Dasar-dasar Power Switching

TENTANG POWER SUPPLY  SWITCHING

Pasti  anda sudah tidak asing lagi dengan  Power supply  Switching, yaitu sebuah power supply  yg  di bangun dengan teknik “pensaklaran” dan sekarang menjadi standard power supply  dalam  dunia elektronika  dan komputer karena ke “efisienannya” yg tinggi serta dapat di bangun dengan biaya yg murah.

Tapi mungkin sebagian agan2 di group ini ada yg belum begitu faham tentang bagaimana cara kerja power supply  ini dan dimana perbedaan mendasar dengan power supply  linear (konvensional) dan mengapa  power supply  switching  ini mampu menghasilkan daya yg begitu besar dengan ukuran yg sangat kecil?  Dan apa pula kelemahanan dari  power supply   ini?  Saya akan mencoba menjelaskan dengan bahasa yg mudah dimengerti dan akan meminimalkan istilah2 teknik yg “kurang” begitu di perlukan sehingga agan2 yg tidak mengerti elektronika  pun di harapkan akan mudah memahaminya :).

Untuk memahami bagaimana sebuah  Power supply  switching bekerja terlebih dahulu kita harus memahami  bagaimana power supply  konvensional (linear) bekerja, karena pada dasarnya  power supply  switching  dibangun dari  power supply konvensional  juga.

  

 1. POWER SUPPLY KONVENSIONAL  (LINEAR)

Pada dasarnya power  supply konvensional adalah power supply  yg bekerja secara linear (kontiniyu), artinya tegangan output secara kontiniyu masuk ke beban,  lihat gambar :

Saya tidak akan mebahas rangkaian penurun tegangan (step-down), penyearah (rechtifier) atau filter dan sebagainya karena disini kita berbicara tentang prinsip atau cara kerja power supply  ini secara umum.

Dalam gambar terlihat beban (misalnya  lampu) terhubung secara langsung ke sumber tegangan (misalnya batere), pastinya  lampu akan menyala terus  selama daya batere  masih ada dan rangkaian kabel  tidak terputus. besarnya  Arus yg mengalir pada kabel  tergantung seberapa besar resistansi beban, semakin kecil resistansi  beban semakin besar arus yg mengalir. Jika arus yg mengalir terlampau besar  dan terjadi terus menerus  dapat mengakibatkan  kabel  panas dan terbakar.  Untuk  itu dibutuhkan  kabel dengan ukuran yg  sesuai dengan nilai beban. 

Jadi power suppy konvensional  tak ubahnya  seperti  resistor variable  dimana nilai resistansi bisa berubah2 sesuai dengan beban.

keuntungan mengunakan power supply konvensional adalah kesederhanaan dalam perancangan,  kerugiannya adalah tidak efisien, karena  arus terus menerus mengalir ke beban.

http://undik.com/2011/04/21/switching-regulator-basics/

2. POWER SUPPLY SWITCHING

Power supply switching sebenarnya adalah power supply konvensional yg di beri “switch”, lihat gambar :

Dalam gambar terlihat sebuah “switch” (saklar) diantara sumber tegangan dan beban. Apa yg terjadi jika switch di tekan? Tentu saja arus akan mengalir ke beban, jika beban disini adalah sebuah lampu maka pasti  lampu akan menyala.  Dan apa yg terjadi jika saklar di lepas? Tentu saja lampu akan mati.

Nah,  apa yg terjadi  jika agan menekan dan melepas saklar dalam waktu yg cepat misalnya 10x dalam waktu 1 detik? Maka lampu akan berkedip 10x perdetik  sesuai dengan jumlah tekanan pada saklar. Jika misalnya  agan mampu menekan  saklar 1000x dlm 1 detik  maka lampu akan berkedip 1000x perdetik,  tapi  kali ini  kedipan lampu tidak terlihat lagi oleh mata kita. Sehingga lampu “seolah-olah” hidup terus. 

inilah dasar dari teknik switching power supply,  dalam prakteknya “switch” akan terputus dan tersambung sejumlah 50.000x perdetik  (50khz) atau lebih (tergantung model) dan tentu saja  yg melakukan pemutus atau penyambungan itu bukan agan,  tapi  rangkaian elektronika yg di rancang khusus.

Lantas apa manfaat membuat system seperti ini?

Ternyata dengan membuat system seperti  ini  arus yg mengalir ke beban tidak lagi konstan, tapi memiliki  jeda yg walaupun sedikit  (dalam orde milidetik) tapi sangat bermanfaat untuk mengurangi  “panas” pada kabel (jalur) dan sumber  tegangan. Sehingga ukuran kabel  dan komponen2 lain bisa di kecilkan dan secara otomatis membuat system ini menjadi lebih murah secara keseluruhan.

ketika switch “terputus” walaupun sebentar  apakah tidak berdampak pada beban?, okelah jika beban sebuah lampu, bagaimana jika beban merupakan rangkaian elektronika yg  sama sekali tidak boleh terputus dari sumber tegangan ?

Pertanyaan bagus gan, jika beban merupakan rangkaian elektronika  maka  hal itu tidak bisa dibiarkan, untuk itu dibutuhkan tambahan komponen,  lihat gambar :

Dalam gambar terlihat sebuah lilitan (inductor)  dan capasitor  yg ditambahkan dlm rangkaian. Fungsi inductor dan capasitor ini adalah untuk menyimpan arus ketika switch “terhubung” dan melepaskan muatannya ketika saklar “terlepas”, dengan cara ini arus secara konstan  masuk ke beban sehingga masalah teratasi.

Setahu saya, jika sebuah lilitan atau inductor dilalui oleh tegangan DC yg terputus putus akan menyebabkan timbulnya tegangan AC yg bisa menyebabkan rusakkan rangkaian, bagaimana mengatasinya?

yups, Agan  benar sekali,  oleh sebab itu rangkaian diatas harus di sempurnakan kembali dengan menambah sebuah diode, lihat gambar :

Diode berfungsi untuk menghilangkan tegangan AC yg timbul dari inductor ketika switch “tertutup dan terbuka” dengan cepat,  dalam prakteknya diode ini nantinya ada yg terpasang di rangkaian dan ada yg tertanam langsung dalam MOSFET  switching.

Nah, untuk saklar sendiri, tentu saklar yg dipakai dalam power supply  switching  bukan saklar “manual” seperti  diatas, akan  tetapi  berupa  transistor  biasa ataupun  MOSFET (FET) yg di rancang secara khusus untuk itu dan di hubungkan dengan rangkaian pengendali (controller). Rangkaian  “pengendali” atau “controller” dapat berupa rangkaian osilator biasa dan dapat juga berupa IC yg dirancang khusus untuk keperluan switching.

lihat gambar :

Rangkaian controller (CTRL) diatas berfungsi untuk mengendalikan proses ”switching" berdasarkan “feedback” atau umpan balik  yg di terima dari beban. Artinya jika beban “berat” controller akan memacu “FET” agar lebih “lama” bekerja dan demikian sebaliknya, atau bisa saja controller akan menonaktifkan FET jika Arus beban terlampau berat.

Apa dampak negative dari system power supply switching  ini?

Ada plus tentu ada minusnya, karena system nya menggunakan system "switch" maka sudah pasti akan menimbulkan noise yg tinggi sehingga kurang cocok digunakan dalam rangkaian audio system atau HIFI (high Fidelity), kalau pun mau di gunakan juga harus dengan filter yg benar2 bagus dan mahal, minus yg berikutnya adalah kerumitan dalam perancangan dan pembuatannya. Tapi untunglah sekarang sangat banyak produsen IC yg membuat  IC2 switching sehingga kerumitan rangkaian dapat diatasi.

Demikian secara singkat penjelasan tentang dasar switching power supply, semoga bermanfaat, Insya Allah di lain waktu akan kita bahas dengan materi yg lebih komplek

RALAT :

Dalam gambar diatas ada kesalahan tulis, tertulis "SWICTH", seharusnya SWITCH, dan jika dalam tulisan ini atau di link2 yg saya beri dalam tulisan ini anda menemukan kata swicth2 yg lain itu maksudnya adalah switch :)