Switch Mode Power Supply (SMPS) merupakan suatu jenis power supply yang digunakan untuk mengubah arus listrik AC menjadi arus DC dengan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan power supply konvensional. SMPS memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan power supply konvensional.
Misalnya, ukuran yang lebih kecil, berat yang lebih ringan, dan lebih hemat energi. SMPS bekerja dengan memanfaatkan prinsip kerja switching. Caranya, dengan mengubah arus listrik AC menjadi arus DC dengan menggunakan transistor sebagai switch dan sebuah induktor sebagai penyimpan energi.
Prinsip kerja SMPS ini dapat meningkatkan efisiensi konversi daya serta meminimalkan panas yang dihasilkan. Sehingga, memperpanjang umur komponen elektronik dan menjaga keamanan penggunanya. Pada artikel ini, kita akan membahas lebih lanjut mengenai pengertian, kelebihan dan prinsip kerja dari SMPS.
Pengertian SMPS
Switch Mode Power Supply (SMPS) adalah suatu jenis power supply yang menggunakan prinsip kerja switching untuk mengubah arus listrik AC (Alternating Current) menjadi arus listrik DC (Direct Current). Efisiensi yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan dengan power supply konvensional.
SMPS bekerja dengan memanfaatkan sebuah transistor sebagai switch dan sebuah induktor sebagai penyimpan energi untuk menghasilkan output tegangan yang stabil dan akurat. SMPS memiliki beberapa benefit. Misalnya, ukuran lebih kecil, berat ringan, dan tidak menghabiskan banyak energi.
Sehingga, sering digunakan pada perangkat elektronik modern seperti komputer, laptop, televisi, dan perangkat lainnya.
Keunggulan SMPS
Semua power supply sekarang ini hampir semuanya memakai Switch Mode Power Supply. Ini dikarenakan regulator switching memiliki sejumlah keunggulan daripada regulator linear, yaitu sebagai berikut:
1. Ukuran Kecil dan Bobotnya Ringan
Pada regulator linear, memerlukan trafo 50 hz yang memiliki inti besi cukup berat. Semakin besar daya atau watt maka semakin besar pula berat serta ukuran trafonya. Sementara itu, smps memakai frekuensi di atas 20 khz. Saat semakin tinggi frekuensi switching, ukuran trafo serta kapasitor filternya menjadi makin kecil.
2. Pemakaian Listriknya Lebih Efisien
Regulator switching dinilai lebih sedikit menghasilkan panas. Dengan demikian, daya listrik yang dihasilkan juga lebih sedikit yang hilang. Hal tersebut akan semakin meningkatkan efisiensi dalam penggunaan listrik.
3. Range Tegangan yang Masuk Lebih Besar
Toleransi range tegangan masukan yang lebar dimiliki oleh Switch Mode Power Supply. Meskipun tegangan masukan bervariasi antara dc 150300V (atau tegangan ac antara 90265V), regulator switching masih mampu memberikan tegangan keluaran yang stabil.
Kekurangan SMPS
Selain memiliki keunggulan, SMPS juga punya kekurangan tersendiri yaitu sebagai berikut:
1. Rangkaian Sangat Kompleks
SMPS memiliki rangkaian yang jauh lebih kompleks dibandingkan dengan power supply konvensional, karena menggunakan teknologi switching. Hal ini dapat menyebabkan perbaikan atau perawatan menjadi lebih sulit dan memerlukan keahlian khusus untuk mengatasi masalah yang muncul.
2. Amplitudo yang Tinggi
SMPS menggunakan switching untuk menghasilkan tegangan keluaran yang stabil. Namun, proses switching ini juga dapat menghasilkan gelombang dengan amplitudo yang tinggi. Hal ini dapat menyebabkan noise pada peralatan elektronik lain yang terhubung ke dalam jaringan listrik yang sama. Selain itu, dapat berdampak buruk pada kinerja peralatan tersebut.
3. Membangkitkan EMI (Electromagnetic Interference)
SMPS dapat membangkitkan EMI yang dapat merusak kinerja peralatan elektronik lain yang terhubung ke dalam jaringan listrik yang sama. EMI juga dapat merusak sistem komunikasi, mengganggu jaringan wireless dan bisa berdampak pada kesehatan manusia jika dihadapi dalam jangka waktu yang lama.
Untuk mengatasi masalah ini, SMPS biasanya dilengkapi dengan filter EMI yang efektif. Namun, hal ini juga bisa menambah kompleksitas dan biaya dari sistem SMPS.
Fungsi SMPS
Pemahaman yang baik tentang fungsi Switch Mode Power Supply sangat penting untuk para insinyur dan desainer kelistrikan. Ini karena SMPS digunakan secara luas dalam banyak aplikasi kelistrikan modern. Termasuk dalam perangkat komputer, peralatan industri, dan peralatan elektronik lainnya.
Dengan memahami prinsip kerja SMPS, para desainer kelistrikan dapat membuat sistem kelistrikan yang lebih efisien, dapat diandalkan dan ekonomis. Prinsip sistem kerja Rangkaian Power Supply SMPS dapat dilihat pada bagan terlebih dahulu berikut ini:
Rangkaian SMPS melakukan beberapa fungsi penting:
- Konversi – mengubah tegangan AC input menjadi tegangan DC output.
- Konversi Tegangan – mengubah tegangan DC input menjadi tegangan DC output yang sesuai dengan kebutuhan.
- Filter – mengurangi atau menghilangkan gelombang tegangan tak stabil (ripple) pada keluaran.
- Regulasi Tegangan – menjaga agar tegangan keluaran tetap stabil terhadap perubahan tegangan masukan dan perubahan beban.
- Isolasi – memisahkan sirkuit listrik input dan output untuk mencegah kenaikan potensial dan menghindari risiko bahaya listrik.
- Proteksi – menyediakan perlindungan terhadap over-voltage output dan melindungi power supply dari kerusakan akibat kesalahan.
Bagian-bagian Pokok Pada Sebuah Rangkaian SMPS
Untuk membuat kinerja makin maksimal, tentunya SMPS memiliki bagian-bagian pokok di dalamnya. Adapun penjelasan dari bagian-bagian tersebut, bisa dilihat berikut ini:
1. Bagian Penyearah dan Filtering
Pada bagian ini, tegangan listrik AC 220V diubah menjadi tegangan DC menggunakan diode bridge dan 3 elko filter besar, termasuk 1 elko 480V680UF dan 2 elko 250V2200UF. Ini bertujuan untuk meratakan sinyal listrik sebelum diproses lebih lanjut.
2. Bagian Pencacah atau Power-Switching
Pada bagian ini, tegangan DC dicacah menggunakan “power switch on-off” untuk menghasilkan sinyal pulsa DC dengan frekuensi tinggi. SMPS mesin las Inverter biasanya bekerja pada frekuensi sekitar 50-60Hz. IC K2611, IRFZ24N, dan IRF9Z24N dapat digunakan sebagai power switch.
3. SMPS Controller Driver
Bagian ini bertanggung jawab sebagai pembangkit pulsa PWM (Pulse Wave Modulation) dan menggunakan IC PC817 sebagai sinyal driver untuk pencacah. Rangkaian ini juga mengandung osilator dan PWM sebagai pembangkit pulsa-pulsa PWM.
Beberapa rangkaian SMPS tidak menggunakan SMPS controller driver. Sehingga, transistor power switching dibuat agar dapat bekerja dengan cara “ber-osilasi sendiri”.
4. Trafo Switching
Tegangan DC yang telah dicacah memiliki karakteristik seperti tegangan AC sehingga dapat dilalui melalui trafo atau induktor untuk dinaikkan atau diturunkan tegangannya. Pada rangkaian ini, digunakan trafo E25 15:15.
5. Loop Umpan Balik
Untuk menjaga agar tegangan keluaran tetap stabil, digunakan sirkit loop umpan balik dari tegangan keluaran B+ ke bagian primer, yang digunakan untuk mengendalikan PWM.
6. Rangkaian Komparator atau Pembanding
Pada bagian Switch Mode Power Supply ini, digunakan sirkit komparator pada bagian sekunder untuk mendeteksi perubahan tegangan keluaran B+. Komparator bekerja dengan membandingkan tegangan keluaran B+ dengan sebuah tegangan “referensi” (biasanya tegangan diode zener 6.8V).
Output komparator berupa arus yang kemudian diumpan balikkan ke bagian primer melalui sebuah photocoupler. Kopling menggunakan photocoupler bertujuan untuk mengisolasi ground bagian primer dan sekunder, sehingga menghindari risiko bahaya listrik.
Kesimpulan
SMPS menjadi pilihan populer dalam desain sistem kelistrikan modern karena keuntungannya dalam hal efisiensi dan ukuran lebih kecil dibandingkan power supply konvensional. Meskipun memang, memiliki beberapa kekurangan seperti kompleksitas rangkaian dan potensi untuk menghasilkan EMI.
Namun, keuntungan yang ditawarkan oleh Switch Mode Power Supply jauh lebih besar dalam aplikasi kelistrikan modern. Dengan kemajuan teknologi yang terus berkembang, diharapkan SMPS akan terus ditingkatkan. SMPS akan menghadirkan solusi lebih baik dan lebih efisien untuk kebutuhan daya listrik.
Baca Juga: AC vs DC, Mana yang Lebih Unggul?