Menangani arus yang lebih besar pada IC pengendali tegangan listrik

Komponen seperti LM7805, LM7812, LM7912 dan AMS1117 seperti juga IC lainnya tentu saja memiliki keterbatasan kemampuan penghantaran arus listrik, atau lebih tepatnya kemampuan penangan daya (power handling). Hal ini berkaitan dengan keterbatasan kemampuan untuk menyalurkan panas yang dihasilkan dari proses pengaturan tegangan listrik. Kemampuan handling arus (thermal dan daya secara keseluruhan) bisa dilihar di masing-masing datasheet, misalnya datasheet untuk LM7805 ini.

Salah satu cara mudah untuk mengurangi panas yang dihasilkan oleh IC regulator tersebut adalah dengan membagi arus listrik yang akan menuju ke beban. Jika awalnya arus tersebut secara keseluruhan harus melewati IC regulator maka designer dapat mengalihkannya sebagian dengan menggunakan komponen lain. Misalnya (dan umumnya) adalah dengan menggunakan komponen BJT (NPN dan PNP).  Transistor dalam penggunaan ini biasa disebut sebagai “pass transistor“. Dengan mengkombinasikan kata-kata kunci tersebut dengan nama IC regulator di mesin pencari maka kita akan menemukan cukup banyak contoh dan referensi penggunaan konfigurasi serupa.

Untuk mempelajari dan dapat melakukan uji skenario what-if dengan lebih cepat dan lebih mudah, maka simulator SPICE dan turunannya bisa dipergunakan. Berikut ada beberapa contoh yang bisa dilihat.

Gambar 1. Simulasi menggunakan TINA-TI

Gambar 2. Simulasi pass transistor menggunalan LTspice

Gambar 3. Simulasi pass transistor dengan BJT PNP TIP2955

Gambar 4. Parallel pass transistor

Gambar 5. Hasil simulasi dari rangkaian pada Gambar 4

Gambar 6. Pass transistor menggunakan NPN (TIP3055)

Gambar 7. Hasil simulasi dari rangkaian pada Gambar 6

Keterangan lebih lanjut dan pengaturan nilai resistor dapat juga dipelajari di datasheet dari masing-masing produsen. Dari simulasi seperti ini pula, perancang dapat memperoleh gambaran bagaimana (dengan model komponen yang tersedia) nilai resistor untuk mengaktifkan pass transistor dapat berbeda dari hasil perhitungan manual.

Bahan pengantar kuliah tentang buck converter

Sebelum melihat lebih jauh dan melatih simulasi rangkaian untuk buck converter, sebaiknya terlebih dahulu melihat kembali post tentang simulasi untuk linear step-down. Dari post tersebut dapat diperoleh gambaran kemungkinan mengapa para pendahulu memikiran alternatif lain dari regulator linier yaitu regulator non-linier seperti buck converter.

Kemudian dilanjutkan dengan melihat kembali artikel mengenai penyakelaran pada sistem DC. Hal ini berguna untuk melihat rekonstruksi rangkaian evolusi dari sakelar ideal, BJT dan MOSFET. Dalam artikel itu bisa dilihat contoh dasar low-side swithing dengan NPN maupun N-MOSFET, dan high-side switching dengan PNP maupun P-MOSFET.

Setelah itu, dapat dilanjutkan dengan meninjau kembali sejenak tentang prinsip dasar bagaimana mempergunakan MOSFET sebagai sakelar elektronik. Di sana dapat dilihat kembali bagaimana cara MOSFET dioperasikan antara dua keadaan yaitu cut-off dan triode (ohmic).

 

MENURUNKAN TEGANGAN DENGAN BJT

Sebelum masuk ke penurun tegangan yang mempergunakan rangkaian tidak linier (on-off) kita akan melihat kembali rangkaian penurun tegangan linier, kali ini dengan mempergunakan BJT NPN.

Gambar 1.

Gambar 2.

Dapat dilihat bahwa dengan mempergunakan BJT pada rentang operasi linier, kita dapat menurunkan tegangan dari level catu daya ke level yang kita perlukan pada beban. Efisiensi untuk sistem ini berada pada kisaran 55,9 %. Transistor NPN mengeluarkan daya kira-kira sebesar 1,9 Watt berupa panas.

 

SIMULASI BUCK CONVERTER DENGAN LTSPICE

Gambar 3.

wp-1459193542287.jpegGambar 4.

Perhitungan untuk mencari nilai average dan RMS dapat mengacu dan mengikuti contoh pada halaman di situs pada link ini.

Gambar 5. Topologi dasar buck converter (sumber: SLVA477B)

 

Gambar 6. Topologi dengan komponen dan pengendali MOSFET yang lebih realistis
(sumber: SLVA057)

Gambar 7. Simulasi rangkaian tanpa induktor dan diode

Gambar 8.

Gambar 9.

Gambar 10.

Gambar 11.

Gambar 12.

Gambar 13.

Gambar 14.

Gambar 15.

 

CONTOH KONFIGURASI RANGKAIAN BUCK CONVERTER

 

Gambar 16. (Sumber: microcontrollerslab.com)

Gambar 17. (Sumber: AVR Tiny Buck Converter)

 

Gambar 18. (Sumber: KD1JV on boost and buck converters implemented with an ATtiny13V)

 

Gambar 19.

 

Gambar 20. (Sumber: Arduino-based Switching Voltage Regulators)


SUMBER BELAJAR UTAMA:

  1. Buck Converter Design Example
  2. Basic Calculation of a Buck Converter’s Power Stage, SLVA477B
  3. Buck Converter Basics

SUMBER PEMBANDING:

  1. Buck Converter Design
  2. Understanding Buck Power Stages in Switchmode Power Supplies, SLVA057

KOMPONEN:

  1. Buck DC/DC Converters