Apa itu SMPS (Switch Mode Power Supply)
Rangkaian catu daya atau power supply memainkan peran penting dalam
setiap rangkaian listrik dan elektronik untuk menyediakan daya listrik
ke rangkaian beban seperti mesin, komputer, dll. Beban yang berbeda ini
membutuhkan berbagai bentuk daya pada berbagai rentang dan
karakteristik.
Jadi, daya diubah menjadi bentuk yang diinginkan dengan
menggunakan konverter daya yang berbeda. Pada dasarnya, beban yang
berbeda bekerja dengan berbagai jenis catu daya seperti SMPS
(Switch-Mode Power Supply), catu daya AC, catu daya AC ke DC, catu daya
yang dapat diprogram, catu daya tegangan tinggi dan catu daya tak
terputus.
SMPS adalah rangkaian yang rumit seperti catu daya lainnya, ia memasok dari sumber ke beban. SMPS sangat penting untuk peralatan listrik dan elektronik yang berbeda yang menghabiskan daya dan juga untuk merancang proyek elektronik.
O/p dari transformator ini diumpankan ke penyearah, mereka o/p daya yang diarahkan ini digunakan sebagai sumber untuk beban, dan waktu ON osilator dikendalikan dan regulator loop tertutup terbentuk.
Catu daya switching o/p diatur dengan menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) yang ditunjukkan pada rangkaian di atas, sakelar digerakkan oleh osilator PWM, kemudian secara tidak langsung trafo step down dikendalikan ketika catu daya dialirkan ke trafo.
Oleh karena itu, o/p dikontrol oleh modulasi lebar pulsa, karena tegangan o/p dan sinyal PWM ini berbanding terbalik satu sama lain. Jika siklus kerja 50%, maka daya maksimum ditransfer melalui transformator, dan jika siklus kerja turun, maka daya dalam transformator juga turun dengan mengurangi disipasi daya.
Ini hampir sama dengan konverter yang dibahas di atas, tetapi di tempat catu daya DC, di sini kita telah menggunakan AC i/p. Jadi, campuran penyearah & filter, diagram blok ini digunakan untuk mengubah AC ke DC dan operasi switching dilakukan dengan menggunakan power amplifier MOSFET.
Transistor MOSFET mengkonsumsi resistansi-rendah & bisa menahan arus tinggi. Frekuensi switching dipilih sedemikian rupa sehingga harus dijaga agar tetap rendah untuk manusia normal (di atas 20KHz) dan aksi switching dikendalikan oleh umpan balik menggunakan Osilator PWM.
Sekali lagi, tegangan AC ini diumpankan ke o/p dari transformator yang ditunjukkan pada gambar di atas untuk naik atau turunkan level tegangan. Kemudian, o/p transformator ini diperbaiki & dihaluskan dengan menggunakan filter o/p dan penyearah. Tegangan o/p dikendalikan oleh rangkaian umpan balik dengan menyamakannya dengan tegangan referensi.
Tegangan i/p yang tidak diatur dengan besaran konstan diubah menjadi tegangan o/p yang lebih disukai dengan beralih cepat menggunakan MOSFET; frekuensi switching sekitar 100 kHz. Isolasi tegangan dapat dicapai dengan menggunakan transformator. Pengoperasian sakelar dapat dikontrol dengan menggunakan PWM sambil menjalankan konverter flyback yang praktis.
Trafo flyback menunjukkan karakteristik yang berbeda dibandingkan dengan trafo normal. Trafo flyback mencakup dua belitan yang bertindak sebagai induktor berpasangan magnetik. O/p dari transformator ini dikirim melalui kapasitor dan dioda untuk penyaringan serta perbaikan.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, o/p dari SMPS dapat diambil sebagai tegangan melintasi filter kapasitor.
Konverter Forward ini juga disebut dengan konverter buck DC-DC, bersama dengan transformator yang dipakai untuk penskalaan dan isolasi. Selain Dioda "D1" & Kapasitor "C", Induktor L dan sebuah dioda D dihubungkan pada akhir o/p. Jika sakelar 'S' dinyalakan ON, maka i/p diberikan ke belitan primer transformator. Oleh karena itu, tegangan skala diproduksi di gulungan sekunder transformator.
Oleh karena itu, dioda D1 forward bias dan skala tegangan dilewatkan melalui LPF melanjutkan beban. Ketika sakelar S dihidupkan, maka arus melalui belitan mencapai nol, namun arus melalui filter induktif dan beban tidak dapat diubah segera, dan jalur ditawarkan ke arus ini oleh dioda meluncur D2.
Dengan menggunakan induktor filter, tegangan yang diperlukan melintasi dioda D2 dan untuk menjaga gaya elektromagnetik yang diperlukan untuk menjaga stabilitas arus pada filter induktif.
Meskipun arus jatuh terhadap tegangan o/p, hampir konstan tegangan o/p dipertahankan dengan adanya filter kapasitif besar. Itu secara teratur digunakan untuk berbagai aplikasi switching dengan rentang daya 100 W hingga 200 W.
Ini semua tentang sakelar mode catu daya (SMPS) dan jenisnya yang melibatkan konverter Buck, konverter Buck-Boost berosilasi konverter flyback, konverter Boost, Cuk, Sepic, Boost-buck. Tetapi, beberapa jenis SMPS dibahas dalam artikel ini mereka adalah konverter AC-DC, konverter DC-DC, Forward dan konverter Flyback.
Apa itu SMPS (Switch-Mode Power Supply)?
SMPS didefinisikan sebagai, ketika catu daya disertakan dengan regulator switching dari mengubah daya listrik dari satu bentuk ke bentuk lain dengan karakteristik yang diperlukan disebut SMPS (sakelar mode catu daya). Catu daya ini digunakan untuk mendapatkan tegangan DC o/p yang diatur dari tegangan i/p DC atau AC yang tidak diatur.SMPS adalah rangkaian yang rumit seperti catu daya lainnya, ia memasok dari sumber ke beban. SMPS sangat penting untuk peralatan listrik dan elektronik yang berbeda yang menghabiskan daya dan juga untuk merancang proyek elektronik.
Topologi SMPS
Topologi SMPS dikategorikan ke dalam berbagai jenis seperti konverter AC-DC, konverter DC-DC, Konverter Forward dan konverter Flyback.Prinsip kerja dari SMPS (Switch Mode Power Supply)
Cara kerja topologi sakelar mode catu daya dibahas di bawah ini.Prinsip Kerja Konverter DC-DC SMPS
Dalam sumber daya ini, daya DC tegangan tinggi secara langsung diperoleh dari sumber daya DC. Kemudian, daya DC tegangan tinggi ini biasanya diaktifkan di kisaran 15KHz-5KHz. Selanjutnya diumpankan ke unit transformator step down 50Hz.O/p dari transformator ini diumpankan ke penyearah, mereka o/p daya yang diarahkan ini digunakan sebagai sumber untuk beban, dan waktu ON osilator dikendalikan dan regulator loop tertutup terbentuk.
Catu daya switching o/p diatur dengan menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) yang ditunjukkan pada rangkaian di atas, sakelar digerakkan oleh osilator PWM, kemudian secara tidak langsung trafo step down dikendalikan ketika catu daya dialirkan ke trafo.
Oleh karena itu, o/p dikontrol oleh modulasi lebar pulsa, karena tegangan o/p dan sinyal PWM ini berbanding terbalik satu sama lain. Jika siklus kerja 50%, maka daya maksimum ditransfer melalui transformator, dan jika siklus kerja turun, maka daya dalam transformator juga turun dengan mengurangi disipasi daya.
Prinsip kerja Konverter AC -DC SMPS
Jenis SMPS ini memiliki AC i/p dan diubah menjadi DC dengan menggunakan penyearah dan filter. Tegangan DC yang tidak diatur ini dimasukkan ke rangkaian koreksi faktor daya saat terpengaruh. Ini karena di sekitar puncak tegangan, penyearah menarik pulsa arus pendek yang memiliki energi frekuensi tinggi yang secara signifikan mempengaruhi faktor daya untuk dikurangi.Ini hampir sama dengan konverter yang dibahas di atas, tetapi di tempat catu daya DC, di sini kita telah menggunakan AC i/p. Jadi, campuran penyearah & filter, diagram blok ini digunakan untuk mengubah AC ke DC dan operasi switching dilakukan dengan menggunakan power amplifier MOSFET.
Transistor MOSFET mengkonsumsi resistansi-rendah & bisa menahan arus tinggi. Frekuensi switching dipilih sedemikian rupa sehingga harus dijaga agar tetap rendah untuk manusia normal (di atas 20KHz) dan aksi switching dikendalikan oleh umpan balik menggunakan Osilator PWM.
Sekali lagi, tegangan AC ini diumpankan ke o/p dari transformator yang ditunjukkan pada gambar di atas untuk naik atau turunkan level tegangan. Kemudian, o/p transformator ini diperbaiki & dihaluskan dengan menggunakan filter o/p dan penyearah. Tegangan o/p dikendalikan oleh rangkaian umpan balik dengan menyamakannya dengan tegangan referensi.
Prinsip Kerja Konverter Flyback SMPS
Rangkaian SMPS yang memiliki daya o/p sangat rendah (kurang dari 100W) disebut sebagai SMPS konverter flyback. Jenis SMPS ini rangkaiannya sangat rendah dan sederhana dibandingkan dengan rangkaian SMPS lainnya. Jenis SMPS ini digunakan untuk aplikasi berdaya rendah.Tegangan i/p yang tidak diatur dengan besaran konstan diubah menjadi tegangan o/p yang lebih disukai dengan beralih cepat menggunakan MOSFET; frekuensi switching sekitar 100 kHz. Isolasi tegangan dapat dicapai dengan menggunakan transformator. Pengoperasian sakelar dapat dikontrol dengan menggunakan PWM sambil menjalankan konverter flyback yang praktis.
Trafo flyback menunjukkan karakteristik yang berbeda dibandingkan dengan trafo normal. Trafo flyback mencakup dua belitan yang bertindak sebagai induktor berpasangan magnetik. O/p dari transformator ini dikirim melalui kapasitor dan dioda untuk penyaringan serta perbaikan.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, o/p dari SMPS dapat diambil sebagai tegangan melintasi filter kapasitor.
Prinsip Kerja Konverter Forward SMPS
Jenis SMPS ini hampir sama dengan SMPS tipe konverter flyback. Tetapi, dalam jenis SMPS ini kontrol dihubungkan pada o/p belitan sekunder transformator untuk mengontrol sakelar. Dibandingkan dengan konverter flyback, rangkaian penyaringan dan penyearah sangat rumit.Konverter Forward ini juga disebut dengan konverter buck DC-DC, bersama dengan transformator yang dipakai untuk penskalaan dan isolasi. Selain Dioda "D1" & Kapasitor "C", Induktor L dan sebuah dioda D dihubungkan pada akhir o/p. Jika sakelar 'S' dinyalakan ON, maka i/p diberikan ke belitan primer transformator. Oleh karena itu, tegangan skala diproduksi di gulungan sekunder transformator.
Oleh karena itu, dioda D1 forward bias dan skala tegangan dilewatkan melalui LPF melanjutkan beban. Ketika sakelar S dihidupkan, maka arus melalui belitan mencapai nol, namun arus melalui filter induktif dan beban tidak dapat diubah segera, dan jalur ditawarkan ke arus ini oleh dioda meluncur D2.
Dengan menggunakan induktor filter, tegangan yang diperlukan melintasi dioda D2 dan untuk menjaga gaya elektromagnetik yang diperlukan untuk menjaga stabilitas arus pada filter induktif.
Meskipun arus jatuh terhadap tegangan o/p, hampir konstan tegangan o/p dipertahankan dengan adanya filter kapasitif besar. Itu secara teratur digunakan untuk berbagai aplikasi switching dengan rentang daya 100 W hingga 200 W.
Ini semua tentang sakelar mode catu daya (SMPS) dan jenisnya yang melibatkan konverter Buck, konverter Buck-Boost berosilasi konverter flyback, konverter Boost, Cuk, Sepic, Boost-buck. Tetapi, beberapa jenis SMPS dibahas dalam artikel ini mereka adalah konverter AC-DC, konverter DC-DC, Forward dan konverter Flyback.