Power Supply

Pengertian Power Supply dan Jenis-jenisnya

Pengertian Power Supply (Catu Daya) dan Jenis-jenisnya – Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.  Pada dasarnya Power Supply atau Catu daya ini memerlukan sumber energi listrik yang kemudian mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika lainnya. Oleh karena itu, Power Supply kadang-kadang disebut juga dengan istilah Electric Power Converter.

Klasifikasi Umum Power Supply

Pada umumnya Power Supply dapat diklasifikasikan menjadi 3 kelompok besar, yakni berdasarkan Fungsinya, berdasarkan Bentuk Mekanikalnya dan juga berdasarkan Metode Konversinya. Berikut ini merupakan penjelasan singkat mengenai ketiga kelompok tersebut :

1. Power Supply Berdasarkan Fungsi (Functional)

Berdasarkan fungsinya, Power supply dapat dibedakan menjadi Regulated Power Supply, Unregulated Power Supply dan Adjustable Power Supply.

• Regulated Power Supply adalah Power Supply yang dapat menjaga kestabilan tegangan dan arus listrik meskipun terdapat perubahaan atau variasi pada beban atau sumber listrik (Tegangan dan Arus Input).
• Unregulated Power Supply adalah Power Supply tegangan ataupun arus listriknya dapat berubah ketika beban berubah atau sumber listriknya mengalami perubahan.
• Adjustable Power Supply adalah Power Supply yang tegangan atau Arusnya dapat diatur sesuai kebutuhan dengan menggunakan Knob Mekanik. Terdapat 2 jenis Adjustable Power Supply yaitu Regulated Adjustable Power Supply dan Unregulated Adjustable Power Supply.

2. Power Supply Berdasarkan Bentuknya

Untuk peralatan Elektronika seperti Televisi, Monitor Komputer, Komputer Desktop maupun DVD Player, Power Supply biasanya ditempatkan di dalam atau menyatu ke dalam perangkat-perangkat tersebut sehingga kita sebagai konsumen tidak dapat melihatnya secara langsung. Jadi hanya sebuah kabel listrik yang dapat kita lihat dari luar. Power Supply ini disebut dengan Power Supply Internal (Built in). Namun ada juga Power Supply yang berdiri sendiri (stand alone) dan berada diluar perangkat elektronika yang kita gunakan seperti Charger Handphone dan Adaptor Laptop. Ada juga Power Supply stand alone yang bentuknya besar dan dapat disetel tegangannya sesuai dengan kebutuhan kita.

3. Power Supply Berdasarkan Metode Konversinya

Berdasarkan Metode Konversinya, Power supply dapat dibedakan menjadi Power Supply Linier yang mengkonversi tegangan listrik secara langsung dari Inputnya dan Power Supply Switching yang harus mengkonversi tegangan input ke pulsa AC atau DC terlebih dahulu.

Jenis-jenis Power Supply

Selain pengklasifikasian diatas, Power Supply juga dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah DC Power Supply, AC Power Supply, Switch Mode Power Supply, Programmable Power Supply, Uninterruptible Power Supply, High Voltage Power Supply. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai jenis-jenis Power Supply.

1. DC Power Supply

DC Power Supply adalah pencatu daya yang menyediakan tegangan maupun arus listrik dalam bentuk DC (Direct Current) dan memiliki Polaritas yang tetap yaitu Positif dan Negatif untuk bebannya. Terdapat 2 jenis DC Supply yaitu :

a. AC to DC Power Supply

AC to DC Power Supply, yaitu DC Power Supply yang mengubah sumber tegangan listrik AC menjadi tegangan DC yang dibutuhkan oleh peralatan Elektronika. AC to DC Power Supply pada umumnya memiliki sebuah Transformator yang menurunkan tegangan, Dioda sebagai Penyearah dan Kapasitor sebagai Penyaring (Filter).

b. Linear Regulator

Linear Regulator berfungsi untuk mengubah tegangan DC yang berfluktuasi menjadi konstan (stabil) dan biasanya menurunkan tegangan DC Input.

2. AC Power Supply

AC Power Supply adalah Power Supply yang mengubah suatu taraf tegangan AC ke taraf tegangan lainnya. Contohnya AC Power Supply yang menurunkan tegangan AC 220V ke 110V untuk peralatan yang membutuhkan tegangan 110VAC. Atau sebaliknya dari tegangan AC 110V ke 220V.

3. Switch-Mode Power Supply

Switch-Mode Power Supply (SMPS) adalah jenis Power Supply yang langsung menyearahkan (rectify) dan menyaring (filter) tegangan Input AC untuk mendapatkan tegangan DC. Tegangan DC tersebut kemudian di-switch ON dan OFF pada frekuensi tinggi dengan sirkuit frekuensi tinggi sehingga menghasilkan arus AC yang dapat melewati Transformator Frekuensi Tinggi.

4. Programmable Power Supply

Programmable Power Supply adalah jenis power supply yang pengoperasiannya dapat dikendalikan oleh  Remote Control melalui antarmuka (interface) Input Analog maupun digital seperti RS232 dan GPIB.

5. Uninterruptible Power Supply (UPS)

Uninterruptible Power Supply atau sering disebut dengan UPS adalah Power Supply yang memiliki 2 sumber listrik yaitu arus listrik yang langsung berasal dari tegangan input AC dan Baterai yang terdapat didalamnya. Saat listrik normal, tegangan Input akan secara simultan mengisi Baterai dan menyediakan arus listrik untuk beban (peralatan listrik). Tetapi jika terjadi kegagalan pada sumber tegangan AC seperti matinya listrik, maka Baterai akan mengambil alih untuk menyediakan Tegangan untuk peralatan listrik/elektronika yang bersangkutan.

6. High Voltage Power Supply

High Voltage Power Supply adalah power supply yang dapat menghasilkan Tegangan tinggi hingga ratusan bahkan ribuan volt. High Voltage Power Supply biasanya digunakan pada mesin X-ray ataupun alat-alat yang memerlukan tegangan tinggi.

Prinsip Kerja DC Power Supply (Adaptor)

Prinsip Kerja DC Power Supply (Adaptor) – Arus Listrik yang kita gunakan di rumah, kantor dan pabrik pada umumnya adalah dibangkitkan, dikirim dan didistribusikan ke tempat masing-masing dalam bentuk Arus Bolak-balik atau arus AC (Alternating Current). Hal ini dikarenakan pembangkitan dan pendistribusian arus Listrik melalui bentuk arus bolak-balik (AC) merupakan cara yang paling ekonomis  dibandingkan dalam bentuk arus searah atau arus DC (Direct Current).

Akan tetapi, peralatan elektronika yang kita gunakan sekarang ini sebagian besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untuk pengoperasiannya.  Oleh karena itu, hampir setiap peralatan Elektronika memiliki sebuah rangkaian yang berfungsi untuk melakukan konversi arus listrik dari arus AC menjadi arus DC dan juga untuk menyediakan tegangan yang sesuai dengan rangkaian Elektronika-nya. Rangkaian yang mengubah arus listrik AC menjadi DC ini disebut dengan DC Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu daya DC.  DC Power Supply atau Catu Daya ini juga sering dikenal dengan nama “Adaptor”.

Sebuah DC Power Supply atau Adaptor  pada dasarnya memiliki 4 bagian utama agar dapat menghasilkan arus DC yang stabil. Keempat bagian utama tersebut diantaranya adalah Transformer, Rectifier, Filter dan Voltage Regulator.

Sebelum kita membahas lebih lanjut mengenai Prinsip Kerja DC Power Supply, sebaiknya kita mengetahui Blok-blok dasar yang membentuk sebuah DC Power Supply atau Pencatu daya ini. Dibawah ini adalah Diagram Blok DC Power Supply (Adaptor) pada umumnya.

Prinsip Kerja DC Power Supply (Adaptor)

Berikut ini adalah penjelasan singkat tentang prinsip kerja DC Power Supply (Adaptor) pada masing-masing blok berdasarkan Diagram blok diatas.

Transformator (Transformer/Trafo)

Transformator (Transformer) atau disingkat dengan Trafo yang digunakan untuk DC Power supply adalah Transformer jenis Step-down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan komponen Elektronika yang terdapat pada rangkaian adaptor (DC Power Supply). Transformator bekerja berdasarkan prinsip Induksi elektromagnetik yang terdiri dari 2 bagian utama yang berbentuk lilitan yaitu lilitan Primer dan lilitan Sekunder. Lilitan Primer merupakan Input dari pada Transformator sedangkan Output-nya adalah pada lilitan sekunder. Meskipun tegangan telah diturunkan, Output dari Transformator masih berbentuk arus bolak-balik (arus AC) yang harus diproses selanjutnya.

Anda dapat membaca lebih lengkap mengenai Transformator (Trafo) di artikel : Pengertian Tranformator dan prinsip kerjanya.

Rectifier (Penyearah Gelombang)

Rectifier atau penyearah gelombang adalah rangkaian Elektronika dalam Power Supply (catu daya) yang berfungsi untuk mengubah gelombang AC menjadi gelombang DC setelah tegangannya diturunkan oleh Transformator Step down. Rangkaian Rectifier biasanya terdiri dari komponen Dioda. Terdapat 2 jenis rangkaian Rectifier dalam Power Supply yaitu “Half Wave Rectifier” yang hanya terdiri dari 1 komponen Dioda dan “Full Wave Rectifier” yang terdiri dari 2 atau 4 komponen dioda.

Filter (Penyaring)

Dalam rangkaian Power supply (Adaptor), Filter digunakan untuk meratakan sinyal arus yang keluar dari Rectifier. Filter ini biasanya terdiri dari komponen Kapasitor (Kondensator) yang berjenis Elektrolit atau ELCO (Electrolyte Capacitor).

Voltage Regulator (Pengatur Tegangan)

Untuk menghasilkan Tegangan dan Arus DC (arus searah) yang tetap dan stabil, diperlukan Voltage Regulator yang berfungsi untuk mengatur tegangan sehingga tegangan Output tidak dipengaruhi oleh suhu, arus beban dan juga tegangan input yang berasal Output Filter. Voltage Regulator pada umumnya terdiri dari Dioda Zener, Transistor atau IC (Integrated Circuit).

Pada DC Power Supply yang canggih, biasanya Voltage Regulator juga dilengkapi dengan Short Circuit Protection (perlindungan atas hubung singkat), Current Limiting (Pembatas Arus) ataupun Over Voltage Protection (perlindungan atas kelebihan tegangan).

Baca juga : Jenis-jenis IC Voltage Regulator (Pengatur Tegangan)

Rangkaian Sederhana DC Power Supply (Catu Daya/Adaptor)

Berikut ini adalah Rangkaian Dasar dari sebuah DC Power Supply :

Regulator Tegangan Linier

05FEB

Regulator tegangan adalah rangkaian untuk mempertahankan agar tegangan searah pada keluaran tidak berubah, berapapun beban yang dihubungkan kepadanya. Itu idealnya, namun pada prakteknya ada batasan arus maksimal yang bisa dialirkan ke beban. Ada dua jenis regulator tegangan, switching dan linier. Regulator switching, tegangan keluarannya bisa lebih besar dari tegangan masukan atau kebalikannya (positif menjadi negatif atau sebaliknya). Sedangkan regulator linier, tegangan keluaran selalu lebih kecil daripada tegangan masukan.

Regulator linier ada dua macam yaitu jenis series dan shunt. Regulator series, pengatur arus ke beban diseri dengan bebannya, kalau jenis shunt pengatur arus ke beban diparalel dengan bebannya. Idealnya, jika tidak ada beban yang tersambung pada regultor series, maka arus yang mengalir pada pengatur arus adalah nol. Sedangkan pada regulator shunt, jika tidak ada beban yang tersambung, arus yang mengalir ke pengatur arus adalah arus maksimal yang mungkin dialirkan ke bebannya.

Contoh sederhana regulator shunt adalah pada gambar di bawah ini.

 

Arus maksimal yang mungkin ditarik oleh beban adalah arus dioda zener yaitu 18,55mA pada contoh di atas. Namun pada prakteknya arus maksimal ini sedikit lebih rendah karena dioda zener perlu ada arus agar dia bisa mempertahankan tegangan terbalik (reverse)-nya. Dalam hal ini pengatur arus beban adalah dioda zener. Ketika diberi beban, maka arus dioda zener berkurang karena sebagian mengalir ke beban.

 

Arus maksimal yang bisa ditangani dioda zener terbatas, tergantung besar disipasi dayanya. Dioda zener ada memiliki disipasi daya maksimal 500mW, 1W, 2W, dan sebagainya. Jika ini tidak mencukupi maka bisa ditambah transistor seperti gambar di bawah ini.

 

Contoh regulator series sederhana ada di bawah ini.

 

Pengatur arus Q1 diseri dengan beban. Dioda zener berfungsi sebagai pemberi tegangan tetap. Arus pada dioda zener tidak banyak terpengaruh oleh besarnya beban R2 dari tak terhingga sampai 50 Ohm.

Masing-masing jenis regulator memiliki kelebihan dan kekurangannya. Regulator series sering dipakai pada regulator yang tegangannya cukup tinggi dan arus beban yang besarnya berubah-ubah secara dinamis. Ini akan mengakibatkan pengatur arus mengeluarkan disipasi daya rata-rata relatif kecil. Sebaliknya dengan regulator shunt yang dipakai pada tegangan yang cukup rendah dan arus beban yang relatif stabil. Keunggulan lain dari regulator shunt adalah impedansinya yang cukup rendah sampai frekuensi tinggi sehingga noise-nya lebih rendah dalam jangkauan frekuensi yang lebar. Karakter ini yang diinginkan dalam membuat regulator untuk rangkaian audio yang mengolah sinyal kecil seperti pre-amp, tone control, equalizer, filter, dan sebagainya. Namun tidak berarti regulator series tidak bisa memiliki performa yang sama seperti regulator shunt. Hanya untuk memiliki impedansi yang rendah sampai pada frekuensi tinggi, umumnya rangkaian regulator series jauh lebih rumit daripada regulator shunt.

BELAJAR MENGENAL SWITCHING POWER SUPPLY SMPS

 Istilah switching power supply SMPS (Switched-Mode Power Supply) mungkin bagi sebagian kita baru mengenalnya, padahal perangkat power supply ini sudah sejak lama diterapkan sebagai pengganti traffo nantinya. Yang biasa kita pelajari adalah power supply regulator sederhana yang terdiri jembatan transformator, dioda, dan kondensator saja.

Lalu apa sih beda Switching Power Supply dengan Power Supply Biasa???
Sederhananya, SMPS tidak memakan tempat, sedangan power supply konvensional bentuknya terlalu besar seperti box DVD jaman dulu yang tebal dan besar karena besarnya traffo.

Pada SMPS tidak lagi memerlukan sebuah Trafo ukuran super gede, namun kita tetap memakai 2 trafo ukuran kecil, berikut ini akan saya jelaskan lebih banyak lagi tentang SMPS yg dikutip dari laporan magang saya ketika masih sekolah.

Blok Switched-Mode Power Supply (SMPS)

Hampir semua power supply saat ini menggunakan SMPS, hal ini karena regulator switching mempunyai beberapa keuntungan jika dibanding dengan regulator linear, seperti :

Lebih ringan dan ukuran lebih kecil. Regulator linear membutuhkan trafo 50Hz yang mempunyai inti besi yang berat. Makin besar daya (Watt) makin besar dan berat ukuran tranfonya. Sedang SMPS menggunakan frekwensi diatas 20Khz. Makin tinggi frekwensi switching, maka ukuran tranfo dan kapasitor filter semakin kecil.

Lebih efisien pemakaian daya listrik. Regulator switching lebih sedikit menghasilkan panas, berarti lebih sedikit daya listrik yang hilang.

Range tegangan masukan yang lebih lebar. SMPS mempunyai toleransi range tegangan masukan yang lebar. Dengan tegangan masukan bervariasi antara dc 150~300V (atau tegangan ac antara 90~265V), switching regulator masih mampu memberikan tegangan keluaran yang stabil.

Baca juga cara menghitung gulungan kawat dengan Program Calculator Gulungan SMPS Transformer Coil

Pengertian SMPS, SMPS mempunyai dua buah arti kata, yaitu :
Power Supply – Artinya suatu peralatan yang berfungsi untuk menyediakan sumber daya listrik yang cocok dengan suatu peralatan. Pada umumnya sumber listrik yang tersedia adalah tegangan ac 220V sedangkan tegangan yang dibutuhkan untuk suatu peralatan umumnya adalah tegangan dc.
Regulator Switching – adalah suatu sirkit elektronik yang berfungsi untuk membuat agar tegangan keluaran stabil terhadap perubahan-perubahan seperti, tegangan masukan yang tidak konstan, arus beban yang tidak konstan, temperature ruangan yang tidak konstan.

Prinsip dasar kerja SMPS

Berikut ini adalah rangkaian dari SMPS, lihat gambar 4.13

Harga-harga LED Komponen 5-10mm, SMD, Luxeon HPL dan 7 Segment

SMPS secara garis besar meliputi kerja :

• Penyerahan – merubah tegangan masukan AC menjadi tegangan keluaran DC.
• Konverter – merubah tegangan dc menjadi tegangan keluaran yang sesuai dengan kebutuhan
• Filtering – menghilangkan denyut (ripple) pada tegangan keluaran
• Regulasi – membuat agar besarnya tegangan keluaran stabil terhadap perubahan tegangan masukan dan perubahan beban.
• Isolasi – mengisolasi bagian sekunder dari bagian primer, dengan tujuan agar chasis bagian sekunder kalau dipegang tidak timbul bahaya kena sengatan listrik.
• Proteksi – mampu melindungi peralatan dari tegangan keluaran yang over dan melindungi power supply dari kerusakan jika terjadi suatu kesalahan.

Bagan alir cara kerja dari SMPS dapat dilihat pada gambar 4.14

Bagian-bagian pokok dasar kerja sebuah switching power supply SMPS adalah sebagai berikut :

• Bagian penyearah. Disini tegangan masukan dari listrik ac 220v disearahkan menjadi tegangan dc menggunakan diode bridge dan 3 buah elco filter besar yaitu sebuah elco 480V680UF dan 2 buah elco 250V2200UF.
• Bagian pencacah atau power-switching. Tegangan masukan dc dicacah dengan menggunakan “power switch on-off ” sehingga menghasilkan tegangan pulsa-pulsa dc dengan frekwensi tinggi. SMPS mesin las Inverter umumnya bekerja pada frekwensi sekitar 50Hz hingga 60Hz. Sebagai power switch dapat menggunakan IC K2611, IRFZ24N dan IRF9Z24N.
• SMPS Controller driver sebagai pembangkit pulsa PWM (Pulse Wave Modulation). Sebagai sinyal drive untuk pencacah digunakan IC PC 817 yang berisi rangkaian osilator dan PWM  sebagai pembangkit pulsa-pulsa PWM. Ada rangkaian SMPS yang tidak menggunakan SMPS controller driver, dalam hal ini transistor power switching dibuat agar dapat bekerja dengan cara “ber-osilasi sendiri”
• Trafo switching. Tegangan dc yang telah dicacah mempunyai karakteristik seperti tegangan ac sehingga dapat dilewatkan sebuah trafo atau induktor untuk dinaikkan ataupun diturunkan tegangannya. Pada rangkaian ini menggunakan trafo E25 15:15
• Penyearahan dan filtering tegangan keluaran. Tegangan keluaran dari trafo masih berupa pulsa-pulsa frekwensi tinggi dan kemudian dirubah menjadi tegangan dc menggunakan diode penyearah dan filter elco.
• Loop umpan balik untuk membuat tegangan keluaran agar stabil.  Sirkit loop umpan balik dari tegangan keluaran B+ ke bagian primer digunakan untuk mengendalikan PWM.
• Rangkaian komparator atau pembanding sebagai “error detektor”. Sebuah sirkit komparator pada bagian sekunder dipakai untuk mendeteksi jika terjadi perubahan tegangan keluaran B+. Komparator bekerja dengan cara membandingkan tegangan keluaran B+ dengan sebuah tegangan “referensi” (biasanya berupa tegangan diode zener 6.8v). Output komparator berupa arus yang kemudian diumpan balikkan ke bagian primer melalui sebuah photo coupler. Kopling menggunakan photocouler bertujuan untuk meng-isolagi ground bagian primer yang menyetrum jika dipegang (HOT chasis) dengan ground bagian sekunder (COLD chasis).