Apa itu DC Buck Converter?
DC Buck Converter adalah rangkaian elektronika yang berfungsi sebagai penurun tegangan DC ke DC (konverter DC-to-DC atau Choppers) dengan metode switching.
Secara garis besar rangkaian konverter dc to dc ini memakai komponen switching seperti MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), thyristor, IGBT untuk mengatur duty cycle.
Secara umum komponen penyusun DC Chopper Tipe Buck (Buck Converter) antara lain :
- Sumber masukan DC
- Rangkaian Kontrol (Drive Circuit)
- Dioda Freewheeling
- Induktor
- Kapasitor
- MOSFET
- Beban (R)
Fungsi dari komponen penyusun diatas :
- MOSFET digunakan sebagai pencacah arus sesuai dengan setting duty cycle sehingga keluaran DC Chopper sesuai dengan nilai yang setting
- Drive Circuit digunakan untuk mengendalikan MOSFET, sehingga timing untuk MOSFET bekerja dapat dikendalikan kapan harus ON atau OFF
- Induktor digunakan untuk menyimpan energi dalam bentuk arus. Energi tersebut disimpan dikala MOSFET on dan dilepas dikala MOSFET off
- Dioda Freewheeling digunakan untuk mengalirkan arus yang dihasilkan induktor dikala MOSFET off
Feedback Circuit DC Buck Converter
Untuk menghasilkan tegangan output yang konstan, DC Chopper Tipe Buck harus ditambah dengan rangkaian feedback (umpan balik) sebagai pembanding nilai output dengan nilai refrensi.
Selisih antara tegangan keluaran rangkaian yang dibandingkan tegangan referensi akan digunakan untuk menghasilkan duty cycle PWM yang disesuaikan (auto adjust) untuk mengontrol switching MOSFET.
Semakin banyak selisih yang dihasilkan dari perbandingan tegangan input dan output maka semakin besar pula duty cycle pwm yang dihasilkan.
Semakin besar duty cycle yang dihasilkan maka semakin besar pula tegangan keluaran yang dihasilkan DC Chopper Tipe Buck.
Akan tetapi, tegangan output tersebut akan selalu lebih kecil atau sama dengan tegangan masukan DC Chopper.
Tujuan ini guna mendapatkan tegangan output yang konstan sesuai dengan tegangan refrensi yang disetting.
Berikut yaitu rangkaian DC buck converter yang menggunakan rangkaian feedback
Prinsip Kerja
MOSFET yang dipakai pada rangkaian DC Chopper Tipe Buck yaitu bertindak sebagai saklar yang sanggup membuka atau menutup rangkaian.
Sehingga keluaran tegangan dapat dikontrol sesuai dengan duty cycle yang disetting.
Kinerja dari DC Chopper tipe buck dapat diperhatikan pada saat :
- Ketika MOSFET on (tertutup) dan dioda off, arus mengalir dari sumber menuju ke induktor (pengisian induktor), disafilter oleh kapasitor, kemudian ke beban, kembali lagi ke sumber
- Ketika MOSFET off (terbuka) dan dioda on, arus yang disimpan indukor dikeluarkan menuju ke beban kemudian ke dioda freewheeling dan kembali lagi ke induktor
Kelebihan dan Kekurangan dari sistem buck converter
Kelebihan dari sistem Buck converter antara lain :
- Efisiensi yang tinggi
- Rangkaiannya sederhana
- Tidak memerlukan transformer
- Tingkatan stress pada komponen switch yang rendah
- Riak (ripple) pada tegangan keluaran juga rendah sehingga penyaring atau filter yang diperlukan pun relatif kecil
Kekurangannya :
- Tidak adanya isolasi antara masukan dan keluaran
- Hanya satu keluaran yang dihasilkan
- Tingkat ripple yang tinggi pada arus masukan
- Metode ini sering digunakan pada aplikasi yang membutuhkan sistem yang berukuran kecil
Contoh modul rangkaian buck converter
Untuk saat ini, banyak rangkaian modul dengan metode switching yang diperjualbelikan guna modul power supply khususnya modul untuk penurun tegangan DC to DC.
Contoh yang dapat mudah ditemukan yaitu modul LM2596.
Modul tersebut termasuk kedalam modul rangkaian buck converter dc to dc dikarenakan didalam rangkaiannya memiliki beberapa komponen penyusun.
Komponen tersebut antara lain komponen switching, control drive (IC LM2596), serta komponen lainnya seperti dioda, induktor, capasitor, dan Resistor load.
Regulator LM2596 adalah merupakan IC monolitik yang menyediakan semua fungsi aktif untuk regulator switching step-down (buck), dengan beban arus maksimum 3A.
LM2596 beroperasi pada frekuensi switching 150 kHz, sehingga membutuhkan komponen filter berukuran lebih kecil dari yang diperlukan dengan regulator switching frekuensi yang lebih rendah.
Bentuk aktual ic LM2596 ada 2 yaitu 7-pin TO-220 standar dan tersedia dalam bentuk IC 7-pin TO-263, seperti gambar dibawah ini.
Spesifikasi dan fitur LM2596 :
- Efisiensi tinggi
- Tersedia IC dalam bentuk TO-220 dan TO-263
- Tegangan input mencapai 40 V
- Tegangan output 1.2-V – 37-V ± 4%
- Output beban maksimum 3A
- Osilator internal frekuensi tetap 150-kHz
- Hanya membutuhkan 4 komponen eksternal : Dioda, Capasitor, induktor, resistor
- Terdapat fitur Shutdown TTL
- Mode siaga daya rendah biasanya 80 μA
- Menggunakan induktor standar yang sudah tersedia
- Shutdown thermal dan Perlindungan terhadap batas arus
