Penerapan Catu Daya/Power supply untuk

Power Supply adalah sebuah perangkat atau sistem yang memasok listrik atau energi ke output
yang dihubungkan pada beban atau kelompok beban. Beberap tipe dari power supply (dikutip
dari http://en.wikipedia.org/wiki/Power_supply) :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Catu daya baterai/battery power supply
Catu daya tak teregulasi/unregulated power supply
Catu daya tergulasi secara linear/linear regulated power supply
Variabel catu daya/Switch mode power supply
Catu daya terprogram/programable power supply
Uninterruptible Power Supply
Catu daya tegangan tinggi/High voltage power supply
Pengali tegangan/Voltage multipliers
Catu daya baterai/battery power supply
Baterai
Baterai adalah jenis catu daya yang tidak tergantung pada ketersediaan induk listrik, cocok untuk
peralatan portabel dan digunakan dalam lokasi tanpa daya listrik. baterai terdiri dari beberapa sel
elektrokimia terhubung secara seri untuk memberikan tegangan yang diinginkan. Sel
primer yang digunakan adalah karbon-seng sel kering. Ia memiliki tegangan sebesar
1,5 volt . Karbon-seng dan sel-sel sudah banyak digunakan, tetapi sekarang jenis baterai
alkaline lebih banyak digunakan karena memiliki lebih banyak energi. Tegangan baterai yang
paling sering digunakan adalah 1.5 (1 sel) dan 9V (6 sel). Untuk saat ini jenis yang paling sering
digunakan adalah NiMH , dan lithium ion dan varian lainnya.
Catu daya tak teregulasi/unregulated power supply
Sebuah catu daya AC yang tidak teregulasi biasanya menggunakan transformator mengubah
tegangan dari stop kontak PLN dengan tegangan 220VAC menjadi tegangan yang lebih rendah,
dengan variasi tegangan yang berbeda (misal : 220VAC menjadi 6, 9, 12VAC dll). Jika
digunakan untuk menghasilkan tegangan DC, sebuah penyearah tegangan yang memotong salah
satu polaritas tegangan (yang negatif atau yang positif), diikuti oleh sebuah filter ( terdiri dari
satu atau lebih kapasitor , resistor , dan kadang-kadang induktor ), untuk menghapus riak/ripel
yang dihasilkan.
Pengisi Baterai/Battery charge
Untuk tujuan seperti pengisian baterai, riak/ripel tidak masalah, karena rangkaian catu
daya/power supply-nya merupakan jenis sederhana yang memiliki blok rangkaian
: transformator, sebuah dioda seri dengan sebuah resistor. Rangkaian dari catu daya tak
teregulasi seperti digambarkan di bawah ini :
Catu daya tergulasi secara linear/linear regulated power supply
Catu daya/power supply jenis ini menghasilkan tegangan AC/DC teregulasi. Tegangan yang
dihasilkan oleh power supply yang tak teregulasi akan bervariasi/fluktuatif tergantung
pada variasi tegangan input AC (PLN). Untuk aplikasi elektronik penting sekali
adanya sebuah regulator linear yang dapat digunakan untuk mengatur tegangan ke nilai yang
tepat/ideal, stabil terhadap fluktuasi tegangan input dan beban. Regulator ini juga sangat
mengurangi riple/riak pada output arus searah/DC. Regulator linier ini saat ini, dapat melindungi
catu daya/power supply dan rangkaian dari arus yang berlebih.
Catu daya teregulasi/regulated power supply
Catu daya ini terdiri dari beberapa komponen yang meliputi komponen penyearah (dioda), filter
(kapasitor) dan regulator (IC atau transistor), seperti dapat dilihat dari gambar berikut :
Variabel catu daya/Switch mode power supply
Switch Mode Power Supply (SMPS) bekerja dengan prinsip yang berbeda. AC input (PLN),
output tegangan DC dari catu daya diperbaiki tanpa menggunakan sebuah transformator listrik.
Tegangan DC output ini kemudian dihidupkan dan dimatikan pada kecepatan tinggi dengan
switching sirkuit elektronik.
SMPS memiliki fasilitas keamanan yang seperti pembatas arus untuk membantu melindungi
perangkat dan pengguna dari bahaya, karena arus yang tidak normal atau tinggi akan terdeteksi
dan power supply model ini akan secara otomatis mematikan dirinya sendiri.Jenis power
supply PC saat ini, mampu memberikan tegangan yang sempurna untuk motherboard,
sehingga mencegah terjadinya pasokan tegangan yang tidak normal.
Power supply computer
SMPS memiliki batas absolut terhadap arus keluaran. Catu daya ini mampu memberikan output
di atas tingkat kekuatan tertentu dan tidak dapat berfungsi di bawah titik tersebut. Faktor Power
telah menjadi perhatian untuk produsen komputer catu daya ini.
Catu daya terprogram/programable power supply
Programmable Power supply memungkinkan untuk me-remote control tegangan keluaran
melalui sinyal input analog atau antarmuka komputer seperti RS232 atau GPIB . Fasilitas dari
catu daya ini adalah variabel tegangan, arus, dan frekuensi (untuk unit AC output). Catu daya ini
dihasilkan oleh komponen seperti prosesor,voltage/current programming circuits, current shunt,
dan voltage/current read-back circuits. Fitur tambahan lain berupa pengaman arus lebih,
tegangan lebih, dan perlindungan hubung singkat, dan suhu.
Programmable Power Supply
Programable power supply ini dapat memberikan tegangan DC, AC, atau AC dengan DC
offset. AC output dapat berupa satu-fase atau tiga fase. Single-fase ini umumnya digunakan
untuk tegangan rendah, sementara tiga-fase yang lebih umum untuk pasokan listrik tegangan
tinggi.
Uninterruptible Power Supply/UPS
UPS adalah sebuah catu daya yang menghasilkan tegangan tidak terputus meskipun sumber
listrik dari PLN padam. Catu daya ini mengambil daya dari dua atau lebih sumber secara
simultan. Biasanya power berasal langsung dari listrik AC, sementara itu secara bersamaan
terjadi pengisian baterai di dalam UPS tersebut. Jika terjadi mati listrik/kegagalan listrik, baterai
langsung mengambil alih sumber tegangan AC PLN tersebut, sehingga beban tidak pernah
mengalami gangguan dan dapat memasok listrik selama daya baterai cukup, misalnya, pada
instalasi komputer, UPS ini penting bagi seorang operator komputer untuk memberikan waktu
yang cukup untuk mematikan sistem komputer tanpa takut kehilangan data.
UPS digital
Catu daya tegangan tinggi/High voltage power supply
Catu daya ini menghasilkan tegangan output ratusan atau ribuan volt. Fitur tambahan yang
tersedia on-persediaan tegangan tinggi dapat mencakup kemampuan untuk membalik polaritas
keluaran bersama dengan menggunakan pemutus sirkuit.
High Voltage Power Supply
Pengali tegangan/Voltage multipliers
Seperti namanya pengali tegangan adalah rangkaian yang dirancang untuk melipatgandakan
tegangan input. Tegangan input bisa menjadi lebih besar dua kali lipat, tiga kali lipat, empat kali
lipat. Tegangan pengali juga konverter daya. Masukan AC dikonversi menjadi output DC yang
lebih tinggi. Sirkuit ini memungkinkan tegangan tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan
sumber tegangan AC yang lebih rendah.
Biasanya, pengali tegangan terdiri dari rectifier setengah gelombang, kapasitor, dan
dioda. Misalnya, tegangan tripler terdiri dari tiga rectifier setengah gelombang, tiga kapasitor,
dan tiga dioda. Rectifier gelombang penuh dapat digunakan dalam konfigurasi yang berbeda
untuk mencapai tegangan yang lebih tinggi. Juga baik konfigurasi paralel dan seri yang
tersedia. Untuk pengali paralel, tegangan yang lebih tinggi diperlukan pada setiap tahap
multiplikasi berturut-turut, tetapi kapasitansi kurang diperlukan. Pengali Tegangan memiliki
banyak aplikasi contoh, pengali tegangan dapat ditemukan di item sehari-hari seperti televisi dan
mesin fotokopi. Bahkan aplikasi lebih lanjut dapat ditemukan di laboratorium, seperti tabung
sinar katoda, osiloskop, dan tabung jenis.
Penerapan Catu Daya/Power supply untuk Komputer
Sebuah Catu Daya komputer modern dirancang untuk mengkonversi listrik AC 110-240 V
menjadi tegangan output DC (baik polaritas positif atau negatif) dengan rentang + 12V,-12V, 5
V , 5 vbs dan 3,3 V. Generasi pertama dari catu daya komputer adalah perangkat catu daya linier.
Tegangan keluaran catu daya komputer juga telah sangat beragam, oleh karena itu komputer
dipasok daya dari catu daya mode SMPS, meskipun model sekarang sudah merupakan gabungan
mode yang sama. Akibatnya pasokan daya komputer yang paling modern sebenarnya terdiri dari
beberapa perlengkapan mode yang berbeda diaktifkan, masing-masing memproduksi hanya satu
komponen tegangan dan masing-masing dapat berbeda output berdasarkan kebutuhan daya
komponen, dan semuanya dihubungkan bersama untuk menutup jika terjadi kesalahan.
PRINSIP KERJA CATU DAYA/POWER SUPPLY
Hampir semua perangkat elektronika sekarang ini membutuhkan supply arus searah/DC (direct
current) yang stabil dan dengan konsumsi yang lama. Beberapa contoh perangkat elektronika
yang membutuhkan supply arus DC adalah : televisi, komputer, radio, tape cassete, camcoder dll.
Meskipun kelihatannya perangkat elektronika tersebut dicolokkan pada sumber arus/tegangan
PLN sebagai sumber tegangan dan arus AC (alternating current), tetapi sebenarnya didalam
rangkaian perangkat elekronika tersebut sudah include rangkaian penyearah dari tegangan AC
menjadi tegangan DC. Sebenarnya sudah ada catu tegangan/arus DC yang stabil, contoh :
baterai, accu, dll, tetapi sangat disayangkan catu tegangan tersebut tidak bertahan lama, semakin
lama sumber arus/tegangan dalam baterai atau accu tersebut akan menurum sebanding dengan
jumlah dan lama penggunaan. Untuk itu perlu adanya sebiuah catu daya yang berupa sebuah
rangkaian elektronika yang dapat mensuplai kebutuhan tegangan dan arus secara continue dan
tahan lama.
Komponen inti pada Power Supply PC :
Tansformator Step Down
Transformator/transformer
Transformator terdiri dari dua kumparan (sering disebut ‘gulungan’) dihubungkan oleh inti besi,
seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Antara gulungan primer dan gulunga
sekunder tidak ada hubugan secara langsung, tetapi mereka dihubungkan oleh sebuah medan
magnet yang terjadi dalam inti.
Transformator Step Down
Transformers digunakan untuk mengubah tegangan listrik dari sisi primer ke sisi
sekunder dengan mengurangi kerugian daya. Mereka hanya bekerja dengan AC (alternating
current) karena mereka memerlukan medan magnet yang berubah/fluktuatif pada inti
besi. Transformers dapat berfungsi sebagai peningkat tegangan (step-up) serta mengurangi
tegangan (step-down).
Tegangan AC mengalir pada gulungan primer (input) menciptakan perubahan medan magnet
secara terus-menerus dalam inti besi. Medan magnet ini akan menginduksi sisi gulungan
sekunder. Output gulungan sekunder juga akan terinduksi sesuai dengan gerakan fluktuasi
tegangan dari lilitan primer. Jika kumparan sekunder dihubungkan ke beban/tahanan, tegangan
induksi akan membuat aliran arus induksi. Istilah yang benar untuk tegangan induksi ini biasanya
disingkat GGL (gaya gerak listrik)
Transformers memiliki dua keuntungan besar melalui metode lain dari perubahan tegangan:
1. Mereka menyediakan listrik isolasi total antara input dan output, sehingga mereka dapat
dengan aman digunakan untuk mengurangi tegangan tinggi dari pasokan listrik.
2. Hampir tidak ada daya yang terbuang di trafo. Mereka memiliki efisiensi tinggi (dari
daya / kekuatan) dari 95% atau lebih.
Pengujian Transformator dapat menggunakan sebuah multimeter yang difungsikan sebagai
ohmmeter dengan arah knob pada 1X,10X. Langkah pengujian
1. Pastikan bahwa transformator sudah terlepas dari rangkaian
2. Bedakan terlebih dahulu lilitan primer dan lilitan sekunder pada transformator. Untuk
memudahkan pembedaan dengan melihat posisi terminal. Jika terminal tersebut
dikoneksikan langsung dengan sumber tegangan 110 V, 220V dan 0 V maka terminal
tersebut berada pada lilitan primer sedangkan teminal sekunder adalah terminal yang nilai
tegangan keluarannya lebih kecil dari tegangan input.
3. Transformator dikatakan baik jika kedua probe multimeter dicolokkan antar terminal
primer harusnya jarum bergerak, begitu juga jika kedua probe multimeter dicolokkan
antar terminal sekunder jarum juga bergerak. Jarum tidak akan bergerak jika salah satu
probe dicolokkan pada salah satu terminal primer dan yang lain dicolokkan pada salah
satu terminal sekunder
4. Transformator dikatakan rusak salah satu gejala berikut ini terjadi : jika kedua probe
multimeter dicolokkan antar terminal primer harusnya jarum tidak bergerak, begitu juga
jika kedua probe multimeter dicolokkan antar terminal sekunder jarum juga tidak
bergerak, dan Jarum bergerak jika salah satu probe dicolokkan pada salah satu terminal
primer dan yang lain dicolokkan pada salah satu terminal sekunder
Pada dasarnya terminal pada lilitan primer akan saling terhubung karena satu lilitan dan begitu
juga terminal pada lilitan sekunder, Sedangkan antara lilitan primer dan lilitan sekunder tidak
saling terhubung
Dioda
Dioda dan simbolnya
Dioda adalah sebuah perangkat semikonduktor paling sederhana. Saat ini, kebanyakan chip
semikonduktor dan transistor dibuat dari bahan Silikon (Si), meskipun masih ada beberapa
bahan semikomduktor yang berasal dari bahan Germanium (Ge). Silikon adalah unsur yang
sangat umum – karena merupakan unsur utama dalam pasir dan kuarsa. Jika Anda melihat
“silikon” dalam tabel periodik , Anda akan menemukan bahwa silikon berada di samping
aluminium, di bawah karbon dan di atas germanium.
Cuplikan dari tabel periodik
Karbon, silikon dan germanium memiliki properti unik dalam struktur elektron – masing-masing
memiliki empat elektron di orbital terluarnya. Semikonduktor adalah bahan yang
sifat konduktivitasnya akan menurun pada suhu yang rendah dan sifat konduktivitasnya akan
naik seiring dengan naiknya temperatur. Silikon umumnya lebih disukai sebagai bahan
semikonduktor karena tidak sensitif terhadap variasi suhu. Semikonduktor ada 2 type yaitu
semikonduktor tipe N dan semikonduktor tipe P, yang membedakan kedua tipe semikonduktor
ini adalah jumlah elektron valiensi untuk tipe N adalah 5 dan 3 untuk tipe P.
Pengujian Dioda menggunakan sebuah multimeter yang difungsikan sebagai ohmmeter dengan
arah knob pada 1X,10X. Langkah pengujian :
1. Pastikan posisi kani anoda dan kaki katoda pada dioda
Posisi anode dan cathode pada dioda. Sumber dari
http://www.gadgetjq.com/single_fire_tach_adapter_diode.jpg
2. Dioda dikatakan baik : jika probe positif dicolokkan pada kaki cathode dan probe negativ
pada anode maka jarum akan bergerak, jika probe positif dicolokkan pada kaki anode dan
probe negativ pada cathode, maka jarum tidak bergerak
3. Dioda dikatakan rusak jika kombinasi langkah ke-2 di atas jarum bergerak semua
Capasitor
Jenis-jenis kapasitor
Kapasitor atau biasa juga disebut kondensor adalah sebuah komponen pasif yang dapat
menimpan energi yang ditimbulkan oleh sepasang konduktor (plates), yang dipisahkan oleh
dielektrik (isolator). Jenis dielektrik (isolator) tersebut, menentukan jenis kapasitor itu, apakah
akan digunakan untuk rangkaian pembeda sinyal frekuensi tinggi dan frekuensi rendah, ataukah
untuk rangkaian tegangan tinggi, tergantung jenis dan ukuran dielektriknya. Kapasitor secara
luas digunakan dalam rangkaian elektronika untuk menghalangi arus searah (DC) dan juga arus
bolak-balik (AC) Beberapa Jenis kapasitor :
1. Air; Sering digunakan dalam rangkaian tuning radio
2. Mylar – Umumnya digunakan untuk rangkaian pengatur waktu seperti jam , alarm dan
penghitung
3. Greencap – sebuah kapasitor poluester
4. Monoblock – juga disebut monolitik
5. Glass – Baik untuk aplikasi tegangan tinggi
6. Keramik – Digunakan untuk tujuan frekuensi tinggi seperti antena, X-ray dan MRI mesin
7. Super kapasitor – Powers listrik dan mobil hibrida
Simbol Kapasitor
Cara kerja kapasitor dikenal sebagai proses pengisian yang menyimpan energi dalam bentuk
muatan listrik yang memiliki besar sama dengan polaritas yang berlawanan pada masing-masing
konduktor (plates) yang dipisahkan oleh dielektrik (isolator) baik dari udara atau plastik.
Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan dinyatakan dengan kapasitansi dalam satuan
Farad. Untuk memudahkan persepsi kapasitor bisa diumpamakan seperti bendungan air yang
berfungsi mengairi sawah, jika debit air yang masuk melebihi dari air yang dibutuhkan oleh
sawah-sawah, maka sisanya air akan disimpan pada bendungan itu.
1.000 nanofarad = 1 microfarad.
Jadi 0,1 u = 100 nanofarad.
simbol untuk mewakili nanofarad adalah “n”.
Jadi 0,01 u = 10n
1.000 picofarad = 1nanofarad.
picofarad ini ditulis pF
Beberapa kapasitor secara fisik sangat kecil , untuk menyiasati hal ini, produsen telah
menghasilkan sistem penomoran dengan menggunakan 3 digit.
Hal ini didasarkan pada picofarads. Sebuah kapasitor 100 picofarad ditulis sebagai 101, A
kapasitor 1.000 picofarad ditulis 102, Sebuah kapasitor 10 nanofarad ditulis 103 dan 100
nanofarads ditulis 104.Angka ketiga menunjukkan jumlah nol itu.
Sebagai contoh: 1N = 1,000 p = 102.
10n = 10.000 = 103
100n = 100.000 = 104
Kapasitor dicatu baterai
Jika tegangan dicatukan pada pelat sebuah kapasitor (misalnya, dengan menghubungkan salah
satu konduktor (plates) ke positif dan yang lain ke terminal negatif baterai), salah satu plat
konduktor yang terhubung dengan terminal negatif baterai akan menerima elektron yang berasal
dari negatif baterai, sedangkan plat konduktor yang terhubung dengan terminal positif baterai
akan kehilangan elektron. Pada saat itu kapasitor terisi oleh elektron yang berasal dari baterai,
sehingga tegangan kapasitor menjadi sama dengan tegangan baterai (sebesar 1,5
V). Jika tegangan kemudian dihilangkan, plat konduktor kapasitor tetap menyimpan muatan
listrik yang menginduksi potensi listrik antara pelat, dan muatan listrik itu akan dilepaskan
beberapa saat kemudian. Fenomena ini disebut induksi elektrostatik. Nilai kapasitansi kapasitor
dapat ditingkatkan dengan meningkatkan luas pelat konduktor, mengatur jarak antara plat
konduktor, atau dengan mengubah mengubah dielektrik (isolator).
kapasitor yang terhubung dengan lampu
Jika anda memiliki sebuah baterai, sebuah bola lampu dan sebuah kapasitor. Ketika Anda
menghubungkan baterai, arus mengalir dari baterai akan mengisi kapasitor, sehingga lampu akan
mati, setelah itu jika arus telah penuh memenuhi kapasitor bola lampu akan menyala dan
semakin lama akan meredup dan mati setelah arus pada kapasitor habis.
Penyearah setengah gelombang (klik untuk melihat gambar asli)
Thermistor NTC (Negative Temperature Coeficient)
Thermistor NTC. Diambil dari http://www.sudirman-xp.co.cc/2010/05/hardware-sertafungsinya.html
Thermistor adalah salah satu jenis sensor resistor yang nilai tahanannya dipengaruhi oleh
perubahan suhu. Thermistor ada dua jenis yaitu thermistor PTC dan thermistor NTC. Gejala dari
thermistor NTC jika semakin tinggi suhu ruangan maka akan semakin rendah nilai dari tahanan
thermistor tersebut begitu juga sebaliknya. Sedangkan gejala dari thermistor PTC jika suhu
ruangan semakin tinggi maka tahanan juga akan semakin tinggi begitu juga sebaliknya. Banyak
produsen power supply menggunakan komponen NTC resistor secara seri dengan
saluran. Sebuah resistor NTC menawarkan puluhan ohm perlawanan ketika dingin,dan akan
menjadi semakin berkurang nilai tahanannya menuju satu ohm dengan meningkatnya suhu.
Fungsi dari Thermistor adalah pelindung rangkaian dari lonjakan arus yang tiba-tiba tinggi.
Fungsi utama dari NTC thermistor ini khususnya untuk melindungi komponen dioda jembatan
dan capasitor
Pengujian NTC thermistor menggunakan multimeter dengan arah knob pada ohmmeter X1K :
1.
2.
3.
4.
Pastikan NTC thermistor terlepas dari rangkaian
Colokkan kedua probe multimeter pada kedua kaki NTC thermistor (boleh bolak-balik).
Jika jarum bergerak menuju tahanan tertentu berarti NTC tersebut dalam keadaan baik
Jika jarum mununjuk pada tahanan yang tak terhingga, dimungkinkan NTC tersebut
rusak
Rangkaian power supply PC sebenarnya terdiri dari beberapa blok yaitu : transient filter
(memotong arus berlebih), penyearah (mengubah tegangan ac menjadi tegangan DC, PFC
(Power Factor Correction),
Diagram blok power supply tanpa doubler tegangan
Diagram blok power supply dengan doubler tegangan
Latihan Soal
Jenis transistor
1. Pada gambar di samping berapakah basis nomor basis dari hasil pengujian transistor di bawah
ini ?
Jawab :
No 2
2. Apakah jenis transistor dari hasil pengujian gambar di samping
Jawab
Jenis Transistor PNP
3. Bagaimanakah kesimpulan yang dapat diambil jika kita melakukan pengujian kapasitor seperti
gambar di bawah ?
Jawab :
Pengisian optimal tetapi pengosongan tidak optimal