Sumber Daya Tanpa Trafo: Dasar, Operasi, dan Persyaratan Desain

Secara umum, produk elektronik memiliki trafo step-down yang memungkinkan supply daya DC untuk mengubah tegangan AC jaringan menjadi tegangan DC (sering kecil). Prosesnya melibatkan mengubah AC lebih tinggi menjadi AC lebih rendah, lalu menjadi tegangan DC rendah, menggunakan switch-mode transformer. Sementara proses ini cukup pada panjang waktu, ia bisa mahal dan besar karena akan juga memerlukan ruang lebih besar selama desain dan manufaktur produk. Oleh karena itu, alternatif yang lebih murah dan lebih baik yang harus Anda pertimbangkan adalah sumber daya tanpa trafo. Selain menjadi switch-mode power supply, ia lebih murah dan kecil ukurannya. Selain itu, Anda dapat menggunakannya dalam berbagai komponen elektronik seperti alat rumah tangga.

Apa itu Sumber Daya Tanpa Trafo? 

Seperti yang namanya menunjukkan, sirkuit sumber daya tanpa trafo tidak menggunakan induktor atau trafo saat menyediakan DC rendah dari tegangan AC tinggi jaringan. Ia bekerja dengan membuat kapasitor tegangan tinggi menurunkan arus AC primer (120V atau 230V) ke level arus rendah (12V, 5V, atau 3V).

Level yang lebih rendah cocok karena memastikan fungsi optimal untuk beban yang terhubung atau sirkuit elektronik. Jadi, Anda harus mendapatkan sumber daya tanpa trafo untuk sirkuit saat menggunakan sirkuit listrik yang memerlukan arus rendah (seperti beberapa miliamper) atau dalam sirkuit mikroprosesor.

Sirkuit tanpa trafo memiliki prinsip kerja yang melibatkan inrush limiting, supply voltage division, regulation, dan rectification – yang akan dibahas dalam struktur supply daya.

Keuntungan dan Kerugian Sumber Daya Tanpa Trafo 

Seperti dengan peralatan teknologi lainnya, sumber daya tanpa trafo memiliki keuntungan dan kerugiannya.

Keuntungan

• Pertama, ia murah.
• Kedua, ia memerlukan lebih sedikit ruang sehingga membuatnya lebih kecil, berbeda dengan aplikasi berbasis trafo yang kacau dan berat.
• Juga, Anda dapat menggunakannya dalam komponen elektronik daya rendah.

Kerugian 

• Pertama, dissipasi panas berlebih oleh sumber daya tanpa trafo resistif menurunkan tegangan output akhir sehingga mengurangi efisiensinya.
• Sayangnya, arus output maksimum yang dapat Anda dapatkan sekitar 1 ampere. Ini tidak menguntungkan untuk beban induktif atau resistif yang membutuhkan 20 A atau 30 A untuk operasi.
• Lagi, sirkuit tidak memiliki isolasi dari supply input sehingga membuatnya berisiko untuk ditangani (tidak ada isolasi antara keluar dan masuk). Selain itu, sedikit kericuhan atau lepasnya komponen dari sirkuit akan menghancurkan seluruh perangkat.
• Terakhir, pengaturan dan output rendah tidak cocok untuk sistem yang lebih kompleks seperti di alat keselamatan atau medis.

Untungnya, desain sirkuit sumber daya tanpa trafo yang kami sebutkan memiliki berbagai tahap stabilisasi setelah bridge rectifier. Dengan cara ini, risiko menjadi rendah.

Pengantar Diagram Sirkuit Sumber Daya Tanpa Trafo 

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_power_supply#/media/File:Capacitive_Power_Supply.png

(Diagram sirkuit sumber daya tanpa trafo)

Diagram sirkuit ditunjukkan di atas dari sirkuit sumber daya tanpa trafo berfungsi dengan mengubah tegangan AC tinggi menjadi tegangan DC rendah tanpa induktor atau trafo. Dalam bagian selanjutnya, kita akan membahas bagaimana sirkuit bekerja.

Struktur/Desain Sumber Daya Tanpa Trafo 

Beberapa langkah pencegahan yang harus Anda ambil sebelum membuat sirkuit sumber daya tanpa trafo meliputi;

• Pertama dan utama, bekerja dengan tegangan input AC tanpa pengetahuan dan pengalaman yang berkualitas sangat berbahaya. Oleh karena itu, tangani sirkuit dengan hati-hati ekstrim.
• Kedua, gunakan Zener diode atau resistor dengan rating 1 Watt atau di atasnya (5w).
• Ketiga, jika Anda tidak memiliki Zener diode, Anda dapat menggunakan IC voltage regulator untuk mengatur tegangan.
• Juga, jangan mencoba mengganti kapasitor X-rated dengan kapasitor lain. Alasannya kapasitor lain akan meledak.
• Selanjutnya, untuk alasan keselamatan, Anda dapat menggunakan sekring 1 Amp sebelum kapasitor X-rated dan secara seri dengan garis fasa.
• Beri ruang yang cukup di antara komponen.
• Selain itu, hindari menyentuh titik-titik kapasitor penurun bahkan jika Anda telah mematikan sirkuit untuk mencegah terkena geschok.
• Terakhir dan tidak kalah penting, gunakan nilai kapasitor X-rated yang berbeda jika produk memerlukan output arus dan tegangan yang lebih.

Komponen

Komponen sirkuit sumber daya tanpa trafo meliputi;

• R1: resistor 1-Ω, 5W.
• R2: resistor 10-Ω; beban di sini tidak boleh kurang dari 10 Ω.
• R3: resistor 470-kΩ, 1W.
• R4: resistor 1-Ω, 5W.
• R5: sekring 200-mA.
• Kapasitor penurun tegangan/kapasitor X-rated (komponen utama) – tersedia dalam AC 230V, 400V, 600V, atau bahkan lebih tinggi.

(jenis kapasitor).

• C1: kapasitor elektrolitik terpolar 33,000 – µF, 25 VL.
• C2 dan C3: kapasitor non-terpolar terbuat dari polyester ≥ 400 V, 10 µF.
• D1: Dioda 1N4007.
• D2: Zener diode 12-V, 3-W.
• D3 hingga D13: 1N4007.

Desain Sumber Daya Tanpa Trafo Ideal

1. Kapasitor C1 menurunkan arus tinggi dari jaringan 120V atau 220V ke beban DC output yang lebih rendah. Jadi, satu mikrofarad dari C1 menghasilkan sekitar 50mA arus ke beban output.
2. Resistor R1 menyediakan jalur discharge untuk tegangan tinggi C1 saat Anda mencabut sirkuit dari input jaringan. Ini karena C1 dapat menyimpan tegangan tinggi, misalnya, 120V atau 220V, dan menyebabkan geschok tegangan tinggi saat Anda menyentuh pin steker saat terlepas. R1 akan discharge tegangan tinggi dengan cepat.
3. Dioda D1 hingga D4 berfungsi sebagai bridge rectifier yang mengubah AC arus rendah dari C1 menjadi DC arus rendah. C1 tidak membatasi tegangan ke 50mA tetapi membatasi arus. Dengan kata lain, DC di output bridge rectifier adalah nilai puncak 220V. Perhitungannya adalah sebagai berikut; 220 x 1.41 = 310V DC. Kita akan akhirnya dengan sekitar 310 V, dengan 50 mA di output bridge.
4. 310V, Namun, terlalu tinggi untuk tegangan rendah kecuali saat menggunakannya dalam relai. Jadi, Anda akan menggunakan rating Zener diode yang benar untuk shunt 310V DC ke level rendah yang diinginkan, misalnya, 24V, 12V, dan lain-lain.

(jenis Zener diodes)

5. Resistor R2 adalah resistor pembatas arus. Meskipun C1 bertindak sebagai pembatas arus, saat Anda segera menerapkan input AC ke sirkuit, C1 berfungsi sebagai short circuit dalam hitungan milidetik. Dalam beberapa milidetik saat switch menyala, input tegangan AC tinggi 220V masuk ke sirkuit daya. Sayangnya, level tegangan tinggi dapat merusak beban output DC. Cara yang lebih baik untuk mengatasi situasi ini adalah dengan memperkenalkan NTC. Namun, dalam kasus ini, kita menggunakan R2 sebagai pembatas.

Kapasitor filter adalah C2. Utamanya, berfungsi untuk meratakan ripples 100Hz dari bridge yang awalnya Anda retifikasi menjadi DC yang lebih bersih.

Tipe Sumber Daya Tanpa Trafo

Sumber daya tanpa trafo tersedia dalam dua jenis utama, dan kita akan membahasnya secara rinci.

Contohnya;

1. Sumber daya tanpa trafo resistif

Dengan supply daya resistif, Anda menggunakan resistor di seluruh resistor penurun tegangan untuk mengurangi panas dalam bentuk energi. Akibat pengurangan panas, ada resistansi yang membatasi arus berlebih. Secara umum, resistor penurun tegangan menghidupkan daya panas.

Perlu diperhatikan – sebagian besar, Anda akan menemukan beberapa aplikasi menggunakan resistor dengan rated power ganda. Ini karena ia menghidupkan lebih banyak energi di seluruhnya dibandingkan dengan jenis sumber daya tanpa trafo lainnya.

2. Sumber Daya Tanpa Trafo Kapasitif

Jenis kedua, supply daya kapasitif, beroperasi pada kehilangan daya rendah, dan dissipasi panas, membuatnya lebih efisien.

Struktur; Di sini, kapasitor X-rated memiliki koneksi 230V, 400V, dan 600V secara seri. Lalu, jaringan bertindak sebagai kapasitor penurun dan berfungsi untuk menurunkan tegangan.

Perbedaan antara sumber daya tanpa trafo resistif dan kapasitif

Utama, kedua jenis berbeda. Ada kehilangan energi yang lebih sedikit atau nol dan dissipasi panas dalam sirkuit supply daya kapasitif karena resistor penurun tegangan menurunkan tegangan berlebih. Di sisi lain, tipe resistif akan menghidupkan energi tambahan sebagai panas di seluruh resistor penurun tegangan.

Sumber Daya Tanpa Trafo 12v

Kita akan menggunakan diagram di atas untuk membahas jenis ketiga ini, sumber daya tanpa trafo 12V.

Prinsip aksi; ia menggunakan Zener diode, bridge rectifier, kapasitor, dan resistor untuk mengubah tegangan AC jaringan 220V menjadi tegangan DC 12.

• C1 bertindak sebagai kapasitor X-rated yang akan menurunkan tegangan AC yang ditingkatkan.
• D1, D2, D3, dan D4, yang merupakan diode bridge rectifier, mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) melalui rectifikasi. Rectifikasi menghasilkan konversi 230V AC menjadi 310V DC tinggi karena Peak RMS dalam sinyal AC.
• Ketiga, kapasitor C2 menghilangkan ripples yang telah diperoleh oleh tegangan DC.
• Lalu, resistor R1 menghapus arus yang tersimpan yang muncul saat Anda mematikan sirkuit. Di sisi lain, resistor R2, yang digunakan untuk pembatasan arus inrush, membatasi aliran arus berlebih.
• Selanjutnya, Zener diode menghapus peak inverse voltage lalu melanjutkan untuk menstabil dan mengatur tegangan output DC ke 12V yang diperlukan.
• Untuk memastikan apakah bekerja atau tidak, Anda menghubungkan LED ke sirkuit.
• Terakhir, Anda melindungi seluruh sirkuit dengan bahan tahan gosok untuk mencegah kerusakan dan geschok listrik. Selain itu, Anda dapat menghubungkan trafo isolasi kecil di input supply daya untuk mengisolasinya dari supply AC utama.

6. Transformerless Power Supply Application

Seringkali, sumber daya tanpa trafo memiliki berbagai aplikasi dalam komponen elektronik daya rendah dan biaya rendah seperti;

• Konverter analog ke digital,
• Sistem dalam telekomunikasi,
• Sistem komunikasi digital,
• Sirkuit dalam regulator dan rangkaian pembagi tegangan,
• Mainan elektronik,
• Charger ponsel, 
• Lampu LED, dan

(strips LED putih untuk tegangan 12V dan 24V dengan dapat disesuaikan) 

• Lampu darurat. 

Kesimpulan

Secara ringkasan, sirkuit sumber daya tanpa trafo adalah pengganti yang solid untuk supply daya berbasis trafo. Ini dalam hal besarnya, biaya, dan ukuran. Meskipun menghasilkan arus rendah, sirkuit tanpa trafo telah memberikan manfaat pada alat listrik dengan kebutuhan tegangan lebih rendah.

Karena memiliki spesifikasi dalam prosedur, lebih baik untuk mengambil perhatian ekstra saat momen DIY Anda. Membaca artikel ini akan memberi pengetahuan dan menyoroti langkah-langkah yang diperlukan. Namun, jika Anda memiliki pertanyaan atau pemikiran yang tertunda, jangan ragu untuk menghubungi kami. Solusi untuk kebutuhan Anda adalah solusi untuk dunia teknologi.