Menurunkan Tegangan dengan Arus Maksimal 3A Menggunakan DC Buck Converter

Dalam artikel lain yang pernah dibahas, embeddednesia pernah mengulas bagaimana menurunkan tegangan dari 5 volt menjadi 3.3 volt, dan bagaimana meregulasi tegangan 5 volt dari catu daya dengan nilai voltase diatasnya (misalnya  yang bersumber pada Baterai Lipo 2 sel  7.4 volt).

Hal tersebut terkadang menjadi sesuatu yang penting, terutama jika seorang perancang menemui sebuah kasus, misalnya  masalah catu daya untuk robot dengan Raspberry Pi sebagai kontrolernya. Dimana Raspberry Pi membutuhkan tegangan 5 volt. Sedangkan Motor DC membutuhkan daya 7 volt misalnya. Namun yang tersedia hanyalah adalah satu catu daya baterai Lipo 2 sel.

Tentu menggunakan IC Linear Regulator seperti LM7805 bisa menjadi solusi untuk beberapa kasus tertentu, namun perlu dicatat bahwa arus yang mampu ditarik dari IC Regulator tersebut hanya sampai 800mA, sedangkan Raspberry Pi adalah Single Board Computer yang membutuhkan arus lebih besar lagi (berkisar 2A). Lalu bagaimana solusinya?

Untuk kasus arus yang lumayan besar, dapat digunakan DC Buck Converter. DC Buck Converter adalah rangkaian yang menurunkan/meregulasi tegangan dengan cara memvariasikan sejumlah waktu yang diperlukan dimana induktor menerima daya dari sumber tegangan.

Rangkaian dasar  Buck Converter terdiri dari induktor, dioda, kapasitor, switch dan dan error amplifer dengan rangkaian pengendali switch

 

Model konseptual dari buck converter dapat dipahami dari hubungan antara arus dan tegangan pada induktor. Bayangkan jika saklar terbuka (off), arus yang mengalir adalah nol. Ketika saklar ditutup (on), arus mulai naik dan induktor akan menghasilkan tegangan yang berlawanan dengan terminalnya sebagai respon terhadap perubahan arus, konsekuensinya induktor menghasilkan tegangan yang berlawanan dengan terminalnya sehingga mengurangi tegangan yang diterima oleh beban.

seiring waktu laju perubahan arus menurun, dan tegangan yang diproduksi induktor juga menurun, yang mengakibatkan naiknya tegangan pada beban. Pada titik ini, induktor menyimpan energi dalam bentuk medan magnet. Jika saklar terbuka ketika kondisi arus masih mengisi, maka tegangan pada induktor akan jatuh. Sehingga tegangan pada titik beban akan  selalu lebih kecil ketimbangan tegangan sumber catu daya masukan.

Ketika saklar terbuka kembali (OFF), sumber  tegangan akan terputus dari rangkaian, dan arus akan menurun. Menurunnya arus ini akan menghasilkan tegangan jatuh diantara induktor (berlawanan dengan kondisi ON), induktor akan menjadi sumber arus. Energi yang tersimpan di medan magnet induktor mendukung aliran arus pada beban, Arus ini mengalir ketika sumber tegangan terputus, ketika dijumlahkan dengan arus yang mengalir dalam kondisi ON, total arus yang dihasilkan akan lebih besar dari rata – rata arus masukan (yang menjadi nol saat kondisi OFF)

Kenaikan dari arus rata – rata membantu mengkompensasi pengurangan tegangan dan secara ideal akan menggantikan penyediaan daya pada beban. Pada kondisi OFF, induktor akan mengalami pelepasan energi yang sebelumnya disimpan (discharging)  yang kemudian mengalir ke rangkaian. Jika saklar kemudian tertutup lagi sebelum induktor mengalami discharging penuh (ON), tegangan akan pada beban akan tetap lebih besar daripada 0.

• Buck Converter LM2596

Salah satu jenis Buck Converter yang tersedia di pasaran adalah LM2596S yang mampu mensuplai arus hingga 3A ke beban. Perangkat ini dapat menurunkan tegangan ke nilai yang diinginkan (dapat disesuaikan dari 1.5 hingga 35VDC)  dengan ketentuan tegangan masukan memiliki selisih 1.5V dengan tegangan keluaran.

Spesifikasi lebih lengkap dapat dibaca pada datasheetnya

.

Sedangkan untuk rangkaian modul dalam satu board dapat didapatkan di TOKO BEY melalui halaman pembelian  di tautan ini.

 

Sebelum memasangnya pertama kali, pengguna harus mengatur potensiometer secara searah jarum jam untuk menaikkan tegangan keluaran dan berlawanan aruh jam untuk menurunkan tegangan keluaran.

Pastikan untuk mengukur hasil keluarannya menggunakan multimeter sembari memutar potensiometer sampai didapatkan nilai tegangan keluaran yang dibutuhkan. Setelah didapatkan nilai tegangan keluaran yang sesuai, modul dapat dengan aman dihubungkan ke rangkaian yang membutuhkan tegangan keluaran tersebut.