Adjust Power Supply Dengan IC LM317

Power supply adalah alat atau sistem yang berfungsi untuk menyalurkan energi listrik atau bentuk energi jenis apapun yang sering digunakan untuk menyalurkan energi listrik. Secara prinsip rangkaian power supply adalah menurunkan tegangan AC , menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi DC ,menstabilkan tegangan DC, yang terdiri atas transformator, dioda dan kapasitor/condensator.
Power supply variabel adalah power supply (adaptor) yang memiliki level tegangan output variabel (dapat diatur). Untuk membuat rangkaian power supply variabel dapat digunakan regulator tegangan variabel seperti IC LM317. IC LM317 merupakan chip IC yang didesain khusus sebagai regulator tegangan positif yang dapat diatur. Rangkaian Power Supply Variabel LM317 ini memiliki tegangan output yang dapat diatur dari 1,25 volt DC sampai 25 volt DC.

Ada 2 jenis rangkaian penyearah, yaitu setengah gelombang (half wave) dan gelombang penuh (full wave). Arus listrik DC yang keluar dari dioda masih berupa deretan pulsa-pulsa.Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak cocok  atau tidak dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun. Capasitor berfungsi sebagai filter pada sebuah rangkaian power supply, yang saya maksud disini adalah Capasitor sebagai ripple filter, disini sifat dasar capasitor yaitu dapat menyimpan muatan listrik yangberfungsi untuk memotong tegangan ripple.

Semua peralatan elektronika menggunakan sumber tenaga untuk beroperasi ,sumber tenaga tersebut bermacam-macam ada yang dari bateray, Accu ,ada juga yang langsung menggunakan tegangan listrik jala-jala PLN, untuk konsumsi tegangan yang berasal dari Tegangan listrik untuk alat-alat elektronika tertentu tidak bisa langsung dikonsumsi akan tetapi harus             disesuaikan dengan tegangan yang diperlukan oleh peralatan tersebut. Penyesuaian  tegangan  ini  dilakukan  oleh  sebuah  alat  yang  dinamakan  Power Supply atau adaptor.

Apakah Power Supply itu?

Pada dasarnya power supply termasuk dari bagian power conversion. Power conversion terdiri dari tiga macam :
a. AC/DC power supply
b. DC/DC converter
c. DC/AC inverter

Power supply diharapkan dapat melakukan fungsi berikut ini :

Rectification : konversi input listrik AC menjadi DC

Voltage Transformation : memberikan keluaran tegangan / voltage DC yang sesuai dengan yang dibutuhkan.
Filtering : menghasilkan arus listrik DC yang lebih "bersih", bebas dari ripple ataupun noise listrik yang lain
Regulation  :  mengendalikan  tegangan  keluaran  agar  tetap  terjaga,  tergantung  pada tingkatan yang diinginkan, beban daya, dan perubahan kenaikan temperatur kerja juga toleransi perubahan tegangan daya input.
Isolation : memisahkan secara elektrik output yang dihasilkan dari sumber input.
Protection : mencegah lonjakan tegangan listrik (jika terjadi), sehingga tidak terjadi pada output, biasanya dengan tersedianya sekering untuk auto shutdown jika hal terjadi.
              Idealnya, sebuah power supply dapat menghasilkan output yang bersih, dengan tegangan  output  yang  konstan  terjaga  dengan  tingkat  toleransi  dari  tegangan  input, beban daya, juga suhu kerja, dengan tingkat konversi efisiensi 100%.

Konversi AC ke DC

Untuk konversi listrik AC ke DC, ada dua metode yang mungkin digunakan. Pertama dengan  linear  power  supply.  Ini  adalah  rangkaian  AC  ke  DC  yang  sangat  sederhana. Setlah Listrik AC dari line input di-step-down oleh transformer, kemudian dijadikan DC secara sederhana dengan rangkaian dua diode penyearah. Komponen tambahan lain adalah kapasitor untuk meratakan tegangan. Tambahan komponen yang mungkin disertakan adalah linear regulation, yang bertugas menjaga tegangan sesuai yang diinginkan, meski daya output yang dibutuhkan bertambah.
Linear supply dapat anda temukan pada DC power adapter sederhana. Ia memungkinkan untuk diproduksi dengan ongkos yang minimum. Kelemahan utamanya pada tingkat power conversion dengan efisiensi yang rendah. Berikutnya adalah dibutuhkannya ukuran transformer yang besar, untuk daya ampere yang besar. Tingkat efisiensi konfersi yang rendah (sekitar 50%) juga menyebabkannnya mengeluarkan panas yang besar saat beroperasi.


Switching Power Supply

Power supply untuk PC membutuhkan daya besar, dengan tingkat panas yang minim dan tegangan yang lebih terjaga. Linear power supply tidak cocok untuk hal ini. Maka digunakan  metode  switching  power  supply.  Jauh  lebih  kompleks,  tapi  menawarkan tingkat efisiensi dan daya lebih besar. Kelebihan utama pada kemampuan mengendalikan tegangan output agar tetap terjaga. Pulse Width Modulation (PMW) adalah sinyal utama yang memberikan perintah, untukmengendalikan tegangan, sekiranya terjadi perubahan beban pada output. Ia dapat bekerja dalam selang waktu singkat, hanya dalam hitungan microsecond.
Secara sederhana, apa yang terjadi pada power supply adalah sebagai berikut : Input listrik AC 220V via rectifier (diubah ke DC),filter (membersihkan dari noise sumber listrik AC). Memungkinkan juga ditambah dengan rangkaian PFC (Power factor correction). Sejumlah kapasitor berkapasitas besar juga digunakan untuk lebih meratakan tegangan.
Sebuah power supply adalah sebuah perangkat yang memasok energi listrik untuk satu atau lebih beban listrik. Istilah ini paling sering diterapkan ke perangkat yang mengkonversi salah satu bentuk energi listrik yang lain, meskipun mungkin juga merujuk ke perangkat yang mengkonversi energi bentuk lain (misalnya, mekanis, kimia, surya) menjadi energi listrik. Sebuah catu daya diatur adalah salah satu yang mengontrol tegangan output atau saat ini untuk nilai tertentu, nilai dikendalikan mengadakan hampir konstan, meskipun variasi baik dalam beban arus atau tegangan yang diberikan oleh sumber energi catu daya.
Untuk mengatur tegangan output dari rangkaian Power Supply Variabel LM317 ini dilakukan dengan mengatur potensiometer VR1. Pada rangkaian Power Supply Variabel LM317 dipasang LED sebagai indikator power dari rangkaian ini. Secara garis besar rangkaian power supply variabel dengan IC LM317 pada gambar diatas terdiri dari beberapa bagian sebagi berikut.
Penurun tegangan (Voltage Step-down), merupakan transformer CT 18V yang berfungsi untuk menurunkan tegangan AC 220V menjadi tegangan 18 Volt AC.
Penyearah tegangan (rectifier), merupakan konfigurasi dioda D1 dan D2 dengan kapasitor elektrolit C1 yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC.
Regulator tegangan variabel, dibangun dengan IC LM317 yang berfungsi sebagai regulator tegangan dengan level tegangan output dapat diatur menggunakan potensiometer VR1.

Sekilas Tentang IC Regulator LM 317


Regulator tegangan variabel merupakan rangkaian regluator yang memiliki tegangan output dapat diubah-ubah sesuai kebutuhan. Rangkaian regulator tegangan variabel pada saat ini telah tersedia dalam bentuk chip IC regulator tegangan variabel 3 pin. Salah satu contoh regulator tegangan variabel adalah IC LM317. IC LM317 merupakan chip IC regulator tegangan variable untuk tegangan DC positif. Untuk membuat power supply dengan tegangan output variabel dapat dibuat dengan sederhana apabila menggunakan IC regulator LM317. IC Regulator tegangan variabel LM317 terdiri dari rangkaian internal sebagai berikut.
angkaian Internal LM317


Fungsi bagian pada regulator tegangan positif LM317 Voltage Reference adalah jalur atau bagian yang berfungsi memberikan tegangan referensi kontrol tegangan output pada regulator LM317. Input tegangan referensi daiambil dari rangkaian pembagi tegangan variabel (R1 dan R2 pada rangkaian dibawah). Komparator berfungsi sebagai pembanding antar tegangan output dan tegangan referensi, dimana besarnya tegangan output dapat dihitung dari persamaan dibawah. Circuit Protection adalah rangkaian pelindung IC LM317 dari erjadinya arus konrsleting dan sebagi pelindung IC dari panan kerlebihan. Power regulator adalah ragnkaain darlinto transistor NPN yang berfungsi untuk memperkuat arus output regulator tegangan variabel LM317. IC regulator tegangan variabel LM317 memiliki kemampuan mengalirkan arus maksimum sebesar 1,5 Ampere dan mampu memberikan tegangan output variabel dari 1,2 volt DC sampai dengan 37 volt DC. Contoh aplikasi penggunaan regulator tegangan variabel LM317 dapat dilihat pada gambar berikut.
Rangkaian Regulator Tegangan Variable LM317


Rangkaian regulator tegangan variabel diatas menggunakan IC LM317 sehingga rangkaian regulator menjadi sederhana. Komponen pendukung regulator tegangan variable LM317 pada dasarnya adalah rangkaian pembagi teganga variabel kombinasi R1 dan R2. Kapsitor Ci dan Co berfungsi sebgai tapis input dan output. nilai tegangan referensi pada regulator tegangan diatas ditentukan berdasarkan posisi tuas R2. Besarnya tegangan output pada regulator tegangan variabel dengan IC LM317 (Vo) diatas dapat dihgitung dengan persamaan berikut.


Spesifikasi Regulator Tegangan Variabel LM317 Arus maksimum 1,5 Ampere Dapat memberikan perubahan output dari 1,2 volt sampai 37 volt DC Dilengkapi dengan proteksi dari hubung singkat (shot cirkuit. Dilengkapi dengan proteksi over heating (panas berlebih).
·         Alat dan Bahan
1.      Trafo Step-down 2A   CT                   @1 buah
2.      Diode 2A                                            @2 buah
3.      Resistor 1 KΩ                                     @1 buah
4.      Resistor 360 Ω                                    @1 buah
5.      Variabel Resistor 10 KΩ                     @1 buah
6.      Capasitor 1000 microfarad                 @1 buah
7.      Capasitor 470 microfarad                   @1 buah
8.      Capasitor 0,1 milifarad                       @1 buah
9.      IC Regulator LM 317                         @1 buah
10.  Fuse 2 A                                              @1 buah
11.  Sakalar                                                @1 buah
12.  Output Conector                                 @1 buah
13.  LED indicator 5mm                            @1 buah
14.  Voltmeter Analog Display                  @1 buah
15.  Box Power Supply                              @1 buah
16.  Kabel Serabut                                     secukupnya.
17.  Solder & timah

·         Langkah Kerja
1.      Sebelum memulai, berdoalah agar project dapat dikerjakan dengan baik.
2.      Siapkan alat dan bahan yang diperlukan.
3.      Rangkai komponen diatas seperti gambar rangkaian dibawah ini :
4.      Lalu , Buatlah jalur pcb dengan program pembuat pcb seperti eagle , pcbwizard, atau altium, dll. Buatlah jalur seperti dibawah ini :
5.      Setelah itu cetak pada kertas kalkir untuk proses etching.
6.      Gunakan Setrika untuk menempelkan kertas kalkir ke PCB, lalu gunakan cairan feryclorid untuk menghilangkan lapisan tembaga. Lalu gunakan alcohol untuk menghilangkan tinta yang menemmpel. Setelah itu lobangi dengan bor di tiap titik komponen .
7.      Pasang Semua komponen di PCB, perhatikan juga POLARITAS dari setiap komponen . Jangan sampai ada yang terbalik. Solder tiap komponen sampai matang jangan sampai ada jalur yang terhubung dengan yang lain. Jangan lupa lihatlah DATASHEET dari LM 317 dimana pin 1 = adjust, pin 2 = output, pin 3 = input.
8.      Setelah itu pasang PCB ke BOX power supply , lubangi tiap-tiap box sesuai yang diperlukan. Hubungkan port dari AC source Ke trafo . Beri sakalr dan fuse di tengah-tengah jalur yang menuju 220V di travo.
9.      Lalu pasang trafo di 18 V dan ground, lalu hubungkan ke input dari PCB.
10.  Lalu pasang kaki 1 potensio ke port dari adjust di kaki LM317. Jangan lupa pasang kaki 2 dan 3 ke ground.
11.  Pasang kan output dari PCB ke OUTPUT di box dan hubungkan juga ke Display Voltmeter Analog.
12.  Cek apa setiap komponen sudah terpasang dengan baik dan benar, setelah itu  tutup BOX atau casing dari power supply tersebut.
13.  Untuk Pengecekan, hubungkan power supply ke jala-jala PLN, lalu coba adjust menggunakan potensio. Putar ke kanan untuk menaikkan tegangan, putar ke kiri untuk menurunkan tegangan. Cek apakah tegangan bisa di Adjust di display voltmeter dan di port output dengan voltmeter digital. Jika sudah bisa diturunkan dan dinaikkan, berarti Adjustable Power Supply anda sudah berfungsi dengan baik.

Analisa Hasil Project
Berdasarkan hasil yang sudah kelompok kami dapatkan, OUTPUT Adjustable Power Supply kami bisa berada pada kisaran 1,25 V DC sampai dengan 22 V DC. Tentunya juga bisa meregulasi dengan baik tegangan outputnya. Saya rasa , dengan menggunakan BOX power supply dengan memiliki rongga-rongga akan membantu kinerja pendinginan komponen di dalamnya. Karena saat Power Supply bekerja akan membuat panas yang cukup tinggi. Panas atau overhead adalah musuh utama komponen elektronika. Jadi dengan headsink yang kami pasang pada IC LM317 akan membuat kinerjanya maksimal dan sangat baik.
Selain itu, jalur PCB yang kami buat juga mempengaruhi kinerjanya. Menurut kami dengan memisah jalur Fase positif di atas (VDC) dan Ground dibawah akan membuat minimalmya kejadian konsleting atau terhubungnya jalur. Selain itu lebarnya jalur juga mempengaruhi, jadi agar dapat bekerja maksimal di suatu sisi dapat ditebalkan baik di area VDC atau pun di area Ground.
Penggunaan Kabel serabut yang lebih besar juga kami gunakan pada input dari AC Source jala-jala PLN . Jadi untuk terjadi putusnya kabel sangat minimal karena kabel lebih kuat dan dapat mengalirkan arus dan tegangan besar.
Tentunya, penggunaan kabel yang optimal juga mempengaruhi tingkat konsleting, jadi kami meminimalisir penggunaan kabel dengan mempertimbangkan jarak di tiap-tiap komponen. Jadi pemakaian kabel lebih maksimal dan menghindarkan terjadinya konsleting.
Selain itu , pemasangan komponen dan tata letak yang tepat sangatlah berpengaruh. Kami memilah-milah tiap komponen berdasarkan fungsi kerjanya agar power supply bekerja maksimal.
Output dari Power Supply kami berada pada kisaran 1,25 V DC – 22,01 V DC. Menurut analisa kami, berdasar perhitungan seperti contoh Rumus yang ada pada data sheet , arus yang mengalir pada I Adjust power supply kami sebesar 61,1 micro Ampere. Hal ini sesuai dengan karakteristik IC LM317 yaitu kaki Adjust max mempunyai arus 100 microAmpere
22 v = 1, 25 (1+10k / 360) iAdj.R2
22 / 1,25 = 28,78 . iAdj.R2
i Adj = 17,6 / (28,78 / 10k)
i Adj = 61,1 microAmpere
·         Kesimpulan
Dari analisa di atas dapat disimpulkan bahwa output dari Rangkaiaan power supply kami sebesar 1,25 V dc sampai 22,01 V dc. Kita dapat mengaturnya sesuai kebutuhan dengan cara mengubah nilai hambatan pada Potensiometer. Dengan demikian kita dapat mengubah tegangang output DC. Perlu adanya cara khusus untuk menghindari konsleting yaitu dengan cara penggunaan kabel yang tepat dan minimalis, pembuatan jalur PCB yang tepat (tebal tipisnya jalur), sistem pendinginan dari komponen dan tata letak yang tepat berdasarkan fungsi tiap-tiap komponen yang ada.

Sumber Refrensi :
http://elektronika-dasar.com/komponen/regulator-tegangan-variable-lm317/
http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM317.pdf