Catu daya switching

PELACAKAN KERUSAKAN SISTEM ANALOG
1. Catu Daya Teregulasi Linier 2. Catu Daya Switching 3. Sistem Penguat Stereo	4. Penerima TV Warna 5. Rangkaian IC Linear dan Kasusnya 6. Transformator

Sistem catu daya disaklar dan regulator mode tersaklar digunakan karena mempunyai efisiensi yang tinggi. Perkembangan yang pesat selama beberapa tahun terakhir ini menunjukan adanya produksi catu daya dengan efisiensi maksimum dan bentuknya kecil serta ringan.

Banyak dari rangkaian ini telah dikembangkan dari dasar inverter (gambar 6.3. Dalam rangkaian ini (gambar 6.23) dapat dicapai dengan mensaklar S1 dan S2 bolak-balik terus menerus terhadap transformator primernya. Transformator harus menggunakan center-tap. Pada setengah daur pertama, arus akan mengalir melalui setengah bagian atas dari kumparan primer dan bila saklar berubah, maka arus akan mengalir berlawanan yaitu: melalui setengah bagian bawah dari bagian primer. Hasilnya adalah arus bolak-balik akan diproduksi pada bagian sekunder trafo.

Saklar yang digunakan adalah rangkaian elektronik (gambar 6.23b), yaitu transistor atau thyristor yang dikontrol oleh bentuk gelombang persegi atau osilator pulsa. Metoda lain adalah menggunakan kumparan umpan balik pada primer sehingga transistor inverter membentuk rangkaian berosilasi sendiri. Frekuensi dari rangkaian osilasi ini adalah antara 5 KHz sampai dengan 25 KHz. Frekuensi tinggi ini digunakan agar trafo dan komponen filternya akan menjadi relatif sangat kecil. Bila frekuensi sangat tinggi, maka efisiensi start akan turun menjadi off. Lebar pulsa inilah yang akan mengatur regulasi dari outputnya. Memang, rangkaian catu daya switching lebih komplek dari rangkaian catu daya teregulasi linear karena disini lebih banyak menghasilkan jalur dan interferensi elektromagnetik, sehingga harus difilter secara teliti.

Model catu daya switching/tersaklar

Catu daya model tersaklar ini ada dua macam, yaitu:

• Pensaklar primer (primary switching)
• Pensaklar sekunder (secondary switching)

Pada gambar 6.24, tegangan arus searah ini disaklar pada frekuensi diatas frekuensi audio oleh transistor tegangan tinggi untuk memberikan bentuk gelombang bolak-balik pada trafo primer. Arus bolak-balik sekunder disearahkan dan diregulasikan dengan membandingkan catu referensi dari zener. Perbedaan sinyal dipakai untuk mengatur daur, adalah tugas dari transistor pensaklar. Jika tegangan arus searah turun waktu arus beban naik, maka sinyal penyeimbangan menyebabkan lebar pulsa modulator untuk mensaklar transistor ON untuk saat yang cukup lama, kemudian OFF selama setengah daur dari osilator 20 KHz, maka tegangan keluaran akan naik lagi ke harga yang sangat dekat dengan sebelumnya. Kejadian sebaliknya, jika arus beban dikurangi. Mode pensaklaran primer ini banyak digunakan dalam SMPU dari daya tinggi.
Walaupun demikian, kita dapat mengganti regulator linier yang konvensional dengan tipe tersaklar memakai pensaklar sekunder seperti Gambar 6.25. Jika transistor seri disaklar ON, arus akan mengalir ke filter LC. Jika transistor tersaklar OFF, induktor menyimpan arus yang mengalir sebagai aksi lintasan balik melalui Fly Wheel Dioda.

Berbagai macam metoda dapat digunakan untuk meregulasi keluaran arus searah. Daur tugas dari bentuk gelombang pensaklar atau frekuensi dari osilator dapat divariasi atau dicampur dari kedua metoda. Selama transistor dioperasikan sebagai saklar maka salah satu OFF atau ON hingga daya yang didisipasikan oleh transistor lebih rendah. Walaupun demikian, SMPU lebih efisien dan memerlukan tempat yang tidak luas bila dibandingkan dengan regulator seri. SMPU, pemakaian utamanya adalah unit yang mencatu arus besar pada tegangan rendah dan tegangan medium.

Catu daya tersaklar pada komputer

Berikut adalah akan dipahamkan catu daya tersaklar pada Komputer (karena dengan beredarnya komputer dipasaran), maka catu daya ini paling banyak digunakan saat ini. Lebih jelasnya diberikan diagram blok pada gambar 6.26 di bawah ini.

Fungsi masing-masing blok dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Filter RFI (Radio Frequency Interference):
  Fungsinya sebagai filter jala-jala untuk frekuensi tinggi, dimana apabila ada frekuensi tinggi akan ditindas dan frekuensi rendah (50 Hz) akan diteruskan.
• Penyearah tegangan jala-jala dan Filter kapasitor:
  Fungsinya untuk mengubah tegangan AC ke DC (tak teregulasi) rangkaian ini terdiri dari dioda penyearah dan filter kapasitor. Sebelum rangkaian ini, biasanya dipasang NTC sebagai penahan arus sentakan (I surge) saat pertama kali daya dinyalakan akibat adanya pengisian kapasitor.
• Elemen Penyaklar:
  Fungsinya sebagai pengubah tegangan DC menjadi tegangan AC yang berupa pulsa-pulsa tegangan yang mempunyai frekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi jala. Biasanya diatas frekuensi audio (> 20 Hz).
• Trafo Daya Pengisolasi I/O:
  • Fungsi pertama trafo ini sebagai pengisolasi antara input dan output, dimana pada inputnya mempunyai tegangan sebesar tegangan jala-jala, sedangkan pada outputnya untuk keamanan perlu diturunkan tegangannya
  • Fungsi kedua yaitu sebagai penurun atau penaik tegangan, atau sebagai pembuat keluaran yang ganda (multiple output)
• Penyearah Output:
  Fungsinya menyearahkan dan memfilter tegangan AC dari output trafo menjadi suatu tegangan DC yang ripple-nya kecil sekali.
• Pulse Width Modulator (PWM):
  Fungsinya sebagai pengontrol kestabilan tegangan output dengan merubah-rubah lebar pulsa untuk penyaklaran transistor penyaklar. Bila V-out turun akan dideteksi oleh V-sensor yang merubah lebar pulsanya bertambah, sehingga dapat menaikan tegangan rata-rata outputnya. Bila turun maka kebalikannya.
• Trafo Pengisolasi/Opto Coupler (Kopling Optik):
  Fungsinya untuk mengisolasi input output, tetapi bisa mentransfer pulsa PWM untuk menggerakan basis-basis transistor saklar
• Catu Daya Pembantu:
  Fungsinya untuk mencatu rangkaian PWM. Catu ini bisa diambil dari PC input-nya atau dari DC output-nya.

Gambar pengawatan keluaran catu daya komputer diberikan pada gambar 6.28 di bawah ini:

Pelacakan kerusakan dan gejala kerusakan smpu

Sebelum memperbaiki suatu peralatan yang rusak khususnya untuk Switching Power Supply, ada beberapa langkah yang bisa membantu dalam proses perbaikan, yaitu:

1. Mengamati gejala kerusakan yang terjadi
2. Menganalisa kerusakan atau memperkirakan bagian/blok mana yang rusak karena gejala tersebut
3. Lakukan pengetesan pada bagian yang kita curigai atau lakukan pengetesan sistematis bila kita kurang yakin bagian mana yang rusak.

Dalam pelacakan kerusakan sistematis pada Switching Power Supply sebaiknya pengetesan dimulai dari input jala-jala sampai bagian primer rangkaian penyaklar, karena umumnya kerusakan banyak terjadi di bagian tersebut. Bila pada bagian primer semua komponen sudah dites baik, begitu pula besarnya tegangan pada masing-masing kapasitor filter perata DC sudah normal ± 150 V, maka langkah berikutnya adalah melakukan pengetesan ke bagian sekunder, yaitu: driver PWM dan rangkaian IC PWM baik pengetesan tegangan catunya atau pengetesan komponen secara pasif.
Pengetesan pada penyearah output dan penguat kesalahan adalah yang terakhir, karena pada bagian ini jarang terjadi kerusakan kecuali bila catu dayanya sudah berumur tua (bisa terjadi kerusakan pada kapasitor-kapasitor penyearah, jeleknya/putusnya solderan ke komponen atau konektor atau dioda penyearah yang rusak).
Gejala kerusakan dan penyebabnya diberikan sebagai berikut:

1. Catu Daya Mati Total:
   Kemungkinan penyebabnya:
   • Pada blok filter RFI: Ada kapasitor hubung singkat sehingga fuse/sikring putus
   • Pada blok Penyearah:
     Dioda yang putus atau hubung singkat
     Kapasitor filter hubung singkat
     NTC (pembatas arus sentakan) putus
   • Pada Blok Penyaklar:
     Transistor saklar rusak (hubung singkat atau putus)
     Resistor pemicu basis transistor terbuka
     Dioda terbuka atau hubung singkat
   • Pada blok Isolasi: Untuk trafo pengisolasi jarang terjadi
   • Pada blok penyearah output: Dioda terbuka dan kapasitor hubung singkat
   • Pada blok PWM: IC-nya rusak atau komponen penunjangnya rusak.
2. Tegangan Catu Daya Turun
   Penyebabnya:
   Hanya sepotong pulsa switching yang diproses. Ini akibat dari salah satu transistor penyaklar baik transistor utama atau driver yang tidak bekerja atau mungkin dari jalur pulsanya putus
3. Gejala kerusakan lain yang bisa terjadi penyebabnya adalah:
   Hubungan kabel yang pendek, rangkaian kotor dengan debu, konektor yang kotor, dan saklar yang jelek.