POWER SUPPLY

POWER SUPPLY

I. TUJUAN
1. Mahasiswa dapat mengerti dan memahami prinsip dasar dari rangkaian power supply.
2. Mahasiswa dapat mengetahui prinsip kerja dari rangkaian Power Supply.
3. Mahasiswa dapat membuat suatu rangkaian Power Supply sederhana.

II. PERALATAN
1. Papan PCB matrix 1 buah
2. Kuprox 3A 1 buah
3. Resistor 220? 1 buah
4. Capasitor 220µF 1 buah
5. Kabel Penghubung secukupnya

III. GAMBAR RANGKAIAN

IV. DASAR TEORI

Catudaya atau power supply merupakan suaturangkaian elektronic yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah.
Hampir semua peralatan elektronik membutuhkan catudaya agar dapat berfungsi.
Beberapa radio atau tape kecil menggunakan baterai sebagai sumber tenaga namun sebagian besar menggunakan listrik PLN sebagai sumber tenaganya. Untuk itu dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat mengubah arus listrik bolak-balik dari PLN menjadi arus listrik searah. Ada banyak jenis atau variasi rangkaian catudaya dengan segala kelebihan dan kekurangannya. Namun secara prinsip rangkaian catudaya terdiri atas transformator, dioda dan condensator.

Rangkaian penyearah (rectifier circuit).
Bagian utama atau boleh dikatakan jantung suatu catudaya adalah rangkaian penyearah yang mengubah gelombang sinus AC menjadi deretan pulsa DC. Ini merupakan dasar atau langkah awal untuk memperoleh arus DC halus yang dibutuhkan oleh suatu peralatan elektronik.

A

B

Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).

Kelemahan dari halfwave rectifier adalah arus listrik yang mengalir ke beban hanya separuh dari setiap satu cycle. Hal ini akan menyulitkan dalam proses filtering (penghalusan). Untuk mengatasi kelemahan ini adalah penyearah gelombang penuh.

Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada gambar. Menggunakan dua dioda dan satu center tape transformer. Jika titik tengah transformer ditemukan maka tegangan di kedua ujung lilitan sekunder berlawanan fasa 180 derajat. Jadi ketika misalnya tegangan dititik A mengayun kearah positif diukur dari titik tengah lilitan sekunder maka tegangan dititik B mengayun ke arah negatif diukur dari titik yang sama. Mari kita lihat prinsip kerja penyearah gelombang penuh ini.

Gambar A menunjukkan ketika anoda D1 mendapat tegangan positif, Anoda D2 mendapat tegangan negatif.

A

Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau terhubung singkat. Arus listrik mengalir dari titik tengah sekunder melalui beban, kemudian melalui D1 dan kembali ketitik tengah melalui lilitan atas sekunder. Dan hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau switch yang menutup sehingga arus listrik mengalir melalui beban disaat periode positif dari gelombang sinus AC.

Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama setengah periode berikutnya ketika polaritas berganti.

B

Anoda D1 mengayun kearah negatif sementara anoda D2 mengayun kearah positif. Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2 konduksi atau terhubung singkat. Pada keadaan ini arus listrik mengalir dari titik setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali ketitik tengah setelah melalui lilitan bawah sekunder
Perhatikan bahwa dalam rangkaian penyearah gelombang arus listrik mengalir sepanjang satu periode. Sedangkan dalam rangkaian penyearah setengah gelombang arus listrik hanya mengalir selama setengah periode saja.
Jadi penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier) lebih baik dari penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier).

Penyearah type jembatan (bridge rectifier)

Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti terlihat pada gambar. Terdiri atas satu transformer dan 4(empat) dioda yang disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya mengalir kesatu arah saja melalui beban. Sirkuit ini tidak memerlukan sekunder bersenter tapi sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh. Bahkan transformator tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan relatif sama dengan tegangan jaringan PLN, misalnya. Artinya titik A dan B dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang tersedia di rumah.

Transformator digunakan bila tegangan DC yang dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar dari tegangan jaringan. Selain itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolator antara tegangan jaringan dengan tegangan rangkaian.

Gambar A menunjukkan jalannya aliran arus listrik selama periode positif AC (sine wave). D1 dan D2 konduksi. Arus listrik mengalir dari ujung lilitan bawah sekunder melalui beban, D1, D2, dan kembali ke lilitan bawah sekunder.
A

Setengah periode berikut polaritas sinewave berganti seperti terlihat pada gambar B. Ujung lilitan atas sekunder sekarang menjadi negatif, ujung lilitan bawah menjadi positif.D3 dan D4 konduksi. Pada kedudukan ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan atas sekunder melalui beban, D3, D4 dan kembali lilitan bawah sekunder. Dari gambar A dan B nampak jelas arus listrik yang mengalir melalui beban selalu dalam arah yang sama.

B

Filtering (penghalusan).

Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya bahwa arus listrik DC yang keluar dari dioda masih berupa deretan pulsa-pulsa. Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak cocok atau tidak dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun.

Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar arus listrik Dc yang masih berupa deretan pulsa itu menjadi arus listrik DC yang halus/ rata. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan diantaranya dengan C filter, RC filter dan LC filter.
Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic). Sedangkan RC maupun LC filter merupakan pengembangan C filter yang fungsinya lebih menghaluskan tegangan output dioda.

Capacitor sebagai filter.

Filtering yang paling sederhana ialah dengan menggunakan capacitor yang dihubungkan seperti terlihat pada gambar. Tegangan input rata-rata (average) 115 volt. Tegangan puncak 162 volt. mari kita lihat apa yang terjadi ketika suatu capasitor ditambahkan pada output dioda.
Pada saat anoda D1 mendapat pulsa positip, D1 langsung konduksi dan capacitor mulai mengisi. Ketika capacitor telah mencapai tegangan puncak D1 menyumbat karena katodanya lebih positip daripada anodanya. Capacitor harus membuang (discharge) muatannya melalui beban yang mempunyai resistan tertentu. Oleh karenanya waktu discharge capacitor lebih lama dibanding waktu yang dibutuhkan AC untuk melakukan satu periode (cycle). Akibatnya sebelum capacitor mencapai nol volt diisi kembali oleh pulsa berikutnya.

A

B

C

Bagaimana bentuk tegangan DC setelah difilter dengan capacitor dapat dilihat pada gambar.
Gambar A menunjukkan output penyearah setengah gelombang tanpa capacitor. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (Eave) hanya sekitar 31% dari tegangan puncak.
Ketika suatu capacitor ditambahkan maka bentuk tegangan outputnya seperti terlihat pada gambar B. Di sini capacitor mencegah tegangan output mencapai nol volt. Sehingga tegangan output rata-ratanya naik dibanding sebelumnya (no capacitor).
Jika nilai capacitornya dibesarkan atau ditambah maka bentuk tegangan outputnya seperti terlihat pada gambar C. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (Eave) meningkat dibandingkan sebelumnya (nilai capacitor yang lebih besar diperlukan bila arus listrik yang dibutuhkan beban relatif besar).

Tegangan rata-rata (Eave).

Jika kita mengatakan tegangan AC ini 115 V, sesungguhnya yang kita sebutkan adalah tegangan efektif (Erms). Sedangkan tegangan puncaknya (Epeak adalah:

Epeak = Erms x 1,414
Epeak = 115 V x 1,414 = 162,6 V.

A

B

Sedangkan tegangan rata-ratanya adalah 0 V karena positif dan negatif bergantian (alternate). Yang dibutuhkan rangkaian elektronika adalah tegangan rata-rata atau Eave. Untuk mendapatkan Eave maka salah satu gelombang AC (positif / negatif) harus di clip / dipotong (lihat gambar).

Eave = Epeak x 0,0318
Eave = 162,6 V x 0,318 = 51,7 V.

Output Eave pencatudaya setengah gelombang sukar difilter karena mengandung ripple 50Hz

Pada catudaya type jembatan (bridge rectifier) hubungan antara tegangan puncak Epeak dengan tegangan rata-rata Eave sebagai berikut:

Epeak = Erms x 1,414
Epeak = 115V x 1,414 = 162,6V.
Eave = Epeak x 0,636
Eave = 1,62,6V x 0,636 = 103,4V.

Dari perbandingan di atas tampak jelas bahwa output tegangan DC catudaya type jembatan lebih besar dari tipe setengah gelombang. Walaupun ripple frekwensi catudaya jembatan 120Hz, secara teknis mudah difilter atau disaring dibanding ripple frekwensi 60Hz dari pencatudaya tipe setengah gelombang.

V. RANCANGAN

Parameter Motor Parameter Lampu

Perhitungan tanpa beban

VI. HASIL PENGUJIAN

VI. ANALISA
Dari hasil pengujian rangkaian Power Supply dengan menggunakan beban lampu 5W, ternyata dioda tidak dapat bertahan (dalam hal ini dioda putus). Berbeda halnya jika power supply diuji dengan menggunakan beban yang lebih besar dari itu. Hal ini kemungkinan besar diakibatkan oleh tegangan yang melalui dioda (Vdc) sangat besar sehingga dioda yang digunakan tidak mampu bertahan. Untuk mengatasi problem ini, dioda perlu diganti dengan kapasitas tahanan yang lebih besar yakni 660?.
Kesalahan lain yang sering terjadi dalam perancangan suatu power supply adalah hasil sorderan yang kurang baik sehingga dapat menimbulkan short circuit. Untuk meminimalisasi keadaan ini hendaknya digunakan kabel dalam penyambungan. Dan yang perlu diingat bahwa dalam merancang power supply perlu adanya melakukan perhitungan sehingga dapat ditentukan besarnya kapasitas bahan yang akan digunakan.

VII. KESIMPULAN

Output tegangan DC catu daya tipe jembatan lebih besar dari catu daya tipe setengah gelombang.
Nilai kapasitor yang lebih besar diperlukan bila arus listrik yang dibutuhkan beban relatif besar.
Nilai dioda yang lebih besar diperlukan bila beban yang digunakan relative kecil karena tegangan output akan semakin besar.