Membuat Sendiri Regulator Arus Searah (DC)

PENDAHULUAN
Pada postingan kali ini saya hanya akan sharing dikit tentang cara membuat sebuah regulator seri arus searah (DC) sekalian dokumentasinya karena kebetulan kemarin saya lagi butuh banget untuk keperluan catu daya di rumah. Selain itu sekaligus menjawab pertanyaan rekan-rekan tentang cara membuat regulator baik untuk keperluan baik untuk charger laptop maupun supplai umum sehari-hari.
Mohon dapatnya komentar/pertanyaan tentang masalah kelistrikan dinamis (bukan statis) dialamatkan ke  halaman ini mengingat komentar di halaman charger portabel kelihatannya udah terlalu penuh sehingga kelamaan loading.

TEORI REGULATOR (DC)
Sebelum pada praktek, ada baiknya Anda ketahui sedikit beberapa istilah khusus bagi yang belum mengetahui apa itu regulator langsung dari apa yang saya ketahui pada teori tahun 2000-an. Karena itu mohon saran dan kritik kalau ada kesalahan dari para pakar akademisi yang kompeten.

Regulator DC pada prinsipnya merupakan sebuah rangkaian elektronik yang berfungsi untuk mengendalikan tegangan keluaran dari sebuah catu daya pada suatu nilai yang konstan. Regulator menempati posisi yang strategis dari suatu beban listrik karena ia harus mampu menghasilkan dan mempertahankan tegangan output yang relative konstan walaupun terjadi banyak fluktuasi tegangan pada saluran inputnya.


REGULATOR LINEAR DAN SWITCHING
Terdapat 2 kelompok besar tipe supply tegangan regulator, yaitu linear dan swiching (saklar). Namun saat ini kita focus membuat tipe linear karena walaupun mengingat tipe switching jarang bisa dibuat sendiri relative lebih rumit, membutuhkan komponen khusus, serta regulasi tegangannya yang sampai saat ini belum bisa dibuat sangat presisi. (Benarkah?) Namun juga harus diakui bahwa terdapat beberapa kelebihan regulator switching antara lain kemasannya yang ringkas dan disipasi daya (panas) yang tidak terlalu besar, misalnya power supply computer, charger bawaan laptop/HP, dan lain-lain yang biasanya kemasannya enteng dan ringkas)


JENIS REGULATOR LINEAR
Terdapat banyak ragam cara mudah membuat regulator linear mulai dari berupa rangkaian diskrit (menggunakan transistor) sampai rangkaian integrasi (menggunakan IC regulator 78XX, SMR88XX, op amp, dll). Contoh penggunaan model regulator ini bisa dilihat pada postingan charger portabel. Masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan disesuaikan dengan tingkat kebutuhan kita.

KONSEP UMPAN BALIK NEGATIF
Setelah ditemukannya penguat operasi (op amp) berpenguatan ratusan ribu, sistem kerja sebuah regulator mengalami langkah penyempurnaan terutama dengan diter`pkannya umpan balik negative. Pada system ini tegangan keluaran regulator dikontrol dengan mengumpankan setiap perubahan tegangan yang terjadi, baik penambahan maupun penurunan, diperkuat dan kemudian dibandingkan dengan tegangan acuan (zener) yang ada sehingga nyaris tidak ada perubahan yang berarti saat system ini diterapkan. Gambaran umpan balik negative yang mudah dimengerti sebagai berikut, jika terjadi kecenderungan penurunan tegangan sebesar 1ɥV, misalnya karena arus beban yang besar, maka akan timbul tegangan error yang akan meminta op amp agar kembali menyesuaikan/menaikkan tegangan outputnya sehingga penurunan urung terjadi. Berdasarkan teori ini saya beranggapan bahwa regulator menggunakan op amp-lah menurut saya paling stabil di antara banyak model.


KARAKTERISTIK REGULATOR OP AMP YANG BERKUALITAS
Jika kita merunut regulator berdasarkan teori akademik pada tahun 2000-an pada saat kuliah dulu, dipaparkan sebuah grafik regulasi beban yang menggambarkan bahwa terjadi karakteristik penurunan tegangan (V) regulator antara kondisi beban nol (I = 0) dan beban penuh. Hal ini sedikit bertolak belakang dengan teori yang disampaikan sebelumnya bahwa setiap terdapat kecenderungan perubahan tegangan output (dalam hal ini penurunan), system umpan balik negative akan mengirim pesan kepada Op Amp agar kembali menaikkan (menstabilkan) tegangan pada kondisi awal sehingga dengan demikian seharusnya regulasi beban berupa garis lurus tanpa penurunan.

SEBUAH PENDAPAT
Berdasarkan percobaan yang saya lakukan saya menyimpulkan bahwa resistansi kawat penghantar merupakan penyumbang terbesar akan buruknya kualitas regulasi beban pada sebuah catu daya. Hal tersebut tidak dapat dihindari (inevitable) mengingat semua penghantar pasti mempunyai hambatan jenis (ρ), sehingga sestabil apapun sebuah regulator, ia pasti akan mengalami kecenderungan penurunan tegangan pada saat berbeban.


SOLUSI PERBAIKAN KARAKTERISTIK REGULASI BEBAN
Terdapat minimal 3 (tiga) solusi yang dapat dipakai untuk meminimalisir karakteristik penurunan tegangan di atas:
  1. menggunakan kawat penghantar transmisi yang berluas penampang relative besar terutama sekali jika kebutuhan arus beban juga besar dengan harapan jatuh tegangan dapat ditekan seminimal mungkin,
  2. menggunakan pengaman hubung singkat berupa sekering yang nota bene mempunyai resistansi yang relative kecil daripada resistor perasa, dan
  3. menggunakan rangkaian khusus sehingga secara otomatis terdapat penambahan tegangan secara linier guna mengkompensasi jatuh tegangan pada kawat penghantar transmisi dan resistor perasa.
Dari ketiga opsi di atas, saya memilih opsi ketiga yang mana masih dalam tahap pengembangan pada praktek regulator yang dibuat saat ini.

SKEMA DAN PRINSIP KERJA
Begitu saklar dinyalakan, semua komponen terutama zener dan op amp akan bekerja sehingga terbentuk tegangan stabil pada terminal beban. Dengan memanfaatkan aksi umpan balik negative, setiap perubahan tegangan sekecil apapun pada output akan juga mengubah tegangan kesalahan yang pada gilirannya akan kembali diperkuat dan dibandingkan dengan tegangan acuan (zener) sehingga outputnya terkendali stabil. Pada saat regulator dibebani, pasangan darlington akan menyuplai kebutuhan arusnya sesuai umpan tegangan yang dikeluarkan op amp. Pada saat arus yang dikeluarkan melebihi batas yang diijinkan, transistor pengaman menjadi aktif sehingga akan menahan pasangan darlington agar tidak lagi menyuplai kebutuhan arus lebih banyak. Terdapat suplai tegangan lebih pada op amp bertujuan agar ia mampu memenuhi kebutuhan tegangan pasangan darlington secara maksimal.

CUPLIKAN YOUTUBE


Beberapa saat yang lalu saya upload video ke youtube yang keterangannya kurang lebih sebagai berikut:
  1. Saya menunjukkan sebuah regulator DC trafo 5A yang sudah jadi dan menggunakan kabel listrik relative kecil  sepanjang 4 meteran.
  2. Regulator tersebut diberi beban 3 buah resistor berturut-turut senilai 5,6 ohm, 8,2 ohm, dan 18 ohm serta sebuah lampu depan sepeda motor tertulis sebesar 35W.
  3. Saat dicoba menggunakan beban-beban tersebut, terlihat pada voltmeter yang terpasang, tegangan relative berubah hanya pada kisaran 0,01-0,02V yang mana menandakan stabilisasi telah bekerja sesuai rencana.
  4. Kemudian saya bertanya tentang hasil pengujian (dengan cara yang sama) pada regulator Anda.

 POTO-POTO










154 comments: