Selain pengklasifikasian diatas, Power Supply juga dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah DC Power Supply, AC Power Supply, Switch Mode Power Supply, Programmable Power Supply, Uninterruptible Power Supply, High Voltage Power Supply. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai jenis-jenis Power Supply.
1. DC Power Supply
DC Power Supply adalah pencatu daya yang menyediakan tegangan maupun arus listrik dalam bentuk DC (Direct Current) dan memiliki Polaritas yang tetap yaitu Positif dan Negatif untuk bebannya. Terdapat 2 jenis DC Supply yaitu :
a. AC to DC Power Supply
AC to DC Power Supply, yaitu DC Power Supply yang mengubah sumber tegangan listrik AC menjadi tegangan DC yang dibutuhkan oleh peralatan Elektronika. AC to DC Power Supply pada umumnya memiliki sebuah Transformator yang menurunkan tegangan, Dioda sebagai Penyearah dan Kapasitor sebagai Penyaring (Filter).
b. Linear Regulator
Linear Regulator berfungsi untuk mengubah tegangan DC yang berfluktuasi menjadi konstan (stabil) dan biasanya menurunkan tegangan DC Input.
2. AC Power Supply
AC Power Supply adalah Power Supply yang mengubah suatu taraf tegangan AC ke taraf tegangan lainnya. Contohnya AC Power Supply yang menurunkan tegangan AC 220V ke 110V untuk peralatan yang membutuhkan tegangan 110VAC. Atau sebaliknya dari tegangan AC 110V ke 220V.
3. Switch-Mode Power Supply
Switch-Mode Power Supply (SMPS) adalah jenis Power Supply yang langsung menyearahkan (rectify) dan menyaring (filter) tegangan Input AC untuk mendapatkan tegangan DC. Tegangan DC tersebut kemudian di-switch ON dan OFF pada frekuensi tinggi dengan sirkuit frekuensi
tinggi sehingga menghasilkan arus AC yang dapat melewati Transformator Frekuensi Tinggi.
4. Programmable Power Supply
Programmable Power Supply adalah jenis power supply yang pengoperasiannya dapat dikendalikan oleh Remote Control melalui antarmuka (interface) Input Analog maupun digital seperti RS232 dan GPIB.
5. Uninterruptible Power Supply (UPS)
Uninterruptible Power Supply atau sering disebut dengan UPS adalah Power Supply yang memiliki 2 sumber listrik yaitu arus listrik yang langsung berasal dari tegangan input AC dan Baterai yang terdapat didalamnya. Saat listrik normal, tegangan Input akan secara simultan mengisi Baterai dan menyediakan arus listrik untuk beban (peralatan listrik). Tetapi jika terjadi kegagalan pada sumber tegangan AC seperti matinya listrik, maka Baterai akan mengambil alih untuk menyediakan Tegangan untuk peralatan listrik/elektronika yang bersangkutan.
6. High Voltage Power Supply
High Voltage Power Supply adalah power supply yang dapat menghasilkan Tegangan tinggi hingga ratusan bahkan ribuan volt. High Voltage Power Supply biasanya digunakan pada mesin X-ray ataupun alat-alat yang memerlukan tegangan tinggi.
2.3 Tegangan DC
Tegangan searah atau dc banyak dipergunakan di dalam industri, bukan hanya sebagai sumber daya listrik motor dc, tetapi juga banyak untuk aplikasi yang lain. Biasanya tegangan dc ini didapat dari tegangan ac yang disearahkan dengan komponen semikonduktor seperti dioda, thyristor, mosfet dll. Tegangan dc ini tidak hanya harus tersaring dengan bersih tetapi juga teregulasi dengan baik. Kalau sumber arus searah ini dibebani maka tegangan outputnya akan berubah. Perubahan ini disebabkan oleh jatuhnya tegangan di diode, saluran, transformator atau di generator kalau sumbernya langsung dari generator.
Perubahan ini juga disebabkan oleh perubahan tegangan sumber. Perubahan ini tentunya tidak diinginkan, karena akan mengurangi unjuk kerja dari peralatan yang kita pasang. Maka diperlukannya suatu pengendalian tegangan dc, sehingga peralatan yang kita pasang bekerja sesuai dengan kemampuannya. Berdasarkan ide yang membutuhkan tegangan konstan maka dibuatlah suatu alat yang bisa menjaga tegangan konstan. Tegangan DC keluaran dari konverter harus dinaikkan terlebih dahulu untuk meningkatkan efisiensi dan meningkatkan rasio konversi.[10]
Penyaluran tenaga listrik dengan tegangan DC lebih jarang diterapkan daripada penyaluran tenaga listrik dengan tegangan AC. Namun demikian, penyaluran tenaga listrik dengan tegangan DC memiliki sejumlah keuntungan dibandingkan dengan tegangan AC. Keuntungan-keuntungan tersebut diantaranya:
1. Dengan tegangan puncak dan rugi daya yang sama, kapasitas penyaluran dengan sistem DC lebih besar daripada dengan sistem AC.
2. Isolasi sistem DC lebih sederhana daripada sistem AC.
3. Efisiensi (daya yang terpakai) lebih besar karena faktor daya pada sistem DC
= 1, sedangkan faktor daya pada sistem AC belum tentu 1, biasanya kurang dari 1 yang menyebabkaan tidak semua daya total menjadi daya aktif.
Gambar 2.2 menjelaskan tentang faktor daya .
Gambar 2.2 Segitiga Daya
Nilai faktor daya seperti yang digambarkan oleh segitiga daya pada Gambar 2.2 adalah:
(2.1)
Pada sistem DC, karena tidak ada daya reaktif (Q), sudut faktor dayanya bernilai 0. Dengan demikian nilai faktor dayanya adalah: cos 0 0 = 1 atau P/ S= 1 atau total daya yang dihasilkan (daya semu) menjadi daya aktif.
Sedangkan pada sistem AC, cos φ dapat bernilai kurang dari 1 diakibatkan terdapatnya daya reaktif (Q) yang salah satunya dapat ditimbulkan oleh beban yang bersifat induktif (lagging). Misalnya sudut faktor daya 37o, maka : Cos 37o=0,8 =P/S Karena P/S< 1 , maka tidak seluruh daya yang dihasilkan (daya semu) menjadi daya aktif. Terdapat daya reaktif yang dihasilkan yaitu sebesar: Q = S . Sin 37= 0.6 S.
4. Tidak ada persoalan frekuensi pada penyaluran jarak jauh menggunakan sistem DC.
5. Penerapan sistem DC dapat mengurangi fluktuasi tegangan pada beban-beban pengguna sehingga tegangan yang disuplai ke beban pengguna hampir dapat dijaga konstan.
6. Dengan rugi korona yang sama dan tingkat gangguan radio (radio interference) tertentu, tegangan DC dapat dinaikkan lebih tinggi daripada tegangan AC.
7. Lebih rendah biaya saluran udara (overhead line) atau biaya saluran kabel bawah tanah (underground) atau biaya kabel bawah laut (submarine) serta tidak memerlukan kapasitor seri atau shunt.
Karena adanya keuntungan-keuntungan pada penyaluran dengan tegangan DC, maka penggunaan sistem DC mulai diminati kembali pada tahun 1930-an.
Selain memiliki keuntungan, sistem distribusi DC juga memiliki kekurangan.
Kekurangan tersebut diantaranya:
1. Konversi tegangan dari satu level DC ke level DC lain lebih sulit daripada konversi AC-AC.
2. Untuk sistem DC tegangan sangat rendah, besar jatuh tegangan meningkat sehingga memberikan peningkatan rugi daya.
3. Lebih sulit memutuskan (interruption) arus DC disebabkan tidak adanya pemotongan di titik nol (zero-crossing) pada gelombang DC.
4. Karena tidak adanya tegangan induktansi diri, batasan arus hubung singkat pada rangkaian DC lebih sulit ditentukan daripada rangkaian AC.[11]
Chopper DC dapat digunakan sebagai regulator mode pensaklaran untuk mengubah tegangan DC, yang biasanya tidak teregulasi, menjadi tegangan keluaran DC yang teregulasi. Regulasi tidak biasa dicapai melalui pulse-width modulation
pada frekuensi tetap dan devais pensaklaran biasanya memiliki BJT, MOSFET, atau IGBT. [12]
Gambar 2.3 Rangkaian Pembagi Tegangan
Pada gambar 2.3 dijelaskan bahwa komponen tegangan adalah sensor tegangan yang berfungsi untuk menentukan tegangan jala-jala listrik setiap saat. Hal ini diperlukan untuk mengukur tegangan setiap saat. Sensor tegangan ini berupa pembagi tegangan. Tegangan yang dihasilkan masih berupa sinyal sinusoidal.
Tegangan ini akan diteruskan ke input rangkaian penyearah.
2.4 Tegangan 380 V DC
European Telecommunications Standards Institute (ETSI) dan EMerge Alliance telah membakukan 380 Vdc dan membuat panduan untuk distribusi listrik DC. Dalam sistem listrik dc, UPS digunakan untuk mengubah listrik dari ac ke dc.
Karena distribusi ke pusat data menggunakan dc, bypass sistem UPS juga akan membutuhkan rectifier. Akibatnya, sistem dc lebih hemat biaya dalam sistem. Hal yang perlu diperhatikan ketika merancang sistem distribusi listrik dc adalah menggunakan perangkat perlindungan yang tepat, dan mengikuti syarat spesisik untuk sistem grounding dc (merujuk ke IEEE Standard 1100-2005 – IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment).
Dalam usaha untuk meningkatkan efisiensi energi dan menghemat biaya, berbagai strategi distribusi listrik ke pusat data mulai marak digunakan. Peningkatan efisiensi dicapai dengan menggunakan sistem distribusi DC dibandingkan dengan distribusi AC sistem dapat dikaitkan dengan berbagai alasan. Alasan utama untuk efisiensi sistem DC yang lebih tinggi adalah itu membutuhkan jumlah tahap konversi daya yang lebih rendah. Standarisasi jaringan DC akan menjadi kunci untuk menggabungkan produk dari beberapa produsen yang dikenal dari jaringan listrik AC.
Tabel 2.1 : Perbandingan Parameter Jaringan Listrik DC sebagai Input untuk Standarisasi
Standardisasi DC 380V di pusat data cukup baru. Sejumlah besar perusahaan seperti EMerge Alliance dan APC bekerja untuk menyediakan produk mematuhi standar 380V DC untuk aplikasi pusat data. Distribusi DC tingkat fasilitas (di sini distribusi 380V DC) menyediakan lebih tinggi efisiensi sebagai inverter (konverter DC-AC) di UPS, konverter AC-DC di PSU, dan transformator di PDU yang di dapat terbatas.[12][13]
Gambar 2.4 Arsitektur distribusi daya 380V DC
Unit catu daya (PSU) mengubah AC pasokan ke DC yang diatur bertegangan rendah daya untuk komponen internal server atau media penyimpanan digital. DC PSU miliki efisiensi energi lebih tinggi daripada PSU AC karena memiliki tahap konversi yang lebih sedikit. Juga, DC PSU jauh lebih andal dan memiliki
ketersediaan lebih tinggi dari AC PSU karena jumlahnya lebih sedikit komponen dalam jalur pengiriman daya.
PSU DC akan memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan keandalan yang lebih baik daripada AC PSU karena lebih sedikit jumlah konverter secara seri. Arsitektur distribusi daya 380V DC telah diusulkan untuk diperoleh peningkatan efisiensi dan keandalan yang lebih tinggi dalam kekuatan pusat data.[14]
Berbagai penelitian telah dilakukan untuk memvalidasi peningkatan efisiensi dalam distribusi DC sistem. Laboratorium Nasional Lawrence Berkley (LBNL) mulai menyelidiki distribusi DC efisiensi di pusat data pada tahun 2004.
Hasil yang diperoleh dalam penelitian mereka menyatakan bahwa distribusi DC mengkonsumsi daya 28% lebih sedikit dibandingkan dengan distribusi AC pada pusat data. Investigasi yang dilakukan menyimpulkan bahwa pada beban 50%, sistem 380 Vdc adalah yang paling efisien di antara sistem yang dipertimbangkan sebelumnya. Hasil penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 2.2 adalah sebagai berikut.
Tabel 2.2 Perbandingan Efisiensi lima Sistem Distribusi pada beban 50 %
Dari tabel 2.2 diperoleh satu-satunya implementasi distribusi DC yang ada, hingga dekade terakhir, adalah telekomunikasi dan pusat data yang beroperasi pada 48 Vdc. Inisiatif penelitian pada bangunan teknologi tinggi seperti telekomunikasi dan pusat data dimulai pada awal 2000-an sebagai akibat dari isu energi di California. LBNL dimulai melihat efisiensi distribusi daya di pusat data pada tahun 2004. Sistem distribusi 380 Vdc didirikan untuk demonstrasi di Newark, CA.
Kemudian, dalam laporannya tahun 2008, ia melaporkan peningkatan dalam efisiensi 28% dan 7% masing-masing, dibandingkan dengan 208 Vac dan 408 sistem Vac di pusat data.
Pada 2009, fasilitas baru dengan distribusi DC sudah diimplementasikan dan dipelajari secara global, dengan level tegangan bervariasi antara 220 Vdc hingga 550 Vdc. Pada akhir 2014, ada lebih banyak fasilitas menerapkan distribusi DC pada level tegangan 380 Vdc. Sebuah sistem distribusi terintegrasi dengan sumber DC (misalnya, sel bahan bakar, panel surya, dll) dianggap, sistem distribusi DC lebih efisien daripada sistem AC.
Tabel 2.3 Sistem Distribusi DC Global.
Dari tabel 2.4 telah diamati bahwa industri telekomunikasi dan pusat data konvergen pada 380 Vdc sebagai level tegangan cocok untuk distribusi DC.
Meningkatnya jumlah lokasi percontohan dan pengguna awal menunjukkan minat yang semakin besar pada Distribusi 380 Vdc. Banyak badan standar industri seperti Standar Telekomunikasi Eropa Institut (ETSI), Aliansi Untuk Solusi Industri
Telekomunikasi (ATIS), Internasional Telecommunications Union (ITU), eMerge Alliance, Komisi Elektroteknik Internasional (IEC), Underwriters Laboratories (UL), dan banyak lainnya telah merilis standar dan dan banyak lainnya telah merilis standar dan saat ini mengerjakan lebih banyak dalam distribusi 380 Vdc. Saat ini, penelitian lebih lanjut sedang dilakukan pada standardisasi Distribusi 380 Vdc. Banyak perusahaan telah merilis produk yang kompatibel dengan 380/400 Vdc distribusi ke pasar global. Semakin banyak perusahaan menunjukkan minat pada 380 vdc dan mengumumkan produk untuk masa depan.
Industri telekomunikasi dan transportasi telah menggunakan listrik DC selama bertahun-tahun. Sumber energi alternatif dan terbarukan seperti tenaga surya, tenaga angin, dan sel bahan bakar merupakan sumber listrik berbasis DC. Sebagian besar perangkat listrik di hunian dan perkantoran beroperasi secara internal menggunakan listrik DC. Dan, yang paling penting, perangkat penyimpanan energi seperti baterai dan sistem UPS juga menggunakan DC.[13]
Strategi distribusi listrik 380 V DC mengantarkan listrik DC dari IPS (In Plane Switching) dc rectifier langsung ke power supply. Tujuan utamanya adalah meraih efisiensi dengan meniadakan inverter losses di UPS, rectifier losses di power supply, dan losses trafo yang berkaitan dengan PDU (Power Distibution Units).
2.5 Beban
Terdapat beberapa jenis beban terkait dengan penggunaannya antara lain : beban rumah tangga, beban industri, dan beban perkantoran. Dari beban-beban tersebut, terdapat beban yang dapat beroperasi dengan AC maupun DC. Beban tersebut antara lain
a. Beban resistif yang meliputi lampu pijar, kompor listrik, oven listrik, dan sebagainya. Beban-beban resistif ini merupakan beban yang dimodelkan sebagai resistansi.
b. Beban elektronika yang meliputi komputer, TV layar datar, battery charger . Beban ini secara internal menggunakan DC dimana terdapat penyearah jembatan (bridge rectifier) yang mengkonversi dari AC menjadi DC. Selain itu, saat ini terdapat lampu fluorescent atau compact fluorescent lamp (CFL) yang dapat beroperasi dengan DC, yaitu yang menggunakan ballast
elektronika. Pada CFL sendiri terdapat dua teknik umum agar lampu ini dapat menyala, yaitu :
a. Ballast Magnetik
Ballast Magnetik merupakan teknik awal pada sistem lampu fluorescent. Meskipun inti besi dari ballast sederhana, tetapi ballast ini ukurannya besar dan mempunyai rugi-rugi yang tinggi.
b. Ballast Elektronika
Ballast Elektronika merupakan teknologi terbaru yang membawa kepada efisiensi yang lebih baik pada sistem lampu fluorescent.
Ballast elektronika memanfaatkan elektronika daya untuk membangkitkan tegangan frekuensi tinggi pada lampu.
c. Beban berputar yang digerakkan dengan universal machine atau frequency controlled machine. Beban seperti pengering rambut (hair dryers), vacuum cleaner, pengaduk makanan (food mixers) biasanya menggunakan motor universal. Motor universal ini sebagian besar merupakan motor DC yang dapat beroperasi baik dengan tegangan AC maupun DC .
Selain itu, terdapat beban yang hanya dapat beroperasi dengan menggunakan suplai AC yaitu beban yang mengandung bagian induktif. Hal ini disebabkan suplai DC menghasilkan arus konstan yang melalui bagian induktif dari beban tersebut.
Beban dengan breaker mekanis yang didesain untuk tegangan AC juga tidak bisa disuplai dengan DC.
Regulasi beban menentukan nilai seberapa besar perubahan tegangan yang terjadi pada keluaran pada rentang tertentu akibat dari perubahan nilai arus beban, pada umumnya pengujian dimulai dari arus minimum (tanpa beban, NL) sampai ke tingkat arus maksimum (beban penuh, FL). Pengujian regulasi beban diukur dengan menjaga tegangan masukan jala-jala dalam kondisi konstan dengan mengamati perubahan tegangan keluaran ketika beban berubah-ubah dari nol sampai beban penuh.
Untuk mengatasi terhindar dari beban lebih, maka diperlukan pengaturan tegangan beban atau persentase regulasi tegangan. Ada dua macam persentase regulasi tegangan, yaitu :
a. Regulasi Naik
Regulasi Naik = x 100% (2.2)
b. Regulasi Turun
Regulasi Turun = x 100% (2.3)
Dimana (Vt)tb adalah tegangan terminal atau tegangan output generator tanpa beban yang besarnya sama dengan GGL. Sedangkan (Vt)bp adalah tegangan terminal beban penuh dan pada beban penuh arus armatur yang mengalir ke beban juga beban penuh (IL)bp. [13]