Saat ini peralatan elektronika yang
menggunakan adaptor semakin banyak dan semakin beraneka ragam. Mulai dari
peralatan elektronik yang murah seperti radio sampai dengan handphone. Kebutuhan
adaptor sebagai sebuah alternatif sebagai pengganti baterai lebih disukai
karena baterai tidak dapat tahan lama dan secara otomatis membuat biaya
operasional sebuah alat elektronik tersebut menjadi lebih besar. Dengan sebuah
adaptor tidak lagi dibutuhkan baterai tetapi kelemahannya tidak dapat dibawa-bawa
dengan mudah karena adaptor harus selalu tersambung ke jaringan listrik
PLN, walaupun demikian adaptor tetap
digunakan. Dari berbagai macam adaptor yang terdapat dipasaran, adaptor
konvensional dengan transformator penurun tegangan serta regulator tegangan
sederhana lebih banyak ditemukan daripada adaptor dengan teknologi switching.
Adaptor juga
dikenal dengan nama power supply. Power suplai yang baik harus mampu memberikan
tegangan regulasi yang baik serta mampu memberikan arus yang cukup kepada
beban. Tegangan yang tidak terregulasi pada output power supply dapat
menyebabkan perlatan elektronika yang menggunakan power supply tersebut akan
rusak terutama bagian regulasi tegangan (jika ada) tetapi jika peralatan
tersebut tidak mempunyai rangkaian regulasi tegangan internal maka dapat
dipastikan perlatan elektronik tersebut akan rusak. Rangkaian regulasi tegangan
yang baik tidaklah sederhana dan pada kesempatan kali ini akan dibahas mengenai
power supply dengan rangkaian regulasi switching. Power supply dengan regulasi
switching ini lebih dikenal sebagai power supply switching. Kata
"Switch" itu sendiri mempunyai arti yang banyak bisa juga artinya
beralih, tetapi untuk dunia elektronik kata switch tersebut lebih diartikan ke
"saklar", nah prinsip saklar "switching" sama dengan
Pensaklaran, inilah yang digunakan pada power supply switching, pada power
supply switching juga terdapat travo tapi bentuknya tidaklah seperti travo
linear, kumparan pada travo switching tidak banyak inti kumparan yang digunakan
menggunakan ferit (inti besi).
Gambar.
Rangkaian Pensaklaran
Analogi
prinsip kerja switching dari gambar rangkaian diatas akan kita ketahui
bagaimana lampu yang menjadi beban dari gambar diatas menyala dan mati, sudah
tentu lampu akan menyala saat switch atau saklar ditekan maka arus dc akan
mengalir disaat saklar tertutup, dan lampu akan mati kembali saat saklar
terbuka atau dilepas, artinya pemakaian arus tidak secara terus menerus disaat
ditekan saja, bisa kita asumsikan sebagai tips untuk menghemat pemakain listrik
saat diperlukan saja ada pemakaaian arus, cara kerja untuk menekan saklar
diatas tidak dengan cara manual melainkan menggunakan rangkaian yang dapat
menggerakkan saklar sangat cepat (Khz), seolah olah lampu akan
mati-hidup/ berkedip karena cepatnya switch tadi bekerja lampu seakan tidak
mati sama sekali (hidup).
Nah prinsip
inilah yang kemudian digunakan untuk membuat power supply switching, dengan
keadaan arus yang tidak mengalir secara terus menerus atau mempunyai jeda waktu
mati (mili detik) akan mengurangi panas meskipun sangat singkat sekali, jadi
penggunaan kabel dan komponen-komponen lain bisa mempergunakan ukuran yang
lebih kecil. Prinsip dasarnya begitu tapi untuk keperluan perangkat elektronik
yang komplek tidak seperti contoh lampu diatas rangkaian dibuat seolah oleh
harus tetap hidup tidak boleh mati walaupun waktunya singkat, oleh karena itu
ditambahkanlah beberapa komponen yang dapat membantu guna memperbaikinya.
Penggunaan
induktor dan penambahan capasitor pada rangkaian diatas untuk memperbaiki
tegangan yang keluar ke beban tidak drastis habis/ hilang dari beban saat
switch dilepas atau terputus, atau sebagai penyanggah saat arus mati, karena
proses kerja saklar bekerja dengan sangat cepat dibutuhkanlah komponen yang
benar-benar bisa bekerja pada tegangan tinggi umumnya menggunakan MOSFET
(G,D,S) yang berbentuk menyerupai transistor (B,C,E), agar rangkaian dapat
bekerja secara terus menerus dan feedback dari induktor tidak berbalik ke
Mosfet biasanya ada penambahan dioda untuk meredam arus bolak-balik(AC) yang
ditimbulkan karena arus dc yang terputus-putus lewat pada induktor bisa
menghasilkan arus AC sebagai penyempurnaan rangkaiannya dipasanglah dioda.
Jadi guna dioda diatas untuk menghilangkan arus ac yang dihasilkan oleh induktor akibat putus nyambungnya arus dc tersebut, sedangkan untuk menggerakkan transistor mosfet tadi harus ada rangkaian lagi, mosfet hanya sebagai saklar saja, dari gambar awal saklar membutuhkan tenaga dari luar agar kontak yang terdapat didalam saklar bisa terhubung dan arus bisa lewat (Transistor FET pengganti Saklar), pada terapannya transistor atau mosfet juga membutuhkan penggerak dari luar juga tapi berupa tegangan.
Tegangan regulasi dihasilkan dengan
cara men-switching transistor seri ‘on’ atau ‘off ’. Dengan demikian duty
cycle-nya menentukan tegangan DC rata-rata. Duty cycle dapat diatur melalui
feedback negatif. Feedback ini
dihasilkan dari suatu komparator tegangan yang membandingkan tegangan DC
rata-rata dengan tegangan referensi. Regulator switching pada dasarnya
mempunyai frekuensi yang konstan untuk men-switching transistor seri. Besarnya
frekuensi switching tersebut harus lebih besar dari 20KHz agar frekuensi switching
tersebut tidak dapat didengar oleh manusia. Frekuensi switching yang terlalu
tinggi menyebabkan operasi switching transistor tidak efisien dan juga
dibutuhkan inti ferrit yang besar atau yang mempunyai permeabilitas
tinggi.Untuk regulator switching dengan transistor seri dapat digunakan
frekuensi switching (unibase frequncy) pada 200KHz. Pada frekuensi ini
masih dapat digunakan transistor darlington biasa dengan bandwidth minimum pada
1MHz seperti 2N6836 dengan maksimum frekunsi switching pada 10MHz atau BDW42
dengan maksimum frekuensi 4MHz. Besarnya bandwidth ini sangat berpengaruh pada
efisiensi kerja switching regulator tersebut.Untuk dioda clamp harus digunakan
dioda dengan karakteristik fast recovery rectifier atau dikenal dengan dioda
schottky. Dioda ini berguna untuk mempertahankan titik kerja dari switching
transistor dengan melakukan ‘clamp’ (memotong) tegangan spike yang dihasilkan
oleh transistor switching tersebut. Salah satu dioda schottky adalah 1N5819
dengan tegangan breakdown pada 40V. Kelebihan dari dioda schottky adalah
kecepatan responnya terhadap penyerahkan tegangan.
Fungsi Power Supply dalam
komponen komputer sangat vital, karena power supply merupakan pembagi arus
untuk semua perangkat khususnya motherboard. Power Supply berfungsi untuk
mengubah tegangan dari arus AC menjadi tegangan DC, di karenakan hardware di
dalam komputer hanya dapat beroperasi dengan arus DC.
Pengertian dari power supply adalah sebuah perangkat yang terdapat di dalam CPU yang berfungsi untuk menyalurkan arus listrik ke berbagai peralatan komputer. Fungsi power supply yang kurang baik/rusak dapat menghasilkan tegangan DC yang tidak rata dan banyak riaknya (ripple). Jika digunakan dalam jangka waktu yang cukup lama akan menyebabkan kerusakan pada komponen computer, misalnya Harddisk. Kelebihan power supply switching adalah efisiensi daya yang besar sampai sekitar 83% jika dibandingkan dengan power supply dengan regulasi biasa yang menggunakan LM78xx. Efisiensi yang rendah pada regulator LM78xx dikarenakan kelebihan tegangan input regulator akan dirubah menjadi panas sehingga sebagian besar daya input akan hilang karena dirubah menjadi panas tersebut. Bagaimanapun juga semua regulator harus mendapatkan tegangan input yang lebih tinggi daripada tegangan regulasi output untuk mendapatkan tegangan yang teregulasi.
Pengertian dari power supply adalah sebuah perangkat yang terdapat di dalam CPU yang berfungsi untuk menyalurkan arus listrik ke berbagai peralatan komputer. Fungsi power supply yang kurang baik/rusak dapat menghasilkan tegangan DC yang tidak rata dan banyak riaknya (ripple). Jika digunakan dalam jangka waktu yang cukup lama akan menyebabkan kerusakan pada komponen computer, misalnya Harddisk. Kelebihan power supply switching adalah efisiensi daya yang besar sampai sekitar 83% jika dibandingkan dengan power supply dengan regulasi biasa yang menggunakan LM78xx. Efisiensi yang rendah pada regulator LM78xx dikarenakan kelebihan tegangan input regulator akan dirubah menjadi panas sehingga sebagian besar daya input akan hilang karena dirubah menjadi panas tersebut. Bagaimanapun juga semua regulator harus mendapatkan tegangan input yang lebih tinggi daripada tegangan regulasi output untuk mendapatkan tegangan yang teregulasi.
Gambar . Blok Diagram Switching Regulator
Jenis konektor kabel Power Supply
- Konektor 20/24 pin ATX Motherboard
- Konektor 4 pin peripheral power (untuk periferal seperti Hardisk, CD-ROM, Kipas)
- Konektor 4/8 pin 12V (untuk motherboard server)
- Konektor 6-pin PCIe (untuk kartu grafis jenis PCIe)
- Konektor floppy (untuk floppydisk drive)
- Konektor SATA (untuk hardisk / optical drive berjenis sata)
Jenis Power Supply
A. Power Supply jenis AT
Power supply yang memiliki kabel power yang dihubungkan ke motherboard terpisah menjadi dua konektor power (P8 dan P9). Kabel yang berwarna hitam dari konektor P8 dan P9 harus bertemu di tengah jika disatukan. Pada power supply jenis AT ini, tombol ON/OFF dihubungkan langsung pada tombol casing. Untuk menghidupkan dan mematikan komputer, kita harus menekan tombol power yang ada pada bagian depan casing. Power supply jenis AT ini hanya digunakan sebatas pada era komputer pentium II. Pada era pentium III keatas atau hingga sekarang, sudah tidak ada komputer yang menggunakan Power supply jenis AT.
B. Power Supply jenis ATX
Power Supply ATX (Advanced Technology Extended) adalah jenis power supply jenis terbaru dan paling banyak digunakan saat ini. Perbedaan yang mendasar pada PSU jenis AT dan ATX yaitu pada tombol powernya, jika power supply AT menggunakan Switch dan ATX menggunakan tombol untuk mengirikan sinyal ke motherboard seperti tombol power pada keyboard.
Rangkaian Regulator Switching
Terdapat berbagai macam rangkaian
regulator switching tetapi semua rangkaian regulator tersebut selalu mempunyai
4 elemen dasar :
1. Switching Transistor
2. Dioda Clamp
3. LC Filter
4. Rangkaian kontrol
Ada beberapa variasi dari rangkaian
regulator switching. Perbedaaanya adalah pada posisi transistor switchingnya.
Variasi regulator switching tersebut dapat dilihat pada gambar.2 Transistor
seri merupakan transistor yang diseri antara tegangan sumber (+DC Unregulated)
dan tegangan output regulasi (+Vo). Untuk rangkaian pada gambar 2c dan 2d cocok
untuk rangkaian kontrol tegangan teregulasi pada industri karena rangkaian
kontrolnya terpisah/terisolasi dengan transistor serinya. Biasanya antara
rangkaian kontrol dengan transistor serinya dipisahkan dengan menggunakan
optoisolator (MOCxx atau 4N3x). Pada rangkaian pada gambar 2a dan 2b, rangkaian
kontrolnya mendapatkan tegangan dari output tegangan teregulasi sehingga
rangkaian tidak akan ‘start’ jika tidak diberi tegangan awal. Sedangkan pada
rangkaian 2c dan 2d rangkaian kontrolnya mendapatkan tegangan dari +DC
Unregulated sehingga akan tetap bekerja walaupun terjadi kerusakan/kesalahan
pada Remote Sense atau Induktor yang menyebabkan tegangan output regulasi
menjadi nol.
Gambar. 2 Variasi Switching Regulator
Filter Input dan Penyearah Input
Penyearah input dan filter input
terdiri dari penyearah bridge (full wave rectifier) dan sebuah filter
kapasitor. Untuk meningkatkan efisiensi dari regulasi maka resistor seri tidak
digunakan. Perlu diperhatikan dalam memilih dioda bridge yang digunakan karena
terdapat arus ‘surge’ yang besarnya sampai kira-kira 12A. Arus ‘surge’
merupakan arus pengisian kapasitor pada saat rangkaian regulator ini dihidupkan
pertama kali. Arus ‘surge’ ini menjadi besar karena tidak terdapat
resistor seri. Rangkaian penyearah dan filter input ini akan menghasilkan
tegangan DC yang tidak teregulasi.
Output Filter
Rangkaian filter output tidak
terlalu rumit. Rangkaian filter output hanya terdiri dari induktor (L) dan
kapasitor (C). Nilai induktor dan nilai kapasitor yang digunakan dapat
ditentukan dengan menggunakan persamaan :
Dimana vo = tegangan ripple yang diinginkan.
Vo = tegangan regulasi output.
Vin = tegangan DC tak teregulasi.
f = frekuensi switching.
Sebuah rangkaian regulator yang baik harus mempunyai tegangan ripple harus
sekecil mungkin. Tegangan ripple harus dalam level puluhan mV bahkan lebih
kecil. Untuk nilai kapasitor yang digunakan biasanya menggunakan 2 kali nilai
yang didapatkan dari persamaan di atas karena Faktor disipasi dari kapasitor
elektrolit untuk frekuensi tinggi tidak terlalu baik Dapat juga digunakan
kapasitor tantalum dengan nilai sedikit di atas nilai yang dihasilkan oleh
persamaan di atas. Selain itu filter output juga berfungsi sebagai filter
adanya tegangan spike yang ditimbulkan oleh switching transistor (kondisi
terburuk) agar tidak sampai ke perlatan elektronik (beban). Sehingga di dalam
mendisain sebuah regulator switching diperlukan parameter-parameter :
1. Tegangan input tak teregulasi
2. Tegangan output teregulasi yang
diinginkan
3. Frekuensi kerja dari switching
transistor
4. Arus output dari regulator
switching
5. Tegangan ripple output
teregulasi.
Selain bandwidth dari transistor switching, arus kolektor (Ic) dan tegangan
kolektor-emitor (VCE) juga perlu diperhatikan dalam proses disain
regulator switching ini. Arus kolektor (Ic) akan mempengaruhi besarnya arus
output yang dapat disupply oleh regulator switching dalam kondisi normal.
Sedangkan tegangan kolektor-emitor (VCE) akan mempengarui tegangan
input (tegangan DC tak teregulasi) yang dapat diterima oleh transistor
switching tersebut.
Ide Dasar
Operasi Kerja Switching Regulator
Tingginya efisiensi dari regulator
switching dipengaruhi oleh efisiensi kerja dari switching transistor seri. Pada
saat transistor switching ‘ON’ maka semua tegangan input akan dilewatkan filter
LC. Pada saat transistor switching ‘OFF’ maka tegangan input tidak akan
melewati transistor switching sehingga tegangan yang masuk ke filter LC adalah
nol.Sehingga dengan duty cycle 50% maka transistor switching akan ‘ON’ atau
‘OFF’ dalam sela waktu yang sama dan tegangan rata-rata yang dihasilkan dari
kondisi ini dapat ditentukan dengan persamaan :
Dimana D = Duty Cycle dari transistor switching. Perubahan dari duty cycle
ini akan mempengaruhi besarnya tegangan output teregulasi. Sehingga untuk
mengkompensasi penurunan/kenaikan tegangan input tidak teregulasi dapat diatur
dengan merubah duty cycle dari transistor switching ini.Kondisi ‘ON’-‘OFF’ dari
transistor switching ini terjadi berulang-ulang sehingga dengan duty cycle yang
tetap akan menghasilkan gelombang kotak yang periodik.
Gambar .3 Operasi Dasar Switching Regulator
Pada saat switch tertutup maka IL
akan mengalir dari Vin ke beban. Karena terdapat perbedaan tegangan
antara tegangan output dan tegangan input maka IL akan naik. Pada
saat switch terbuka maka energi yang tersimpan di dalam induktor akan memaksa
agar IL tetap mengalir ke beban, IL akan turun.Arus
rata-rata yang melewati induktor sama dengan arus beban. Karena tegangan Vo
dijaga konstan oleh kapasitor maka Io akan konstant. Ketika IL naik
di atas Io maka kapasitor akan diisi dan pada saat IL turun di bawah
Io maka kapasitor akan discharge.Kondisi ini akan terus berulang sehingga akan
menghasilkan suatu gelombang yang periodik dan operasi kerja regulator dalam
kondisi steady state. Operasi dalam kondisi steady state ini akan menghasilkan
:
1. Tegangan
rata-rata pada induktor akan = 0 sampai Vo.
2. Arus DC
yang mengalir dari induktor akan sama dengan arus yang mengalir ke beban. Akan
muncul tegangan ripple yang kecil.
3. Tegangan
DC pada kapasitor sama dengan tegangan beban dengan tegangan ripple yang kecil.
Perubahan pada arus beban (Io) sangat sukar dikompensasi dan respon
transien dari beban pada umumnya tidak baik. Jadi perubahan pada arus beban
akan menyebabkan perubahan duty cycle sementara. Ada beberapa kasus yang
terjadi jika arus beban berubah :
1. Duty
cycle akan naik sampai maksimal (100%) sehingga transistor switching akan
selalu ‘ON”.
2. Induktor
memerlukan beberapa waktu untuk menaikan level tegangan DC yang baru. Kondisi
ini diperngaruhi oleh permeabilitas dari inti ferrit yang digunakan.
3. Duty
cycle kembali pada nilai semula.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar