Dinamakan Switch Mode Power Supply (SMPS) karena sistem kerjanya
menggunakan metode switching (pensaklaran) yaitu menghidup matikan
tegangan yang masuk ke dalam trafo dengan peralatan/komponen elektronik
dengan frekuensi tertentu. Sedangkan nama AC-matic diambil dari salah
satu kelebihan dari SMPS yaitu kemampuan power supply bekerja dengan
rentang tegangan masukan yang lebar. Pada beberapa jenis smps, mampu
bekerja pada tegangan masukan antara 90 s/d 265V dengan output yang sama
dan stabil. Karena kelebihan tersebut, smps menjadi auto-voltage
regulator atau wide range input regulated power supply (secara mudahnya
disebut AC-matic).
diagram blok SMPS
Line Filter
Line
filter befungsi sebagai filter tegangan masukan, tujuan utamanya untuk
menghilangkan frekuensi-frekuensi liar dari line/jala-jala listrik
(selain frekuensi tegangan AC masukan) yang dimungkinkan bisa mengganggu
kerja dari smps. Line filter dibentuk dari induktor-induktor dan
kapasitor-kapasitor yang dipasang secara seri terhadap tegangan masukan.
Rectifier
Blok
penyearah berfungsi sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.
Komponen-komponen penyearahan terdiri dari dioda-dioda dan elco. Dioda
berfungsi sebagai penyearah dan elco befungsi sebagai filter untuk
menghilangkan denyut ripple pada tegangan DC yang dihasilkan selain
kapasitor-kapasitor yang dipasang paralel terhadap dioda. Jenis
penyearahan pada umumnya menggunakan metode bridge rectifier, yang
mempunyai kelebihan pada tingginya isolasi antara tegangan DC yang
dihasilkan dengan tegangan AC masukan.
Tegangan masukan sekitar
220VAC setelah disearahkan dan melalui elko berubah menjadi sekitar 1,4 x
220 = 308VDC. Jika elko pada penyearah kering, tegangan 308VDC tersebut
menjadi tidak tercapai sekaligus terdapat ripple. Akibat terburuknya
adalah smps menjadi lebih panas (karena berusaha menstabilkan output dan
terganggu bentuk pulsanya oleh DC ripple). Cara termudah mendeteksi ini
adalah dengan mengukur tegangan 308V-nya atau munculnya suara
mendecit/mengerik pada trafo utama.
Start Up
Di awal sudah
disinggung bahwa smps menggunakan frekuensi kerja antara 30 s/d 40 KHz.
Karena frekuensi tersebut tidak ditemukan pada tegangan DC, maka sistem
smps harus membuat/menggenerasikan sendiri pulsa/denyut tersebut.
Metode paling sering ditemukan adalah dengan metode self oscilating
(osilasi sendiri). Pada jenis ini, rangkaian smps ibarat sebagai
rangkaian osilator frekuensi daya tinggi. Tidak jarang juga ditemukan
smps yang menggunakan IC untuk membuat pulsa tersebut, misalnya TDA8380,
TEA2261, STR-group dll.
Dalam setiap sistem osilator, dibutuhkan
tegangan awal/pemicu yang berfungsi sebagai pemicu awal rangkaian
osilator untuk berosilasi. Tegangan pemicu ini muncul beberapa saat
setelah smps mendapat tegangan masukan (AC in). Besar tegangan pemicu
ini tergantung dari jenis rangkaian smps yang digunakan (contoh, pada
STR-F665x osilator akan bekerja jika tegangan pemicu sudah mencapai
16V). Karena sifatnya hanya sebagai pemicu, tegangan ini tidak dipakai
lagi ketika smps sudah bekerja. Pada umumnya, tegangan pemicu diambil
dari 308V dengan melalui R atau transistor start up.
Switcher
Switcher
berfungsi sebagai penswitch utama transformator, pada umumnya
menggunakan transistor atau FET. Karakteristik switcher harus mampu
menahan arus kolektor/drain yang cukup besar untuk menahan tegangan pada
lilitan primer transformator. Arus ini bukan arus konstan melainkan
arus sesaat tergantung lebar pulsa yang menggerakkan. Selain kemampuan
arus, transistor/fet switcher harus mempunyai frekuensi kerja yang cukup
untuk diperkerjakan sebagai switcher.
Error Amp/Detector
Rangkaian
Error Amp/detector berfungsi sebagai stabiliser tegangan output. Cara
kerjanya adalah membandingkan tegangan output (diambil dari lilitan
sekunder trafo) dengan tegangan referensi yang stabil. Jika tegangan
output terlalu tinggi, rangkaian ini akan mengendalikan/memberitahu
rangkaian primer/switching utama untuk segera menurunkan tegangan. Kunci
dari AutoVoltage berada pada blok ini.
Tegangan sekunder yang
dihasilkan dinaikkan dengan cara melebarkan pulsa, dan sebaliknya untuk
menurunkan tegangan output dengan cara menyempitkan pulsa yang masuk ke
switcher (penswitch=TR/FET final).
Jika Error Amp gagal/tidak
ada, rangkaian smps akan ‘dipaksa’ untuk menswitch (mengkonsletkan)
lilitan primer dengan lama yang melebihi kemampuan switcher, akibatnya
TR/FET final akan rusak.
Lokasi rangkaian error amp dapat
ditemukan di bagian primer (nyetrum/hot) atau bisa ditemukan di bagian
sekunder (non hot area). Pada model-model smps terdahulu, sering
dijumpai pada primer, pada smps yang lebih baru dapat dijumpai pada
bagian sekunder (non hot area) dengan menggunakan optocoupler (mis.
PC817, P721, P621 dll) sebagai lintasan sekaligus isolator rangkaian
Error Amp. Sanken Error (SE090, SE115) merupakan IC error amp yang
sering dipakai pada smps saat ini. SE090, SE110, SE115 dan SE lainnya
merupakan buatan Sanken/Allegro Semiconductor.
Snubber Circuit
Jika
diartikan secara harfiah, snubber=mencerca, memang sedikit salah
kaprah, tapi sebenarnya memang tujuannya begitu. Pada sistem smps, trafo
diswitch (diberi tegangan sesaat olah TR/FET final) dengan lama
tertentu, kemudian TR/FET akan melepaskan (meng-off-kan) trafo. Ketika
diberi tegangan, inti transformer menjadi magnet sesaat hingga trafo
di-off-kan. Ketika trafo di-off-kan, trafo akan men-transform energi
magnet ke lilitan sekunder hingga trafo di-on-kan lagi begitu
seterusnya.
Tidak seluruh energi/magnet dalam trafo dapat
dipindah semuanya (akibat tidak sempurnanya trafo=efisiensi trafo)
mengakibatkan masih adanya magnet yang ‘ngendon’ di dalam inti trafo.
Energi magnet yang ngendon tersebut secara langsung masuk ke TR/FET
melalui kaki kolektor/drain dengan tegangan mungkin lebih tinggi dari
kemampuan kerja tr/fet final. Fungsi utama dari snubber circuit adalah
untuk menghilangkan/mengkonsletkan tegangan tersebut (mempercepat
demagnetisasi). Selain itu, snubber juga dipakai untuk
menentukan/mengadjust frekuensi kerja trafo. Karena sifat ‘mencerca’
kerja smps tersebut akhirnya disebut snubber circuit.
Ciri utama
snubber circuit adalah tersusun dari kombinasi C dan R (dalam beberapa
jenis terdapat dioda) yang dipasang secara paralel terhadap lilitan
primer trafo.
Transformator (trafo)
Pada
sistem power supply konvensional yang menggunakan trafo, supaya
tranformator bisa me-transform (memindah) daya dari primer ke sekunder,
trafo harus diberi masukan yang berpulsa. Masukan trafo power supply
jenis konvensional dihubungkan secara langsung dengan tegangan masukan
yang berbentuk AC, karena hanya tegangan AC yang mempunyai
denyut/frekuensi (polaritasnya berganti-ganti dengan periode tertentu).
Kekurangan utama jenis konvensional adalah ukuran dari tranformator yang
dipakai. Semakin rendah desain frekuensinya, semakin besar ukuran
trafonya, walaupun dengan daya keluaran yang sama.
Pada desain
trafo konvensional dengan input 220VAC/50Hz dan output 12VA, ukuran inti
trafo sekitar 3 X 6 cm, jika seandainya dibuat trafo dengan input
220VAC/100Hz dengan output sama (12VA), mungkin ukuran inti dari
trafonya menjadi setengah dari ukuran sebelumnya, atau, ukuran inti yang
sama tetapi jumlah gulungan menjadi setengah dari sebelumnya.
Kesimpulannya, frekuensi dari tegangan masukan menentukan ukuran dan
desain dari trafo.
Pada sistem smps, pada umumnya bekerja pada
frekuensi antara 30 s/d 40 KHz. Sehingga tidak heran jika trafo pada
smps menjadi lebih ringkas. Karena frekuensi kerjanya yang tinggi
tersebut, inti dari trafonya tidak lagi menggunakan plat besi tetapi
sudah menggunakan ferit (besi oksida) yang notabene mempunyai kemampuan
magnetisasi dan demagnetisasi lebih cepat daripada besi biasa.
Secondary Rectifier
Tegangan pada sekunder
transformator bukan dalam bentuk AC, melainkan DC yang berbentuk pulsa.
tegangan yang muncul pada sekunder trafo disearahkan dan difilter untuk
menghasilkan tegangan DC sekunder. Karakteristik penyearah/dioda harus
mempunyai berjenis fast rectifier. Misalnya UF4002 (bukan 1N4002). Fast
rectifier dimaksudkan untuk mampu menyearahkan pulsa dengan frekuensi
tinggi. Elko perata cukup menggunakan ukuran beberapa ratus uF, karena
frekuensi tegangan yang keluar dari trafo cukup tinggi (tergantung
frekuensi kerja smps).
Blok Proteksi
Blok proteksi yang
penting untuk kesempurnaan smps antara lain : 1. OVP (over voltage
protector) berfungsi untuk mendeteksi tegangan yang berlebihan. Blok ini
akan mengoffkan smps jika terdeteksi tegangan yang lebih. 2. OCP (Over
Current Protection), berfungsi untuk mendeteksi beban lebih, smps akan
off jika terdeteksi pemakaian lebih pada bebannya. 3. OHP (over heat
protection), jika terlalu panas, smps akan shutdown dengan sendirinya.
Hampir semua blok tersebut sudah masuk dalam satu IC smps. misalnya STR-W575x, STR-F665x dan lain-lain.
sumber: http://anggaservissp2.blogspot.com