Perbedaan Kunci – SMPS vs Catu Daya Linier
Sebagian besar perangkat elektronik dan listrik memerlukan tegangan DC agar dapat berfungsi. Perangkat ini, terutama perangkat elektronik dengan sirkuit terpadu, harus disuplai dengan tegangan DC yang andal dan tanpa distorsi agar dapat bekerja tanpa mengalami malfungsi atau terbakar. Tujuan dari catu daya DC adalah untuk memasok tegangan DC bersih ke perangkat ini. Catu daya DC dikategorikan ke dalam mode linier dan sakelar, yang merupakan topologi yang terlibat untuk membuat catu daya AC menjadi DC yang lancar. Catu daya linier menggunakan transformator untuk secara langsung menurunkan tegangan listrik AC ke tingkat yang diinginkan sementara SMPS mengubah AC ke DC menggunakan perangkat switching yang membantu mendapatkan nilai rata-rata dari tingkat tegangan yang diinginkan. Inilah perbedaan utama antara SMPS dan catu daya linier.
Apa itu Catu Daya Linier?
Dalam catu daya linier, tegangan AC utama diubah menjadi tegangan yang lebih rendah secara langsung oleh transformator step-down. Trafo ini harus menangani daya yang besar karena bekerja pada frekuensi listrik AC 50/60Hz. Oleh karena itu, transformator ini berukuran besar dan besar, membuat catu daya menjadi berat dan besar.
Tegangan yang diturunkan kemudian diperbaiki dan disaring untuk mendapatkan tegangan DC yang diperlukan untuk keluaran. Karena tegangan pada level ini berubah-ubah tergantung pada distorsi tegangan input, pengaturan tegangan dilakukan sebelum output. Regulator tegangan pada catu daya linier adalah regulator linier, yang biasanya merupakan perangkat semikonduktor yang bertindak sebagai resistor variabel. Nilai resistansi keluaran berubah dengan kebutuhan daya keluaran, membuat tegangan keluaran konstan. Dengan demikian, regulator tegangan beroperasi sebagai perangkat disipasi daya. Sebagian besar waktu, itu menghilangkan daya berlebih untuk membuat tegangan konstan. Oleh karena itu, regulator tegangan harus memiliki heat sink yang besar. Akibatnya, catu daya linier menjadi jauh lebih berat. Selanjutnya, sebagai akibat disipasi daya oleh regulator tegangan sebagai panas, efisiensi catu daya linier turun sekitar 60%.
Namun, catu daya linier tidak menghasilkan gangguan listrik pada tegangan keluaran. Ini memberikan isolasi antara output dan input karena transformator. Oleh karena itu, catu daya linier digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi seperti perangkat frekuensi radio, aplikasi audio, uji laboratorium yang memerlukan suplai bebas noise, pemrosesan sinyal, dan amplifier.
Gambar 01: Catu Daya dengan Regulator Tegangan Linier
Apa itu SMPS?
SMPS (switched-mode power supply) beroperasi pada perangkat transistor switching. Pada awalnya, input AC diubah menjadi tegangan DC oleh penyearah, tanpa mengurangi tegangan, tidak seperti pada catu daya linier. Kemudian tegangan DC mengalami switching frekuensi tinggi, biasanya oleh transistor MOSFET. Artinya, tegangan melalui MOSFET dihidupkan dan dimatikan oleh sinyal Gerbang MOSFET, biasanya sinyal termodulasi lebar-pulsa sekitar 50 kHz (blok chopper/inverter). Setelah operasi pemotongan ini, bentuk gelombang menjadi sinyal DC berdenyut. Setelah itu, transformator step-down digunakan untuk mengurangi tegangan sinyal DC berdenyut frekuensi tinggi ke level yang diinginkan. Terakhir, penyearah keluaran dan filter digunakan untuk mengembalikan tegangan DC keluaran.
Gambar 02: Blok Diagram SMPS
Pengaturan tegangan di SMPS dilakukan melalui rangkaian umpan balik yang memantau tegangan keluaran. Jika kebutuhan daya beban tinggi, tegangan keluaran cenderung meningkat. Kenaikan ini dideteksi oleh rangkaian umpan balik regulator dan digunakan untuk mengontrol rasio on-to-off dari sinyal PWM. Dengan demikian, tegangan sinyal rata-rata berubah. Akibatnya, tegangan keluaran dikontrol agar tetap konstan.
Trafo step-down yang digunakan di SMPS beroperasi pada frekuensi tinggi; dengan demikian, volume dan berat transformator jauh lebih sedikit daripada catu daya linier. Ini menjadi alasan utama untuk SMPS menjadi jauh lebih kecil dan lebih ringan daripada rekan tipe liniernya. Selain itu, pengaturan tegangan dilakukan tanpa membuang kelebihan daya seperti kehilangan ohmik atau panas. Efisiensi SMPS mencapai 85-90%.
Pada saat yang sama, SMPS menghasilkan noise frekuensi tinggi karena operasi switching MOSFET. Kebisingan ini dapat tercermin dalam tegangan output; namun, dalam beberapa model canggih dan mahal, kebisingan keluaran ini dikurangi sampai batas tertentu. Selanjutnya, switching menciptakan interferensi elektromagnetik dan frekuensi radio juga. Oleh karena itu, diperlukan untuk menggunakan pelindung RF dan filter EMI di SMPS. Oleh karena itu, SMPS tidak cocok untuk aplikasi audio dan frekuensi radio. Peralatan yang kurang peka terhadap kebisingan seperti pengisi daya ponsel, motor DC, aplikasi daya tinggi, dll. dapat digunakan dengan SMPS. Desainnya yang lebih ringan dan lebih kecil membuatnya nyaman digunakan sebagai perangkat portabel juga.
Apa perbedaan antara SMPS dan Catu Daya Linier?
SMPS vs Catu Daya Linier |
|
| SMPS langsung memperbaiki AC utama tanpa mengurangi tegangan. Kemudian DC yang dikonversi diaktifkan dalam frekuensi tinggi untuk transformator yang lebih kecil untuk menguranginya ke level tegangan yang diinginkan. Akhirnya, sinyal AC frekuensi tinggi disearahkan ke tegangan keluaran DC. | Catu daya linier mengurangi tegangan ke nilai yang diinginkan di awal oleh transformator yang lebih besar. Setelah itu AC disearahkan dan disaring untuk menghasilkan tegangan DC keluaran. |
| Peraturan Tegangan | |
| Pengaturan tegangan dilakukan dengan mengontrol frekuensi switching. Tegangan keluaran dipantau oleh rangkaian umpan balik dan variasi tegangan digunakan untuk kontrol frekuensi. | Tegangan DC yang diperbaiki dan disaring dikenai resistansi keluaran dari pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan keluaran. Resistansi ini dapat dikontrol oleh rangkaian umpan balik yang memantau variasi tegangan keluaran. |
| Efisiensi | |
| Pembangkitan panas di SMPS relatif rendah karena transistor pensaklaran beroperasi di daerah pemutus dan kelaparan. Ukuran trafo keluaran yang kecil juga membuat kehilangan panas menjadi kecil. Oleh karena itu, efisiensinya lebih tinggi (85-90%). | Kelebihan daya dihamburkan sebagai panas untuk membuat tegangan konstan dalam catu daya linier. Selain itu, trafo input jauh lebih besar; dengan demikian, rugi-rugi transformator lebih tinggi. Oleh karena itu, efisiensi catu daya linier serendah 60%. |
| Bangun | |
| Ukuran trafo SMPS tidak perlu besar karena beroperasi dalam frekuensi tinggi. Oleh karena itu, berat trafo juga akan lebih sedikit. Akibatnya, ukuran dan bobot SMPS jauh lebih rendah daripada catu daya linier. | Catu daya linier jauh lebih besar karena trafo input harus besar karena frekuensi operasinya rendah. Karena lebih banyak panas yang dihasilkan dalam pengatur tegangan, unit pendingin juga harus digunakan. |
| Distorsi Kebisingan dan Tegangan | |
| SMPS menghasilkan noise frekuensi tinggi karena switching. Ini masuk ke tegangan output, serta ke listrik input kadang-kadang. Distorsi harmonik pada daya listrik juga dapat terjadi di SMPS. | Catu daya linier tidak menghasilkan noise pada tegangan output. Distorsi harmonik jauh lebih sedikit daripada SMPS. |
| Aplikasi | |
| SMPS dapat digunakan sebagai perangkat portabel karena ukurannya yang kecil. Namun karena menghasilkan noise frekuensi tinggi, SMPS tidak dapat digunakan untuk aplikasi yang sensitif terhadap noise seperti aplikasi RF dan audio. | Catu daya linier jauh lebih besar dan tidak dapat digunakan untuk perangkat portabel. Karena tidak menimbulkan kebisingan dan tegangan keluaran juga bersih, mereka digunakan untuk sebagian besar pengujian listrik dan elektronik di laboratorium. |
Ringkasan – SMPS vs Catu Daya Linier
SMPS dan catu daya Linear adalah dua jenis catu daya DC yang digunakan. Perbedaan utama antara SMPS dan catu daya linier adalah topologi yang digunakan untuk pengaturan tegangan dan penurunan tegangan. Sementara catu daya linier mengubah AC ke tegangan rendah di awal, SMPS pertama-tama memperbaiki dan menyaring AC utama dan kemudian beralih ke AC frekuensi tinggi sebelum mengundurkan diri. Karena berat dan ukuran trafo meningkat seiring dengan penurunan frekuensi operasi, trafo input catu daya linier jauh lebih berat dan lebih besar tidak seperti di SMPS. Selain itu, karena pengaturan tegangan dilakukan dengan pembuangan panas melalui resistansi, catu daya linier harus memiliki heat sink yang membuatnya lebih berat. Regulator SMPS mengontrol frekuensi switching untuk mengontrol tegangan output. Oleh karena itu, SMPS berukuran lebih kecil dan lebih ringan. Karena pembangkitan panas di SMPS lebih rendah, efisiensinya juga lebih tinggi.
Unduh Versi PDF SMPS vs Catu Daya Linier
Anda dapat mengunduh versi PDF dari artikel ini dan menggunakannya untuk tujuan offline sesuai dengan catatan kutipan. Silakan unduh versi PDF di sini Perbedaan Antara SMPS dan Catu Daya Linier.
