DRIVER MOTOR H-BRIDGE

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

 

Transistor merupakan salah satu komponen elektronika yang memiliki beberapa fungsi. Selain sebagai penguat, transistor dapat pula digunakan sebagai saklar yang dapat mengaktifkan maupun menonaktifkan saklar. Arus yang dimatikan ataupun dinyalakan adalah arus dari kolektor menuju emitor, melalui trigger yang diinputkan melalui basis dari transistor tersebut.

 

Berbekal pada salah satu sifat transistor tersebut, maka dapat kita buat rangkaian yang berfungsi untuk mengubah polaritas dari yang semula positif menjadi negatif dan begitu pula sebaliknya, atau bisa kita sebut dengan driver motor DC H-Bridge.

 

Pada kali ini kita akan mempelajari lebih rinci mengenai rangkaian driver motor DC H-Bridge ini dengan bahan dasar 4 buah transistor tipe NPN.

BAB II

PEMBAHASAN

 

2.1 Pengertian dan kegunaan driver motor DC H-Bridge

 

Rangkaian driver motor DC H-Bridge adalah rangkaian yang berfungsi untuk membalik polaritas suatu aliran listrik. Jika terdapat dua kabel, kabel A dan kabel B, maka pada kondisi A, di mana pada kondisi ini rangkaian mendapatkan sebuah trigger pada input A, maka kabel A akan bermuatan positif dan kabel B bermuatan negatif. Ketika kondisi B, rangkaian mendapatkan trigger pada input B, maka polaritas akan terbalik dari input A, yaitu kabel A bermuatan negatif dan kabel B bermuatan positif.

 

Rangkaian ini banyak digunakan sebagai pengendali motor penggerak dari sebuah robot beroda. Motor yang digunakan adalah motor listrik DC yang dapat bergerak bolak – balik, sehingga ketika polaritas sebuah motor DC tersebut dibalik, maka putarannya juga ikut terbalik. Sebuah robot akan bergerak maju atau mundur bedasarkan trigger yang dikirimkan dari otak robot ke driver ini. Sebagai contoh, misalkan trigger diumpankan ke input A, maka robot akan bergerak maju, begitu juga sebaliknya jika trigger diberikan pada input B, maka robot akan bergerak mundur. Sehingga pengendalian pergerakan ini berdasarkan sinyal, bukan saklar manual.

 

Selain robot, rangkaian ini juga bisa kita jumpai pada pada alat – alat yang membutuhkan pergerakan bolak – balik dari sebuah motor. Seperti driver buka tutup pintu otomatis, driver laci dari mekanik VCD/DVD, dan lain sebagainya.

 

Namun agar lebih jelas nantinya kita dapat gunakan osiloskop untuk mengetahui sinyal outputnya. Selain itu kita juga dapat menggunakan LED sebagai indikator dari suatu polaritas. Misalnya kita gunakan 2 buah LED yang berbeda warna yang dapat menyala bergantian sesuai dengan kondisi dari polaritas tersebut.

2.2 Komponen dan kegunaannya masing - masing

      

    Rangkaian ini pada intinya adalah menggunakan transistor sebagai komponen inti. Namun rangkaian driver motor DC H-Bridge ini tidak bisa bekerja maksimal apabila tidak didukung oleh komponen – komponen lainnya. 

          Berikut ini adalah komponen yang dibutuhkan untuk memaksimalkan kinerja:

 

1. Transistor

Transistor adalah komponen yang mempunyai banyak kegunaan, selain sebagai penguat, transistor juga dapat digunakan sebagai saklar. Pada rangkaian kali ini, transistor akan lebih cenderung kita fungsikan sebagai saklar, yang mana apabila kita berikan trigger pada basis, maka arus dari dari VCC akan mengalir dari kolektor ke emitor. Dan jika semakin besar trigger yang berikan maka akan semakin besar saklar yang terbuka. Agar lebih memudahkan dalam perangkaian dan analisa, maka kita dapat gunakan transistor tipe NPN. Yaitu 4 buah transistor TIP31 yang mana dapat kita lihat lebih rinci lagi pada datasheet yang diampirkan pada akhir halaman. 

 

2. Resistor

Resistor adalah komponen yang secara umum berfungsi sebagai hambatan atau tahanan. Yang mana apabila dilewati oleh tegangan, maka tegangan tersebut akan tertahan, sehingga tegangan yang ada telah berkurang di resistor. Hal ini karena berlakunya hukum kirchoof voltage law (KVL) yang mana jumlah tegangan sumber adalah keseluruhan beban yang bekerja.

 

Di sini resistor lebih spesifik sebagai resistor pembias dari konfigurasi transistor yang ada, yaitu TIP31. Setiap transistor didampingi satu oleh resistor basis masing - masing. Dan resistor tersebut nilai resistansinya disamakan, yaitu pada nilai 560 ohm.

 

Pemilihan nilai 560 ohm adalah bertujuan agar arus yang diperoleh lebih besar. Hal ini sesuai dengan rumus tegangan yaitu tegangan sama dengan arus dikalikan hambatan. Sehingga tegangan berbanding lurus dengan arus, sedangkan hambatan berbanding terbalik dengan arus.

 

Nilai resistansi dari masing – masing resistor dibuat sama adalah bertujuan untuk menyeimbangkan kinerja antar resistor. Jika nilai resistansi berbeda, maka arus yang masuk ke basis akan berbeda. Hal ini akan mempengaruhi seberapa lebar transistor akan membuka gerbangnya agar arus dari kolektor dapat melaluinya. 

 

3. Potensiometer

Potensiometer adalah salah satu dari jenis – jenis resistor yang ada. Jika pada umumnya sebuah resistor memiliki nilai resistansi yang tetap, yaitu nilai yang tidak dapat diubah – ubah kembali. Namun potensiometer ini berbeda dengan resistor pada umumnya, yaitu nilai resistansinya dapat kita ubah sesuai keinginan kita.

 

Resistor yang satu ini memiliki 3 pin yang tersusun secara berurutan. Kebanyakan penggunaan pin dari potensiometer ini adalah pin pertama dihubungkan dengan ground, pin kedua dihubungkan dengan output, dan pin terakhir atau pin ketiga dihubungkan dengan input. Namun kali ini penggunaan pin dari potensiometer ini sedikit berbeda, kali ini potensiometer akan kita fungsikan untuk mengkondisikan trigger, apakah dikirim ke input A atau ke input B. Dengan urutan pin sebagai berikut; pin pertama diarahkan ke input A, pin kedua ke sumber trigger, dan pin terakhir ke input B.

 

Pada driver motor DC H-Bridge yang sesungguhnya, potensiometer ini tidak diperlukan. Ini karena pengaturan trigger langsung dibawah kendali dari otak robot tersebut (proccessor) yang dengan sendirinya akan memberikan trigger pada input A ataupun input B, tergantung kebutuhan dari robot tersebut. Dan saat ini kita membutuhkan potensiometer sebagai pengganti dari otak robot tersebut.

 

4. LED (Light Emmitting Diode) 

  LED (Light Emmitting Diode) adalah salah satu jenis dioda yang dapat memancarkan cahaya apabila dirangkai secara forward bias. Namun jika di rangkai secara reserve bias, maka sama dengan dioda pada umumnya yaitu dioda tidak akan bekerja atau menyala jika pada LED. Dan di sini LED akan difunsikan sebagai lampu indikator dari rangkaian. Terdapat 2 buah LED yang dirangkai secara terbalik yang mana tiap LED berungsi sebagai indikator bahwa terdapat arus yang secara forward bias telah melewatinya. Dan pada LED ini juga dibutuhkan sebuah resistor pada tiap – tiap LEDnya. Hal ini berujuan agar arus yang masuk ke LED tidak terlalu besar, sehingga LED dapat bekerja dengan baik dan tidak putus atau rusak.

2.3 Analisa rangkaian diver motor

 

  1. Prinsip kerja rangkaian

  Pada dasarnya, prinsip kerja dari rangkaian ini adalah bagaimana bisa mengalirkan arus dari VCC, kemudian melalui beban dan kembali lagi kerangkaian untuk menuju ground. Namun tak hanya itu, kita akan membuat dua kondisi yang berbeda, kondisi di mana beban dapat memperoleh dua polaritas yang berbeda atau terbalik tanpa harus mengubah rangkaian. Untuk itu kita akan menggunakan salah satu fungsi transistor, yaitu transistor sebagai saklar, yang bekerjanya dipengaruhi oleh trigger yang diberikan.

 

Untuk lebih jelasnya bagaimana konfigurasinya, dapat kita perhatikan skema berikut:

Skema keseluruhan

Dari skema di atas dapat kita ketahui bahwa terdapat VDD yang di sini berperan sebagai trigger yang akan membuka gerbang saklar transistor tersebut. Melalui potensiometer, trigger dari VDD akan diatur apakah akan dimasukkan sepenuhnya ke input A atau input B ataupun hanya dimasukkan beberapa bagian saja. Jadi pada potensiometerlah kita yang akan dapat mengontrol dan mengoperasikan driver ini. Sehingga terciptalah beberapa kondisi sebagai berikut:

 

1.      Potensiometer terbuka 0%

•   Ketika potensiometer dikondisikan pada 0%, maka arus dari VDD sepenuhnya terkirim ke input B dan input A sangat kecil maka bisa dianggap tidak ada arus dari VDD.
• Arus yang masuk ke input B kemudian mengalir ke R2 dan R3.
•  Transistor 2 dan 3 (Q2 dan Q3) memenerima trigger dari R2 dan R3 yang cukup besar sehingga transistor tersebut terbuka.
•  Sedangkan Q1 dan Q4 tetap tertutup karena tidak mendapatkan trigger.
•  Setelah saklar terbuka maka arus dari VCC dapat mengalir dari kolektor Q3 menuju emitor.
•     Setelah melalui Q3 kemudian menuju beban (di sini kita dapat menggunakan osiloskop, multimeter dan LED)
•  Arus dari VCC yang telah melalui kemudian menuju Q2 yang telah terbuka
•  Setelah dari Q2 maka dapat langsung ke ground.
•  Dengan demikian, kabel B bermuatan positif karena terhubung dengan VCC sedangkan kabel A bermuatan negatif karena terhubung dengan ground.
•  LED2 akan menyala karena mendapatkan arus secara forward bias, sedangkan LED1 reserve bias sehingga tidak menyala.

 

Untuk alur perjalanan arus dapat dilihat pada gambar berikut:

Alur arus pada saat potensiometer 0%

 

Tampilan pada osiloskop saat potensiometer 0%

 

Tampilan pada voltmeter saat potensiometer 0%

2.      Pontensiometer terbuka 100%

• Ketika potensiometer dikondisikan pada 100%, maka arus dari VDD sepenuhnya terkirim ke input A dan input B sangat kecil maka bisa dianggap tidak ada arus dari VDD.
• Arus yang masuk ke input A kemudian mengalir ke R1 dan R4.
• Transistor 1 dan 4 (Q1 dan Q4) memenerima trigger dari R1 dan R4 yang cukup besar sehingga transistor tersebut terbuka.
• Sedangkan Q2 dan Q3 tetap tertutup karena tidak mendapatkan trigger.
• Setelah saklar terbuka maka arus dari VCC dapat mengalir dari kolektor Q1 menuju emitor.
• Setelah melalui Q1 kemudian menuju beban (di sini kita dapat menggunakan osiloskop, multimeter dan LED)
•  Arus dari VCC yang telah melalui kemudian menuju Q4 yang telah terbuka.
•  Setelah dari Q4 maka dapat langsung ke ground.
• Dengan demikian, kabel A bermuatan positif karena terhubung dengan VCC sedangkan kabel B bermuatan negatif karena terhubung dengan ground.
•  LED1 akan menyala karena mendapatkan arus secara forward bias, sedangkan LED2 reserve bias sehingga tidak menyala

Untuk alur perjalanan arus dapat dilihat pada gambar berikut:

 

Alur arus pada saat potensiometer 100%

Tampilan pada osiloskop saat potensiometer 100%

Tampilan pada voltmeter saat potensiometer 100%

3.      Potensiometer terbuka selain 0% dan 100%

3.a       Tegangan Trigger

Pada dasarnya potensiometer di sini bertugas membagi tegangan atau mengarahkan tegangan dari VDD apakah akan dikirim ke input A atau input B. Pada posisi potensiometer terbuka 0%, maka voltase dibagikan ke input B 100% dan input A 0% dari total tegangan VDD. Begitu pula ketika diposisikan pada terbuka 100%, maka pembagian voltasenya adalah di input A adalah 100% dan input B adalah 0% dari tegangan VDD.

Namun apabila ketika potensiometer terbuka lebih dari 0% dan kurang dari 100%, maka kedua input akan sama – sama memiliki tegangan, namun tegangan tersebut tidak selalu sama besar. Tergantung seberapa besar potensiometer tersebut dibuka seberapa besar. Semakin besar potensiometer dibuka maka semakin besar input A dan semakin kecil input begitu pula sebaliknya.

 

3.b      Tegangan dan polaritas output

Pada tegangan output polaritasnya mengikuti input mana yang lebih dominan. Jika input A lebih dominan maka kabel A akan bermuatan positif dan kabel B akan bermuatan negatif. Namun apabila input B yang lebih dominan maka kabel B yang bermuatan positif dan kabel A yang bermuatan negatif. Namun nilai tegangan yang dihasilkan sangat kecil.

Namun apabila potensiometer pada posisi 50 persen, maka hal tersebut akan membuat trigger ke input A dan input B sama besar, sehingga gerbang transistor yang terbuka sama besar. Alhasil baik kabel A dan kabel B memiliki tegangan yang sama besar pula, sehingga tidak ada beda potensial antara kabel A dengan kabel B (V=0).

BAB III

PENUTUPAN

 3.1 Kesimpulan

 

Driver motor DC H-Bridge adalah sebuah rangkak elektronika analog yang berfungsi untuk mengatur perputaran dari sebuah motor DC. Apakah motor DC tersebut akan bergerak maju atau bergerak mundur. Yaitu dengan membolak – balik polaritas dari sumber tegangan. Dan rangkaian ini yang akan melakukannya.

 

Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah mengatur polaritas sumber tegangan dengan memainkan 4 buah transistor sebagai komponen utamanya. Selain itu menggunakan pula potensiometer untuk mengatur trigger yang akan dikirimkan dan dilaksanakan.

 

Karakteristik transistor adalah ketika basis mendapatkan tegangan atau tegangannya naik, maka arus dari kolektor akan mengalir ke emitor. Dan inilah cara kerja saklar pada transistor.

 

3.2 Saran

Sejalan dengan berkembangnya teknologi, rangkaian analog ini lebih ditinggalkan baik dalam penggunaannya di robot maupun peralatan lainnya. Banyak yang beralih ke driver digital yang mana pengaturannya menggunakan sistem digital. Sehingga kami sarankan selain mempelajari driver analog ini, kita setidaknya juga mempelajari driver digital yang lebih banyak digunakan.

Daftar Rujukan

Elektronika Dasar (2012), “Driver Motor DC H-Bridge Transistor” “http://elektronika-dasar.web.id/artikel-elektronika/driver-motor-dc-h-bridge-transistor/“ (Diakses pada 16 November 2014)

 

Seputar Elka (2013), “Prinsip Kerja Driver Motor DC” “http://amrizalfile.blogspot.com/2013/04/prinsip-kerja-driver-motor-dc.html?m=1” (Diakses pada 16 November 2014)

 

Robot Room (2012), “H-Bridge Motor Driver Using Bipolar Transistors” “http://www.robotroom.com/BipolarHBridge.html” (Diakses pada 16 November 2014)

Tweet

Jangan sampai ketinggalan postingan-postingan terbaik dari Blognya Evi. Berlangganan melalui email sekarang juga:

Atau sobat juga bisa follow Blognya Evi dengan mengklik tombol di bawah ini:

Artikel keren lainnya:

Ditulis oleh Unknown pada tanggal Sabtu, 12 Desember 2015