Desain Rangkaian Konverter Buck 12V ke 5V yang Efisien
Rangkaian Konverter 12V ke 5V – Konversi Step Down DC-DC
Kita tidak selalu memiliki baterai 5V yang langsung tersedia, dan terkadang kita membutuhkan tegangan tinggi dan tegangan rendah secara bersamaan untuk menggerakkan berbagai bagian dari rangkaian yang sama. Untuk mengatasi masalah ini, kita menggunakan tegangan yang lebih tinggi, yang dalam hal ini adalah baterai 12V sebagai sumber daya utama dan menurunkan tegangan ini untuk mendapatkan tegangan yang lebih rendah, misalnya 5V di mana diperlukan. Untuk mencapai ini, rangkaian BUCK CONVERTER digunakan dalam banyak perangkat dan aplikasi elektronika yang menurunkan tegangan untuk mencocokkan kebutuhan beban.
Pertama, mari saya beritahu tentang konverter. Secara luas, ada tiga jenis konverter, yang pertama adalah Buck converter yang menurunkan tegangan dari sumber tegangan lebih tinggi. Kedua, Boost converter, yang meningkatkan tegangan dari sumber tegangan lebih rendah. Selain itu, ada konverter lain yang merupakan kombinasi keduanya yang disusun dalam bentuk tertentu, yang lebih populer adalah Buck-Boost converter yang pertama menurunkan tegangan lalu meningkatkan ke nilai yang diperlukan. Saya akan mencoba menjelaskan setiap konverter yang disebutkan di atas secara detail sehingga pemahaman tentang rangkaian mendatang menjadi lebih masuk akal.
- Post Terkait: Bell Pintu Otomatis dengan Deteksi Objek Menggunakan Arduino
Apa itu Buck Converter?
Sebuah buck converter (juga dikenal sebagai step down converter) adalah konverter DC-to-DC, yang menurunkan tegangan dari input ke outputnya. Buck converter mencapai outputnya menggunakan perangkat switching semikonduktor, yang umumnya adalah dioda dan transistor yang disusun dalam urutan tertentu dan masing-masing di-switch pada waktu tertentu untuk akhirnya memberikan output yang diperlukan. Buck converter dapat sangat efisien, terkadang sering mencapai 90%.
Rangkaian Buck converter dasar terdiri dari transistor switching, bersama dengan rangkaian flywheel. Saat transistor dalam keadaan ON, arus mengalir melalui beban melalui induktor. Induktor menolak perubahan dalam arah aliran arus juga menyimpan energi dalam prosesnya. Dioda, yang disambungkan paralel dengan beban, sekarang tidak operasional karena dalam keadaan bias terbalik.
Arus yang mengalir dalam rangkaian juga mengisi kapasitor. Sekarang, saat transistor dimatikan, kapasitor yang terisi dan induktor menerapkan tegangan pada beban karena back e.m.f. sekarang bahwa tidak ada sumber tegangan dalam rangkaian. Energi yang tersimpan dalam induktor cukup untuk setidaknya sebagian waktu saklar terbuka. Jika waktu untuk saklar tetap ON dan OFF berubah, ini pada gilirannya mengubah output DC tegangan antara 0V dan Vin.
- Post Terkait: Konverter Analog ke Digital (ADC) – Diagram Blok, Faktor & Aplikasi
Diagram di bawah ini menunjukkan operasi sederhana Buck converter.
Apa itu Boost Converter?
Sama seperti Buck converter, boost converter (juga dikenal sebagai step up converter) juga merupakan kelas konverter supply daya switching mode. Namun operasi Boost converter persis berlawanan dengan Buck converter. Buck converter menurunkan tegangan dari nilai supply yang lebih tinggi ke nilai yang diperlukan, sedangkan Boost converter, meningkatkan tegangan dari nilai supply yang lebih rendah.
Prinsip dasar dari Boost converter terdiri dari dua keadaan yang berbeda. Dalam keadaan pertama, keadaan ON adalah saat induktor yang terhubung ke sisi sumber diisi saat saklar ON. Kemudian, saat saklar OFF, satu-satunya jalur yang ditawarkan untuk arus induktor untuk mengalir adalah melalui flyback diode, kapasitor dan beban. Ini menghasilkan transfer energi yang terakumulasi dalam keadaan ON ke dalam kapasitor. Jika siklus saklar cukup cepat maka induktor tidak akan mengosongkan sepenuhnya di antara keadaan pengisian. Oleh karena itu, tegangan pada beban akan selalu lebih besar dari sumber input saat saklar OFF.
- Post Terkait: Sistem Otomasi Rumah Pintar – Rangkaian dan Kode Sumber
Diagram di bawah ini menunjukkan operasi sederhana Boost converter.
Konverter Buck-Boost
Konverter Buck-Boost adalah jenis konverter DC-DC. Magnitudo outputnya lebih besar atau lebih kecil dari magnitudo inputnya.
Konverter buck-boost invert memiliki prinsip yang sangat dasar. Sementara dalam keadaan ON operasi mirip dengan Boost converter, di mana induktor menyimpan energi. Sebuah kapasitor menyuplai energi ke beban selama waktu ini adalah untuk menyambungkan di seluruh beban. Sementara dalam keadaan OFF, induktor terhubung ke beban output dan kapasitor, jadi energi yang tersimpan dalam induktor diberikan ke kapasitor dan beban. Kapasitor terisi selama waktu ini.
Diagram sederhana di bawah ini menunjukkan prinsip kerja konverter Buck-Boost.
Sekarang, ada banyak cara untuk mencapai BUCK CONVERTER yang kita butuhkan, tetapi kita menggunakan switching regulator paling populer yang tersedia dalam segmen ini, menggunakan IC MC34063. Metode populer lainnya adalah dengan menggunakan rangkaian MOSFET yang di-switch sesuai pola tetap.
Komponen yang Diperlukan
- IC switching regulator MC34063
- Dioda schottky 1N5819
- Resistor 2k
- Resistor 6.2k
- Resistor 26 Ohm
- Induktor 62 uH, 1.5A
- Kapasitor 100uF, 25V dan 359uF, 25V
- Kapasitor disc keramik 428pF
- Unit supply daya 12V dengan Rating 1.5A
- Kawat sambung
IC MC34063
MC34063 adalah sirkuit kontrol monolitik yang memiliki semua fungsi yang diperlukan untuk konstruksi konverter DC-to-DC. Ini terdiri dari beberapa fungsi, yaitu komparator, osilator, switch output arus tinggi dan batas arus puncak aktif. MC34063 tersedia dalam kemasan DIP, SOIC dan SON. Ada delapan pin pada masing-masing. Tabelnya diberikan di bawah ini.
| Pinout MC34063 |
| Nomor Pin | Nama Pin | Deskripsi |
| 1 | Switch collector | Input kolektor switch internal arus tinggi |
| 2 | Switch Emitter | Input emitter switch internal arus tinggi |
| 3 | Timing Capacitor | Menempelkan kapasitor waktu pada frekwensi switching variabel |
| 4 | Ground (GND) | Ground (GND) |
| 5 | Comparator Inverting input | Sambungkan jaringan pembagi resistor untuk membuat loop umpan balik |
| 6 | Voltage (Vcc) | Tegangan supply logika |
| 7 | Ipk | Input sensi batas arus |
| 8 | Driver collector | Input kolektor transistor Darlington pair driving |
Beberapa fitur IC MC34063 adalah sebagai berikut:
- Referensi yang dikompensasi suhu
- Sirkuit batas arus
- Osilator Duty cycle yang dikontrol dengan output switch driver arus tinggi aktif
- Menerima 3.0V hingga 40.0V DC
- Dapat dioperasikan pada frekwensi switching 100KHz dengan toleransi 2%
- Arus standby sangat rendah
- Tegangan output dapat disesuaikan
Selain itu, IC ini banyak tersedia dan jauh lebih hemat biaya dibandingkan IC lain yang tersedia dalam segmen ini. Itulah sebabnya kita akan menggunakan IC ini untuk rangkaian kami.
- Post Terkait: Rangkaian Detektor Kecepatan Mobil – Cara Kerja dan Kode Sumber
Pinout MC34063 adalah sebagai berikut.
Ada banyak aplikasi yang terkait dengan MC34063, beberapa di antaranya adalah Human Machine Interface (HMI), Perangkat Portabel, Pengujian dan Pengukuran, Analyzer Gas dan Darah, Komputasi, Telekomunikasi, Solusi Kabel, dll.
1N5819
1N5819 adalah dioda daya logam ke silikon, juga dikenal sebagai Schottky Rectifier, yang menerapkan Prinsip Barier Schottky. Digunakan terutama sebagai rectifier dalam inverter tegangan rendah frekwensi tinggi, dioda perlindungan polaritas, dan dioda free-wheeling. Ini juga disebut dioda barrier permukaan, dioda hot-electron atau dioda hot carrier. Ini sedikit berbeda dari dioda PN junction normal di mana logam seperti platinum atau aluminium digunakan sebagai pengganti semikonduktor tipe P. Pada dioda Schottky, semikonduktor dan logam digabungkan, membentuk sambungan logam-semikonduktor di mana sisi semikonduktor bertindak sebagai katoda dan sisi logam bertindak sebagai anoda. Saat sambungan logam-semikonduktor terbentuk antara logam dan semikonduktor, mereka menghasilkan lapisan depleksi yang juga disebut sebagai barier Schottky.
Schottky datang dengan muatan tersimpan yang rendah dan menunjukkan kehilangan daya lebih rendah serta karakteristik mekanis efisiensi lebih tinggi. Diproduksi sedemikian rupa sehingga semua permukaan eksternal tahan korosi dan terminal mudah disolder di mana arus hanya mengalir dalam satu arah dan menghentikan aliran arus di arah lain. Penurunan daya yang terjadi pada dioda ini lebih rendah dari pada dioda PN junction. Saat tegangan diterapkan di seluruh terminal dioda, arus mulai mengalir yang menghasilkan penurunan tegangan kecil di seluruh terminal. Penurunan tegangan yang lebih rendah menghasilkan efisiensi lebih tinggi dan kecepatan switching yang lebih tinggi.
Diagram skematis di atas menunjukkan simbol listrik untuk dioda Schottky.
Diagram Rangkaian 12V – 5V
Diagram rangkaian di atas menunjukkan rangkaian beserta semua nilai yang telah dihitung untuk operasi yang diperlukan.
Cara Kerja Rangkaian 12V ke 5V
Sambungkan rangkaian seperti yang diberikan dalam diagram rangkaian dengan benar. Pertama untuk memberi daya pada chip ini kita sambungkan +V ke pin 6 dan pin 4 ke ground. Pada saat yang sama, kita sambungkan kapasitor CIN untuk menyaring kebisingan berlebih dari supply daya. Pin 3 disambungkan ke CT yang menentukan kecepatan switching rangkaian. Pin 5 adalah terminal inverting dari komparator. Tegangan terminal non-inverting adalah 1.25 V dari regulator tegangan internal. Ke terminal inverting, kita menempatkan jaringan resistor yang terdiri dari dua resistor. Ini menentukan gain dari komparator op-amp. Dengan cara ini, kita membuat Buck converter yang sekarang menurunkan input 12V DC kita menjadi 5V DC.
- Post Terkait: Rangkaian Alarm Hujan – Proyek Detektor Salju, Air dan Hujan
Aplikasi
Ada banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari kita, yang hanya mengambil input tegangan rendah. Mereka juga memerlukan 5V yang teratur untuk keamanan. Misalnya, charger baterai, modul Wi-Fi, modul Arduino dan sebagainya. Rangkaian di atas memenuhi kebutuhan input dari semua di atas dan banyak aplikasi lainnya.
Proyek Terkait:
- Sistem Penyiraman Tanaman & Irigasi Otomatis – Rangkaian, Kode & Laporan Proyek
- Rangkaian Alarm Hujan – Proyek Detektor Salju, Air dan Hujan
- Diagram Rangkaian Indikator Tinggi Air – Dua Proyek Sederhana
- Lebih Banyak Proyek Teknik Elektro & Elektronika
