ACmatic / SMPS HB
Sering di keluhkan membeli produk ditoko sebuah AC matic tidak sesuai spesifikasinya dengan yang dipromosikan atau tertulis di bodi atau kit nya tersebut.....mengapa bisa begini???? Masyarakat kita pada umumnya menginginkan yang bagus besar dan murah....apakah hal itu tercapai??? Dalam hal dunia bisnis sering pedagang memegang semboyan ada harga ada barang, maksudnya kualitas barang tergantung pada harganya....adakah harga barang murah dengan kualitas tinggi??? Kalo barang KONYOL (seko nyolong) bisa saja atau SEPANYOL (separo nyolong) karena yang punya barang tidak tau harganya....berapapun harganya jika ada yang beli pasti untung....hehehehehe.....
Kali ini saya akan berikan sebuah power supply yang berupa trafo elektronik atau SMPS.
Ada berbagai macam jenis smps ini namun yang akan saya tampilkan smps yang mempunyai topology Half Bridge atau HB dan topology ini terdiri atas 4 macam systemnya ialah
1. HB topology non PFC
2. HB topologi PFC Boost Converter
3.HB topology PFC Buck Conveeter
4.HB topology PFC Boost and Buck Converter
Dari ke 4 nya masing masing punya keunggulan dan kekurangan bagi segi teknisnya ataupun segi finansialnya, jga dari hal desainnya atau penampilan tataletak juga ada kelebihan dan kekurangannya...... Kita akan memulai dari yang paling atas ialah :
1. HB topology Non PFC
Topology ini adalah sirkit dan sistemnya yang paling sederhana dan dapat dibuat ukuran sekecil kecilnya namun sayangnya sistem ini memiliki faktor regulasi yang sangat rendah...maksimum peregulasian hanya sebesar 15% saja...... Topology HB yang paling mudah dibuat dan memiliki efisiensi dan daya output agak besar yaitu "HB topology Non PFC non Regulation" dan model ini banyak yang suka karena lebih handal, efisien dan mudah dibuat serta menyerap anggaran yang tidak terlalu besar.....efisiensi dalam hal transfer daya sangat besar dibandingkan yang lainnya...namun kekurangannya tegangan outputnya se irama dengan tegangan inputnya....atau tegangan output mengikuti tegangan input.....
Banyak yang menyajikan model topology HB Non PFC Non Regulation dengan menampilkan tentang kesederhanaannya diantaranya model "SELF OSCILATING" dan model "FLIP FLOP"
Self oscilating sudah banyak yang menyuguhkan terutama di blog blog yg nota bene terkenal sehingga saya akan menyuguhkan yg sederhana saja dan dengan tampilan yang sederhana akan lebih menarik minat para pembaca...saya akan menyuguhkan bagian yang kedua yaitu "FLIP FLOP"
SMPS HB dengan dasar operasi dari flip flip
Sering orang beranggapan flip flip adalah sirkit lampu hias yang kedap kedip silih berganti, dan anggapan ini memang benar hanya disini bukanlah untuk menyalakan lampu biar kedap kedip dengan tempo yang lambat akan tetapi kedap kedipnya ini sangatlah cepat sehingga tidak nampak lagi kedap kedipnya.....tempo kedap kedip ini bisa dalam ukuran yang sangat singkat yaitu kurang dari 0,00005 detik atau istilahnya kurang dari 20 microdetik (us).
Bagaimana cara membangun atau membuat flip flop untuk SMPS ini??? Seperti kebiasaan lama saya, sirkit dibangun dengan komponen yang mudah didapat baik dari rongsokan ataupun beli di pasaran, yang jelas sangat mudah untuk membuatnya.
Untuk lebih jelasnya saya tampilkan gambar flip flop tersebut dan beginilah gambarnya.
Apakah hanya seperti itu? Tentu ada yang mendukungnya yaitu beberapa komponen tambahan sebagai pendukung agar dapat beroperasi dengan sempurna.
Frekwensi operasi flip flop ini dengan harga komponen seperti diatas maka akan terbangkit sebesar 22-25 KHZ dan frekwensi sebesar ini akan ideal diaplikasikan untuk SMPS yang bahan bakunya sederhana...
Pendukung dari flipflop ini berupa buffer yang berfungsi untuk memperbesar arus sinyal outputnya, sirkit buffer ini sering disebut dengan nama totempole atau totem saja, yang dibangun dengan sepasang transistor NPN dan PNP, ini deterapkan pada masing masing outputnya.
Sirkit pendukung lainnya adalah Driver yang berfungsi untuk mengendalikan umpan ke sirkit switching yang berupa Power FET atau Mosfet atau Hexfet, driver ini bisa berupa trafo yang disebut GDT (Gate Driver Transformer) atau berupa Bootstrap yang berupa sirkit Lift up side signal, secara gambar blok seperti ini
Dan seperti apakah sirkit atu skema lengkapnya blok Buffer dan Driver nya???
Ini adalah sirkit untuk pendukung sirkit flip flop yang berupa Totempole dan GDT, dan lengkapnya seperti skema berikut
Jika Output dari GDT langsung terkoneksi pada Gate power switch FET maka pwer switch akan beroperasi tanpa jeda sedikitpun sehingga power switch akan bekerja dengan seketika beralih bergantian, artinya jika output side up aktif maka saat itu juga output side down non aktif, sehingga tidak ada jeda diantara output aktif dan output non aktif, padahal pada input Gate FET terdapat sebuah Capasitor semu yang akan berperan dalam mempengaruhi perubahan akif ke non aktif ataupun sebaliknya dan ini meninggalkan tegangan sisa yang tidak langsung hilang, hal ini dapat menyebabkan kedua input Gate FET mendapat sinyal pacu dan FET aktif bersamaan, apa akibat nya????
Saat kedua power switch FET aktif atau "ON" bersamaan maka yang terjadi adalah tegangan sumber akan di hubung singkat oleh FET tersebut akibatnya sumber akan terbebani yang sangat berat yaitu beban hubung singkat. Pada detak operasi frekwensi yang lebih tinggi unsur FET "ON" bersamaan adalah sangat besar dan ini adalah sebuah kegagalan total dalam operasinya.... semakin tinggi frekwensi operasi maka semakin besar pula prosentase power FET "ON" bersamaan dan ini artinya kegagalan sistem semakin besar.....dan apa cara untuk mengatasi agar power switch FET benar benar beroperasi bergantian dan hanya sebuah saja yang beroperasi????
Sebuah cara yang mudah dilakukan adalah memberi jeda diantara switch aktif dan non aktif, waktu yang dibutuhkan untuk jeda (spasi/istirahat) dinamakan waktu mati atu istilah kerennya adalah Dead Time (DT) namun penyisipan waktu jeda atau dead time sekecil kecilnya namun tidak sampai membuat power FET "ON" bersama walau hanya dalam tempo yang sangat singkat, sebab penyisipan dead time yang terlalu besar berakibat pengeluaran daya atau kemampuan daya yang dihasilkan menurun, artinya semakin besar dead time maka daya yang dihasilkan oleh SMPS tersebut akan semakin mengecil, maka dibuatlah dead time sekecil kecilnya agar diperoleh daya sebesar besarnya. Perhatikan gambar sketsa dibawah ini tentang peranan dead time tersebut....
Perhatikan tentang warna pada gambar diatas....Warna pink adalah sinyal yang masuk ke GDT, Warna Merah dan Warna Magenta adalah bentuk sinyal output GDT dan area warna abu abu adalah area power switch "ON" bersamaan dan Warna Orange adalah titik dimana power switch FET benar benar maksimum, area warna ini yang jadi penyebab kegagalan total SMPS terutama jika detak atau basik frekwensi beroperasi pada status frekwensi tinggi......Gambar diatas adalah GDT yang langsung terkoneksi ke Gate FET dan tidak ada sisipan Dead Time (DT).
Bagaimana cara menyisipkan Dead Time diantara kedua sinyal tersebut? Berbagai macam cara para designer SMPS menyisipkan Dead Time, dari yang sederhana sampai yang sangat rumit dan kompleks terutama jika power switching beroperasi pada frekwensi sangat tinggi, semakin tinggi frekwensi operasi switching semakin susah menyisipkan Dead Time yang sempurna, namun secara garis besar nya cara cara penyisipan dead time ada 2 macam yaitu :
1. Attenuator
Yaitu cara yang ditempuh untuk membuat dead time dengan menekan titik acuan sinyal sampai dibawah titik Source FET sehingga didapat dead time yang dikehendaki, cara ini adalah cara yang termudah sehingga banyak para designer SMPS menerapkan cara ini, namun ada kekurangan dengan cara tersebut yaitu kita kehilangan banyak daya karena puncak daya menjadi sempit, perhatikan gambar berikut ini....
Banyak yang menerapkan cara ini dan bermacam macam pula bentuk sirkit dengan Attenuator Dead Time karena lebih simpel dan praktis walaupun daya yang dihasilkan hanyalah sebesar kotak hijau yang luasnya kurang dari 75% dari maksimumnya.
2. Dellay ON Time
Yaitu suatu cara membuat dead time yang lebih rumit dan komplex namun keunggulannya daya yang dihasilkan lebih besar dari cara yang pertama, sesuai dengan namanya dellay atau tunda adalah menunda saat ON namun saat OFF tidak ada tundaan atau OFF seketika. Para designer memilih cara ini karena secara efisiensi daya akan lebih besar karena puncak daya nya lebar, walaupun rumit dan komplex mengingat akan daya yang dihasilkan maka cara inipun ditempuhnya, bagi pemula mungkin cara ini tidak dianjurkan akan tetapi tidak ada salahnya walaupun pemula dapat membuat nya dengan baik karena sudah disediakan komponen khusus untuk dead time dengan dellay, namun sayangnya untuk driver GDT dengan dellay on time tidak ada komponen dipasaran yang mendukung cara ini, sebab yang disediakan di pasaran adalah driver Gate dengan Bootstrap.....dan bagaimana jika pakai GDT apakah bisa dengan komponen dellay on time???????
Mungkin lebih baik saya langsung ke skematik diagram HB non pfc yang sderhana dengan inti utama dari flip-flop :
