TUGAS MATA KULIAH TUGAS MATA KULIAH
SISTEM INSTRUMENTASI ELEKTRONIKA SISTEM INSTRUMENTASI ELEKTRONIKA PERBANDINGAN POWER SUPPLY KONVENSIONAL PERBANDINGAN POWER SUPPLY KONVENSIONAL
DENGAN POWER SUPPLY SWITCHING DENGAN POWER SUPPLY SWITCHING
Dosen: Bp. Iwan Hermawan. Dosen: Bp. Iwan Hermawan.
Disusun oleh: Disusun oleh: Irfan Irawan: 11221718 Irfan Irawan: 11221718
POWER SUPPLY POWER SUPPLY
Power Supply adalah bagian pencatu daya bagi rangkaian elektronika. Fungsi utama rangkaian Power Supply adalah bagian pencatu daya bagi rangkaian elektronika. Fungsi utama rangkaian power supply adalah mengubah tegangan AC jala-jala listrik menjadi tegangan DC yang power supply adalah mengubah tegangan AC jala-jala listrik menjadi tegangan DC yang dibutuhkan. Saat ini dikenal dua sistem power supply, yaitu:
dibutuhkan. Saat ini dikenal dua sistem power supply, yaitu: 1.
1. Sistem konvensional dengan trafo step down 50Hz dan rangkaian penyearah dioda danSistem konvensional dengan trafo step down 50Hz dan rangkaian penyearah dioda dan elco.
elco. 2.
2. Sistem switching yang dikenal dengan SMPS (Switching Mode Power Supply)Sistem switching yang dikenal dengan SMPS (Switching Mode Power Supply)
Power supply digunakan untuk memberikan daya atau tenaga pada sebuah peralatan. Namun Power supply digunakan untuk memberikan daya atau tenaga pada sebuah peralatan. Namun dalam
dalam prakteknya, prakteknya, power power supply supply yang yang ada ada jenisnya jenisnya ada ada beberapa beberapa macam macam , , karena karena penggunaanpenggunaan dan karakteristiknya yang sedikit membedakan dengan power supply konvensional. Salah satu dan karakteristiknya yang sedikit membedakan dengan power supply konvensional. Salah satu jenis
jenis Power Power supply supply yang lazim yang lazim digunakdigunakan an untuk untuk Televisi Televisi atau atau DVD DVD player, player, yakni jenis yakni jenis powerpower supply SMPS. Dinamakan Switch Mode Power Supply (SMPS) karena sistem kerjanya supply SMPS. Dinamakan Switch Mode Power Supply (SMPS) karena sistem kerjanya menggunakan metode switching (pensaklaran) yaitu menghidup matikan tegangan yang masuk menggunakan metode switching (pensaklaran) yaitu menghidup matikan tegangan yang masuk ke dalam trafo dengan peralatan/komponen elektronik dengan frekuensi tertentu. Sedangkan ke dalam trafo dengan peralatan/komponen elektronik dengan frekuensi tertentu. Sedangkan nama AC-matic diambil dari salah satu kelebihan dari SMPS yaitu kemampuan power supply nama AC-matic diambil dari salah satu kelebihan dari SMPS yaitu kemampuan power supply bekerja dengan rentang tegangan masukan yang lebar. Pada beberapa jenis smps, mampu bekerja bekerja dengan rentang tegangan masukan yang lebar. Pada beberapa jenis smps, mampu bekerja pada tegangan masukan antara 90 s/d 265V dengan output yang sama dan stabil. Karena pada tegangan masukan antara 90 s/d 265V dengan output yang sama dan stabil. Karena kelebihan tersebut, smps menjadi auto-voltage regulator atau wide range input regulated power kelebihan tersebut, smps menjadi auto-voltage regulator atau wide range input regulated power supply (secara Mudahnya Disebut AC-matic).
POWER SUPPLY KONVENSIONAL / NON SWITCHING POWER SUPPLY KONVENSIONAL / NON SWITCHING
Pada power supply konvensional, tegangan AC ini lebih dahulu diturunkan melalui sebuah Pada power supply konvensional, tegangan AC ini lebih dahulu diturunkan melalui sebuah transformator step down lalu keluaran trafo disearahkan dengan dioda dan diratakan dengan transformator step down lalu keluaran trafo disearahkan dengan dioda dan diratakan dengan kapasitor elektrolit (elco). Sering sekali kita mendengar istilah "power supply" pada bidang kapasitor elektrolit (elco). Sering sekali kita mendengar istilah "power supply" pada bidang elektronik.
elektronik.
Power supply linier ini masih menonjol untuk kebutuhan daya sedang dan merupakan jenis catu Power supply linier ini masih menonjol untuk kebutuhan daya sedang dan merupakan jenis catu daya
daya konvensional. konvensional. Prinsip Prinsip power power supply supply jenis jenis ini ini masih masih menerapkan menerapkan mode mode pengubahanpengubahan tegangan ac
tegangan ac ke dc ke dc menggunakan menggunakan transformator step-down sebagai komponen utama transformator step-down sebagai komponen utama penurunanpenurunan tegangan.
tegangan.
Transistor pada power supply linier berfungsi sebagai resistor yang bisa diatur dimana perbedaan Transistor pada power supply linier berfungsi sebagai resistor yang bisa diatur dimana perbedaan
Untuk memberikan range tegangan masukan ac 60 Hz, dibutuhkan penyearah dan filter keluaran Untuk memberikan range tegangan masukan ac 60 Hz, dibutuhkan penyearah dan filter keluaran vd(t) seperti yang
vd(t) seperti yang diperlihatkan pada gambar1.2. diperlihatkan pada gambar1.2. Untuk meminimalisasi kehilangan daya Untuk meminimalisasi kehilangan daya padapada transistor, rasio pada
transistor, rasio pada transformator harus dipilih dengan transformator harus dipilih dengan hati-hati hati-hati seperti Vd,minpada gambarseperti Vd,minpada gambar 1.2 lebih besar dibanding Vo tetapi tidak melebihi Vo dengan margin yang lebih besar. Ada dua 1.2 lebih besar dibanding Vo tetapi tidak melebihi Vo dengan margin yang lebih besar. Ada dua point penting pada power supply linier, yaitu:
point penting pada power supply linier, yaitu:
(a)
(a) Dibutuhkan tranformator dengan frekuensi rendah, kira-kira 60 Hz.Dibutuhkan tranformator dengan frekuensi rendah, kira-kira 60 Hz. (b)
(b) Transistor beroperasi pada pada daerah aktifnya. Pada daerah tersebut terjadi kehilanganTransistor beroperasi pada pada daerah aktifnya. Pada daerah tersebut terjadi kehilangan daya yang signifikan. Oleh karena itu efisiensi dari power supply linier biasanya berkisar daya yang signifikan. Oleh karena itu efisiensi dari power supply linier biasanya berkisar pada range 30
pada range 30 – – 60%.60%.
Hal yang positif dari power supply ini adalah rangkaiannya sederhana (biayanya lebih kecil), Hal yang positif dari power supply ini adalah rangkaiannya sederhana (biayanya lebih kecil), rating daya (<25 W). juga, power supply ini tidak menghasilkan EMI yang lebih besar dengan rating daya (<25 W). juga, power supply ini tidak menghasilkan EMI yang lebih besar dengan peralatan lain
POWER SUPPLY SWITCHING POWER SUPPLY SWITCHING
Salah satu kelemahan dari power supply konvensional adalah efisiensinya yang rendah karena Salah satu kelemahan dari power supply konvensional adalah efisiensinya yang rendah karena mengambil tegangan dari hasil penyearahan sinyal sinus. Untuk meningkatkan efisiensi power mengambil tegangan dari hasil penyearahan sinyal sinus. Untuk meningkatkan efisiensi power supply maka sinyal yang disearahkan harus berupa sinyal kotak. Dalam hal ini kemudian muncul supply maka sinyal yang disearahkan harus berupa sinyal kotak. Dalam hal ini kemudian muncul sebuah power supply sistem baru dengan metode pensaklaran yang disebut sistem switching. sebuah power supply sistem baru dengan metode pensaklaran yang disebut sistem switching.
Pada power supply sistem switching, sinyal AC dari tegangan jala-jala listrik 220V disearahkan Pada power supply sistem switching, sinyal AC dari tegangan jala-jala listrik 220V disearahkan lebih dahulu menjadi tegangan DC melalui sebuah rangkaian dioda penyearah dan elko. lebih dahulu menjadi tegangan DC melalui sebuah rangkaian dioda penyearah dan elko. Tegangan DC hasil penyearahan ini kemudian disaklar on-off secara terus menerus dengan Tegangan DC hasil penyearahan ini kemudian disaklar on-off secara terus menerus dengan frekuensi tertentu sehingga memungkinkan nilai induktor dari trafo menjadi kecil. Hal ini frekuensi tertentu sehingga memungkinkan nilai induktor dari trafo menjadi kecil. Hal ini khususnya untuk memperkecil ukuran power supply.
khususnya untuk memperkecil ukuran power supply.
Gambar Blok
Line Filter Line Filter
Line filter befungsi sebagai filter tegangan masukan, tujuan utamanya untuk menghilangkan Line filter befungsi sebagai filter tegangan masukan, tujuan utamanya untuk menghilangkan frekuensi-frekuensi liar dari line/jala-jala listrik (selain frekuensi tegangan AC masukan) yang frekuensi-frekuensi liar dari line/jala-jala listrik (selain frekuensi tegangan AC masukan) yang dimungkinkan bisa mengganggu kerja dari smps. Line filter dibentuk dari induktor-induktor dan dimungkinkan bisa mengganggu kerja dari smps. Line filter dibentuk dari induktor-induktor dan kapasitor-kapasitor yang dipasang secara seri terhadap tegangan masukan.
kapasitor-kapasitor yang dipasang secara seri terhadap tegangan masukan.
Rectifier Rectifier
Blok penyearah berfungsi sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC. Blok penyearah berfungsi sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC. Komponen-komponen penyearahan terdiri dari dioda-dioda dan elco. Dioda berfungsi sebagai penyearah dan komponen penyearahan terdiri dari dioda-dioda dan elco. Dioda berfungsi sebagai penyearah dan elco befungsi sebagai filter untuk menghilangkan denyut ripple pada tegangan DC yang elco befungsi sebagai filter untuk menghilangkan denyut ripple pada tegangan DC yang dihasilkan selain kapasitor-kapasitor yang dipasang paralel terhadap dioda. Jenis penyearahan dihasilkan selain kapasitor-kapasitor yang dipasang paralel terhadap dioda. Jenis penyearahan pada umumnya menggunakan metode bridge rectifier, yang mempunyai kelebihan pada pada umumnya menggunakan metode bridge rectifier, yang mempunyai kelebihan pada tingginya isolasi antara tegangan DC yang dihasilkan dengan tegangan AC masukan. tingginya isolasi antara tegangan DC yang dihasilkan dengan tegangan AC masukan.
Tegangan masukan sekitar 220VAC setelah disearahkan dan melalui elko berubah menjadi Tegangan masukan sekitar 220VAC setelah disearahkan dan melalui elko berubah menjadi sekitar 1,4 x 220 = 308VDC. Jika elko pada penyearah kering, tegangan 308VDC tersebut sekitar 1,4 x 220 = 308VDC. Jika elko pada penyearah kering, tegangan 308VDC tersebut menjadi tidak tercapai sekaligus terdapat ripple. Akibat terburuknya adalah smps menjadi lebih menjadi tidak tercapai sekaligus terdapat ripple. Akibat terburuknya adalah smps menjadi lebih panas (karena berusaha menstabilkan output dan terganggu bentuk pulsanya oleh DC ripple). panas (karena berusaha menstabilkan output dan terganggu bentuk pulsanya oleh DC ripple). Cara termudah mendeteksi ini adalah dengan mengukur tegangan 308V-nya atau munculnya Cara termudah mendeteksi ini adalah dengan mengukur tegangan 308V-nya atau munculnya suara mendecit/mengerik pada Trafo utama
suara mendecit/mengerik pada Trafo utama
StartUp StartUp
Di awal sudah disinggung bahwa smps menggunakan frekuensi kerja antara 30 s/d 40 KHz. Di awal sudah disinggung bahwa smps menggunakan frekuensi kerja antara 30 s/d 40 KHz.
Dalam setiap sistem osilator, dibutuhkan tegangan awal/pemicu yang berfungsi sebagai pemicu Dalam setiap sistem osilator, dibutuhkan tegangan awal/pemicu yang berfungsi sebagai pemicu awal rangkaian osilator untuk berosilasi. Tegangan pemicu ini muncul beberapa saat setelah awal rangkaian osilator untuk berosilasi. Tegangan pemicu ini muncul beberapa saat setelah smps mendapat tegangan masukan (AC in). Besar tegangan pemicu ini tergantung dari jenis smps mendapat tegangan masukan (AC in). Besar tegangan pemicu ini tergantung dari jenis rangkaian smps yang digunakan (contoh, pada STR-F665x osilator akan bekerja jika tegangan rangkaian smps yang digunakan (contoh, pada STR-F665x osilator akan bekerja jika tegangan pemicu sudah mencapai 16V). Karena sifatnya hanya sebagai pemicu, tegangan ini tidak dipakai pemicu sudah mencapai 16V). Karena sifatnya hanya sebagai pemicu, tegangan ini tidak dipakai lagi ketika smps sudah bekerja. Pada umumnya, tegangan pemicu diambil dari 308V dengan lagi ketika smps sudah bekerja. Pada umumnya, tegangan pemicu diambil dari 308V dengan melalui R Atau Transistor Start Up
melalui R Atau Transistor Start Up
Switcher Switcher
Switcher berfungsi sebagai penswitch utama transformator, pada umumnya menggunakan Switcher berfungsi sebagai penswitch utama transformator, pada umumnya menggunakan transistor atau FET. Karakteristik switcher harus mampu menahan arus kolektor/drain yang transistor atau FET. Karakteristik switcher harus mampu menahan arus kolektor/drain yang cukup besar untuk menahan tegangan pada lilitan primer transformator. Arus ini bukan arus cukup besar untuk menahan tegangan pada lilitan primer transformator. Arus ini bukan arus konstan melainkan arus sesaat tergantung lebar pulsa yang menggerakkan. Selain kemampuan konstan melainkan arus sesaat tergantung lebar pulsa yang menggerakkan. Selain kemampuan arus, transistor/fet switcher harus mempunyai frekuensi kerja yang cukup untuk diperkerjakan arus, transistor/fet switcher harus mempunyai frekuensi kerja yang cukup untuk diperkerjakan sebagai switcher.
sebagai switcher.
Error Amp/Detector Error Amp/Detector
Rangkaian Error Amp/detector berfungsi sebagai stabiliser tegangan output. Cara kerjanya Rangkaian Error Amp/detector berfungsi sebagai stabiliser tegangan output. Cara kerjanya adalah membandingkan tegangan output (diambil dari lilitan sekunder trafo) dengan tegangan adalah membandingkan tegangan output (diambil dari lilitan sekunder trafo) dengan tegangan referensi yang stabil. Jika tegangan output terlalu tinggi, rangkaian ini akan referensi yang stabil. Jika tegangan output terlalu tinggi, rangkaian ini akan mengendalikan/memberitahu rangkaian primer/switching utama untuk segera menurunkan mengendalikan/memberitahu rangkaian primer/switching utama untuk segera menurunkan tegangan. Kunci dari AutoVoltage berada pada blok ini. Tegangan sekunder yang dihasilkan tegangan. Kunci dari AutoVoltage berada pada blok ini. Tegangan sekunder yang dihasilkan dinaikkan dengan cara melebarkan pulsa, dan sebaliknya untuk menurunkan tegangan output dinaikkan dengan cara melebarkan pulsa, dan sebaliknya untuk menurunkan tegangan output
Lokasi rangkaian error amp dapat ditemukan di bagian primer (nyetrum/hot) atau bisa ditemukan Lokasi rangkaian error amp dapat ditemukan di bagian primer (nyetrum/hot) atau bisa ditemukan di bagian sekunder (non hot area). Pada model-model smps terdahulu, sering dijumpai pada di bagian sekunder (non hot area). Pada model-model smps terdahulu, sering dijumpai pada primer, pada smps yang lebih baru dapat dijumpai pada bagian sekunder (non hot area) dengan primer, pada smps yang lebih baru dapat dijumpai pada bagian sekunder (non hot area) dengan menggunakan optocoupler (mis. PC817, P721, P621 dll) sebagai lintasan sekaligus isolator menggunakan optocoupler (mis. PC817, P721, P621 dll) sebagai lintasan sekaligus isolator rangkaian Error Amp. Sanken Error (SE090, SE115) merupakan IC error amp yang sering rangkaian Error Amp. Sanken Error (SE090, SE115) merupakan IC error amp yang sering dipakai pada smps saat ini. SE090, SE110, SE115 dan SE lainnya merupakan buatan dipakai pada smps saat ini. SE090, SE110, SE115 dan SE lainnya merupakan buatan Sanken/Allegro Semiconductor.
Sanken/Allegro Semiconductor.
Snubber Circuit Snubber Circuit
Jika diartikan secara harfiah, snubber=mencerca, memang sedikit salah kaprah, tapi sebenarnya Jika diartikan secara harfiah, snubber=mencerca, memang sedikit salah kaprah, tapi sebenarnya memang tujuannya begitu. Pada sistem smps, trafo diswitch (diberi tegangan sesaat olah TR/FET memang tujuannya begitu. Pada sistem smps, trafo diswitch (diberi tegangan sesaat olah TR/FET final) dengan lama tertentu, kemudian TR/FET akan melepaskan (meng-off-kan) trafo. Ketika final) dengan lama tertentu, kemudian TR/FET akan melepaskan (meng-off-kan) trafo. Ketika diberi tegangan, inti transformer menjadi magnet sesaat hingga trafo off-kan. Ketika trafo diberi tegangan, inti transformer menjadi magnet sesaat hingga trafo off-kan. Ketika trafo di-off-kan, trafo akan men-transform energi magnet ke lilitan sekunder hingga trafo di-on-kan lagi off-kan, trafo akan men-transform energi magnet ke lilitan sekunder hingga trafo di-on-kan lagi begitu seterusnya.
begitu seterusnya.
Tidak seluruh energi/magnet dalam trafo dapat dipindah semuanya (akibat tidak sempurnanya Tidak seluruh energi/magnet dalam trafo dapat dipindah semuanya (akibat tidak sempurnanya trafo=efisiensi trafo) mengakibatkan masih adanya magnet yang ‘tertinggal’ di dalam inti trafo. trafo=efisiensi trafo) mengakibatkan masih adanya magnet yang ‘tertinggal’ di dalam inti trafo. Energi magnet yang tertinggal tersebut secara langsung masuk ke TR/FET melalui kaki Energi magnet yang tertinggal tersebut secara langsung masuk ke TR/FET melalui kaki kolektor/drain dengan tegangan mungkin lebih tinggi dari kemampuan kerja TR/FET final. kolektor/drain dengan tegangan mungkin lebih tinggi dari kemampuan kerja TR/FET final. Fungsi utama dari snubber circuit adalah untuk menghilangkan/mengkonsletkan tegangan Fungsi utama dari snubber circuit adalah untuk menghilangkan/mengkonsletkan tegangan tersebut (mempercepat demagnetisasi). Selain itu, snubber juga dipakai untuk tersebut (mempercepat demagnetisasi). Selain itu, snubber juga dipakai untuk menentukan/mengadjust frekuensi kerja trafo. Karena sifat ‘mencerca’ kerja smps tersebut menentukan/mengadjust frekuensi kerja trafo. Karena sifat ‘mencerca’ kerja smps tersebut akhirnya disebut snubber circuit. Ciri utama snubber circuit adalah tersusun dari kombinasi C akhirnya disebut snubber circuit. Ciri utama snubber circuit adalah tersusun dari kombinasi C
Misalnya UF4002 (bukan 1N4002). Fast rectifier dimaksudkan untuk mampu menyearahkan Misalnya UF4002 (bukan 1N4002). Fast rectifier dimaksudkan untuk mampu menyearahkan pulsa dengan frekuensi tinggi. Elko perata cukup menggunakan ukuran beberapa ratus uF, karena pulsa dengan frekuensi tinggi. Elko perata cukup menggunakan ukuran beberapa ratus uF, karena frekuensi tegangan yang keluar dari trafo cukup tinggi (tergantung frekuensi kerja smps). frekuensi tegangan yang keluar dari trafo cukup tinggi (tergantung frekuensi kerja smps).
Blok Proteksi Blok Proteksi
Blok proteksi yang penting untuk kesempurnaan smps antara lain : 1. OVP (over voltage Blok proteksi yang penting untuk kesempurnaan smps antara lain : 1. OVP (over voltage protector) berfungsi untuk mendeteksi tegangan yang berlebihan. Blok ini akan mengoffkan protector) berfungsi untuk mendeteksi tegangan yang berlebihan. Blok ini akan mengoffkan smps jika terdeteksi tegangan yang lebih. 2. OCP (Over Current Protection), berfungsi untuk smps jika terdeteksi tegangan yang lebih. 2. OCP (Over Current Protection), berfungsi untuk mendeteksi beban lebih, smps akan off jika terdeteksi pemakaian lebih pada bebannya. 3. OHP mendeteksi beban lebih, smps akan off jika terdeteksi pemakaian lebih pada bebannya. 3. OHP (over heat protection), jika terlalu panas, smps akan shutdown dengan sendirinya. (over heat protection), jika terlalu panas, smps akan shutdown dengan sendirinya.
Hampir semua blok tersebut sudah masuk dalam satu IC smps. misalnya W575x, Hampir semua blok tersebut sudah masuk dalam satu IC smps. misalnya W575x, STR-F665x dan lain-lain.
F665x dan lain-lain.
KESIMPULAN PERBANDINGAN POWER SUPLAY KONVENSIONAL DENGAN KESIMPULAN PERBANDINGAN POWER SUPLAY KONVENSIONAL DENGAN
SISTEM SWITCHING SISTEM SWITCHING
Tabel 1 Perbandingan Power Suplay Switching dengan PS
Tabel 1 Perbandingan Power Suplay Switching dengan PS KonvensionalKonvensional
No
No Hal Hal Switching Switching Power Power Supply Supply Konvensional Konvensional Power Power SupplySupply 1 Efisiensi 1 Efisiensi kenaikan kenaikan temperatur temperatur 1.
1. Umumnya antara 65 % sampaiUmumnya antara 65 % sampai 85 % suhu 200
85 % suhu 200oo C sampai 400C sampai 400oo C masih diterima
C masih diterima
Umumnya antara 25 % sampai 50 % Umumnya antara 25 % sampai 50 % suhu 500
suhu 500oo C sampai 1000C sampai 1000oo C tidak C tidak umum, tergantung pada teknik umum, tergantung pada teknik
metoda pembuangan panasnya metoda pembuangan panasnya 6 Isolasi dari 6 Isolasi dari transien transien jala- jala jala Sangat
Sangat baik, baik, seringkali seringkali lebih lebih dari dari 60dB 60dB Sengat Sengat kurang kurang dibandingkan dibandingkan dengandengan jenis
jenis switching, switching, jala jala jala jala yang yang bersifatbersifat noise dapat mengganggu beban
noise dapat mengganggu beban 7
7 RFI RFI dan dan EMI EMI Dapat Dapat mengganggumengganggu, , memerlukanmemerlukan perhitungan dan penapisan
perhitungan dan penapisan
Sedikitnya bisa menjadi factor yang Sedikitnya bisa menjadi factor yang merugikan
merugikan 8
8 Magnetis Magnetis Beberapa rencana Beberapa rencana dapat dapat menyalurkanmenyalurkan magnetis 60 Hz yang besar
magnetis 60 Hz yang besar
Perlu magnetis 60 Hz yang mahal dan Perlu magnetis 60 Hz yang mahal dan besar dalam tinggkat daya yang lebih besar dalam tinggkat daya yang lebih 9
9 Keandalan Keandalan Rencana Rencana dipusatkan dipusatkan agar agar lebih lebih handalhandal dengan temperature kerja yang lebih dengan temperature kerja yang lebih dingin
dingin
Semakin tinggi temperature kerja Semakin tinggi temperature kerja semakin berkurang kehandalannya semakin berkurang kehandalannya
10
10 Harga Harga Melihat Melihat pesatnya pesatnya teknologiteknologi semikonduktor ada kemungkinan semikonduktor ada kemungkinan
pembuatannya lebih murah
pembuatannya lebih murah
dibandingkan dengan linier dibandingkan dengan linier
Umumnya lebih murah, tapi dengan Umumnya lebih murah, tapi dengan faktor
faktor – – faktor yang ada delam system,faktor yang ada delam system, faktor harga bisa menjadi lebih tinggi faktor harga bisa menjadi lebih tinggi
