Catu-Daya Tegangan Terbelah

Advertisement

Catu-daya tegangan terbelah (split voltage power-supply) sering juga disebut dengan catu-daya tegangan simetrik adalah catu-daya yang mempunyai tiga keluaran polaritas tegangan, yaitu tegangan keluaran + (positif), tegangan keluaran – (negatif), dan ground (0V).
Disebut tegangan terbelah karena tegangan di antara polaritas + (positif) dan – (negatif) dibelah menjadi dua dan titik belahan tengahnya adalah ground (0V).  Disebut tegangan simetrik karena tegangan antara 0V dan + (positif) dengan 0V dan – (negatif) adalah sama tinggi namun berbeda polaritas.



Catu-daya tegangan terbelah dibangun dari transformator CT (center-tap) dan dioda bridge. Hasil penyearahan dioda bridge adalah dua polaritas yang berbeda terhadap titik CT transformator yang merupakan ground (0V).
Penyearahan dioda bridge pada catu-daya ini adalah penyearahan gelombang penuh pada masing-masing polaritasnya.
Untuk kedua polaritas yaitu positif dan negatif, besaran-besaran seperti tegangan maksimal (Vmax), tegangan rata-rata (V-average), faktor ripple dan lain-lain beserta perhitungan-perhitungannya adalah sebagaimana dalam penyearahan gelombang penuh. Jadi, di sini tidak dibahas ulang secara panjang-lebar.
Untuk lebih jelas bisa disimak dalam : Penyearahan Gelombang Penuh .

Membuat catu-daya tegangan terbelah.
Membuat rancangan sebuah catu-daya bukanlah hal yang sangat sulit untuk dilakukan, siapapun bisa untuk melakukannya jika mengerti dan mengetahui langkah-langkahnya.
Setiap kali merencanakan untuk membuat sebuah catu-daya yang perlu ditetapkan terlebih dahulu adalah :

• Tegangan maksimal catu-daya
• Arus maksimal yang akan dihasilkan oleh catu-daya
• Tegangan minimal catu-daya

Semua itu berhubungan dengan : Untuk apa catu-daya itu akan digunakan.
Contoh : Pada sebuah rangkaian power-amplifier OCL tertera tegangan suplai +45V dan -45V. Pada keterangan teksnya tertulis konsumsi arus maksimal adalah 2A.
Bagaimanakah rancangan catu-daya untuk power-amplifier tersebut?

Tegangan suplai yang tertera pada rangkaian-rangkaian power-amplifier umumnya merupakan tegangan maksimal, kecuali jika ada keterangan khusus. Tegangan maksimal ini akan terukur dengan DC Voltmeter ketika catu-daya belum dibebani arus yang besar.
Arus maksimal yang akan dihasilkan oleh catu-daya adalah arus maksimal beban, dalam hal ini 2A.
Sedangkan tegangan minimal (Vmin) secara mudah dapat diambil dari angka tegangan AC. Jadi, Vmin = VAC.
Besar tegangan VAC dapat diketahui dari :

VAC = Vmax / (√2)

Atau dapat juga ditulis : VAC = Vmax / 1,41.
Vmax adalah tegangan maksimal.
Jika Vmax = 45V, maka VAC = 32V.
Maka sekarang telah lengkap datanya :

• Tegangan maksimal catu-daya = +- 45V
• Arus yang akan dihasilkan oleh catu-daya = 2A
• Tegangan minimal catu-daya = +- 32V.

Dari data-data itu dapat disimpulkan :

Transformator yang akan digunakan adalah transformator CT dengan tegangan 2 x 32V, dan mempunyai kemampuan arus 2A atau lebih.

Menggunakan transformator 2A adalah batasan minimal, sedangkan yang lebih baik adalah jika menggunakan transformator 2,5A atau 3A.
Ini dilakukan dengan pertimbangan apabila beban (dalam hal ini power-amplifier OCL) terus-menerus menarik arus yang maksimal transformator tidak akan terlalu panas sehingga dikhawatirkan akan rusak.
Apabila dikehendaki suplai untuk power-amplifier versi stereo, maka besar arus harus diperhitungkan dua kali lipat.

• Dioda bridge yang digunakan harus mempunyai IF (Forward current) atau arus maju maksimal di atas 2A, misalnya 3A. Untuk versi strereo sebaiknya menggunakan dioda dengan IF 6A.
• Ketentuan PIV (Peak Inverse Voltage) atau puncak tegangan terbalik pada dioda harus lebih besar dari : 2Vmax.

Apabila Vmax adalah 45V, maka 2Vmax adalah 90V.
Dalam penyearahan gelombang penuh tinggi tegangan bias terbalik akan ada setinggi itu dan dioda harus mempunyai ketahanan terhadap tegangan terbalik setinggi itu. Oleh karena itu angka PIV dioda (dilihat dari lembaran data dioda) harus berada di atas 2Vmax.

Kesimpulan :

Dioda bridge yang dipilih adalah diode bridge 3A (6A untuk versi stereo) dengan PIV di atas 90V (misalnya 200V atau lebih).
Dioda bridge bisa disusun dari empat dioda 1N5402 (untuk IF 3A dan PIV 200V) atau 1N1344B (untuk IF 6A dan PIV 200V).

Kini, setelah mengetahui tentang transformator dan dioda penyearah yang akan digunakan, selanjutnya adalah menentukan kondensator perata (smoothing-condensator).
Kondensator perata ini ada dua dan berkapasitas sama, yang akan dipasang di antara tegangan keluaran + (positif) dengan ground dan di antara tegangan keluaran – (negatif) dengan ground. Namun sebelum itu perlu diketahui terlebih dahulu tentang besar Vrpp.
Vrpp adalah tegangan “ripple” (tegangan kerut) puncak ke puncak.
Sebagaimana telah disinggung di atas bahwa tegangan Vmax akan terukur ketika catu-daya belum dibebani arus yang besar. Namun ketika catu-daya dibebani hingga mengeluarkan arus maksimal maka tegangan akan terukur kira-kira sama dengan tegangan VAC, ini adalah tegangan minimal (Vmin).
Kondisi seperti ini masih dianggap wajar.
Jika Vmax adalah 45V dan Vmin adalah 32V maka terdapat selisih tegangan sebesar 13V. Tegangan inilah yang boleh dikatakan sebagai tegangan ripple (Vrpp).
Jadi, Vrpp = Vmax – Vmin.
Untuk mendapatkan nilai kapasitas kondensator perata bisa dihitung dari :

C = (IL / Vrpp) / 2f

C adalah kapasitas kondensator perata dalam Farad (F)
IL adalah arus beban dalam Ampere (A)
Vrpp adalah tegangan ripple puncak ke puncak dalam Volt
f adalah frekwensi gelombang AC listrik, yaitu 50Hz.
Frekwensi gelombang AC listrik (f) dalam penyearahan gelombang penuh adalah dikalikan dua, sehingga dalam rumus di atas ditulis : 2f.

Kondensator perata yang dibutuhkan adalah :

C = (2 / 13) / 100 = 0,001538F atau 1538µF.

Nilai kapasitas 1538 adalah tidak standard, karena itu digunakan nilai standar yang mendekati ke atas, yaitu 2200µF.   Tegangan maksimal kondensator harus berada di atas Vmax.
Maka kondensator perata yang dibutuhkan adalah elco 2200µF/50V.
Untuk versi stereo arus IL menjadi dua kali lipat sehingga kondensator perata yang dibutuhkan adalah :

C = (4 / 13) / 100 = 0,003077F atau 3077µF.

Nilai standar yang mendekati adalah 3300µF/50V.
Perlu dicatat bahwa nilai kapasitas kondensator perata yang didapat itu adalah dalam kriteria minimal, sebab di dalam perhitungannya dimasukkan Vrpp sebesar 13V.
Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik Vrpp perlu ditekan agar lebih kecil lagi yaitu dengan menggunakan kondensator yang lebih besar, misalnya 3300µF atau 6800µF untuk versi stereo.

Happy learning!


Tulisan tentang catu-daya yang lain :
DC regulator sederhana dengan tegangan 3V - 12V
DC regulator tahan hubung singkat .