Penyearahan Setengah Gelombang Dengan Kondensator Perata

Advertisement

Tentang Power Supply Dengan Trafo Dan Dioda Penyearah (2) : Penyearahan setengah gelombang dengan kondensator perata

Dalam tegangan DC yang dihasilkan oleh penyearahan dioda-dioda secara langsung memang sulit dimungkinkan akan sama persis dengan tegangan DC seperti pada baterai atau accu, akan tetapi hanya diupayakan agar ripple menjadi seminim mungkin.
Cara yang ditempuh untuk mencapai ini adalah dengan memasang kondensator perata (smoothing condensator), lihat gambar (B) berikut :



Kondensator C1 dipasang di antara jalur VDC berjajar dengan beban. C1 akan mereduksi ripple sesuai kapasitasnya. Semakin besar kapasitas C1, maka akan semakin baik pereduksiannya terhadap ripple tegangan. Bentuk kurva tegangan setelah dipasangnya kondensator C1 adalah sebagai berikut :



Denyut-denyut tegangan diratakan oleh kondensator pada gambar (3a).
t1 adalah waktu pengisian muatan (charge) kondensator dengan asumsi bahwa sambungan dioda dengan kondensator mempunyai resistansi nol.
t2 adalah waktu pengosongan muatan (discharge) kondensator yang terlimpahkan kepada beban (RL).
Vrpp adalah tinggi tegangan ripple puncak ke puncak (peak to peak ripple voltage). Tegangan ini sebenarnya adalah tegangan ketika terjadi pengisian dan pengosongan muatan kondensator.
Hasil perataan kondensator adalah tegangan berbentuk kurva garis seperti pada gambar (3b). Tampak masih ada “legokan-legokan tegangan” (tidak lurus murni), dan legokan-legokan itulah ripple. Tegangan ripple yang tersisa ini memang tidak bisa dihindari. Ia terbentuk karena adanya proses pengisian kondensator oleh tegangan denyut dan proses pengosongan kondensator oleh tarikan arus beban.
Tegangan ripple atau Vrpp dapat diketahui melalui hitungan :

Vrpp = IL / f.C

IL adalah arus beban dalam Ampere (A), f adalah frekwensi AC listrik dalam Hertz (Hz), untuk penyearahan setengah gelombang f = 50Hz. Dan C adalah kapasitas kondensator perata dalam Farad (F).
Setelah tegangan diratakan dengan kondensator, Vave (tegangan rata-rata) akan naik menjadi sebesar (kira-kira) Vmax. Jadi, setelah dipasangnya kondensator C1, praktis dikatakan : Vave = Vmax.
Seberapa besarkah keperluan kapasitas kondensator perata agar terminimalkan ripple, dapat dihitung dengan pendekatan :

C = IL.T / Vrpp

C dalam satuan Farad. Untuk lebih familiar, hasil perhitungan bisa ditransfer ke dalam satuan mikroFarad (uF).
IL adalah arus beban. Contohnya adalah jika terminal-terminal VDC disambungkan kepada sebuah lampu motor, maka lampu motor itulah yang disebut beban dan arus yang ditarik oleh lampu motor itulah yang disebut arus beban atau IL.
T adalah waktu satu periode gelombang dalam frekwensi gelombang AC listrik, dinyatakan dalam second (s).
Karena frekwensi gelombang AC listrik adalah 50Hz, maka T adalah 20mS, ini khusus untuk penyearahan setengah gelombang. Sebelum dimasukkan ke dalam perhitungan, satuan T harus dijadikan Second (detik) terlebih dahulu.
Vrpp adalah tegangan ripple puncak ke puncak. Semakin tegangan ini diinginkan kecil, maka akan semakin besar kapasitas kondensator yang diperlukan.
Dengan contoh VAC = 12V dan IL (misalkan) adalah 1A, sedangkan tegangan ripple hanya diinginkan tidak lebih dari 2V, maka kondensator yang diperlukan adalah :
C = 1 x 0,02 / 2 = 0,01 Farad, atau 10.000 uF.
Rating tegangan kondensator harus lebih tinggi dari Vmax. Karena itu kondensator yang dipergunakan adalah 10.000 uF/25V.
Bagaimana jika yang dipasang adalah kondensator yang lebih kecil, yaitu 4700 uF? Berapa besarkah tegangan ripple yang terbentuk?

Dari rumus di atas didapati juga : Vrpp = IL.T / C = 0,02 / 0,0047 = 4,255V.
Jadi, dengan kondensator 4700uF tegangan ripple yang terbentuk adalah 4,255V.
Perlu diingat bahwa dalam contoh ini tegangan ripple yang terbentuk itu adalah ketika dari VDC ditarik arus oleh beban sebesar 1A, bukan ketika VDC tidak diberi beban atau diberi beban yang menarik arus kurang dari itu.
Dengan demikian didapati kesimpulan bahwa tegangan ripple dari sebuah power supply bervariasi besarnya seiring dengan bervariasinya arus yang ditarik oleh beban darinya.

Cara penyearahan separuh gelombang sangat jarang diterapkan dalam rangkaian power supply ber-trafo karena selalu memerlukan kondensator perata yang berkapasitas lebih besar dan cara yang seperti ini juga bukanlah cara yang efektif.
Menurut percobaan-percobaan yang telah dilakukan orang, efisiensi maksimum penyearahan setengah gelombang hanyalah 40,6%.
Cara ini hanya banyak diterapkan pada penyearahan-penyearahan tegangan bagian sekunder dalam system switching mode power supply. Hal itu memang lebih logis dan lebih simpel, karena dalam system switching mode power supply frekwensi AC yang disearahkan adalah frekwensi-frekwensi yang jauh lebih tinggi daripada frekwensi listrik AC rumah yang hanya 50Hz...

Selanjutnya, Penyearahan gelombang penuh tanpa kondensator perata dalam : Penyearahan gelombang penuh

Sebelumnya, Penyearahan setengah gelombang tanpa kondensator perata : Tentang Power Supply Dengan Trafo Dan Dioda Penyearah .


( Sandi Sb )