (C2) untuk meratakan tegangan output transistor. Sebenarnya nilainya akan bergantung pada beban. Tapi secara umum nilai C2 sekitar 47 mikrofarad sudah memadai. Tegangan maximumnya sekitar 2 kali lipat tegangan output, maka untuk battery charger 14.4 volt, tegangan maximum kondensor 25 volt sudah cukup aman.

Resistor (R) berfungsi mengamankan Transistor dari tegangan kejut yang ditimbulkan oleh beban induksi, seperti: motor listrik, relay, solenoid, aktuator, dll. Nilainya 10 kiloohm. Resistor ini bisa ditiadakan jika tidak pernah power suplai ini tidak pernah menggerakkan beban induksi.

Rangkaian stabilisasi tegangan dengan transistor diatas dapat disederhanakan dengan menggunakan IC (Integrated Circuit) seri 78xx. Angka 78 pada IC tersebut menyatakan sebagai regulator tegangan positif, dua angka terakhir menyatakan tegangan outputnya. Misal 7812, adalah regulator tegangan positif dengan output 12 VDC. Lihat skema dibawah:



Rangkaiannya sangat ringkas, hanya 1 komponen yaitu IC tersebut saja. Ditambah kondensor sebagai filter: C3 senilai 0.33 mikrofarad, dan C4 senilai 0.1 mikrofarad. Tapi regulator dengan IC kurang tangguh jika dibanding dengan transistor. IC ini mampu bertahan hingga tegangan input 35-40 VDC. Rating tegangan input adalah 23 volt dan arus output maximum 1 ampere untuk nomor kode L7815A, dapat disuplai dengan trafo 24 volt. Pada beberapa desain, IC ini mensuplai basis transistor 2N3055 sehingga didapat arus output yang lebih besar. Unduh datasheet IC 78xx.


Penyesuaian Tegangan

Dengan menggunakan dioda, tegangan output dari stabilisator dengan transistor dapat disetel. Tegangan dioda yang stabil membuat dioda disukai untuk menyesuaikan tegangan. Lihat skema stabilisasi tegangan dengan transistor di bawah:

Jika dioda dipasang diantara zener dan negatif, maka tegangan output transistor akan naik. Perhatikan cara memasang dioda dan zener yang berbeda. Jika dioda dipasang di basis transistor, maka tegangan output transistor akan turun.

Dengan cara yang sama dioda dapat digunakan untuk menyetel tegangan output IC 78xx. Pemasangan dioda pada kaki ground IC akan menaikkan tegangan output IC. Pemasanang dioda pada output IC akan menurunkan tegangan output IC.

Dioda yang biasa digunakan untuk penyesuaian tegangan adalah 1N4007 yang mempunyai tegangan 0.6 volt. Dioda kristal seperti OA90 mempunyai tegangan 0.2 volt, juga disebut dioda germanium.

Untuk monitor tegangan aki dapat dibaca di artikel "Indikator Tegangan Baterai Sederhana Dengan LED".

5 comments:

  1. Maaf mas jdi yg saya gunakan untuk lampu led saya yg 20waat itu saya harus gunakan trafo brp amp ya mas, tpi klo pakai trafo sepertinya tidak muat mas di box lampunya.
    Karena box lampu led saya untuk tempat power suplaynya hanya berukuran 7x5x2cm.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Saya jadi bingung dengan data mu. Kalau melihat data sebelumnya: lampu LED 20 volt, dan sekarang ada data daya 20 watt, maka arusnya adalah: 20 watt / 20 volt = 1 ampere.

      Tapi ada data mu juga yang menyatakan trafonya 0.28 ampere ( 280 miliampere).

      Ada trafo kualitas bagus ukurannya kecil. Power suplai dengan trafo memang banyak digunakan untuk belajar bagi pemula. Penjual komponen biasanya juga cukup paham. Nanti jika sudah cukup mahir, akan bisa mendesain power suplai dengan ukuran lebih kecil.

      Jika membuat power suplai tanpa trafo, butuh pendingin transistor yang ukurannya lebih kurang sama besar dengan ukuran trafo. Tapi resikonya jauh lebih tinggi jika terjadi kesalahan.

      Delete
  2. Mas, tolong bantu saya ya.....saya akan mengaplikasikan rangkaian adaptor, stabilisator diatas dengan rangkaian stabilisator tegangan charger dengan cut of relay dalam tulisan mas ini.........
    Persoalannya begini saya mau rubah regulator sepeda motor saya karena saya menggunakan lampu HID dan asesoris lain hingga memerlukan ampere besar, bila standar sepede motor maka aki akan tekor......
    Saya coba mengaplikasikan ketiga rangkaian tersebut (tentu saja tanpa trafo) langsung dari spool, dimana V Ac mak terbaca 100 VAc, setelah saya searahkan dengan diode jembatan 10 A difilter C 10000 MF/100 V, keluarnya tetap 100 V tetapi DC, Adaptor ini saya anggap tidak ada masalah, masalah yang timbul adalah :
    1. Pada saat saya akan memasang stabilisator, saya kesulitan mencari kriteria Transistor, bagaimana perhitungannya agar tidak meledak????
    2. Saya telah coba rangkaian auto off dengan relay menggunakan sofeware livewire, rangkaian berjalan sesuai uraian mas....tetapi pada saat disimulasikan dengan explotion, maka TR nya meledak.....tolong perhitungan jenis transistor apa yang tepat ( karena pada rangkaian mas tersebut juga tidak dijelaskan Tipe transistornya, hanya jenis nya saja NPN)....tolong jenis transistornya...
    3. Pada saat aki off ( anggap rangkaian sudah bekerja), apakah rangkaian ini tidak meledak karena, dari spool dan magnet tetap menyalurkan arus....maka elco akan penuh, karena tidak ada yang menampung/menyalurkannya maka akan meledak (dalam perkiraan saya)....tolong pencerahannya...
    Atas bantuannya diucapkan terima kasih..

    ReplyDelete
    Replies
    1. Pada kendaraan dan generator set, biasanya tegangan output alternator dikontrol dengan mengatur suplai arus ke kumparan medan (field) yang berada di dalam anker (rotor). Kumparan field dalam rotor adalah elektromagnet yang jika diberi arus akan menjadi magnet. Rotor yang bermagnet dari kumparan field tesebut, akan diputar oleh engine. Sehingga kumparan stator di bodi alternator akan menghasilkan listrik untuk mengisi-ulang aki. Jadi, jika tegangan aki masih rendah maka arus dari aki akan disuplai ke field (alternator dipancing). Jika aki sudah penuh, atau jika output alternator melebihi 14.4 volt karena putaran engine tinggi, maka arus ke field akan diputus (cut off). Demikian seterusnya berlangsung secara otomatis.

      Jika tujuannya agar aki tetap mampu mensuplai arus ke lampu daya besar dan berbagai asesoris. Maka cara paling mudah adalah menggunakan aki yang lebih besar, sehingga kekurangan daya dari alternator masih bisa dikompensasi oleh aki. Dengan harapan aki akan terisi kembali pada saat lampu/asesoris tidak sedang digunakan. Cara lain adalah dengan mengganti alternator dengan yang lebih besar amperenya.

      Dari penjelasan Anda, saya berkesimpulan bahwa pada rangkaian Anda: arus ke field selalu konstan sehingga output alternator mencapai 100 volt. Alternator dengan tegangan tinggi tersebut akan mengisi-ulang aki, melalui stabilisator tegangan agar sesuai dengan tegangan aki.

      Jawaban pertanyaan:
      1. Transitor meledak karena terlalu panas sehingga perlu pendingin atau dikurangi arusnya, bisa juga karena tegangan maximalnya terlampaui.
      2. Transistor BD139 memang hanya mampu bekerja pada tegangan maximal 80 volt, 1.5 ampere. Transistor 2N3055 hanya sampai 60 volt, 15 ampere.Untuk tegangan 100 volt dapat menggunakan transistor TIP 50 (400 volt, 1 ampere). Untuk daya besar 2SC3527 (400 volt, 15 ampere) tapi biasanya harganya mahal.
      3. Tegangan Elco seharusnya lebih tinggi sedikit dari tegangan maximal saat bekerja. Elco jarang meledak. Paling hanya bocor/korslet di dalam (internal leak) terutama jika bekerja melampaui tegangan maximalnya. Jika Elco penuh maka arus pengisian Elco akan sangat kecil sebagai kompensasi internal leak, biasanya diabaikan.

      Delete

Your positive comment will be highly appreciated to improve this site