Kegiatan Belajar 1 DASAR CONVERTER
advertisement
SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o 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 pengaruh perubahan 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-macam Converter sederhana. Menentukan type atau jenis Transistor Converter yang tepat dan sesuai untuk keperluan Swithed Mode Power Supply. Menjelaskan prinsip kerja dari bermacam macam rangkaian dasar Converter. Menjelaskan kurva arus pensaklaran dari bermacam macam rangkaian Converter sederhana. 1. Uraian Materi Switched Mode Power Supply (SMPS) Block diagram yang ditunjukkan pada gambar 1a menunjukkan adanya perbedaan kecil antara power supply linier dengan Switched Mode Power Supply. Pada Switched Mode Power Supply komponen semikonduktor bekerja pada daerah tidak linier. Sebaliknya power supply linier ,komponen semikonduktor bekerja pada daerah linier yaitu daerah variabel menghantar atau menghambat. Power supply linier terdiri dari rangkaian yang mengolah output dc dari input dc dengan mengkondisikan junction atau tingkat konduktansi dari kolektor emitor dengan cara mengatur tegangan dc pada basis transistor. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 1 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Pada Switched Mode Power Supply tegangan input dc (U IN) dirubah menjadi tegangan kotak melalui rangkaian chopper pertama (gb. 1b). yang kemudian dilewatkan melalui sebual LPF (Low Pass Filter). Pada Switched Mode Power Supply mempunyai efisiensi minimum71%, sedangkan untuk linier power supply hanya mempunyai efisiensi maksimum 50%. Pada power supply jenis linier tingkat efisiensi sangat ditentukan perubahan tegangan input dan beban serta besarnya tegangan output yang dikeluarkan. Tetapi ketergantungan itu tidak dimiliki oleh Switched Mode Power Supply (SMPS). Uin 0 Fixed dc input Uin Uin 0 Switch element Uo t Seriespass element input filter t output filter Series pass drive gb.1a. power supply linier Fixed dc output Uo Fixed dc input Uin input filter Output filter inductor Switch element Uout 0 output filter Fixed dc output Uo gb.1b. switch-mode power supply Switched Mode Power Supply hanya memerlukan sedikit mungkin rangkaian filter. Linier Power Pupply bekerja pada frekuensi jala-jala 50 Hz, sedangkan Switched Mode Power Supply bekerja pada sekitar frekuensi 50 kHz. Konversi Daya Konversi daya seperti pada kebanyakan catu daya, converter, inverter, dcdc power supply, regulator dsb, membutuhkan analisa yang rumit. Converter merubah tegangan atau arus input menjadi tegangan atau arus output yang berbeda, dc-dc converter merubah level tegangan input dc menjadi level tegangan output dc yang berbeda sedangkan inverter merubah besaran tegangan dc menjadi besaran tegangan ac. Dalam kenyataan di lapangan, pengaturan tegangan yang besar seperti pada power elektronika diterapkan dc-dc converter. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 2 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Buck Converter Pada gb.2a, b, c diperlihatkan pembentukan buck converter melalui teknik pensaklaran, sedangkan gambar d diperlihatkan implementasi rangkaian buck converter yang bekerjanya sebagai berikut: Pada posisi saklar pada A (S1A on, S1B off), tegangan akan menginduksikan kumparan L, lihat gambar 2b. Arus yang melalui induktor naik dan akan men-supply arus ke beban resistor RL dan kondensator filter C. Kemudian setelah saklar pada posisi B (S1B on, S1A off), akan teralirkan arus induksi (lhat gambar 2C), bersama-sama dengan arus kapasitor menuju ke beban RL. Perioda tersebut akan berulang kembali pada saat saklar kembali ke posisi A. Buck Converter dinamakan juga sebagai Choppers, down -converter, stepdown converter dan down Choppers. Converter yang dibentuk oleh Buck Converter lebih populer disebut Swithed Mode Power Supply. Bila rangkaian tersebut dikembangkan dengan trafo isolasi akan menjadi lebih mudah didisain menjadi bentuk seperti forward, push-pull, half bridge dan full-bridge converter. Pada gambar 2d diilustrasikan pada waktu on dan off dari saklar S1A, yang diikuti dengan bentuk switch current, diode current dan arus inductor current. Prinsip dasar Buck Converter L IIN S1 A IO UT B + + UIN RL C - UO - gb.2a IIN S1 L IIN A I B I C L A I B + UIN + - S1 RL I + UIN + UO - C - gb.2 b Posisi sa klar A RL UO - gb.2c Posis i sa klar B Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 3 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi S1A T ek . A ud i o V i de o L On Switch + UIN S1B C - RL Off Switch Current + Diode UO Current - Inductor Current gb.2d 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, berarti periode T = 1/fs = 10 uS. Perbandingan saat ON dan satu perioda pulsa dinamakan Duty Cycle D, yang dirumuskan sebagai: D= t1/T (lihat gambar 3.) Gambart.3a Gambar.3b Duty cycle sangat penting dalam penentuan/pendimensian besarnya tegangan keluaran UO = D UIN Tahanan beban RL adalah perbandingan antara tegangan keluaran Uo dengan arus keluaran Io: RL = Uo / Io Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 4 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Beban harus berupa Low Pass Filter dan mempunyai frekuensi cut off fc lebih rendah dari frekuensi switching fs. Beban LC sebagai Low Pass Filter mempunyai sifat lebih baik untuk menghaluskan bentuk gelombang kotak dan 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 mereduksi tegangan 1 Vp-p dengan 100 mVp-p ripple. Semakin besar perbandingan fs terhadap fc, maka analisisnya semakin lebih mudah. Tegangan DC bisa dikalkulasi dengan teknik yang disebut Volt-second balance (gb.3b) Uon x t1 = Uoff x t2 BOOST CONVERTER Pada gambar 4a sampai dengan 4c ditunjukkan topologi dari boost converter dan implementasinya ditunjukkan pada gambar 4d. Bila posisi saklar pada A (S1A on, S1B off) maka tegangan akan menginduksi kumparan L dan arus induksi IL membesar sedang beban RL tidak 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 yang tersimpan 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 dipergunakan sering disebut dengan Up-Converter dan jarang Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 5 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Prinsip dasar Boost Converter IIN S1 L B IOUT A + + RL C - UO - gb.4a IIN L S1 IIN B L IOUT A B IOUT A + + + + RL C - S1 UO RL C - UO - - gb.4b Posisi saklar A L gb.4c Posisi saklar B S1B On Switch + UIN - S1A gb.4d C + Switch Current Diode UO Current - Inductor Current RL Off gb.4e BUCK-BOOST CONVERTER Buck-boost converter merupakan kombinasi kerja dari buck dan boost converter (gb.5a, b, c, d, e). Prinsip dasarnya ditunjukkan pada gb 5a, b, c, sedangkan implementasi rangkaiannya pada gb.5d. UO = UIN /(1-D) Boost Converter sering disebut dengan Up-Converter dan jarang dipergunakan Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 6 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Prinsip dasar Buck Boost Converter IIN S1 L B IOUT A + + RL C - UO - gb.4a IIN S1 L IIN B L IOUT A B IOUT A + + + + RL C - S1 UO RL C - UO - - gb.4b Posisi saklar A S1A gb.4c Posisi saklar B S1B On Switch + UIN C - L RL Off Switch Current Diode UO Current Inductor Current gb.5d gb.5e Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 7 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o INDUCTIVE BUCK-BOOST Bila posisi saklar pada A, maka rangkaian bekerja sebagai Buck - converter, sedangkan bila saklar pada posisi B, maka rangkaian bekerja sebagai Boostconverter. Pada induktif Buck-boost converter, induktor d-charge oleh tegangan input dan melepaskan charge pada rangkaian output. Hal ini berlangsung secara terusmenerus dan teratur. Tegangan output bisa diatur lebih besar atau lebih kecil dari pada tegangan input, tetapi polaritas tegangan output selalu terbalik. Arus input yang berbentuk pulsa dihaluskan oleh filter C (yang disebut dengan C"uk) yang terletak antara converter dan input tegangan sumber. IIN L1 L2 C1 IOUT - + A RL B S1 - C2 UO + gb.6a IIN L2 L1 IOUT RL + A - S1 B I UO - RL B S1 + gb.6b Posisi saklar A I + A C2 L2 C1 C2 UO + C1 - L1 - IIN gb6c Posisi saklar B OUTPUT VOLTAGE UIN DT = UO (1-D)T UIN DT = UO (1- D)T UO = (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, (S1A on, S1B off), Uin menginduksi L1, sehingga arus induksi naik. C1 tersambung dengan L2 dan memberikan daya pada kapasitor C2 dan beban RL,melalui L2. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 8 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Bila saklar pada posisi B (S1A off, S1B on), maka L1 akan melepaskan arus dan C1 mengosongkan muatan melalui hubung singkat S1B (arah dioda maju). Sementara salah satu kaki L2 terhubung ke ground karena S1B terhubung forward 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 yang besar. ISOLATED POWER-STAGE CIRCUIT Antara tegangan input dan output diperlukan adanya isolasi untuk menyekat tegangan jala-jala input yang besar dengan tegangan DC yang diperlukan rangkaian. Di samping itu untuk mengamankan rangkaian dari sistem grounding dari jala-jala, sehingga ground rangkaian terpisah dengan ground / masa tegangan jala-jala (kalau tidak biasanya berakibat fatal pada saat pengukuran tegangan dengan CRO dsb). Isolasi ini dibentuk oleh power transformator yang digabung dengan rangkaian dasar SMPS (Buck converter, Boost converter dan Buck-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 sering digunakan pada rangkaian flyback, sedangkan induktif buck-boost converter sering dinamakan converter dengan atau tanpa isolasi. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 9 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o FORWARD CONVERTER Forward converter terbagi dari dua jenis yaitu one-switch dan two-switch. Gambar 7a dan 7b menggambarkan rangkaian One-switch forward converter. L n = Np/Ns IN S2 OUT A B IN + RL Np - + C Ns UO - gb.7a n = Np/Ns S2a IN L + RL D1 - Np Ns S2b + C UO - D2 S1 gb.7b Prinsip kerja: Bila posisi saklar S1 dan S2 pada A, maka transformator akan bekerja mentransfer daya ke gulungan sekunder dan akan mengalir arus ke L2 dan beban C dan RL. Bila posisi saklar S1 dan S2 dipindah ke posisi B, maka arus akan mengalir melalui S2B ke kumparan, sementara S2A dalam posisi reverse bias. Tahanan R1 dan Dioda D1 berfungsi untuk menghilangkan loncatan pulsa akibat dari efek induktansi dari transformator. Gambar 8 menggambarkan prinsip dasar dan implementasi rangkaian twoswitch forward converter. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 10 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Prinsip dasartwo-switch forward converter. S1 L S2a IN + RL D1 - Np S2b Ns + C UO - D2 S2 n = Np/Ns gb.8 Rangkaian two-switch lebih efisien dengan dipasang dua buah dioda sebagai reset 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 dua buah one-switch forward converter dengan maising-masing saklar primer S1 dan S2 yang bekerja secara bergantian dengan perbedaan fasa 180 o. Pada saat Transistor S1 on, maka dioda S3A aktif dan menghantarkan arus melalui induktor L ke beban C dan RL. Pada setengan perioda berikutnya S1 off, S2 on, sehingga Dioda S3B on den menghantarkan arus ke beban C dan RL melalui induktor L. n=Np/Ns S1 off L S3 I out A RL + on B Np I IN UO C - + IN Ns Np - Ns on S2 off Gambar.9a. Rangkaian Push Pull Converter Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 11 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi S1 T ek . A ud i o V i de o n=Np/Ns L S3A RL + Np Np IN UO C Ns Ns + S3B - S2 gb.9b Gambar 10 a dan b menunjukan prinsip dasar dan rangkaian Half bridge converter n=Np/Ns I on S1 Np + OUT RL + B Ns C1 I A off IN L S3 IN UO C Ns - on C2 S2 off Gambar.10a Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 12 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o S1 C1 L D1 S3A RL + n=Np/Ns IN + - S2 C2 UO C Ns Np Ns S3B D2 - gb.10b Capasitor C1 dan C2 berfungsi sebagai pembagi tegangan input dan mereduksi loncatan tegangan pulsa akibat efek induktansi. D1 dan D2 sebagai komutasi yang mengamankan kerja transistor. Transistor S1 dan S2 bebekrja secara bergantian dengan beda fasa 180o. Dan masing-masing transistor dikendalikan dengan bias tegangan 1/2 tegangan input. Gambar 11 a dan 11 b menunjukkan prinsip dasar full-bridge converter n=Np/Ns I on S4 on off Np IN I A S1 off OUT RL + B Ns + L S3 IN Np UO C Ns - on S5 on off S2 off Gambar.11a Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 13 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi S4 T ek . A ud i o V i de o S1 D4 L D1 S3A RL + n=Np/Ns Np S5 IN S2 UO C Ns Ns + S3B - D2 D5 gb.11b Pada rangkaian full-bridge converter, kapasitor pembagi tegangan diganti dengan dua buah saklar S4 dan S5. Pada saat Transistor S4 on bersamaan dengan transistor S2, maka transistor S1 dan S5 off demikian pula sebaliknya. Beda fasa ke dua kondisi tersebut 180o. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 14 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o FLYBACK CONVERTER Rangkaian flyback converter dibentuk dari induktif-buck converter yang ditambah dengan trafo isolator n = Np/Ns IN S2 OUT off on IN + + RL Np - C Ns UO - off S1 gb.12a on n = Np/Ns S2 RL R1 IN + + D1 - Np Ns C UO - D2 S1 gb.12b Bila S1 on S2 off, gulungan primer Np menyimpan energi dalam inti transformer. Karena posisi S2 open (dioda S2 menadapat tegangan mundur dari transformator sekunder yang polaritasnya mempunyai beda fasa 180o terhadap transformator primer), maka kapasitor C men-supply arus ke beban RL. Pada saat input transistor low, maka transistor S1 open, sementara sekunder transformator memberi tegangan arah maju kepada dioda S2. Dan arus dilewatkan ke beban C dan RL. Flyback converter sangat populer dipergunakan pada daya rendah (< 200W). dengan multiple output yang bisa dikembangkan lebih banyak dengan cara menambahkan jumlah gulungan sekunder transformator. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 15 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Tabel I Karakterstik dari beberapa SMPS Jenis Converter Flyback (Two switch) Jenis Power range <250 W Keuntungan Forward (Two switch) <500W Half Bridge <1000 W Full Bridge <2000W Push-pull <100W Kerugian Tanpa input induktor Sebuah dioda per output Pelipatan tegangan output mudah Kontrol mudah Output power lebih besar dari flyback Output ripple lebih baik dari flyback Transformator lebih kecil dari forward Primer switch bekerja pada 1/2 Uin Daya ganda pada output dengan switch yang sama Transformator lebih kecil dari forward Tidak diperlukan kapasitor primer yang besar RMS-nya Sangat sederhana Transformator lebih besar dari sistem Bridge Kapasitor output lebih besar dari sistem forward Arus puncak lebih besar dari sistem forward Transformator lebih besar dari sistem Bridge Sulit distabilkan Dibutuhkan arus RMS yang besar pada kapasitor primer Diperlukan dua kutup small signal Pengendalian switch lebih kompleks Diperlukan dua kutup small signal Problem flux symetry Transformator oversize Switch memerlukan sekitar 2 Uin Diperlukan dua kutup small signal Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 16 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o CONTOH SMPS Rangkaian converter dengan direct duty cycle control L S2a uIN+ + RL S2b Ns - C UO - Zb S1 Negative Edge triggered Q flip-flop S Uea R PWM comparator Za Uramp Error Amplifier I clock C Uref Current source R Gambar.13a ramp comparator inputs Uea ON switch OFF clock T Gambar.13b Saklar primer dipergunakan Mos-FET karena mempunyai respon yang cepat terhadap perubahan kondisi on-off (pen-saklaran) dan sangat cocok untuk Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 17 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o sistem switching. Current source merupakan sumber pembentukan gelombang segitiga betuk RAMP yang kemudian dikomparasikan (dibandingkan) dengan level tegangan dc Uea pada rangkaian komparatosr. Maka akan didapatkan pulsa 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 input feedback Za yang dibandingkan dengan tegangan referensi Uref yang nantinya akan menghasilkan level tegangan Uea. Dengan demikian akan dicapai koreksi dan kestabilan tegangan output converter. Rangkaian Forward Conveter dengan Current-Mode Control L S2a uIN + RL S2b Ns - + C UO - Zb Negative Edge triggered S1 Q flip-flop S Uea R PWM comparator Za Uramp Error Amplifier Uref clock Gambar.14a ramp comparator inputs Uea ON switch OFF clock T Gambar.14b Pada kedua rangkaian di atas, gulungan primer dan sekunder transformator terisolir. Sedang kontrol output ke input dilakukan oleh tahanan feedback Za Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 18 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o STEP UP DC-DC CONVERTER A. PRINSIP PENGUBAH TEGANGAN t r a n sf o r m at o r U1 U2 Inv e rt e r D C - A C P e ny e a r a h A C - D C Gb.1 prinsip perubahan tegangan Umumnya perubah tegangan DC adalah penurun tegangan yang sering dijumpai pada rangkaian elektronika melalui pembagi tegangan (voltage devider0 atau penstabil tegangan. Pada beberapa keperluan rangkaian elektronika membutuhkan fasilitas tegangan DC yang lebih tinggi dari tegangan sumbernya (step up). Untuk itu diperlukan rangkaian DC Converter yangb bias dikembangkan untuk bermacam-macam tegangan DC output. Tegangan DC input U1 dirubah oleh rangkaian inverter DC-AC menjadi tegangan AC. Tegangan AC ini sangat fleksibel untuk dikembangkan menjadi step up atau step down tergantung dari kebutuhan melalui transformator. Tegangan AC dari sekunder transformator disearahkan menjadi tegangan DC melalui penyearah AC-DC. Tegangan DC keluarannya adalah U2. B. Rangkaian Kontrol PWM Invereter DC-AC bias dibagun dengan sebuah rangkaian push-pull MOS FET yang dikendalikan pada masing-masing Gate-nya oleh pulsa kotak yang bisa dikendalikan lebar sempit pulsanya (PWM). Beban dari masingmasing Drain diumpankan ke primer transformator yang besar tegangan output AC-nya tergantung dari luas integral dari sudut konduk Drain-Source MOS FET yang dikendalikan oleh lebar sempitnya pulsa PWM pada inputnya. Rangkaian kontrol PWM seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 dibangun dengan menggunakan IC TL494 Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 19 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o + UB 15 V 12 4 T E ST IN P U T d e a d tim e 3 6 5 C1 fe e d b a c k E1 RT C2 CT 1 (+ ) 2 (- ) 16 (+ ) 15 (- ) 1 3 o u tp u t 50 k E2 8 O UT PUT 1 9 11 O UT PUT 1 10 s te e r in g c o n tr o l Uz O PEN O PEN 14 ref o u tp u t c o n tr o l 7 Gambar.2a. Blok Schema IC494 PWM RT CT Gambar2b Top View TL494 O UT P UT C O NT R O L 13 6 O S C IL LA T O R 8 C1 D E A D T IM E C O N T R O L C O M PA RA T O R = 0 , 1V 9 E1 1D C1 11 4 C2 10 N O N IN V IN P U T 1 IN V 2 IN P U T ERROR AM P. N O N IN V IN P U T IN V 1 5 IN P U T ERROR AM P . PW M COM P . E2 P U L S E S T E E R IN G F L IP - F L O P 1 12 UB R EFER ENC E R E G U LA T O R 2 14 UREF 7 G ND F E E D BA C K 0 ,7 m A Gambar.2c Function block diagram Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 20 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o UB 0V UB tegangan pada C2 0V tegangan pada CT t r e s h o ld v o lt a g e 0V t r e s h o ld v o lt a g e feedback 0 ,7 V m ax 0% v o lt a g e w a v e f o r m s Gambar.3 bentuk sinyal dari pin-pin IC TL 494 Pulsa PWM dari PWM comparator diperbaiki bentuknya oleh pulse steering flipflop.Error amplifier dilengkapi dengan pembatas arus 0,7 mA. Masing-masing output transistor bias difungsikan secara Common Emitter maupun Emitter follower, baik secara tunggal maupun secara push-pull. C. MOS FET DC to DC Pin 5 dan 6 dari IC TL 494 adalah merupakan komponen pembentuk gelombang 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 buah pulsa PWM yang berbeda fasa 180o untuk menggerakkan MOS FET yang dipasang secara Push-Pull. Pulsa PWM yang diumpankan melalui Gate tersebut akan meng-kondisi-kan junction (sifat hantar) antara Drain dan Source dari MOS FET yang secara bersama-sama akan menghasilkan pulsa kotak bolak-balik (AC). Masing-masing Drain dari MOS FET dihubungkan ke sebuah transformator toroid dengan inti ferrit, karena pulsa PWM bekerja pada frekuensi sekitar 50 kHz. Transformator tersebut di-fasilitasi dengan lilitan primer center tap dan lilitan sekunder center tap yang pada outputnya bias dikembangkan Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 21 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o untuk tegangan output yang dikehendaki. Pada sisi sekunder dihubungkan ke dioda bridge untuk mendapatkan tegangan DC sesuai dengan yang diinginkan. Kesimpulannya adalah MOS FET DC to DC berfungsi untuk merubah tegangan DC yang lebih rendah ke tegangan DC yang lebih tinggi sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu contoh rangkaian bias dilihat pada gambar 4 di bawah ini Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 22 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 23 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Lembar Percobaan/Latihan/Evaluasi 1. Jelaskan secara singkat mengapa ditemukannya power supply jenis switching (Switched Mode Power Supply). 2. Tuliskan apa yang membedakan antara power supply jenis linier dan power supply 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 saat pentransferan daya/energi ke beban maksimum hanya sebesar 50%, sehingga banyak daya yang hilang percuma. Oleh karena itu dengan ditemukann dan dikembangkannya power supply jenis switching dengan maksud untuk mengatasi pemborosan energi yang terdapat pada power supply jenis linier. 2. Yang membedakan antara power supply jenis switching dan linier adalah bagaimana daya atau energi di transfer ke beban. Pada power supply konvensional/linier daya/energi di transfer ke beban secara kontinyu/terus menerus, sedangkan pada power supply jenis switching daya atau energi di trnsfer ke beban secara berkala sesuai dengan frekuensi switchingnya (umumnya aplikasi frekuensi switching dianjurkan diatas frekuensi audio dengan pertimbangan alasan tertentu). 3. Catu Daya Linier Keuntungan:Tanpa Gangguan Frekuensi Tinggi. Noise/Ripple rendah. Sangat stabil. Kerugian: Efisiensi rendah maksimum 50% Problem dengan Berat/bobot Bentuk fisik relatif besar Harganya Mahal Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 24 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Catu Daya jenis switching Keuntungan:Efisiensi tinggi minimum 71% Bobotnya sangat ringan Harganya Murah Kerugian: Gangguan tegangan dan arus kejut pada frekuensi tinggi Ripple/Noise pada frekuensi tinggi relatif besar Tuntutan toleransi/ketepatan komponen switching Gangguan akan tegangan induksi magnetis 4. Prinsip Kerja Buck Converter S1A tertutup L menyimpan energi magnetis S1B terbuka R menerima muatan dari C S1A terbuka L memberikan energi pada C dan R. S1B tertutup Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 25 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o Prinsip Kerja Buck Converter Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 26 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o 5. Prinsip Keja Boost Converter S1A tertutup L menyimpan energi magnetis S1B terbuka R menerima muatan dari C S1A terbuka L memberikan energi pada C dan R. S1B tertutup Prinsip Kerja Boost Converter Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 27 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o 6. Banyak diterapkan pada pesawat Televisi, Video, VCD, Computer dll. 7. Prinsip kerja daripada Buck-Boost Converter adalah sebuah Converter Gabungan dari Buck dan Boost Coverter, yang mana tujuannya adalah untuk memperbaiki kecepatan switchingnya sehingga akan diperoleh efisiensi yang lebih baik. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 28 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o UMPAN BALIK Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 29 SMK Negeri 1 Glagah Banyuwangi T ek . A ud i o V i de o 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 dimentionierenFranziz.. Otmar Kilgenstein, Prof.: Schaltnetzteil in der Praxis-Vogel. John. D.Lenk: Simplified Design of Switching Power Supplies. Lembar Teori-Switched Mode Power Supply website: http://www.rusiyanto.wordpress.com/ e-mail : [email protected] 30