Dimmer 4 Kanal

Rangkaian dimmer merupakan rangkaian yang sudah umum digunakan antara lain untuk mengatur terang-redup lampu bolam. Pada kesempatan kali ini akan dijabarkan mengenai cara kerja rangkaian dimmer. Rangkaian dimmer ini mampu mengatur beban pada tegangan 220VAC dengan daya sampai 900W tiap kanal dengan beban yang mulai dari lampu bolam sampai ke beban induktif seperti motor AC.

Triac

Inti dari rangkaian ini adalah penggunaan Triac K6243. Triac tipe ini mempunyai 4 kanal keluaran sehingga dapat mengatur 4 beban sekaligus. Triac tipe ini jarang dijumpai di pasar komponen di Surabaya. Komponen alternatifnya dapat digunakan Triac tipe 2N6346. Untuk tipe triac ini mampu melewatkan arus 12A dengan karekateristik tegangan block-nya sampai 800VAC tetapi hanya mempunyai satu kanal saja. Jadi jika diperlukan 4 kanal maka dibutuhkan 4 buah triac tipe 2N6346.

Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Triac biasanya digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger. Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V sampai 800V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A.

Gambar 1
Triac

Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idel) sampai pada tegangan ‘break over’ triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi off triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan ‘break over’ ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula tegangan ‘break over’nya. Kondisi ini dinamakan sebagai kondisi on triac. Apabila triac sudah ‘on’ maka triac akan dalam kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari on ke off. Apabila triac sudah menjadi off kembali, triac akan selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan ‘break over’nya.

Gambar 2
Daerah Kerja Triac

Prinsip Kerja Dimmer

Rangkaian Dimmer disajikan dalam 4 bagian utama. Bagian Ramp Generator, Bagian Pulse Control, Bagian Power Supply Triac, dan Bagian Triac. Bagian Ramp Generator berfungsi untuk menghasilkan pulsa-pulsa gigi gergaji (sinyal ramp) dengan frekuensi 120Hz dan sinkron dengan fasa tegangan jala-jala PLN.

Gambar 3
Sinyal Ramp yang Sinkron Dengan Fasa Jala-Jala PLN

Sinkronisasi mutlak diperlukan karena untuk memicu/men-trigger triac harus pada saat triac dalam kondisi off dan tegangan PLN mulai tidak sama dengan nol VAC. Pada Bagian Ramp Generator ini diperlukan rangkaian zero crossing detector yang mendeteksi keadaan tegangan PLN = nol volt. Pada keadaan ini dihasilkan pulsa ramp yang akan turun secara linier selama 10ms.

Outputn dari bagian ramp generator ini dihubungkan ke 4 buah komparator. Pada proyek ini digunakan LM324 yang memiliki 4 komparator dalam 1 kemasan. Rangkaian Ramp Generator ini sangat sederhana yang dibangun dari komponen diskrit. Konstanta waktu ditentukan oleh waktu pembuangan muatan pada rangkaian R5 dan kapasitor C1 yang akan menswitch-on/off transistor Q2. Rangkaian bagian ramp generator dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4
Rangkaian Ramp Generator Sinkron dengan Jala-Jala PLN

Bagian yang juga memegang peranan penting dalam rangkaian dimmer ini adalah bagian komparator yang menghasilkan pulsa-pulsa yang lebarnya bervariasi terhadap tegangan 0 – 10 volt DC.

Gambar 5
Rangkaian Komparator LM324

Dengan menggunakan komparator LM324 maka tegangan sinyal ramp yang dihasilkan oleh rangkaian ramp generator akan dibandingkan dengan tegangan dari potensiometer. Tegangan potensiometer tersebut bervariasi antara 0 volt sampai 10 voltDC.

Pada saat tegangan ramp berada dibawah tegangan potensiometer maka output dari komparator LM324 adalah +10V sehingga terdapat arus yang mengalir pada R7 (470). Apabila tegangan ramp lebih tinggi daripada tegangan potensiometer maka output dari LM324 adalah 0 volt. Dalam kondisi ini tidak ada arus yang mengalir pada R7. Arus ini merupakan arus aktivasi optocoupler pada bagian triac. Rangkaian pada bagian triac dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 6
Rangkaian Triac dan Beban

Pada saat output dari komparator LM324 = +10V maka terdapat arus yang mangalir ke optocoupler sehingga pada saat ini optocoupler aktif sehingga akan meng-on-kan transistor Q2 dan menyebabkan gate triac mengalirkan arus dari MT1 ke gate. Dengan kata lain gate mendapatkan arus aktivasi sehingga triac akan dalam kondisi ON.

Gambar 7
Sinyal Aktivasi Triac

Pada saat tegangan output komparator = nol volt maka optocoupler tidak aktif sehingga transistro Q2 juga dalam kondisi OFF. Kondisi ini menyebabkan tidak ada arus yang mengalir dari MT1 ke gate sehingga triac tidak mendapatkan arus picu. Triac dalam kondisi OFF.

Karena sinyal ramp dimulai pada saat setiap keadaan zero crossing terjadi pada saat setiap setengah siklus tegangan PLN maka dapat dikatakan bahwa triac akan ditrigger setiap setelah terjadi zero crossing tegangan PLN. Triac ditrigger harus ditrigger setelah zero crossing agar tegangan MT1 dan MT2 cukup untuk merubah kondisi kerja triac ketika ada arus gate.

Output dari komparator dapat dikatakan sebagai PWM kontrol. Hal ini disebabkan karena lebar dari pulsa output komparator tergantung dari pada tegangan potensiometer. Perubahan PWM ini akan terjadi setelah terjadinya zero crossing pada tegangan jala-jala PLN.

Pada rangkaian pada gambar 6 dapat dilihat bahwa untuk rangkaian tersebut masih dibutuhkan power supply 9 volt untuk pemicu triac. Power supplay ini harus terpisah dari power supplay yang lain karena output power supplay 9 volt ini dihubungkan langsun ke 230 VAC.

Power supply 9volt ini perlu mendapatkan perhatian ekstra pada pembuatannya karena ground power supply 9 volt ini tidak boleh digabungkan dengan ground neutral jala-jala PLN. Kalau hal ini terjadi maka power supply 9 volt akan rusak. Jika ground power supply 9 volt ini tidak menjadi sati dengan neutral jala-jala PLN maka tegangan 9 volt dan tegangan 230 VAC akan flaoting satu sama lain dan kondisi ini tidak akan menyebabkan power supply 9 volt rusak.

Gambar 8
Rangkaian Power Supply 9VDC dengan Ground Terisolasi

Rangkaian C2 dan R4 pada gambar 6 merupakan rangkaian snubber yang digunakan untuk mengkompensasi beban induktif seperti motor. Triac yang digunakan (tipe K2634) tidak perlu penambahan heat sink tetapi jika diperlukan maka body heat sink tidak boleh bersentuhan dengan komponen yang lain atau dengan body heat sink yang lain karena body heat sink tersambung dengan terminal MT1 yang disambungkan ke 230VAC kecuali antara metal plate komponen triac sudah diisolasi dengan mika. Namun dengan kondisi ini penyerapan panas oleh heat sink tidak maksimal karena terhambat oleh lapisan mika. Begitu pula jika menggunakan triac yang lain, biasanya metal plate pada komponen triac dihubungkan secara hardwire dengan MT1.

Rangkaian di atas berkerja dengan baik untuk lampu 220 V 60 watt dan tidak timbul masalah apapun. Sebagai pengaman rangkaian maka perlu ditambahkan fuse sebesar 10A pada input tegangan jala-jala PLN sebelum masuk ke terminal 230VAC. Untuk mengurangai efek noise yang ditimbulkan oleh rangkaian ini maka dapat ditambahkan induktor 50uH 10A seri dengan fuse 10A dan diparalel dengan kapasistor sebesar 47nF 500V.

Dengan sedikit modifikasi maka pengaturan rangkaian dimmer ini dapat dilakukan pada tempat lain. Yaitu dengan menempatkan potensiometer 0-10V ditempat lain sehingga tampaknya rangkaian dimmer ini lebih canggih.

Oleh Susanto w.k