Belajar Mengenal Switching Power Supply SMPS

Istilah switching power supply SMPS (Switched-Mode Power Supply) mungkin bagi sebagian kita baru mengenalnya, padahal perangkat power supply ini sudah sejak lama diterapkan sebagai pengganti traffo nantinya. Yang biasa kita pelajari adalah power supply regulator sederhana yang terdiri jembatan transformator, dioda, dan kondensator saja.

Lalu apa sih beda Switching Power Supply dengan Power Supply Biasa???
Sederhananya, SMPS tidak memakan tempat, sedangan power supply konvensional bentuknya terlalu besar seperti box DVD jaman dulu yang tebal dan besar karena besarnya traffo.

Pada SMPS tidak lagi memerlukan sebuah Trafo ukuran super gede, namun kita tetap memakai 2 trafo ukuran kecil, berikut ini akan saya jelaskan lebih banyak lagi tentang SMPS yg dikutip dari laporan magang saya ketika masih sekolah.

Blok Switched-Mode Power Supply (SMPS)

Hampir semua power supply saat ini menggunakan SMPS, hal ini karena regulator switching mempunyai beberapa keuntungan jika dibanding dengan regulator linear, seperti :

Lebih ringan dan ukuran lebih kecil. Regulator linear membutuhkan trafo 50Hz yang mempunyai inti besi yang berat. Makin besar daya (Watt) makin besar dan berat ukuran tranfonya. Sedang SMPS menggunakan frekwensi diatas 20Khz. Makin tinggi frekwensi switching, maka ukuran tranfo dan kapasitor filter semakin kecil.

Lebih efisien pemakaian daya listrik. Regulator switching lebih sedikit menghasilkan panas, berarti lebih sedikit daya listrik yang hilang.

Range tegangan masukan yang lebih lebar. SMPS mempunyai toleransi range tegangan masukan yang lebar. Dengan tegangan masukan bervariasi antara dc 150~300V (atau tegangan ac antara 90~265V), switching regulator masih mampu memberikan tegangan keluaran yang stabil.

Baca juga cara menghitung gulungan kawat dengan Program Calculator Gulungan SMPS Transformer Coil

Pengertian SMPS, SMPS mempunyai dua buah arti kata, yaitu :
Power Supply – Artinya suatu peralatan yang berfungsi untuk menyediakan sumber daya listrik yang cocok dengan suatu peralatan. Pada umumnya sumber listrik yang tersedia adalah tegangan ac 220V sedangkan tegangan yang dibutuhkan untuk suatu peralatan umumnya adalah tegangan dc.
Regulator Switching – adalah suatu sirkit elektronik yang berfungsi untuk membuat agar tegangan keluaran stabil terhadap perubahan-perubahan seperti, tegangan masukan yang tidak konstan, arus beban yang tidak konstan, temperature ruangan yang tidak konstan.

Prinsip dasar kerja SMPS

Berikut ini adalah rangkaian dari SMPS, lihat gambar 4.13

SMPS secara garis besar meliputi kerja :

• Penyerahan – merubah tegangan masukan AC menjadi tegangan keluaran DC.
• Konverter – merubah tegangan dc menjadi tegangan keluaran yang sesuai dengan kebutuhan
• Filtering – menghilangkan denyut (ripple) pada tegangan keluaran
• Regulasi – membuat agar besarnya tegangan keluaran stabil terhadap perubahan tegangan masukan dan perubahan beban.
• Isolasi – mengisolasi bagian sekunder dari bagian primer, dengan tujuan agar chasis bagian sekunder kalau dipegang tidak timbul bahaya kena sengatan listrik.
• Proteksi – mampu melindungi peralatan dari tegangan keluaran yang over dan melindungi power supply dari kerusakan jika terjadi suatu kesalahan.

Bagan alir cara kerja dari SMPS dapat dilihat pada gambar 4.14

Bagian-bagian pokok dasar kerja sebuah switching power supply SMPS adalah sebagai berikut :

• Bagian penyearah. Disini tegangan masukan dari listrik ac 220v disearahkan menjadi tegangan dc menggunakan diode bridge dan 3 buah elco filter besar yaitu sebuah elco 480V680UF dan 2 buah elco 250V2200UF.
• Bagian pencacah atau power-switching. Tegangan masukan dc dicacah dengan menggunakan “power switch on-off ” sehingga menghasilkan tegangan pulsa-pulsa dc dengan frekwensi tinggi. SMPS mesin las Inverter umumnya bekerja pada frekwensi sekitar 50Hz hingga 60Hz. Sebagai power switch dapat menggunakan IC K2611, IRFZ24N dan IRF9Z24N.
• SMPS Controller driver sebagai pembangkit pulsa PWM (Pulse Wave Modulation). Sebagai sinyal drive untuk pencacah digunakan IC PC 817 yang berisi rangkaian osilator dan PWM  sebagai pembangkit pulsa-pulsa PWM. Ada rangkaian SMPS yang tidak menggunakan SMPS controller driver, dalam hal ini transistor power switching dibuat agar dapat bekerja dengan cara “ber-osilasi sendiri”
• Trafo switching. Tegangan dc yang telah dicacah mempunyai karakteristik seperti tegangan ac sehingga dapat dilewatkan sebuah trafo atau induktor untuk dinaikkan ataupun diturunkan tegangannya. Pada rangkaian ini menggunakan trafo E25 15:15
• Penyearahan dan filtering tegangan keluaran. Tegangan keluaran dari trafo masih berupa pulsa-pulsa frekwensi tinggi dan kemudian dirubah menjadi tegangan dc menggunakan diode penyearah dan filter elco.
• Loop umpan balik untuk membuat tegangan keluaran agar stabil.  Sirkit loop umpan balik dari tegangan keluaran B+ ke bagian primer digunakan untuk mengendalikan PWM.
• Rangkaian komparator atau pembanding sebagai “error detektor”. Sebuah sirkit komparator pada bagian sekunder dipakai untuk mendeteksi jika terjadi perubahan tegangan keluaran B+. Komparator bekerja dengan cara membandingkan tegangan keluaran B+ dengan sebuah tegangan “referensi” (biasanya berupa tegangan diode zener 6.8v). Output komparator berupa arus yang kemudian diumpan balikkan ke bagian primer melalui sebuah photo coupler. Kopling menggunakan photocouler bertujuan untuk meng-isolagi ground bagian primer yang menyetrum jika dipegang (HOT chasis) dengan ground bagian sekunder (COLD chasis).

Sumber referensi dengan tambahan:
http://www.engineersgarage.com/articles/smps-switched-mode-power-supply 
https://fariztfarizt.wordpress.com/2013/12/27/mengenal-smps-switched-mode-power-supply