View
116
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 1e-mail : rusiyanto@plasa.com
Kegiatan Belajar 1
DASAR CONVERTER
Tujuan Instruksional Umum
Setelah pelajaran selesai, peserta harus dapat:
Memahami konsep dasar catudaya switching dengan transistor
Memahami macam dan jenis catu daya switching dengan transistor
Tujuan Khusus Pembelajaran
Setelah pelajaran selesai, peserta harus dapat:
Mengamati konsep dasar rangkaian Switched Mode Power Supply
Menjelaskan perubahan tegangan keluaran terhadap pengaruhperubahan perbandingan pulsa masukan waktu pensaklaran (D=t1/T).
Menentukan waktu pensaklaran saat hidup (ON) dan saat mati (OFF).
Mendimensikan besarnya Induktor penyimpan energi magnetis.
Membedakan Switched Mode Power Supply dari bermacam-macamConverter sederhana.
Menentukan type atau jenis Transistor Converter yang tepat dan sesuaiuntuk keperluan Swithed Mode Power Supply.
Menjelaskan prinsip kerja dari bermacam macam rangkaian dasarConverter.
Menjelaskan kurva arus pensaklaran dari bermacam macam rangkaianConverter sederhana.
1. Uraian Materi
Switched Mode Power Supply (SMPS)
Block diagram yang ditunjukkan pada gambar 1a menunjukkan adanyaperbedaan kecil antara power supply linier dengan Switched Mode PowerSupply. Pada Switched Mode Power Supply komponen semikonduktorbekerja pada daerah tidak linier. Sebaliknya power supply linier ,komponensemikonduktor bekerja pada daerah linier yaitu daerah variabel menghantaratau menghambat. Power supply linier terdiri dari rangkaian yang mengolahoutput dc dari input dc dengan mengkondisikan junction atau tingkatkonduktansi dari kolektor emitor dengan cara mengatur tegangan dc padabasis transistor.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 2e-mail : rusiyanto@plasa.com
Pada Switched Mode Power Supply tegangan input dc (UIN) dirubah menjaditegangan kotak melalui rangkaian chopper pertama (gb. 1b). yangkemudian dilewatkan melalui sebual LPF (Low Pass Filter).Pada Switched Mode Power Supply mempunyai efisiensi minimum71%,sedangkan untuk linier power supply hanya mempunyai efisiensi maksimum50%. Pada power supply jenis linier tingkat efisiensi sangat ditentukanperubahan tegangan input dan beban serta besarnya tegangan output yangdikeluarkan. Tetapi ketergantungan itu tidak dimiliki oleh Switched ModePower Supply (SMPS).
Uin
0
Uo
tt
Seriespasselement
Series passdrive
Fixeddc inputUin
Fixeddc outputUo
inputfilter
outputfilter
gb.1a. power supply linier
Switchelement
Fixeddc inputUin
Fixeddc outputUo
inputfilter
outputfilter
gb.1b. switch-mode power supply
Switchelement
Output filterinductor 0
Uin0 Uout
Switched Mode Power Supply hanya memerlukan sedikit mungkinrangkaian filter. Linier Power Pupply bekerja pada frekuensi jala-jala 50 Hz,sedangkan Switched Mode Power Supply bekerja pada sekitar frekuensi 50kHz.Konversi Daya
Konversi daya seperti pada kebanyakan catu daya, converter, inverter, dc-dc power supply, regulator dsb, membutuhkan analisa yang rumit. Convertermerubah tegangan atau arus input menjadi tegangan atau arus output yangberbeda, dc-dc converter merubah level tegangan input dc menjadi leveltegangan output dc yang berbeda sedangkan inverter merubah besarantegangan dc menjadi besaran tegangan ac. Dalam kenyataan di lapangan,pengaturan tegangan yang besar seperti pada power elektronika diterapkandc-dc converter.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 3e-mail : rusiyanto@plasa.com
Buck ConverterPada gb.2a, b, c diperlihatkan pembentukan buck converter melalui teknikpensaklaran, sedangkan gambar d diperlihatkan implementasi rangkaianbuck converter yang bekerjanya sebagai berikut:Pada posisi saklar pada A (S1A on, S1B off), tegangan akanmenginduksikan kumparan L, lihat gambar 2b. Arus yang melalui induktornaik dan akan men-supply arus ke beban resistor RL dan kondensator filterC. Kemudian setelah saklar pada posisi B (S1B on, S1A off), akan teralirkanarus induksi (lhat gambar 2C), bersama-sama dengan arus kapasitormenuju ke beban RL. Perioda tersebut akan berulang kembali pada saatsaklar kembali ke posisi A.Buck Converter dinamakan juga sebagai Choppers, down -converter, step-down converter dan down Choppers. Converter yang dibentuk oleh BuckConverter lebih populer disebut Swithed Mode Power Supply.Bila rangkaian tersebut dikembangkan dengan trafo isolasi akan menjadilebih mudah didisain menjadi bentuk seperti forward, push-pull, half bridgedan full-bridge converter.
Pada gambar 2d diilustrasikan pada waktu on dan off dari saklar S1A, yangdiikuti dengan bentuk switch current, diode current dan arus inductorcurrent.
Prinsip dasar Buck Converter
gb.2a
+
-
IIN
S 1A
B
L
CRL
IOUT
+
-
UO
+
-
IIN
S1A
B
L
CRL
I
+
-
UO
I
+
-
IIN
S1A
B
L
CRL
I
+
-
UO
I
gb.2 b Posisi saklar A gb.2c Posis i saklar B
UIN UIN
UIN
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 4e-mail : rusiyanto@plasa.com
+
-
L
CRL
+
-
UOUIN
S1A
S1B
gb.2d
SwitchSwitchCurrentDiodeCurrent
InductorCurrent
OnOff
gb.2e
BUCK OUTPUT VOLTAGE
(UIN - UO) DT = UO (1-D)T
UIN DT - UO DT = UO T - UO DT
UIN DT = UO T
UIN D = UO
UO = D UIN
Pada sistem SMPS biasanya bekerja pada frekuensi 100 kHz, berartiperiode T = 1/fs = 10 uS. Perbandingan saat ON dan satu perioda pulsadinamakan Duty Cycle D, yang dirumuskan sebagai:D= t1/T (lihat gambar 3.)
Gambart.3a Gambar.3b
Duty cycle sangat penting dalam penentuan/pendimensian besarnyategangan keluaran UO = D UIN
Tahanan beban RL adalah perbandingan antara tegangan keluaran Uodengan arus keluaran Io:
RL = Uo / Io
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 5e-mail : rusiyanto@plasa.com
Beban harus berupa Low Pass Filter dan mempunyai frekuensi cut off fclebih rendah dari frekuensi switching fs. Beban LC sebagai Low Pass Filtermempunyai sifat lebih baik untuk menghaluskan bentuk gelombang kotakdan menghindari harmonisa yang sangat kompleks.Bila frekuensi cut off fc lebih besar kira-kira 10 kali frekuensi switching fs,maka LPF akan meredam sebesar kira-kira 20 dB berarti akan mereduksitegangan 1 Vp-p dengan 100 mVp-p ripple. Semakin besar perbandingan fsterhadap fc, maka analisisnya semakin lebih mudah.Tegangan DC bisa dikalkulasi dengan teknik yang disebut Volt-secondbalance (gb.3b)Uon x t1 = Uoff x t2
BOOST CONVERTERPada gambar 4a sampai dengan 4c ditunjukkan topologi dari boostconverter dan implementasinya ditunjukkan pada gambar 4d.Bila posisi saklar pada A (S1A on, S1B off) maka tegangan akanmenginduksi kumparan L dan arus induksi IL membesar sedang beban RLtidak tersambung, maka arus kondensator Ic akan mengalir ke beban RL.Pada periode ini energi akan tersimpan dalam induktor L.Pada saat posisi saklar pada B (S1B on, S1A off), maka energi yangtersimpan dalam induktor akan mengalir ke beban RL dan Capasitor C.Kondisi ini akan terulang terus menerus.
BOOST OUTPUT VOLTAGE
UIN DT = (UO - UIN ) (1-D)T
UIN DT = UO T - UO DT - UIN T+ UIN DT
UIN T = UO (1-D)T
UO = UIN /(1-D)
Boost Converter sering disebut dengan Up-Converter dan jarangdipergunakan
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 6e-mail : rusiyanto@plasa.com
Prinsip dasar Boost Converter
gb.4a
+
-
IINS1
A
BL
CRL
IOUT
+
-
UO
gb.4b Posisi saklar A gb.4c Posisi saklar B
+
-
IINS1
A
BL
CRL
IOUT
+
-
UO
+
-
IINS1
A
BL
CRL
IOUT
+
-
UO
gb.4d
SwitchSwitchCurrentDiodeCurrent
InductorCurrent
OnOff
gb.4e
+
-
L
CRL
+
-
UOUIN
S1A
S1B
BUCK-BOOST CONVERTERBuck-boost converter merupakan kombinasi kerja dari buck dan boost converter(gb.5a, b, c, d, e). Prinsip dasarnya ditunjukkan pada gb 5a, b, c, sedangkanimplementasi rangkaiannya pada gb.5d.UO = UIN /(1-D)Boost Converter sering disebut dengan Up-Converter dan jarang dipergunakan
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 7e-mail : rusiyanto@plasa.com
Prinsip dasar Buck Boost Converter
gb.4a
+
-
IINS1
A
BL
CRL
IOUT
+
-
UO
gb.4b Posisi saklar A gb.4c Posisi saklar B
+
-
IINS1
A
BL
CRL
IOUT
+
-
UO
+
-
IINS1
A
BL
CRL
IOUT
+
-
UO
gb.5d
SwitchSwitchCurrentDiodeCurrent
InductorCurrent
OnOff
gb.5e
+
- LC
RLUO
UIN
S1A S1B
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 8e-mail : rusiyanto@plasa.com
INDUCTIVE BUCK-BOOSTBila posisi saklar pada A, maka rangkaian bekerja sebagai Buck - converter,sedangkan bila saklar pada posisi B, maka rangkaian bekerja sebagai Boost-converter. Pada induktif Buck-boost converter, induktor d-charge oleh teganganinput dan melepaskan charge pada rangkaian output. Hal ini berlangsungsecara terusmenerus dan teratur.Tegangan output bisa diatur lebih besar atau lebih kecil dari pada teganganinput, tetapi polaritas tegangan output selalu terbalik.Arus input yang berbentuk pulsa dihaluskan oleh filter C (yang disebut denganC"uk) yang terletak antara converter dan input tegangan sumber.
gb.6a
+
-
IIN
S1A B
L1
C2RL
IOUT
+
-
UO
gb.6b Posisi saklar A
C1 L2
+
-
IIN
S1A B
L1
C2RLIOUT
+
-
UO
C1 L2
+
-
IIN
S1A B
L1
C2RL
I
+
-
UO
C1 L2
gb6c Posisi saklar B
I
OUTPUT VOLTAGEUIN DT = UO (1-D)TUIN DT = UO (1- D)TUO = (D/(1-D)) UIN
Gambar 6a,b, c, d, e menggmabarkan prinsip kerja dari C"uk Concerter.Capasitor C1 sebagai penyimpan muatan. Pada saat posisi saklar pada A, (S1Aon, S1B off), Uin menginduksi L1, sehingga arus induksi naik. C1 tersambungdengan L2 dan memberikan daya pada kapasitor C2 dan beban RL,melalui L2.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 9e-mail : rusiyanto@plasa.com
Bila saklar pada posisi B (S1A off, S1B on), maka L1 akan melepaskan arusdan C1 mengosongkan muatan melalui hubung singkat S1B (arah dioda maju).Sementara salah satu kaki L2 terhubung ke ground karena S1B terhubungforward bias. Antara tegangan input dan output sekarang tidak lagi ada pulsa,namun hasilnya adalah tegangan output yang terbalik (inverting).C"uk jarang digunakan karena kapasitor C"uk memerlukan arus RMS yangbesar.
ISOLATED POWER-STAGE CIRCUITAntara tegangan input dan output diperlukan adanya isolasi untuk menyekattegangan jala-jala input yang besar dengan tegangan DC yang diperlukanrangkaian. Di samping itu untuk mengamankan rangkaian dari sistem groundingdari jala-jala, sehingga ground rangkaian terpisah dengan ground / masategangan jala-jala (kalau tidak biasanya berakibat fatal pada saat pengukurantegangan dengan CRO dsb). Isolasi ini dibentuk oleh power transformator yangdigabung dengan rangkaian dasar SMPS (Buck converter, Boost converter danBuck-boost converter).Melalui Buck converter bisa dirancang dengan konfigurasi forward, half bridge,fuul bridge dan push-pull.Sedangkan beberapa rangkaian yang didasari oleh Boost converter seringdigunakan pada rangkaian flyback, sedangkan induktif buck-boost convertersering dinamakan converter dengan atau tanpa isolasi.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 10e-mail : rusiyanto@plasa.com
FORWARD CONVERTERForward converter terbagi dari dua jenis yaitu one-switch dan two-switch.Gambar 7a dan 7b menggambarkan rangkaian One-switch forward converter.
+
-
IN
S1
Np
CRL +
-
UO
L
Ns
S2
D1
gb.7b
n = Np/Ns
D2
+
-
IN
Np
L
gb.7a
n = Np/NsINA
B
CRL +
-
UONs
S2a
S2b
OUT
Prinsip kerja:Bila posisi saklar S1 dan S2 pada A, maka transformator akan bekerjamentransfer daya ke gulungan sekunder dan akan mengalir arus ke L2 danbeban C dan RL.Bila posisi saklar S1 dan S2 dipindah ke posisi B, maka arus akan mengalirmelalui S2B ke kumparan, sementara S2A dalam posisi reverse bias. TahananR1 dan Dioda D1 berfungsi untuk menghilangkan loncatan pulsa akibat dariefek induktansi dari transformator.
Gambar 8 menggambarkan prinsip dasar dan implementasi rangkaian two-switch forward converter.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 11e-mail : rusiyanto@plasa.com
Prinsip dasartwo-switch forward converter.
+
-
IN
S2
Np CRL +
-
UO
L
Ns
S2a
S2bD1
gb.8
n = Np/Ns
D2
S1
Rangkaian two-switch lebih efisien dengan dipasang dua buah dioda sebagaireset trainsistor.Rangkaian ini dibentuk oleh dua buah saklar primer.
Gambar 9 menggambarkan Rangkaian Push-pull Converter.Pada prinsipnya rangkaian push-pull converter merupakan gabungan dari duabuah one-switch forward converter dengan maising-masing saklar primer S1dan S2 yang bekerja secara bergantian dengan perbedaan fasa 180o.Pada saat Transistor S1 on, maka dioda S3A aktif dan menghantarkan arusmelalui induktor L ke beban C dan RL. Pada setengan perioda berikutnya S1off, S2 on, sehingga Dioda S3B on den menghantarkan arus ke beban C danRL melalui induktor L.
+
-
IN Np C
RL+
-
UO
L
Ns
Np Ns
n=Np/Ns
I
S1 off
off
on
on
S2
S3A
B
IN
outI
Gambar.9a. Rangkaian Push Pull Converter
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 12e-mail : rusiyanto@plasa.com
+
-
IN
NpC
RL+
-
UO
L
Ns
S1
gb.9b
S3B
Np Ns
S2
S3A
n=Np/Ns
Gambar 10 a dan b menunjukan prinsip dasar dan rangkaian Half bridgeconverter
+
-
IN
NpC
RL+
-
UO
L
Ns
Ns
n=Np/Ns
IS1
offon
S3A
B
IN
on
off
S2
C1
C2
OUTI
Gambar.10a
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 13e-mail : rusiyanto@plasa.com
+
-
IN
NpC
RL+
-
UO
L
Ns
S1
gb.10b
S3BNsS2
S3A
n=Np/Ns
D1
D2
C1
C2
Capasitor C1 dan C2 berfungsi sebagai pembagi tegangan input dan mereduksiloncatan tegangan pulsa akibat efek induktansi. D1 dan D2 sebagai komutasiyang mengamankan kerja transistor. Transistor S1 dan S2 bebekrja secarabergantian dengan beda fasa 180o. Dan masing-masing transistor dikendalikandengan bias tegangan 1/2 tegangan input.
Gambar 11 a dan 11 b menunjukkan prinsip dasar full-bridge converter
+
-
IN
NpC
RL+
-
UO
L
Ns
Ns
n=Np/Ns
IS1
offon
S3A
B
IN
on
off
S2
OUTI
Np
S4 offon
on
offS5
Gambar.11a
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 14e-mail : rusiyanto@plasa.com
+
-
IN
NpC
RL+
-
UO
L
Ns
S1
gb.11b
S3BNsS2
S3A
n=Np/Ns
D1
D2
S4
S5
D4
D5
Pada rangkaian full-bridge converter, kapasitor pembagi tegangan digantidengan dua buah saklar S4 dan S5. Pada saat Transistor S4 on bersamaandengan transistor S2, maka transistor S1 dan S5 off demikian pula sebaliknya.Beda fasa ke dua kondisi tersebut 180o.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 15e-mail : rusiyanto@plasa.com
FLYBACK CONVERTERRangkaian flyback converter dibentuk dari induktif-buck converter yangditambah dengan trafo isolator
+
-
IN
S1
Np
CRL +
-
UONs
S2
D1
gb.12b
n = Np/Ns
D2
+
-
IN
Np
gb.12a
n = Np/NsINoff
on
C
RL
+
-
UONs
S2
OUT
off
on
S1
R1
Bila S1 on S2 off, gulungan primer Np menyimpan energi dalam inti transformer.Karena posisi S2 open (dioda S2 menadapat tegangan mundur daritransformator sekunder yang polaritasnya mempunyai beda fasa 180o terhadaptransformator primer), maka kapasitor C men-supply arus ke beban RL. Padasaat input transistor low, maka transistor S1 open, sementara sekundertransformator memberi tegangan arah maju kepada dioda S2. Dan arusdilewatkan ke beban C dan RL.Flyback converter sangat populer dipergunakan pada daya rendah (< 200W).dengan multiple output yang bisa dikembangkan lebih banyak dengan caramenambahkan jumlah gulungan sekunder transformator.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 16e-mail : rusiyanto@plasa.com
Tabel I Karakterstik dari beberapa SMPSJenis
ConverterJenisPowerrange
Keuntungan Kerugian
Flyback (Twoswitch)
<250 W Tanpa input induktor Sebuah dioda per
output Pelipatan tegangan
output mudah Kontrol mudah
Transformator lebihbesar dari sistemBridge
Kapasitor outputlebih besar darisistem forward
Arus puncak lebihbesar dari sistemforward
Forward(Two switch)
<500W Output power lebihbesar dari flyback
Output ripple lebihbaik dari flyback
Transformator lebihbesar dari sistemBridge
Sulit distabilkan
Half Bridge <1000 W Transformator lebihkecil dari forward
Primer switch bekerjapada 1/2 Uin
Dibutuhkan arusRMS yang besarpada kapasitorprimer
Diperlukan duakutup small signal
Full Bridge <2000W Daya ganda padaoutput dengan switchyang sama
Transformator lebihkecil dari forward
Tidak diperlukankapasitor primer yangbesar RMS-nya
Pengendalianswitch lebihkompleks
Diperlukan duakutup small signal
Push-pull <100W Sangat sederhana Problem fluxsymetry
Transformatoroversize
Switch memerlukansekitar 2 Uin
Diperlukan duakutup small signal
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 17e-mail : rusiyanto@plasa.com
CONTOH SMPS
Rangkaian converter dengan direct duty cycle control
+
-
IN
CRL +
-
UO
L
Ns
S2a
S2bu
flip-flopQ
SR
clock
Negative Edge triggered
PWMcomparator
Uea
Uramp
Currentsource
RC
Zb
Za
Uref
I
Error Amplifier
S1
Gambar.13a
Tclock
switch
comparatorinputs
ramp
Uea
ON
OFF
Gambar.13bSaklar primer dipergunakan Mos-FET karena mempunyai respon yang cepatterhadap perubahan kondisi on-off (pen-saklaran) dan sangat cocok untuk
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 18e-mail : rusiyanto@plasa.com
sistem switching. Current source merupakan sumber pembentukan gelombangsegitiga betuk RAMP yang kemudian dikomparasikan (dibandingkan) denganlevel tegangan dc Uea pada rangkaian komparatosr. Maka akan didapatkanpulsa lebar denyut atau yang populer disebut PWM (Pulse Width Modulation)yang akan mengendalikan Gate dari Mos-FET.Tegangan output dari converter diumpan balikkan melalui tahanan inputfeedback Za yang dibandingkan dengan tegangan referensi Uref yang nantinyaakan menghasilkan level tegangan Uea.Dengan demikian akan dicapai koreksi dan kestabilan tegangan outputconverter.Rangkaian Forward Conveter dengan Current-Mode Control
+
-
IN
CRL +
-
UO
L
Ns
S2a
S2bu
flip-flopQ
SR
clock
Negative Edge triggered
PWMcomparator
Uea
Uramp
Zb
Za
UrefError Amplifier
S1
Gambar.14a
Tclock
switch
comparatorinputs
ramp
Uea
ON
OFF
Gambar.14bPada kedua rangkaian di atas, gulungan primer dan sekunder transformatorterisolir. Sedang kontrol output ke input dilakukan oleh tahanan feedback Za
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 19e-mail : rusiyanto@plasa.com
STEP UP DC-DC CONVERTER
A. PRINSIP PENGUBAH TEGANGAN
U 1 U 2
t r a n sf o r m a t o r
In v e rt e r D C - A C P e n y e a r a h A C - D C
Gb.1 prinsip perubahan tegangan
Umumnya perubah tegangan DC adalah penurun tegangan yang seringdijumpai pada rangkaian elektronika melalui pembagi tegangan (voltagedevider0 atau penstabil tegangan. Pada beberapa keperluan rangkaianelektronika membutuhkan fasilitas tegangan DC yang lebih tinggi dari tegangansumbernya (step up). Untuk itu diperlukan rangkaian DC Converter yangb biasdikembangkan untuk bermacam-macam tegangan DC output.Tegangan DC input U1 dirubah oleh rangkaian inverter DC-AC menjaditegangan AC. Tegangan AC ini sangat fleksibel untuk dikembangkan menjadistep up atau step down tergantung dari kebutuhan melalui transformator.Tegangan AC dari sekunder transformator disearahkan menjadi tegangan DCmelalui penyearah AC-DC. Tegangan DC keluarannya adalah U2.
B. Rangkaian Kontrol PWM
Invereter DC-AC bias dibagun dengan sebuah rangkaian push-pull MOSFET yang dikendalikan pada masing-masing Gate-nya oleh pulsa kotakyang bisa dikendalikan lebar sempit pulsanya (PWM). Beban dari masing-masing Drain diumpankan ke primer transformator yang besar teganganoutput AC-nya tergantung dari luas integral dari sudut konduk Drain-SourceMOS FET yang dikendalikan oleh lebar sempitnya pulsa PWM padainputnya.
Rangkaian kontrol PWM seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 dibangundengan menggunakan IC TL494
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 20e-mail : rusiyanto@plasa.com
+ U B 1 5 V
O U T P U T 1
O U T P U T 1
O P E N
O P E N
5 0 k
T E S TIN P U T
1 2d e a d tim ef e e d b a c k
R TC T
( + )( - )
o u tp u tc o n tr o l
4
3
65
12
( + )( - )
1 6
1 5
1 3
8
9
1 1
1 0
1 4
7
C 1
E 1
C 2
E 2
s te e r in gc o n tr o l
U z
r e fo u tp u t
Gambar.2a. Blok Schema IC494 PWM Gambar2b Top View TL494
1 D
C 1
O S C IL LA T O RR TC T
6
4
= 0 , 1V
N O N IN VIN P U TIN VIN P U T
12
N O N IN VIN P U TIN VIN P U T
1 3
1 5
F E E D B A C K
D E A D T IM E C O N T R O LC O M P A R A T O R
E R R O R A M P .
E R R O R A M P .
1
2
P W M C O M P .
O U T P U T C O N T R O L
0 ,7 m A
R E F E R E N C ER E G U LA T O R
P U L S E S T E E R IN G F L IP - F L O P
C 1
E 1
C 2
E 2
8
9
1 1
1 0
U B
U R E F
G N D
1 2
14
7
Gambar.2c Function block diagram
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 21e-mail : rusiyanto@plasa.com
t e g a n g a np a d a C 2
t e g a n g a np a d a C T
U B
0 VU B
0 V
0 %m a x
v o lt a g e w a v e f o r m s
t r e s h o ld v o lt a g e
t r e s h o ld v o lt a g e
0 V
0 ,7 Vf e e d b a c k
Gambar.3 bentuk sinyal dari pin-pin IC TL 494
Pulsa PWM dari PWM comparator diperbaiki bentuknya oleh pulse steering flip-flop.Error amplifier dilengkapi dengan pembatas arus 0,7 mA. Masing-masingoutput transistor bias difungsikan secara Common Emitter maupun Emitterfollower, baik secara tunggal maupun secara push-pull.
C. MOS FET DC to DC
Pin 5 dan 6 dari IC TL 494 adalah merupakan komponen pembentukgelombang RAMP, yang bila di-komparasi-kan dengan level tegangan tertentu,maka pada output komparator akan menghasilkan pulsa lebar denyut PWM(Pulse Width Modulation). Melalui Pulse Steering Flip-Flop ( berupa D flip-flop)yang ada dalam IC TL 494, pulsa PWM akan dikembangkang menjadi dua buahpulsa PWM yang berbeda fasa 180o untuk menggerakkan MOS FET yangdipasang secara Push-Pull. Pulsa PWM yang diumpankan melalui Gatetersebut akan meng-kondisi-kan junction (sifat hantar) antara Drain dan Sourcedari MOS FET yang secara bersama-sama akan menghasilkan pulsa kotakbolak-balik (AC). Masing-masing Drain dari MOS FET dihubungkan ke sebuahtransformator toroid dengan inti ferrit, karena pulsa PWM bekerja pada frekuensisekitar 50 kHz. Transformator tersebut di-fasilitasi dengan lilitan primer centertap dan lilitan sekunder center tap yang pada outputnya bias dikembangkan
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 22e-mail : rusiyanto@plasa.com
untuk tegangan output yang dikehendaki. Pada sisi sekunder dihubungkan kedioda bridge untuk mendapatkan tegangan DC sesuai dengan yang diinginkan.
Kesimpulannya adalah MOS FET DC to DC berfungsi untuk merubah teganganDC yang lebih rendah ke tegangan DC yang lebih tinggi sesuai dengan yangdiinginkan.
Salah satu contoh rangkaian bias dilihat pada gambar 4 di bawah ini
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 23e-mail : rusiyanto@plasa.com
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 24e-mail : rusiyanto@plasa.com
Lembar Percobaan/Latihan/Evaluasi
1. Jelaskan secara singkat mengapa ditemukannya power supply jenisswitching (Switched Mode Power Supply).
2. Tuliskan apa yang membedakan antara power supply jenis linier dan powersupply switching.
3. Tuliskan keuntungan dan kerugian dari kedua jenis power supply.4. Jelaskan prinsip kerja dari power supply switching jenis buck converter dan
boost converter.5. Apa yang dimaksud dengan buck boost converter dan jelaskan secara
singkat prinsip kerjanya?6. Sebutkan dimana aplikasi dari power supply jenis switching kebanyakan
digunakan.7. Jelaskan prinsip kerja power supply switching jenis buck boost converter
Lembar Jawaban
1. Pada kenyataannya power supply jenis linier mempunyai efisiensi saatpentransferan daya/energi ke beban maksimum hanya sebesar 50%,sehingga banyak daya yang hilang percuma.Oleh karena itu dengan ditemukann dan dikembangkannya power supplyjenis switching dengan maksud untuk mengatasi pemborosan energi yangterdapat pada power supply jenis linier.
2. Yang membedakan antara power supply jenis switching dan linier adalahbagaimana daya atau energi di transfer ke beban.Pada power supply konvensional/linier daya/energi di transfer ke bebansecara kontinyu/terus menerus, sedangkan pada power supply jenisswitching daya atau energi di trnsfer ke beban secara berkala sesuaidengan frekuensi switchingnya (umumnya aplikasi frekuensi switchingdianjurkan diatas frekuensi audio dengan pertimbangan alasan tertentu).
3. Catu Daya LinierKeuntungan:Tanpa Gangguan Frekuensi Tinggi.
Noise/Ripple rendah.Sangat stabil.
Kerugian: Efisiensi rendah maksimum 50%Problem dengan Berat/bobotBentuk fisik relatif besarHarganya Mahal
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 25e-mail : rusiyanto@plasa.com
Catu Daya jenis switchingKeuntungan:Efisiensi tinggi minimum 71%
Bobotnya sangat ringanHarganya Murah
Kerugian: Gangguan tegangan dan arus kejut pada frekuensi tinggiRipple/Noise pada frekuensi tinggi relatif besarTuntutan toleransi/ketepatan komponen switchingGangguan akan tegangan induksi magnetis
4. Prinsip Kerja Buck ConverterS1A tertutupL menyimpan energi magnetisS1B terbukaR menerima muatan dari C
S1A terbukaL memberikan energi pada C dan R.S1B tertutup
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 26e-mail : rusiyanto@plasa.com
Prinsip Kerja Buck Converter
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 27e-mail : rusiyanto@plasa.com
5. Prinsip Keja Boost ConverterS1A tertutupL menyimpan energi magnetisS1B terbukaR menerima muatan dari C
S1A terbukaL memberikan energi pada C dan R.S1B tertutup
Prinsip Kerja Boost Converter
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 28e-mail : rusiyanto@plasa.com
6. Banyak diterapkan pada pesawat Televisi, Video, VCD, Computer dll.
7. Prinsip kerja daripada Buck-Boost Converter adalah sebuah ConverterGabungan dari Buck dan Boost Coverter, yang mana tujuannya adalahuntuk memperbaiki kecepatan switchingnya sehingga akan diperolehefisiensi yang lebih baik.
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 29e-mail : rusiyanto@plasa.com
UMPAN BALIK
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi Tek. Audio Video
Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ 30e-mail : rusiyanto@plasa.com
DAFTAR PUSTAKA
P.6-27/28 The ARRL Handbook for Radio Amateurs. Majalah FUNKSCHAU 1987. Majalah Elektor. Udo Leonhard Thiel: Pofesionalle Schaltnetzteil Applikationen-Franziz. Udo Leonhard Thiel: Schaltnetzteil-erfolgreich planen und dimentionieren-
Franziz.. Otmar Kilgenstein, Prof.: Schaltnetzteil in der Praxis-Vogel. John. D.Lenk: Simplified Design of Switching Power Supplies.
Recommended