Gambar 1.
Di toko-toko online di Indonesia sudah cukup banyak bisa ditemui papan rangkaian buck converter seperti di Gambar 1. Sistem ini cukup ringkas dan praktis, pengguna cukup mengurus koneksi masukan dan keluaran saja. Pengaturan nilai tegangan keluaran dilakukan dengan potensiometer. Papan sistem buck converter ini berintikan IC LM2596(S) yang mengendalikan operasi penurunan tegangan.
LM2596 jelas bukanlah satu-satunya IC yang umum dipergunakan sebagai pengendali di sistem buck converter. Misalnya di Indonesia juga umum dijumpai IC produksi XLSEMI seperti XL4005, XL4015, XL4016 sebagai komponen utama. Sayangnya untuk produsen XLSEMI, sampai artikel ini ditulis belum terdapat simulator/model simulasi yang bisa dipakai. Selain dari IC dari XLSEMI, ada IC dari MPS yang juga gampang ditemukan yaitu MP2307 yang akan coba ditampilkan di lain artikel.
Di artikel ini saya akan menyampaikan mengenai sistem penurun tegangan dengan menggunakan IC LM2596. Beberapa hal yang sudah saya sampaikan mengenai buck converter di artikel sebelumnya tidak saya ulang lagi di sini. Karena itu silakan membaca kembali artikel sebelumnya mengenai prinsip dasar operasi IC buck converter, sekalipun detailnya berbeda tetapi dasar penggunaan dan pengujian IC pengendali buck converter umumnya sama.
Menurut produsennya, Texas Instruments, LM2596 merupakan “SIMPLE SWITCHER® 4.5V to 40V, 3A Low Component Count Step-Down Regulator“. Saat artikel ini ditulis, sudah tersedia fasilitas simulasi yang cukup baik untuk dipergunakan yaitu WEBENCH® Designer, juga oleh TI .
Gambar 2.
Untuk artikel buck converter dengan komponen utama LM2596 ini kita masih akan mempergunakan contoh dasar desain yang sebelumnya. Konversi dilakukan dari tegangan 12 V ke 7 V @1 A dengan rentang masukan 11 V sampai 13 V. Desain ini sama dengan simulasi rangkaian dasar, dan simulasi dengan komponen LT1074. Pengaturan untuk awalan desain seperti Gambar 2 dilakukan di web site TI.
Gambar 3.
Gambar 4.
Gambar 5. Pilihan simulasi untuk kondisi startup.
Gambar 6. Pilihan simulasi untuk kondisi input transient.
Gambar 7. Pilihan simulasi untuk kondisi load transient.
Gambar 8. Pilihan simulasi untuk kondisi steady state.
Gambar 9. Contoh hasil simulasi untuk kondisi steady state.
Gambar 10.
Setelah melakukan simulasi, pengguna dapat mengunduh laporan dalam format PDF sebagaimana pada Gambar 10. Dalam file itu terdapat sejumlah informasi yang lebih detail dari simulasi.
Gambar 11.
Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa sebagaimana umumnya catu daya tersakelar, efisiensi akan meningkat saat arus beban mendekati beban puncak rancangan. Misalnya untuk desain ini, sistem buck converter dirancang untuk bekerja pada arus beban 1 A. Umumnya selama masih dalam rentang yang ada di dalam rancangan, sampai batas tertentu semakin besar arus beban maka akan semakin efisien kerja buck converter. Untuk memastikannya, silakan mengacu ke penjelasan spesifik untuk komponen IC pengendali yang berbeda.
Gambar 12.
Gambar 13. Load transient simulation repot (PDF).
Gambar 14. Load transient simulation repot (PDF).
Gambar 15. Contoh rancangan PCB.
Gambar 16. Hasil ekspor dari Webench dapat dipilih untuk disimulasikan di TINA-TI.
Gambar 17. Hasil simulasi di TINA-TI.
Contoh desain penurun tegangan dari 12 V ke 7 V dengan menggunakan WEBENCH sudah saya bagi dan dapat diakses secara public di link ini.
Sebagai pembanding, terdapat upaya untuk melakukan simulasi rangkaian IC LM2596 di EasyEDA. Simulasi ini menggunakan pustaka yang dibuat untuk LTspice. Dalam desain ini tegangan keluaran sebesar 5 V dan tegangan masukan sebesar 10 V.
Gambar 18. Hasil simulasi di EasyEDA.
Gambar 19. Hasil simulasi di EasyEDA.
PCB
Berikut ada beberapa contoh (dari sejumlah besar contoh yang bisa dicari sendiri di Internet) tentang perwujudan rangkaian buck converter dengan pengendali berupa LM2596. Biasanya papan penurun tegangan ini dijual dengan menggunakan versi IC LM2596 yang adjustable, artinya nilai tegangan keluarannya dapat diubah dan diatur dengan mudah. Cirinya adalah adanya komponen potensiometer yang menggantikan satu resistor tetap, sehingga parameter operasi IC dapat dengan lebih mudah diubah sesuai keperluan.
Gambar 20. Skema rangkaian LM2596 untuk tegangan keluaran yang dapat diatur (link).
Gambar 21. Produk jadi dari skema rangkaian LM2596 (link).
Gambar 21 adalah gambar papan buck converter yang juga umum dijual di Indonesia. Penggunaan papan ini secara umum untuk banyak keperluan sudah memadai dan praktis. Perhatikan bahwa komponen Gambar 21 tidak sepenuhnya memiliki nilai yang sama persis seperti dalam rancangan di Gambar 20.
Gambar 22. Papan buck converter LM2596 produksi RobotDyn.
Gambar 23. Papan buck converter LM2596 produksi RobotDyn.
Contoh lain rangkaian dengan IC LM2596 yang disusun paralel dapat dilihat di halalam di tautan berikut ini. Dengan menggunakan kata-kata kunci dan bentuk pertanyaan yang tepat, anda bisa memperoleh lebih banyak informasi yang serupa.
Setelah mempelajari mengenai IC LM2596, kita memiliki pengetahuan mengenai apa yang dapat diharapkan dari rangkaian yang berintikan IC tersebut. Kita bisa mengenali kondisi anomali/tidak normal dari sistem. Kita bisa memiliki dugaan awal mengenai komponen apa saja dalam sistem yang rentan untuk rusak. Juga dapat menduga apa saja hal/ketidakidealan yang paling mungkin sangat mempengaruhi unjuk kerja sistem.
Pengujian
Untuk buck converter yang mempergunakan IC LM2596, dapat ditemukan beberapa pengujian sistem yang dapat dijadikan bahan pembanding. Untuk laporan yang disajikan dalam bentuk tulisan, bisa dibaca di halaman di situs ini (link).
Gambar 24. Hasil pengujian thermal (link).
Untuk pengujian yang dilaporkan dalam bentuk video, dapat dilihat di sini:
[intense_tabs direction=”right” active_tab_background_color=”#000000″ active_tab_font_color=”#ffff00″ trigger=”click”] [intense_tab title=”Video01″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”] [/intense_tab] [intense_tab title=”Video02″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”] [/intense_tab] [intense_tab title=”Video03″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”] [/intense_tab] [intense_tab title=”Video04″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”] [/intense_tab] [intense_tab title=”Video05″ border=”3px solid #e8e8e8″ link_target=”_self” icon_size=”1″ content_background_color=”#000000″ content_font_color=”#ffffff” icon_position=”left”] [/intense_tab] [/intense_tabs]