SMPS atau Switching Mode Power supply Switch Mode , adalah jenis Power Supply Unit (PSU) yang menggunakan beberapa jenis perangkat switching atau pen-sakelaran untuk mentransfer energi listrik dari sumber ke beban. Biasanya sumbernya adalah AC atau DC dan bebannya adalah DC. Secara gampang bisa kita sebut ini adalah power supply yang bekerja menggunakan metode saklar.
Penggunaan SMPS yang paling umum adalah pada PSU Komputer dekstop dan Pesawat televisi. Tapi untuk saat ini SMPS sudah merambah kemana-mana termasuk diaplikasikan pada perangkat audio. Banyak keistimewaan PSU SMPS diantaranya lebih ringan, rentang masukan yang lebar dan efektifitas serta stabilitas yang tinggi. Dan yang lebih istimewa adalah biayanya lebih murah.
Ternyata jenis dari SMPS atau topologi SMPS itu banyak, namun yang perlu kita bahas kali ini adalah yang paling umum khususnya untuk Audio atau yang sering kita temui dalam aplikasi umum saja, yaitu topologi Flyback Converter, Halfbridge dan Fullbridge.
Apa bedanya SMPs untuk yang lain dan Untuk Audio? Mungkin hanya pembagian outputnya saja, pada audio umumnya misalnya yang menggunakan tegangan simetris antara 30-90VDC atau 5A-100A, multi output, dsb; nah jadi hanya penyesuaian ouput saja yang dikhususkan untuk keperluan supply audio pada umumnya.
Saya tidak akan membahas ini secara teknis sekali, namun dalam penjelasan yang lebih sederhana yang penting tahu apa sih mereka dan untuk apa?
Tabel konten
Mengenal 3 topologi SMPs yang paling umum di gunakan berbagai aplikasi terutama dalam hal ini Audio
Topologi Flyback Converter
Konverter ini pada dasarnya adalah topologi buck-boost yang menggunakan transformator untuk isolasi dan sebagai induktor penyimpanan. Trafo terisolasi dengan menggunakan lilitan terpisah, dan dengan memvariasikan rasio lilitan untuk mengatur tegangan keluaran. Karena menggunakan transformator maka dimungkinkan untuk mendapatkan beberapa keluaran (misalnya output 12V, simetris atau non-simetris). Flyback converter adalah topologi terisolasi yang paling sederhana dan paling umum dipakai untuk aplikasi daya rendah. Hal ini cocok untuk tegangan keluaran tinggi, tetapi arus sakelar puncak tinggi. Topologi flyback ini tidak cocok untuk keluaran arus di atas 10A.
Satu kelebihan dari topologi flyback converter dibandingkan topologi terisolasi jenis lainnya adalah tidak memerlukan induktor penyimpanan terpisah. Karena trafo flyback juga merupakan induktor penyimpanan, maka tidak diperlukan induktor terpisah. Karena rangkaian yang sederhana, ini membuat topologi flyback converter menjadi pilihan yang murah dan populer.
Flyback converter adalah konverter switching terisolasi yang bisa berkonfigurasi step down atau step up. Sebagian besar alat charger ponsel, tablet, dan laptop adalah jenis SMPs konverter flyback. Jika Kamu mengenal SMPs gacun sederhana, nah itu adalah salah satu dari aplikasi jenis flyback converter.
Komponen Dasar Fliback Converter SMPs
Trafo flyback
SMPs ini menggunakan trafo ferit yang mentransfer listrik dari lilitan primer ke skunder secara realtime. Disisi lain ia menyimpang energi pada medan magnit primer dan setelah beberapa waktu kemudian mengirimkannya ke kumparan skunder.
Switch
Switch atau saklar yang berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan rangkaian primer sehingga mampu menarik magnet dan mendemagnetisasi transformator. Saklar dikontrol oleh sinyal dari modul PWM yang dihasilkan dari pengontrol yang dipilih. Saklar disini solidstate bukan saklar seperti saklar mekanik yang berupa MOSFET atau BJT transistor.
Rectifier dan Filter:
Penyearah atau dioda berfungsi untuk menyearahkan tegangan pada lilitan sekunder menjadi DC yang berdenyut. Peran lain dari penyearah adalah untuk memotong dan menghubungkan beban dari lilitan sekunder. Tegangan yang sudah disearahkan kemudian difilter oleh kapasitor untuk meningkatkan level DCnya supaya bisa digunakan atau diaplikasikan untuk rangkaian yang disupply.
Sirkuit snubber seringkali digunakan juga pada flyback converter yang membutuhkan snubber untuk melawan lonjakan tegangan pada saklar atau dioda.
Topologi Half Bridge SMPs
Dalam sejarahnya topologi Half-Bridge hanya digunakan dalam aplikasi atau penggunaan yang lebih besar dari 200W, namun saat ini topologi ini digunakan juga dalam aplikasi 50W. SMPs Half Bridge juga dikenal untuk aplikasi daya menengah, misalnya mesin converter misalnya mesin las atau bisa untuk power supply power audio daya menengah antara 200-500W.
Gambar: topology half-bridge simetris. S1,S2 = saklar 1 dan 2
Sebenarnya inti perbedaannya adalah, half-bridge ini menggunakan dua saklar yang disusun dalam konfigurasi tiang totem, yaitu setiap sakelar beroperasi secara bergantian dalam setiap siklus clock. Sakelar atas membutuhkan sirkuit pergeseran level untuk mengontrol gerbang atas. Dua pulsa PWM dibutuhkan untuk mengontrol kedua sakelar untuk ON atau OFF secara bergantian. Penting untuk mengatur waktu mati selama periode tersebut kedua sakelar agar berhenti untuk menghindari korsleting. Oleh karena itu, siklus tugas dibatasi hingga sekitar 45%. Tegangan sakelar setengah jembatan atau half-bridge sama dengan tegangan input, dan ini membuatnya jauh lebih cocok untuk aplikasi 250VAC dan PFC. Nah dalam topologi Flyback converter hanya menggunakan 1 saklar yang dikontrol 1 pulsa PWM yang tidak berisiko kolseting karena arus tembus seperti half-bridge.
Konverter ini dapat ditingkatkan dengan baik ke level daya tinggi dan didasarkan pada topologi konverter maju(forward converter).
Topologi Full-Bridge SMPs
Topology Full bridge ini membutuhkan empat sakelar dan sirkuit kontrol yang cukup rumit. Primer dari transformator digunakan secara penuh, half-bridge siklus kerja maksimum dibatasi hingga sekitar 45% untuk mencegah arus tembus di sakelar. Konverter full-bridge cocok untuk daya yang sangat tinggi dan sering menggunakan IGBT daripada MOSFET.
Gambar : Topoligi Full-bridge; Q1-Q4 = sakelar
Rancangan full-bridge menggunakan empat sakelar, dan yang primer dihubungkan secara bergantian ke suplai, yaitu pertama dengan polaritas normal, kemudian dengan polaritas dibalik. Ini secara efektif akan menggandakan tegangan di primer, dan lebih sedikit putaran yang diperlukan pada sekunder untuk mendapat tegangan keluaran. Jenis SMPs ini dapat digunakan untuk daya yang sangat tinggi, bahkan tak jarang hingga 2-5kW. Sakelar sering kali menggunakan IGBT pada konverter daya yang sangat tinggi karena jika dibandingkan menggunakan MOSFET biasanya memiliki kerugian yang lebih rendah. Ketika salah satu pasangan sakelar diaktifkan, sakelar primer dihubungkan langsung ke catu daya DC yang masuk. Saat pasangan sakelar bergantian, koneksi ke primer dibalik.
Full-bridge converter umumnya digunakan untuk daya tinggi, dan merupakan perangkat switching yang berbiaya mahal. Jadi masuk akal untuk menyertakan sirkuit kontrol yang tepat yang dilengkapi fitur perlindungan perangkat yang baik, seperti fitur soft-start, dan sirkuit driver arus tinggi yang cepat.
Seperti pada half-bridge, pengaturan hanya mungkin jika sisi sekunder menggunakan induktor.
Karena jenis full-bridge untuk daya tinggi, maka sebagai contoh ini sering kita lihat pada trafo las inverter yang memiliki konsumsi daya tinggi, ya karena ampere keluaran yang harus tinggi.
Jika kamu tertarik untuk menggunakan SMPS pada driver amplifier daya tinggi, SMPs dengan topologi full-bridge mungkin yang paling cocok. Tapi untuk membangun SMPs jenis ini akan membutuhkan biaya yang mahal dan rancangan yang rumit agar bisa aman digunakan.
Demikian sekilas tentang 3 topologi SMPS yang paling banyak kita jumpai dan umum digunakan untuk berbagai aplikasi khsusunya audio. Dengan tujuan agar setidaknya kita tuh tahu mana jenis yang kita butuhkan berdasar kemampuan dan kesesuaian dengan aplikasinya. Misalnya kita ingin mencicipinya untuk aplikasi audio berdaya rendah yaitu misalnya power OCL150W bisa menggunakan jenis flyback converter atau bisa juga yang half-bridge. Jika ingin mengaplikasikan SMPS untuk power amplifier daya tinggi, bisa menggunakan Full-bridge. Dan dari 3 topologi ini sepertinya sudah tersedia produknya di pasaran yang sudah disesuaikan untuk keperluan audio.
Jika ingin mencoba merakit salah satu dari jenis SMPs berdasar topologi converter diatas, silakan mencari skema di googling aja ya? Tapi untuk pengenalan merakit bisa mencoba yang paling sederhana dulu SMPS Gacun sebelum mencoba merakit jenis yang lain. Salam Audio!
