Dasar:Interfacing Power Electronic dan Optoisolating

Untuk menghubungkan PC/mikrokontroller dengan peralatan luar yang arus/tegangannya besar, tidak bisa secara langsung, karena tegangan keluar dari mikrokontroller/PC maksimum hanya 5 volt dengan arus kurang dari 10mA. Oleh karena itu, dibutuhkan rangkaian ‘interface’ sehingga mikrokontroller/PC bisa menjalankan peralatan dengan tegangan/arus besar.

Selain itu, teknik ‘optoisolating’ adalah mencegah hubungan elektris antara mikro/PC dengan peralatan berarus besar tersebut. Pengalaman saya, optoisolating adalah ‘wajib’ karena bisa menghindari:
a. Rusaknya mikro/PC akibat kesalahan rangkaian/masuknya listrik tegangan tinggi ke PC/mikro
b. Mencegah transient dari beban ke PC/mikro. Transient ini sering mengakibatkan PC/mikro ‘hang’

Teknik isolating bisa memakai 2 komponen, yaitu:
1. Mechanical relay/contactor
2. IC Optoisolator (TLP521, PC812, dll.)

Sekarang mari kita bahas satu per satu:

Mechanical Relay

Misal kita ingin menyalakan lampu 220V yang dikontrol oleh paralel port/mikrokontroller.



Tipe transistor bisa memakai BD139/TIP31, sedangkan tipe relay tergantung dari beban, dipasaran banyak tersedia relay 12 volt tetapi bebannya bisa 220 Volt. Apabila memakai relay yang 12 volt, rangkaian anda harus menyediakan tegangan 12 volt, selain 5 volt untuk mikrokontroller.
Jangan lupakan dioda pada terminal relay, untuk mencegah arus induksi merusak transistor.
Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:
Apabila pada input terdapat tegangan 5 volt, maka transistor menjadi ON, menghubungkan relay ke Ground, akibatnya relay ON.
Relay ON menyebabkan lampu menyala, karena lampu dihubungkan dengan sumber tegangan 220 volt.
Cukup sederhana bukan?
Nah, sekarang, silahkan membuat ‘lampu disko’ yang terdiri dari 8 lampu menyala bergantian dikendalikan dengan komputer/mikrokontroller.... Atau, mau membuat alat ‘pencegah maling untuk rumah kosong’? idenya adalah:
1. Lampu taman dinyalakan otomatis apabila sudah jam 6 sore, dan dimatikan pada jam 6 pagi.
2. Menyalakan TV pada waktu-waktu tertentu.
3. Menyalakan pompa air pada pagi dan sore hari.
4. Menyalakan radio pada waktu-waktu tertentu
Dengan cara diatas, maling akan berfikir bahwa rumah kosong tersebut ada penghuninya, karena terdengar suara TV, pompa air, dan lain-lain.
Malahan, apabila anda mau berjalan-jalan ke toko elektronik, disana banyak tersedia ‘magnetic switch’ yang bisa ditempelkan di pintu, sehingga apabila pintu terbuka, swith tersebut akan OFF dan menyuruh komputer/mikrokontroller untuk mengirimkan SMS langsung ke HP anda! Canggih bukan?

Ok, kita teruskan dengan teknik optoisolating menggunakan optoisolator.



Cara kerja:
1. Apabila input LOW, maka LED Pada optoisolator menyala, sehingga transistor pada optoisolator ON. Karena transistor pada opto ON, maka akan menshortkan GATE dari mosfet ke GROUND, akibatnya mosfet OFF dan Beban tidak menyala.
2. Apabila input HIGH, LED pada optoisolator mati, transistor opto akan OFF sehingga gate mosfet terhubung ke 12 Volt lewat resistor 1k, akibatnya mosfet akan ON dan beban menyala.

Mosfet disini bisa menggunakan IRF540 dari International Rectifier. Mosfet bisa digantikan juga dengan power transistor seperti 2N13001. Apabila ingin menyalakan beban 220V, maka pada keluaran bisa dipasang relay 12 Volt atau Solid State Relay.
Dalam rangkaian optoisolated, perlu diingat bahwa power supply 12 Volt dan Groundnya harus terpisah dari power supply 5 Volt untuk mikrokontroller, jika tidak, percumah dong pake optoisolator...

Input Optoisolated

Tadi adalah optoisolated untuk OUTPUT, sekarang bagaimana dengan INPUT? Kan harus terisolasi optik juga? Caranya lebih mudah, lihat rangkaian berikut:



Apabila pada input terdapat tegangan 5 Volt, maka LED opto menyala, mengakibatkan transistor opto ON sehingga output dihubungkan dengan ground = 0 Volt = Low. Sedangkan apabila input tidak terdapat tegangan, LED opto mati, transistor OFF sehingga output menjadi mendekati 5 volt = High.

Disini perlu dicatat bahwa state dari output adalah berlawanan dengan input, sehingga pada software perlu di-invert kan dahulu.

Kuncinya adalah, semua sensor (switch, magnetic switch, proximity sensor, dll) harus dapat menyalakan/mematikan LED. Rangkaian ini bisa dipakai apabila kita akan memakai sensor yang sudah jadi, misalnya produk OMRON, AUTONICS, dll.

Teknik optoisolated pada OUTPUT dan INPUT merupakan standar dan keharusan di modul-modul kontrol industri, oleh karena itu, dalam desain modul kontrol, jangan lupa untuk menambahkan rangkaian Optoisolated pada bagian Input dan Outputnya.Selain itu, implementasi optoisolator harus memisahkan power supply dari mikrokontroller dengan bagian high currentnya.. agak merepotkan memang.