POWER SUPPLY




Power supply/Suatu unit daya dari jenis tertentu adalah penting sekali untuk operasi peralatan dan sistem elektronika. Karena itu, diagnosa kesalahan dari berbagai jenis catu daya yang lazim digunakan merupakan suatu kompetensi yang sangat penting.
Daya untuk menjalankan suatu sistem atau piranti tentu saja dapat dicatu dari baterai, tetapi lebih lazim daya ini diperoleh dari jaringan AC satu fasa. Tujuan dari unit daya dalam hal ini adalah untuk dapat menggunakan catu jaringan lokal (240 Vrms pada 50 Hz dan lain sebagainya) dengan mengkonversinya ke dalam bentuk yang cocok untuk rangkaian internal sistem atau piranti yang bersangkutan.
Dalam kebanyakan hal ini berarti mengkonversi jaringan AC ke dalam tegangan DC tertentu yang stabil. Keluaran DC pada dasarnya harus tetap konstan terhadap perubahan arus beban, masukan jaringan, dan suhu. Di samping itu terdapat persyaratan-persyaratan mengenai isolasi dan kemungkinan pengamanan beban lebih dan tegangan lebih yang bekerja secara otomatis.
Power supply/unit catu daya secara efektif harus mengisolasi rangkaian internal dari jaringan utama, dan biasanya harus dilengkapi dengan pembatas arus otomatis atau pemutus bila terjadi beban lebih atau hubung singkat. Bila pada saat terjadinya kesalahan catu daya, tegangan keluaran DC meningkat di atas suatu nilai aman maksimum untuk rangkaian internal, maka daya secara otomatis harus diputuskan.



a) Macam-macam power supply yang terdapat dalam bermacam-macam produk  
   elektronika

Power supply dc yang teregulasi dibutuhkan untuk sebagian besar sistem elektronika analog dan digital. Hampir semua power supply di desain untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan sebagai berikut:

· Keluaran yang teregulasi.
Tegangan keluaran harus stabil/konstan dengan perubahan pada tegangan masukan ataupun beban keluaran.

· Isolasi.
Keluaran membutuhkan isolasi secara elektrik dari pengaruh masukan.

· Keluaran multipel.
Banyak power supply yang mempunyai keluaran yang beragam (positif dan negatif) yang mempunyai rate tegangan dan arus yang berbeda. Tiap keluaran diisolasi dari pengaruh masingmasing.
Untuk menyediakan tegangan DC stabil yang teregulasi yang ada di dalam berbagai macam produk elektronika ada dua sistem/metode utama digunakan:

1) Mode Pengatur seri linier/Non Switching

Power supply linier ini masih menonjol untuk kebutuhan daya sedang dan merupakan jenis catu daya konvensional. Prinsip power supply jenis ini masih menerapkan mode pengubahan tegangan ac ke dc menggunakan transformator step-down sebagai komponen utama penurunan tegangan.
Gambar 1.1 Rangkaian Power supply linier 
Transistor pada power supply linier berfungsi sebagai resistor yang bisa diatur dimana perbedaan tegangan vd – Vo antara inputdan tegangan keluaran yang diinginkan melewati transistor danmenyebabkan daya hilang pada power supply tersebut.
 
Gambar 1.2 Pemilihan turn ratio transformator
Untuk memberikan range tegangan masukan ac 60 Hz,dibutuhkan penyearah dan filter keluaran vd(t) seperti yang diperlihatkan pada gambar1.2. Untuk meminimalisasi kehilangan daya pada transistor, rasio pada transformator harus dipilih dengan hati-hati seperti Vd,min pada gambar 1.2 lebih besar dibanding Vo tetapi tidak melebihi Vo dengan margin yang lebih besar. Ada dua point penting pada power supply linier, yaitu:
(a) Dibutuhkan tranformator dengan frekuensi rendah, kira-kira 60 Hz.
 
(b) Transistor beroperasi pada pada daerah aktifnya. Pada daerah tersebut terjadi kehilangan daya yang signifikan. Oleh karena itu efisiensi dari power supply linier biasanya berkisar pada range 30 – 60%.
Hal yang positif dari power supply ini adalah rangkaiannya sederhana (biayanya lebih kecil), rating daya (<25 W). juga, power supply ini tidak menghasilkan EMI yang lebih besar dengan peralatan lain.
2) Mode saklar/Switching (Saklared Mode Power Unit, SMPU )
Mode saklar/switching ini banyak digunakan untuk kebutuhan daya yang lebih besar. Sistem SMPU lebih efisien, panas yang terbuang lebih sedikit, sehingga membutuhkan ruang lebih sedikit dibandingkan pengatur linier konvensional.
Gambar 1.3 Skematik power supply dc mode saklar
Pada switching power supply, transformasi tegangan dc dari satu level ke level lainnya menggunakan rangkaian konverter dc– to–dc, Rangkaian ini menggunakan devais solide-state (Transistor, Mosfet, dan lain sebagainya), yang berfungsi sebagai saklar on–off. ketika komponen daya tidak dibutuhkan untuk beroperasi pada daerah aktifnya, mode operasi ini menghasilkan disipasi daya yang lebih rendah. Dengan menggunakan devais ini maka kecepatan switching yang meningkat, rate arus dan tegangan yang lebih tinggi, biayanya relatif lebih rendah. Gambar 1.3 memperlihatkan sebuah switching supply dengan isolasi elektrik. Tegangan ac masukan disearahkan kedalam tegangan dc yang tidak teregulasi dengan menggunakan dioda penyearah. Blok konverter dc-dc pada gambar 1.3 merubah teganganmasukan dc dari satu level dc yang lainnya. Hal ini dilakukan dengan menggunakan swithing frekuensi tinggi, yang menghasilkan ac frekuensi tinggi melewati transformer isolasi. Keluaran sekunder dari transformator disearahkan dan difilter untuk menghasilkan Vo. Keluaran dari power supply dc yang terlihat pada gambar 1.4 diregulasi dengan menggunakan sebuahpengendali feedback yang memakai sebuah pengendali PWM, dimana tegangan pengendai (kontrol) dibandingkan dengansebuah gelombang sawtooth pada frekuensi switching. Isolasi listrik pada loop balikan dilengkapi salah satu dari  transformator.
 Gambar 1.4 Keluaran Multiple
Dalam kebanyakan penerapan, keluaran multipel (positif dan negatif) dibutuhkan. Keluaran-keluaran ini harus terisolasi listrik antara satu dengan lainnya, tergantung dari penerapannya. Gambar 1.4 memperlihatkan diagram blok dari sebuah switching power supply dimana hanya satu keluaran Vo1 yang diregulasi dan dua yang lainnya tidak teregulasi. Jika Vo2 dan atau Vo3 membutuhkan untuk diregulasi, maka regulator linier dapatdigunakan untuk meregulasi keluaran yang lainnya. Dua kelebihan utama dari switching power supply dibanding dengan power supply linier, yaitu:
· Elemen switching (transistor daya atau MOSFET) bekerja sebagai saklar. Dengan menghindari beroperasi pada daerah aktif, maka kehilangan daya akan berkurang secara signifikan.
Hasilnya mempunyai efisiensi yang lebih tinggi dengan range 70%-90%. Selain dari itu, transistor yang bekerja dalam mode on/off mempunyai kapabilitas penanganan daya lebih besar dibanding dengan mode linier.
· Pada waktu transformator isolasi frekuensi tinggi digunakan, ukuran dan berat switching power supply dapat dikurangi dengan secara signifikan.
Pada sisi negatif, switching power supply lebih rumit, dan pengukuran yang tepat harus dilakukan untuk menghindari EMI karena pensaklaran frekuensi tinggi. Kelebihan-kelebihan dari switching power supply yang telah disebutkan diatas (dibanding dengan power supply linier) diluar pertimbangan kekurangan/kelemahan rate daya tertentu.
Switching power supply dc, secara umum, menggunakan modifikasi 2 jenis konverter:
1. Konverter dc–dc mode switch, dimana saklar-saklar beroperasi pada mode pensaklaran.
2. Konverter resonant, yang menggunakan switching tegangan nol (zero-voltage) dan atau arus nol (zero-current).
CATU DAYA PC Catu daya komputer yang dipakai sejak jaman Intel Pentium mengikuti spesifikasi ATX. Salah satu keistimewaanya, dia bisa dikontrol oleh CPU, sehingga:
  • penggunaan catu daya lebih efisien karena disesuaikan dengan beban CPU
  • bisa diistirahatkan saat komputer di-shutdown.
Mula-mula, catru daya ATX cukup sederhana dan hanya menyediakan konektor untuk
  • Motherboard
  • Harddisk dan CD Drive
  • Floppy Disk
  Namun dengan berkembangnya jaman, kini berbagai komponen minta daya lebih besar sehingga tak bisa lagi dipasok melalui motherboard. Muncullah konektor-konektor untuk:
  • CPU
  • CPU multi processor
  • GPU
  • Super GPU
  • Pendingin
Dengan demikian kala membeli catu daya, anda harus mempertimbangkan
  • Kapasitas daya yang disediakan, disesuaikan dengan permintaan daya seluruh sistem.
  • Kompatibilitas konektor, terutama sesuai motherboard.
  • Modularitas kabel (kabel bisa dilepas pasang), agar bisa lebih ringkas. 
Interior view of an ATX SMPS:
*Below A - input EMI filtering
*A - Bridge rectifier
*B - Input filter capacitors
*Between B and C - Primary side heat sink
*C - Transformer
*Between C and D - Secondary side heat sink
*D - Output filter coil
*E - Output filter capacitors The coil and large yellow capacitor below E are additional input filtering components that are mounted directly on the power input connector and are not part of the main circuit board.