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.
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:
- 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,
- menggunakan pengaman hubung singkat berupa sekering yang nota bene mempunyai resistansi yang relative kecil daripada resistor perasa, dan
- 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:
- Saya menunjukkan sebuah regulator DC trafo 5A yang sudah jadi dan menggunakan kabel listrik relative kecil sepanjang 4 meteran.
- 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.
- 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.
- Kemudian saya bertanya tentang hasil pengujian (dengan cara yang sama) pada regulator Anda.
POTO-POTO
