A. Prinsip Pengubah Tegangan
Umumnya perubah tegangan DC adalah penurun tegangan yang sering dijumpai pada rangkaian elektronika melalui pembagi tegangan (voltage devider0 atau penstabil tegangan. Pada beberapa keperluan rangkaian elektronika membutuhkan fasilitas tegangan DC yang lebih tinggi dari tegangan sumbernya (step up). Untuk itu diperlukan rangkaian DC Converter yang biasa dikembangkan untuk bermacam-macam tegangan DC output.
Gb.1 prinsip perubahan tegangan
Tegangan DC input U1 dirubah oleh rangkaian inverter DC-AC menjadi tegangan AC. Tegangan AC ini sangat fleksibel untuk dikembangkan menjadi step up atau step down tergantung dari kebutuhan melalui transformator. Tegangan AC dari sekunder transformator disearahkan menjadi tegangan DC melalui penyearah AC-DC. Tegangan DC keluarannya adalah U2.
NB: Akan lebih baik jika Anda telah membaca Materi Sebelum ini >> DASAR CONVERTER
B. Rangkaian Kontrol PWM
Invereter DC-AC bias dibagun dengan sebuah rangkaian push-pull MOS FET yang dikendalikan pada masing-masing Gate-nya oleh pulsa kotak yang bisa dikendalikan lebar sempit pulsanya (PWM). Beban dari masing-masing Drain diumpankan ke primer transformator yang besar tegangan output AC-nya tergantung dari luas integral dari sudut konduk Drain-Source MOS FET yang dikendalikan oleh lebar sempitnya pulsa PWM pada inputnya.
Rangkaian kontrol PWM seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 dibangun dengan menggunakan IC TL494
Gb.2c Function block diagram
Gb.3 bentuk sinyal dari pin-pin IC TL 494
Pulsa PWM dari PWM comparator diperbaiki bentuknya oleh pulse steering flip-flop.Error amplifier dilengkapi dengan pembatas arus 0,7 mA. Masing-masing output transistor bias difungsikan secara Common Emitter maupun Emitter follower, baik secara tunggal maupun secara push-pull.
C. MOS FET DC to DC
Pin 5 dan 6 dari IC TL 494 adalah merupakan komponen pembentuk gelombang RAMP, yang bila di-komparasi-kan dengan level tegangan tertentu, maka pada output komparator akan menghasilkan pulsa lebar denyut PWM (Pulse Width Modulation). Melalui Pulse Steering Flip-Flop ( berupa D flip-flop) yang ada dalam IC TL 494, pulsa PWM akan dikembangkang menjadi dua buah pulsa PWM yang berbeda fasa 180o untuk menggerakkan MOS FET yang dipasang secara Push-Pull. Pulsa PWM yang diumpankan melalui Gate tersebut akan meng-kondisi-kan junction (sifat hantar) antara Drain dan Source dari MOS FET yang secara bersama-sama akan menghasilkan pulsa kotak bolak-balik (AC). Masing-masing Drain dari MOS FET dihubungkan ke sebuah transformator toroid dengan inti ferrit, karena pulsa PWM bekerja pada frekuensi sekitar 50 kHz. Transformator tersebut di-fasilitasi dengan lilitan primer center tap dan lilitan sekunder center tap yang pada outputnya bias dikembangkan untuk tegangan output yang dikehendaki. Pada sisi sekunder dihubungkan ke dioda bridge untuk mendapatkan tegangan DC sesuai dengan yang diinginkan.
Kesimpulannya adalah MOS FET DC to DC berfungsi untuk merubah tegangan DC yang lebih rendah ke tegangan DC yang lebih tinggi sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu contoh rangkaian bias dilihat pada gambar 4 di bawah ini:
MOS FET DC to DC Converter
Evaluasi:
- Mengapa ditemukannya power supply jenis switching (Switched Mode Power Supply)?
- Apa perbedaan antara power supply jenis linier dan power supply switching?
- Apa keuntungan dan kerugian dari kedua jenis power supply tersebut?
- Bagaimana prinsip kerja dari power supply switching jenis buck converter dan boost converter?
- Dimana aplikasi dari power supply jenis switching kebanyakan digunakan?
- Bagaimana prinsip kerja power supply switching jenis buck boost converter?
Jawab:
1. Pada kenyataannya power supply jenis linier mempunyai efisiensi saat pentransferan daya/energi ke beban maksimum hanya sebesar 50%, sehingga banyak daya yang hilang percuma. Oleh karena itu dengan ditemukann dan dikembangkannya power supply jenis switching dengan maksud untuk mengatasi pemborosan energi yang terdapat pada power supply jenis linier.
2. Yang membedakan antara power supply jenis switching dan linier adalah bagaimana daya atau energi di transfer ke beban. Pada power supply konvensional/linier daya/energi di transfer ke beban secara kontinyu/terus menerus, sedangkan pada power supply jenis switching daya atau energi di trnsfer ke beban secara berkala sesuai dengan frekuensi switchingnya (umumnya aplikasi frekuensi switching dianjurkan diatas frekuensi audio dengan pertimbangan alasan tertentu).
3.a. Catu Daya Linier
Keuntungan:
- Tanpa Gangguan Frekuensi Tinggi.
- Noise/Ripple rendah.
- Sangat stabil.
Kerugian:
- Efisiensi rendah maksimum 50%
- Problem dengan Berat/bobot
- Bentuk fisik relatif besar
- Harganya Mahal
3.b.Catu Daya Switching
Keuntungan:
- Efisiensi tinggi minimum 71%
- Bobotnya sangat ringan
- Harganya Murah
Kerugian:
- Gangguan tegangan dan arus kejut pada frekuensi tinggi
- Ripple/Noise pada frekuensi tinggi relatif besar
- Tuntutan toleransi/ketepatan komponen switching
- Gangguan akan tegangan induksi magnetis
4.a. Prinsip Kerja Buck Converter
Buck Converter
- S1A tertutup
- L menyimpan energi magnetis
- S1B terbuka
- R menerima muatan dari C
- S1A terbuka
- L memberikan energi pada C dan R.
- S1B tertutup
4.b. Prinsip Kerja Boost Converter
Boost Converter
- S1A tertutup
- L menyimpan energi magnetis
- S1B terbuka
- R menerima muatan dari C
- S1A terbuka
- L memberikan energi pada C dan R.
- S1B tertutup
5. Aplikasi Switching Power Supply,
hapir seluruh power perangkat elektronika menggunakan jenis ini, contoh : Televisi, Video, VCD, Computer, Charger Hp, Charger Laptop, dll.
6. Prinsip kerja daripada Buck-Boost Converter
adalah sebuah Converter Gabungan dari Buck dan Boost Coverter, yang mana tujuannya adalah untuk memperbaiki kecepatan switchingnya sehingga akan diperoleh efisiensi yang lebih baik.
