Jumat, 29 April 2011

Rangkaian untuk Menaikkan Tegangan DC

Pada kebanyakan rangkaian digital untuk sistem tertanam (embedded system) yang kita gunakan, umumnya tegangan nominalnya adalah 5V atau 3,3V. Tetapi ada kalanya kita juga perlu mensuplai tegangan yang lebih besar seperti untuk menggerakkan motor, suplay daya untuk GPS dsb. Gambar di bawah ini memberikan contoh bagaimana sebuah sistem digital yang menggunakan FPGA dengan sumber daya listrik bertegangan listrik 5V juga menyediakan tegangan 12V untuk mengaktifkan GPS Garmin tipe 35-HVS yang memerlukan tegangan nominal 12V dengan rangkaian konversi DC ke DC menggunakan IC LM 2577. IC LM 2577 dapat diperoleh di pasaran Indonesia dengan harga yang relatif cukup mahal berkisar antara 90 ribu hingga 110 ribu rupiah per buah untuk saat ini. Seperti di Bandung misalnya, dapat di peroleh di pertokoan komponen elektronika Jaya Plaza Jl. Ahmad Yani. Detail tentang IC LM 2577, silahkan lihat link ini.



Rangkaian tipikal untuk menaikkan tegangan dapat diperlihatkan sebagai berikut (Klik gambar di bawah untuk memperbesar tampilan skematik):



Implementasi rangkaian ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar berikut ini:



IC LM 2577 yang dipakai adalah tipe LM2577T-ADJ, yang merupakan IC konverter DC ke DC penaik tegangan yang dapat di atur tegangan keluarannya dari tegangan minimal 3,5V. Tetapi perlu diperhatikan bahwa tegangan keluaran minimal yang keluar akan mengikuti tegangan masuknya. Kalau misalnya disuplai dengan tegangan 5V, walaupun diset tegangan feedbacknya agar tegangan keluarannya di bawah 5V maka tegangan keluarannya akan tetap 5V. IC ini memiliki pin kaki sebanyak 5 buah dengan fungsi sistem kendali konverter DC-DC yang cukup lengkap.

Induktor L1 100 mikro Henry dapat diperoleh di pasaran dalam bentuk tube seperti yang diperlihatkan pada gambar di atas sebelah kanan, mirip seperti kapasitor elektrolit berwarna hitam. Detail tipe induktor ini belum saya ketahui, tetapi diperkirakan mampu mengalirkan arus hingga 1 ampere. Induktor ini saya peroleh di sebuah toko di Jaya Plaza dengan kisaran harga 10 ribu rupiah. Perkiraan saya, tipe model induktor ini mirip seperti yang ada pada link ini. Dapat pula induktor ini digulung sendiri pada core berbentuk EE ataupun toroidal dengan nominal frekuensi kerja pada 52kHz dengan kawat email berdiameter antara 0.7 - 1 mm untuk mengalirkan arus hingga 3 ampere. Nilai induktor dapat diketahui dengan menggunakan LCR meter semisal Escort ELC-131D yang dapat diperoleh di pertokoan komponen elektronika glodok Jakarta dengan harga sekitar 2 juta-an.

Dioda D1 1N5822 adalah dioda tipe fast-schotky yang memiliki kemampuan mengalirkan arus hingga 3 ampere. Di pasaran dioda ini dijual dengan kisaran harga 3 ribu hingga 6 ribu rupiah. Detail tentang dioda ini silahkan lihat link ini.

Resistor trimmer R4 10 kilo ohm ditempatkan untuk mengatur tegangan keluaran yang dapat di set mulai dari 5V hingga sekitar tegangan 14V, disesuaikan dengan keperluan misalnya untuk menggerakkan motor 6V DC atau 9V DC. Pada contoh aplikasi yang saya berikan ini adalah untuk mensuplai tegangan untuk GPS Garmin tipe 35-HVS yang memerlukan tegangan berkisar antara 6V hingga 40V. Pada contoh ini, suplai tegangan diset pada tegangan nominal 12V. Tingkat presisi yang tinggi untuk tegangan keluarannya dapat dilakukan dengan menggunakan resistor trimmer multiturn yang dijual dengan kisaran harga 3 ribu hingga 7 ribu rupiah.

Implementasi rangkaian ini dilakukan di atas PCB wirewrap digilent, yang merupakan PCB daughter board dari development board spartan-3 starter kit. Hanya saja produk ini saya beli sekitar tahun 2005 secara online ini, ternyata sudah obsolete saat ini. Untuk penjelasan lebih lanjut silahkan lihat disini. Hasil implementasi penyambungan kawat di PCB ini diperlihatkan seperti pada gambar di bawah ini.



Keuntungan penggunaan konverter DC - DC penaik tegangan dengan sistem switching ini adalah efisiensi penyaluran daya yang cukup tinggi yaitu mencapai 80% sehingga dapat menyalurkan arus ke beban dengan nominal yang cukup besar dan tidak terlalu menimbulkan panas dibandingkan dengan sistem konversi DC ke DC konvensional secara sistem linear. Dalam elektronika daya, konverter DC - DC dengan sistem switching secara revolusioner telah mengubah banyak hal dalam suplai energi listrik sehingga diperoleh adaptor listrik yang kecil dan ringan. Kini hampir semua perangkat elektronika di dunia ini tidak bisa tidak telah mengadopsi konverter DC - DC dengan sistem switching seperti ini. Demikian sekilas pengenalan rangkaian penaik tegangan DC ke DC ini, semoga bermanfaat. Beberapa konfigurasi lain dari konverter DC ke DC ini akan saya tampilkan pada artikel berikutnya.

44 komentar:

  1. Artikel yang bagus, ini sangat membantu.... thnakz...

    BalasHapus
  2. Sangat-sangat bermanfaat,list komponennya bisa di update kah bro?

    BalasHapus
  3. tegangan input dan outputnya bisa di atur gk mas?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Terdapat 3 jenis IC LM2577: LM2577-12, LM2577-15 dan LM2577-ADJ. Jika ingin mengatur output dengan bebas, pilihlah LM2577-ADJ. Rumus tegangan outputnya adalah Vout = 1.23V * (1 + (R2 + R4{atas}) / (R3 + R4{bawah})), dimana R4{atas} dan R4{bawah} adalah settingan variabel resistor seperti pada gambar skematik. Maksimum tegangan output adalah 60V. Tegangan input dapat bervariasi secara bebas antara 3,5V - 40V tanpa perlu memperhatikan tegangan outputnya berapa (catatan: tegangan output tidak bisa kurang dari tegangan input). Arus keluaran maksimum bisa sampai 3A.

      Hapus
    2. 1.23V itu apanya mas? tegangan input yang mau ditinggikan atau yang lain???

      trims

      Hapus
    3. Tegangan 1.23V kalau dalam ilmu elektronik biasa dikenal sebagai "bandgap voltage reference" pada suhu udara ruangan. Ini adalah teknik rangkaian elektronik yang memanfaatkan karakteristik dari material silicon dari transistor dan biasanya rangkaian ini digunakan sebagai tegangan referensi dasar untuk berbagai macam rangkaian lain seperti tegangan regulator, tegangan referensi ADC & DAC dsb.

      Hapus
    4. Saya kira itu tegangan input. Kalau rumus tegangan input yang akan dikuatkan bagaimana mas?

      Hapus
    5. Tegangan input berapa saja dalam rentang antara 3.5V sampai 40V asal dibawah tegangan outputnya. Tegangan output tinggal mengatur nilai resistornya saja asalkan pakai LM2577-ADJ hingga maksimum tegangan output 65V, bukan yang LM2577-12 atau LM2577-15 yang masing-masing hanya akan mengeluarkan tegangan tetap 12V dan 15V.

      Hapus
    6. jadi berapapun tegangan inputnya asal masih di rentang 3.5v-40v, outputnya 0v-60v namun bersifat adjustable gitu maksudnya mas?

      Hapus
    7. Yo'i.
      Perlu diingat, LM2577 adalah dc-dc converter tipe boost (penaik tegangan). Jadi tegangan input harus lebih kecil dari tegangan output!!!

      Hapus
  4. jika inputnya kurang dari 3,5 volt bisa gak mas.....?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Kalau lihat spec nya LM2577, nampaknya tidak dimungkinkan menggunakan tegangan kurang dari 3,5 volt.

      Hapus
  5. Nanya mas
    Jika menggunakan batre lithium 3.7 volt
    apakah vout dinaikkan sampai 18 volt ??

    arusnya jadi cepat habis ya ??

    thx

    BalasHapus
    Balasan
    1. Arus akan disesuaikan dengan bebannya, kalau disambung ke peralatan dengan watt yang kecil bisa awet, tetapi kalau disambung ke watt yang besar ya cepat habis. Coba lihat spec batre lithium, berapa mAH (mili ampere hour), kemudian lihat spec beban berapa watt.
      Kemudian dengan rumus Vout x Iout = Pbeban, kita bisa perkirakan berapa arus input yang akan mengalir, misalnya yang 18 Volt (Vout) itu kita pasang ke peralatan 1 watt (Pbeban), maka akan diperoleh Iout = 1/18 ampere. Biasanya konverter ini memiliki efisiensi 80% sehingga beban diinput perkirakan menjadi 1/0.8 watt. Karena kita pake tegangan input 3.7 Volt maka akan diperoleh perkiraan Iin = 1/(0.8 x3.7) ampere > Iout. Misalnya kita pake lithium 1200 mAH maka perkiraan habis batere adalah (1.2 x 0.8 x 3.7) jam.

      Hapus
  6. mas klo untuk rangkaian diatas kita berikan input 5 volt apakah outputnya mampu mengecas aki 50 amper..

    BalasHapus
    Balasan
    1. Bisa, asalkan inputnya juga punya ampere yang besar sehingga akan keluar tegangan output 12V dan arusnya mencapai 3A. Tentunya dengan arus sebesar itu diperlukan waktu yang cukup lama untuk meng-charge aki yang 50AH.

      Hapus
  7. mas , kalau beli jadi bisa gak... gak paham nih soal ginian
    cuman yang saya tangkap bahwa dari volt yang kecil bisa dinaikkan jadi besar...
    nah saya punya handycam lama nih susah banget cari batrenya, sekarang khan banyak yang jual powerbank murah, nah saya ingin sih powerbank ini bisa gantiin batre handycam, cuman powerbank khan output voltasenya kecil jadi gak bisa dipake ke handycam, apa dengan alat mas ini bisa ?
    sebenarnya ada powerbank yang outputnya bisa diatur voltasenya, namun harganya masih cukup mahal, mungkin dengan ditambahin alat yang mas bikin ini cukup beli powerbank yang murah-murah :)

    BalasHapus
  8. waaah.. di jogja belum adaa mas...
    mahal banget lm2577nyaa... huhuu

    BalasHapus
  9. Pagi mas fadjar,, sy mau simulasikan LM2577 di multisim, tp LM2577 gak ada dilist komponen nya..gimana itu ya mas?
    bisa kirim contoh nya di multisim mas..
    email : naahaisnomis@yahoo.com
    tolong ya mas, makasih..

    BalasHapus
    Balasan
    1. LM2577 itu produk Texas Instrument bukan National Instrument sehingga multisim tidak mendukung library LM2577 tersebut. Cobalah simulatornya TI seperti TINA-TI. Saya sendiri belum pernah coba apakah ada library LM2577, tapi bisa ditanyakan di forumnya karena simulator tersebut gratis. Saya sendiri biasa menggunakan OrCAD atau Altium Designer yang pake $$$ untuk simulasi yang mendukung kedua pabrikan tersebut.

      Hapus
  10. Pagi mas, saya mempunyai pengalaman buruk ketika memasang PLTS.
    Skemanya begini, panel surya -- 12VDC s/d 19VDC--> kontroller ---12VDC--> battery 12VDC/120AH ---> inverter DC-AC ---220VAC---> adaptor ---48VDC/1,5A---> perangkat (kamera cctv dll).
    Kekurangannya adalah : Output battery tidak mampu menyuplai kebutuhan perangkat karena habis di inverter. Jadi perangkat hanya bisa menyala sekitar 3-4 jam/hari. Saya lupa spesifikasi dan merk inverter yg dipakai.

    Yang ingin saya tanyakan, bisa nda, membuat perangkat untuk menaikan tegangan 12VDC ke 24VDC/1,5A atau 48VDC/1,5A dari battery 12V/120AH. Karena asumsi saya kenapa merubah DC ke AC untuk kemudian dirubah lagi menjadi DC, jika bisa menaikkan tegangan DC-nya.

    BalasHapus
    Balasan
    1. Sangat bisa. Input lm2577 antara 3,5 - 40 volt. Output 0 - 60 volt.

      Hapus
    2. Komentar ini telah dihapus oleh penulis.

      Hapus
  11. mas,gimana kalo mau naikkan 12vdc menjadi 84vdc?

    BalasHapus
  12. saya ada ups ica sin 1100c, dengan spesifikasi batere 7x12v 7.2ah, dengan ampere segitu paling hanya bisa backup 10 menit. rencana mau pakai accu yg 200ah, tp ane hanya ada 2 biji 12v 200ah. dan ups butuh 84vdc input,jika bisa buat boost 12/24VDC ke 84vdc mungkin jadi lebih efisien. jika mas berkenan membuatkan,sy bersedia membeli,terima kasih. tolong hubungi sy di nayra.cyma@gmail.com jika mas bersedia membuatkan.

    BalasHapus
    Balasan
    1. Untuk kebutuhan daya yang besar, tidak hanya diperlukan peningkatan tegangan tetapi kemampuan untuk menyalurkan arus. Kalau lihat spesifikasi UPS ICA SIN1100C, kapasitas dayanya adalah 1600VA sehingga perkiraan saya dengan tegangan 220VAC maks arus adalah 7 ampere. Karena inputnya 84 V maka perkiraan saya perlu mengalirkan hingga 30-40 ampere DC. Kalau yang seperti ini harus dengan transistor yang mampu mengalirkan arus besar seperti IGBT. Satu IGBT bisa mencapai harga jutaan rupiah. Saran saya lebih baik beli accu 200ah nya 7 biji aja lebih murah dari pada buat penaik tegangan. Atau beli UPS yang punya kemampuan waktu lebih panjang lagi.

      Hapus
  13. gan, misalnya pake IC selain LM 2577 itu pengaruhnya masih bisa melipatkan tegangan keluar (Vout) gk?
    soalnya sebelum aku praktek itu pengen menyimulasikan duulu. lah kebetulan di software ku (EWB, PSIM, live wire dan eagle) gak ada IC tersebut e. tapi aku belum coba di mathlab,,,,,

    BalasHapus
    Balasan
    1. Coba lihat dasar-dasar simulasi tentang DC-DC converter yang ada di situs berikut ini: http://www.ti.com/tool/powerstage-designer. LM2577 adalah dc-dc converter tipe boost.

      Hapus
  14. Bro, kalau saya mau mengunakan bat lithium 3.7 v 4200 maH paralel kan jadi 8400 maH untuk power bank dengan keluaran output konstan 5v arus maksimal 900 ma, Untuk komposisi komponen untuk ouputnya seperti apa untuk pencapai pencapain arus tidak melebihi 900mA. Kerana pemahaman saya untuk mengecas battearai hp kan rata2 maks arus 900mA, nah kalo lebih dari itu kan bisa tapi kan akan mempercepat usia baterai. cmiiw. Atau gmn mohon pencerhan. Thanks.

    BalasHapus
    Balasan
    1. Agar dibatasi arus keluar maksimum 900mA di tegangan 5V, maka anda memerlukan rangkaian pengendali arus. Rangkaian yang saya tampilkan ini hanya untuk menaikkan tegangan saja, keluarannya bisa disambungkan ke rangkaian pengendali arus.

      Hapus
  15. Mas saya bisa request rangkaian untuk menaikkan tegangan dc dari 3 volt menjadi 4,5 s/d 5 volt, bebannya motor dc 4,5 volt sumber tegangan 2 pcs baterai AA 300mA, Terima kasih sebelumnya

    BalasHapus
  16. Mas Fajar
    Terima Kasih atas sharingnya. Alhamdulillah bermanfaat.
    Btw, klo induktornya saya ganti menjadi 220 uH atau 330 uH boleh ga mas? Soalnya yang 100 uH belum saya dapatkan.
    Dan capasitor yang 680 uF diganti 6800 uF boleh ga yah?

    Terima kasih

    BalasHapus
    Balasan
    1. Kalau induktor lebih baik jangan diganti karena terkait dengan sistem kendali yang ada di DC-DC converter. Tetapi untuk capacitor silahkan ganti karena fungsinya hanya untuk memfilter "riple" tegangan yang keluar agar tetap konstan.

      Hapus
  17. mas Fajar,
    saya punya alat pompa air untuk mobil tegangan 24VDC, supaya bisa dipakai bagaimana caranya?, masalahnya tengangan accu mobil 12VDC

    terima kasih

    BalasHapus
    Balasan
    1. Jika pompa air 24VDC nya memerlukan arus kurang dari 3A, silahkan pakai rangkaian di atas.

      Hapus
  18. Klw bwt power bank bisa g mas?
    MisalÂȘ input 3,7v 1A mnjdi 5v ?A.
    Bisa g yah, kira" ada jual di pasaran g.
    Mas pny facebook/ apa kek. Biar bisa chat...
    Thank's

    BalasHapus
    Balasan
    1. Bisa sekali, perkiraan arus maksimum yang dapat diperoleh adalah 3.7v x 1A / 5V = 0.74A.

      Hapus
  19. paling gampang pake gacun menaikan tegangan DC to DC
    cari IC.3843 input rendah atau 3842 juga bisa

    BalasHapus
    Balasan
    1. Maaf, kelihatannya IC ini adalah PWM controller yang berbeda penggunaannya dengan DC-DC converter. DC-DC converter sangat berguna untuk mentransfer daya dari tegangan DC yang berbeda. Efisiensinya cukup tinggi sehingga arus yang diperoleh disisi outputnya dapat diperoleh lebih optimal.

      Hapus
  20. mau tanya, saya kan punya panel surya 0.6a/6v kalau dinaikkan menjadi 2A/12V bisa ngak?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Input arusnya terlampau kecil. Hitungan ideal nya pakai daya.
      Daya input yang tersedia = 0.6a x 6v = 3.6w
      Daya output yang dimaui = 2a x 12v = 24w
      Jadi masih kurang daya 20.4w lagi. Jadinya ya nggak bisa.

      Hapus
  21. Mas mau nanya,saya punya trafo CT 3 A kalo out putnya bikin 12 v 5 amp gimana rangkaianya ama komponennya apa aja?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Anda harus pakai tegangan keluaran trafo CT yang lebih besar minimal 24V, lalu pakailah rangkaian DC-DC converter penurun tegangan yang mencapai 5A. Gunakan IC Maxim MAX724 (lihat http://www.bucek.name/pdf/max724,726.pdf). Dari situ anda akan dapatkan output 12V dan 5A.

      Hapus