√ Mengenal Switch Mode Power Supply (SMPS) Berikut Penjelasanya

Baca Cepat Buka

Finoo.id – √ Mengenal Switch Mode Power Supply (SMPS) Berikut Penjelasanya. Switch Mode Power Supply (SMPS) adalah jenis catu daya yang digunakan untuk mengubah arus listrik AC menjadi arus DC dengan efisiensi lebih tinggi dibandingkan dengan catu daya konvensional. SMPS memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan catu daya konvensional.

Contohnya, ukurannya lebih kecil, bobotnya lebih ringan, dan lebih efisien secara energi. SMPS beroperasi dengan memanfaatkan prinsip switching. Cara kerjanya adalah dengan mengubah arus listrik AC menjadi arus DC menggunakan transistor sebagai saklar dan induktor sebagai penyimpan energi.

Prinsip kerja SMPS dapat meningkatkan efisiensi konversi daya serta mengurangi panas yang dihasilkan. Hal ini dapat memperpanjang umur komponen elektronik dan meningkatkan keamanan pengguna. Dalam artikel ini, kita akan membahas lebih lanjut mengenai pengertian, keunggulan, dan prinsip kerja dari SMPS.

Pengertian Switch Mode Power Supply (SMPS)

Catu Daya Mode Beralih (Switch Mode Power Supply/SMPS) adalah jenis catu daya yang menggunakan prinsip switching untuk mengubah arus listrik AC (Arus Bolak-Balik) menjadi arus listrik DC (Arus Searah). Efisiensi yang dihasilkan jauh lebih tinggi daripada catu daya konvensional.

SMPS beroperasi dengan menggunakan transistor sebagai saklar dan induktor sebagai penyimpan energi untuk menghasilkan output tegangan yang stabil dan akurat. SMPS memiliki beberapa keunggulan, seperti ukuran yang lebih kecil, bobot yang ringan, dan konsumsi energi yang rendah.

Oleh karena itu, SMPS sering digunakan dalam perangkat elektronik modern seperti komputer, laptop, televisi, dan perangkat lainnya.

Fungsi SMPS

Memiliki pemahaman yang mendalam tentang fungsi Switch Mode Power Supply (SMPS) menjadi sangat krusial bagi para insinyur dan desainer kelistrikan. Hal ini disebabkan oleh penggunaan SMPS yang sangat meluas dalam berbagai aplikasi kelistrikan modern, termasuk di dalam perangkat komputer, peralatan industri, dan berbagai peralatan elektronik lainnya.

Dengan memahami prinsip kerja SMPS, para desainer kelistrikan dapat mengembangkan sistem kelistrikan yang lebih efisien, dapat dikalianlkan, dan ekonomis. Prinsip kerja dari Rangkaian Power Supply SMPS dapat dilihat pada bagan berikut:

Rangkaian Switch Mode Power Supply (SMPS) menjalankan sejumlah fungsi penting yang memberikan kontribusi besar terhadap kinerja dan keamanan sistem kelistrikan. Berikut adalah beberapa fungsi krusial yang diemban oleh SMPS:

Konversi: Melakukan transformasi tegangan dari arus bolak-balik (AC) input menjadi arus searah (DC) output. Proses ini memungkinkan perangkat elektronik menggunakan daya listrik yang sesuai dengan kebutuhannya.
Konversi Tegangan: Merubah tegangan arus searah (DC) input menjadi tegangan DC output yang sesuai dengan persyaratan dan kebutuhan spesifik perangkat atau sistem. Hal ini memastikan bahwa perangkat menerima tegangan yang tepat untuk beroperasi secara optimal.
Filter: Mengurangi atau bahkan menghilangkan gelombang tegangan tak stabil (ripple) pada keluaran. Fungsi ini membantu memastikan bahwa tegangan output tetap dalam batas yang diinginkan, menjaga stabilitas sistem.
Regulasi Tegangan: Menjaga agar tegangan keluaran tetap stabil terhadap fluktuasi tegangan masukan dan perubahan beban. Hal ini sangat penting untuk mencegah kerusakan pada perangkat yang mungkin terjadi akibat fluktuasi tegangan yang berlebihan.
Isolasi: Memisahkan sirkuit listrik input dan output untuk mencegah terjadinya kenaikan potensial dan menghindari risiko bahaya listrik. Fungsi isolasi ini melindungi perangkat dan pengguna dari potensi risiko kejutan listrik atau kerusakan lainnya.
Proteksi: Menyediakan perlindungan terhadap over-voltage pada output, memastikan bahwa perangkat yang dihubungkan tidak menerima tegangan yang melebihi batas aman. Proteksi ini juga melibatkan langkah-langkah untuk melindungi power supply dari kerusakan akibat kesalahan atau gangguan dalam operasionalnya.

Cara Kerja SMPS

Tegangan input AC yang tinggi dari sumber listrik diubah menjadi tegangan DC melalui proses rektifikasi menggunakan penyearah dan filter. Tegangan DC yang belum teratur kemudian disalurkan ke kapasitor filter besar atau sirkuit PFC (Power Factor Correction) untuk mengoreksi faktor daya yang terpengaruh. Setelah itu, tegangan DC tinggi ini diaktifkan dengan menggunakan pensaklaran (switching) berkecepatan sangat tinggi (ribuan kali per detik) dengan menggunakan MOSFET.

MOSFET beroperasi sebagai saklar on/off (switching) berkecepatan tinggi, menghasilkan output dalam bentuk deretan pulsa hidup-mati secara periodik pada frekuensi tinggi, biasanya antara 50 kHz hingga 500 kHz. Transistor MOSFET memiliki resistansi rendah dan mampu menahan arus tinggi. Frekuensi switching ini dikendalikan dan diatur menggunakan arus umpan balik (feedback) dengan memanfaatkan osilator PWM.

Tegangan AC kemudian disalurkan ke transformator inti ferit untuk menurunkan tegangan (step down). Output dari transformator ini kemudian diarahkan dan dihaluskan menggunakan komponen penyearah dan filter. Topologi desain SMPS menggunakan sirkuit umpan balik untuk mengendalikan tegangan output dengan membandingkannya dengan tegangan masukan. Sirkuit umpan balik ini adalah yang membuat tegangan output SMPS tetap stabil dan memiliki rentang yang luas.

Bagian-bagian Pokok Pada Sebuah Rangkaian SMPS

Masih dalam konteks pembahasan tentang Pengertian Switch Mode Power Supply (SMPS). Untuk mengoptimalkan kinerjanya, SMPS dilengkapi dengan beberapa komponen kunci. Berikut adalah penjelasan mengenai komponen-komponen tersebut:

1. Bagian Penyearah dan Filtering

Pada tahap ini, tegangan listrik AC 220V mengalami transformasi menjadi tegangan DC melalui penggunaan jembatan dioda dan tiga kapasitor penyaring besar. Komponen-komponen ini melibatkan satu kapasitor 480V680uF dan dua kapasitor 250V2200uF. Fungsinya adalah untuk meratakan sinyal listrik sebelum masuk ke tahap proses selanjutnya. Dengan cara ini, komponen ini memainkan peran penting dalam memastikan bahwa tegangan DC yang dihasilkan memiliki tingkat kestabilan yang optimal.

2. Bagian Pencacah atau Power-Switching

Pada langkah ini, tegangan DC mengalami proses pencacahan menggunakan “power switch on-off” untuk menghasilkan sinyal pulsa DC dengan frekuensi tinggi. SMPS pada mesin las Inverter biasanya beroperasi pada frekuensi sekitar 50-60Hz. Beberapa contoh komponen yang dapat digunakan sebagai power switch antara lain IC K2611, IRFZ24N, dan IRF9Z24N. Fungsi utama dari tahap ini adalah mengatur dan menghasilkan pulsa-pulsa yang diperlukan untuk proses switching yang efisien.

3. SMPS Controller Driver

Komponen ini memiliki tanggung jawab dalam menghasilkan pulsa PWM (Pulse Width Modulation) dan memanfaatkan IC PC817 sebagai pengemudi sinyal untuk tahap pencacah. Rangkaian ini juga mencakup osilator dan PWM sebagai pembangkit pulsa-pulsa PWM. Secara keseluruhan, bagian ini berperan dalam mengontrol dan menyinkronkan proses pencacahan dengan tepat, memastikan bahwa pulsa yang dihasilkan sesuai dengan kebutuhan sistem.

4. Trafo Switching

Tegangan DC yang telah melalui proses pencacahan memiliki karakteristik yang mirip dengan tegangan AC, sehingga dapat melewati transformator atau induktor untuk mengubah tegangannya. Pada bagian ini, digunakan transformator E25 15:15. Transformator ini berperan dalam menyesuaikan dan menurunkan tegangan yang dihasilkan, memastikan bahwa tegangan yang diteruskan ke bagian selanjutnya sesuai dengan kebutuhan sistem.

5. Loop Umpan Balik

Untuk menjaga agar tegangan keluaran tetap stabil, diterapkan rangkaian loop umpan balik yang menghubungkan tegangan keluaran B+ ke bagian primer. Fungsi utama dari rangkaian ini adalah mengendalikan sinyal PWM agar sesuai dengan kebutuhan dan menjaga kestabilan tegangan keluaran. Dengan adanya loop umpan balik ini, sistem dapat secara otomatis menyesuaikan proses switching untuk menjaga tegangan output dalam batas yang diinginkan.

6. Rangkaian Komparator atau Pembanding

Pada bagian Sumber Daya Mode Switching ini, terdapat rangkaian komparator pada bagian sekunder yang bertugas mendeteksi perubahan tegangan keluaran B+. Komparator bekerja dengan membandingkan tegangan keluaran B+ dengan tegangan “referensi,” yang umumnya diambil dari tegangan dioda zener sekitar 6.8V. Keluaran dari komparator berupa arus yang kemudian diumpan balikkan ke bagian primer melalui sebuah photocoupler. Penggunaan photocoupler memiliki tujuan untuk mengisolasi ground antara bagian primer dan sekunder, mengurangi risiko bahaya listrik dan memberikan perlindungan ekstra terhadap gangguan atau kesalahan sistem. Dengan adanya rangkaian komparator, SMPS dapat mengontrol dan mempertahankan tegangan keluaran dengan akurat sesuai dengan kebutuhan sistem.

Kelebihan dan Kekurangan Switch Mode Power Supply (SMPS)

Berikut beberapa kelebihan dan kekurangan Switvh Mode Power Supply (SMPS) yang perlu kalian ketahui, antara lain :

Kelebihan SMPS

Hampir semua power supply saat ini umumnya menggunakan Switch Mode Power Supply (SMPS). Hal ini disebabkan oleh sejumlah keunggulan yang dimiliki oleh regulator switching dibandingkan dengan regulator linear, antara lain:

1. Ukuran Kecil dan Bobotnya Ringan

Pada regulator linear, diperlukan trafo 50 Hz yang memiliki inti besi cukup berat. Semakin tinggi daya atau wattage, semakin besar pula berat dan ukuran trafonya. Sebaliknya, SMPS menggunakan frekuensi di atas 20 kHz. Dengan peningkatan frekuensi switching, ukuran trafo dan kapasitor filter menjadi lebih kecil. Ini menghasilkan power supply yang lebih kompak dan ringan, memungkinkan pemasangan yang lebih efisien dan hemat ruang pada berbagai perangkat elektronik.

2. Pemakaian Listriknya Lebih Efisien

Regulator switching dianggap lebih efisien dalam penggunaan daya listrik. Karakteristik ini disebabkan oleh jumlah panas yang lebih sedikit dihasilkan oleh regulator switching. Efisiensi ini berarti bahwa lebih sedikit daya listrik yang hilang dalam bentuk panas, sehingga meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem. Hal ini menjadi faktor penting dalam perangkat elektronik modern, di mana efisiensi energi menjadi perhatian utama.

3. Range Tegangan yang Masuk Lebih Besar

Switch Mode Power Supply memiliki toleransi yang lebih luas terhadap variasi tegangan masukan. Meskipun tegangan masukan bervariasi antara DC 150-300V (atau tegangan AC antara 90-265V), regulator switching tetap mampu menghasilkan tegangan keluaran yang stabil. Hal ini memberikan keleluasaan yang lebih besar dalam menangani fluktuasi tegangan, membuatnya cocok untuk digunakan dalam berbagai kondisi jaringan listrik yang berbeda. Keunggulan ini membuat SMPS menjadi pilihan yang lebih adaptif dan hkalianl dalam aplikasi yang membutuhkan toleransi tegangan yang luas.

Kekurangan SMPS

Terlepas dari keunggulan yang dimilikinya, SMPS juga memiliki beberapa kekurangan, yang antara lain:

1. Rangkaian Sangat Kompleks

Salah satu kelemahan utama dari SMPS adalah kompleksitas rangkaian yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan power supply konvensional. Penggunaan teknologi switching membuatnya memerlukan rangkaian yang lebih canggih dan rumit. Keadaan ini dapat menyulitkan proses perbaikan atau perawatan, karena membutuhkan keahlian khusus dan pemahaman mendalam terhadap prinsip kerja SMPS. Tingginya kompleksitas ini juga dapat menambah tantangan dalam proses desain dan produksi.

2. Amplitudo yang Tinggi

Meskipun SMPS dirancang untuk menghasilkan tegangan keluaran yang stabil, proses switching dapat mengakibatkan gelombang dengan amplitudo yang tinggi. Hal ini berpotensi menyebabkan noise atau gangguan pada peralatan elektronik lain yang terhubung ke dalam jaringan listrik yang sama. Kondisi ini memerlukan perhatian khusus terhadap desain dan pemilihan komponen untuk mengurangi potensi dampak buruk pada peralatan lain.

3. Membangkitkan EMI (Electromagnetic Interference)

SMPS dapat menghasilkan EMI yang dapat merusak kinerja peralatan elektronik lain dalam jaringan listrik yang sama. EMI juga dapat menciptakan gangguan pada sistem komunikasi dan jaringan nirkabel. Selain itu, dampak EMI pada kesehatan manusia perlu diwaspadai jika terpapar dalam jangka waktu yang lama. Meskipun SMPS umumnya dilengkapi dengan filter EMI untuk mengatasi masalah ini, penerapannya dapat menambah kompleksitas dan biaya pada sistem SMPS.

Baca Juga :

Penutup

Dalam mengenal Switch Mode Power Supply (SMPS), kita dapat melihat bahwa teknologi ini telah memainkan peran penting dalam dunia kelistrikan modern.

Meskipun memiliki keunggulan yang luar biasa, seperti ukuran yang lebih kecil dan efisiensi yang tinggi, kita juga perlu memahami bahwa SMPS tidaklah tanpa tantangan.

Dengan terus berkembangnya teknologi, SMPS terus menjadi komponen kritis dalam desain sistem daya yang efisien dan kalianl.

Oleh karena itu, menggali lebih dalam mengenai SMPS tidak hanya memperluas wawasan kita terhadap teknologi kelistrikan, tetapi juga membuka pintu menuju inovasi yang lebih lanjut dalam penggunaannya.

Mengenali keunggulan dan kelemahan SMPS adalah langkah awal menuju penerapan yang lebih cerdas dan efisien dalam dunia kelistrikan modern.

Demikianlah artikel finoo.id yang membahas tentang √ Mengenal Switch Mode Power Supply (SMPS) Berikut Penjelasanya. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimakasih telah membaca artikel kami.