Keselamatan Pertama!
Ketika sumber AC merupakan stopkontak listrik, perhatian mesti diberikan untuk menentukan implementasi kondusif untuk digunakan. Tanpa kecuali, subsistem ini mesti dirancang dan diimplementasikan oleh spesialis yang berkualifikasi. Jika memungkinkan, gunakan paket steker yang disetujui sebelumnya.Kepatuhan merupakan Wajib!
Ketika Anda menyambungkan apa pun ke soket colokan listrik, itu mesti menyanggupi patokan sertifikasi aturan di negara wilayah ia akan digunakan. Lebih dari ini, ia mesti diuji dan disertifikasi untuk melakukannya - proses yang mahal. Hal ini untuk menentukan keamanannya, tidak mengusik orang lain atau berkontribusi kegaduhan ke susukan listrik utama AC.Apa itu Konverter AC/DC?
Tenaga listrik disalurkan pada kabel baik selaku arus searah (DC) yang mengalir dalam satu arah pada konstanta tidak berosilasi tegangan, atau selaku arus bolak-balik (AC) mengalir mundur dan maju lantaran tegangan berosilasi. AC merupakan metode yang secara biasa dikuasai dalam memuat daya lantaran ia menampilkan beberapa keistimewaan dibandingkan DC, tergolong ongkos distribusi yang lebih rendah dan cara sederhana untuk mengkonversi antara level tegangan berkat penemuan Transformator.Daya AC yang dikirim pada tegangan tinggi pada jarak jauh dan kemudian dikonversi ke tegangan yang lebih rendah merupakan sumber daya yang lebih efisien dan lebih kondusif di rumah. Tergantung pada lokasi, tegangan tinggi sanggup berkisar dari 4kV (kilo-volt) sampai 765kV. Sebagai pengingat, sumber listrik AC di rumah berkisar dari 110V sampai 250V, tergantung pada cuilan dunia mana Anda menjalaninya. Di Indonesia, jalur utama AC biasanya merupakan 220V.
Konverter mengarahkan arus bolak-balik, lantaran tegangan juga berganti, menjadi elemen impedansi reaktif, menyerupai Induktor (L) dan Kapasitor (C), wilayah ia disimpan dan diintegrasikan. Proses ini memisahkan daya (power) yang terkait dengan potensi aktual dan negatif. Filter dipakai untuk menghaluskan energi yang tersimpan, menciptakan penciptaan sumber DC untuk rangkaian lain.
Rangkaian ini sanggup mengambil banyak bentuk tetapi senantiasa berisikan elemen-elemen penting yang sama, dan mungkin mempunyai satu atau lebih tahap konversi. Konverter yang digambarkan pada gambar 1 disebut 'forward converter', yang merupakan efisiensi lebih tinggi ketimbang arsitektur yang sedikit lebih sederhana; suatu 'converter flyback'. Meskipun tidak membahas secara rinci, konverter flyback berlainan dari konverter maju (forward) lantaran operasinya tergantung pada energi yang tersimpan dalam celah udara transformator di rangkaian.
 |
| Gambar 1: Diagram Blok Fungsional dari Konverter Catu Daya AC-DC Konverter |
Input Blok Filtering
Input Filter penting lantaran menghambat kegaduhan yang dihasilkan dalam elemen switching catu daya biar tidak kembali ke catu daya listrik. Ini juga menghambat kegaduhan yang mungkin ada pada catu daya listrik yang masuk ke rangkaian berikutnya. Filter melalui frekuensi listrik 50/60 Hz, dan meminimalisir kegaduhan frekuensi dan harmonik yang lebih tinggi yang mungkin ada.Seperti halnya cuilan lain dari konverter AC ke DC, elemen reaktif menyerupai kapasitor dan induktor melaksanakan tugas penting dari penitikberatan pilih-pilih frekuensi. Kapasitor not pass DC, dan sanggup dipakai secara seri (sebagai elemen pemblokiran DC 'memblokir DC'), atau paralel (untuk men-shunt frekuensi tinggi ke pentanahan biar tidak terhubung ke konverter).
Blok pemfilteran input juga biasanya meliputi resistor yang bergantung pada tegangan, atau Varistor untuk menghambat lonjakan tegangan tinggi pada jaringan tenaga listrik dari menghancurkan catu daya. Ini merupakan kotak persegi panjang dengan garis diagonal melaluinya pada input pada Gambar 1. Jenis varistor yang paling biasa merupakan varistor logam-oksida (MOV). Tegangan apa pun di atas 'tegangan penjepit' perangkat memunculkan MOV menjadi konduktif, mendorong lonjakan tegangan tinggi dan menekan lonjakan.
Rektifikasi (Penyearah)
Konverter AC/DC paling sederhana berisikan trafo yang mengikuti penyaringan input, yang kemudian dilewatkan ke penyearah untuk menciptakan DC. Dalam hal ini, penyearah terjadi sehabis transformator lantaran transformator not pass DC. Namun, banyak konverter AC/DC menggunakan topologi konversi multi-tahap yang lebih canggih, menyerupai yang digambarkan dalam Gambar 1 lantaran keistimewaan persyaratan transformator yang lebih kecil dan kegaduhan yang lebih rendah merujuk kembali ke catu daya listrik.Penyearah diimplementasikan menggunakan perangkat semikonduktor yang secara konduktif mengalirkan arus dalam satu arah saja, menyerupai Thyristor. Silicon controlled rectifiers (SCR) dan Triode untuk arus bolak-balik (TRIAC) merupakan analog dengan Relai karena sejumlah kecil tegangan sanggup mengontrol fatwa tegangan dan arus yang lebih besar.
Cara kerja ini merupakan mereka cuma berlangsung di saat 'gerbang' pengendali dipicu oleh sinyal input. Dengan menggugah atau mematikan perangkat pada waktu yang sempurna di saat arus gelombang AC - arus diarahkan untuk menciptakan pemisahan DC. Ada banyak rangkaian untuk melaksanakan ini, dengan sinyal yang disadap dari bentuk gelombang AC yang dipakai selaku sinyal kendali yang mengontrol fasa kuadran thyristor hidup atau mati. Ini merupakan pergantian, dan sanggup berupa keduanya alami (dalam kendala dioda sederhana) atau dipaksakan, menyerupai dalam kendala perangkat yang lebih canggih.
Catu daya efisiensi tinggi sanggup menggunakan perangkat aktif menyerupai MOSFET sebagai sakelar di rangkaian tersebut. Alasan untuk menggunakan topologi yang lebih kompleks biasanya untuk kenaikan efisiensi, untuk meminimalisir kegaduhan atau bertindak selaku kendali daya. Dioda mempunyai tegangan intrinsik jatuh di atasnya di saat mereka berjalan. Ini memunculkan daya untuk dihilangkan di dalamnya, tetapi elemen aktif yang lain mungkin mempunyai penurunan yang jauh lebih rendah dan alhasil kehilangan daya yang lebih rendah.
Rangkaian SCR dan TRIAC sungguh banyak digunakan di rangkaian kendali daya berbiaya rendah misalnya menyerupai peredupan cahaya di bawah ini - yang dipakai untuk mengarahkan eksklusif dan mengendalikan arus yang dikirim ke beban di saat sumber input berganti. Perhatikan bahwa implementasi ini tidak galvanis di saat mereka tak mempunyai transformator di rangkaian - cuma memiliki kegunaan di rangkaian yang cocok menyerupai kabel listrik eksklusif yang terhubung.
 |
| Gambar 2: Konversi Berbasis SCR |
Koreksi Faktor Daya (PFC)
Ini merupakan faktor yang paling rumit dari konverter untuk dipahami. Power Factor Correction (PFC) merupakan elemen penting dalam memajukan efisiensi konverter dengan memperbaiki fasa relatif dari arus yang ditarik ke bentuk gelombang tegangan untuk menjaga faktor daya optimal. Ini meminimalisir karakteristik 'beban reaktif' yang konverter sanggup hadir ke catu daya listrik. Ini sungguh penting untuk menjaga mutu tinggi, jaringan listrik yang efisien dan perusahaan penyuplai listrik bahkan sanggup mengenakan tarif arus reaktif khusus pada konsumen yang mempunyai faktor daya yang buruk.
PFC pasif atau aktif mengacu pada apakah elemen aktif atau elemen pasif dipakai untuk memperbaiki hubungan fasa. PFC semikonduktor sanggup merujuk ke IC tujuan khusus dengan pengontrol terintegrasi yang dirancang untuk secara aktif memonitor dan menyesuaikan rangkaian PFC, meminimalisir jumlah unsur dan mempersempit desain keseluruhan sambil mendapat kinerja yang lebih tinggi. Mereka sanggup memadukan fungsi-fungsi lain menyerupai perlindungan tegangan over/under, perlindungan arus berlebih, soft start, dan deteksi/respons kesalahan.
Konverter yang digambarkan pada gambar 1 merupakan konverter PFC satu tahap. Kapasitor pada cuilan ini dipakai untuk menyimpan energi yang tidak sepadan antara daya input yang ber-pulsa dan daya output yang relatif konstan di tahap. Lihat cuilan “Penyimpanan Energi Reaktif” untuk rincian lebih lanjut wacana ini.
Konverter PFC dua tahap biasanya dipakai lantaran tidak perlu menanggulangi rentang tegangan selebar kapasitor penyimpanan yang Anda temukan dari catu daya universal, yang berdampak merugikan pada efisiensi konversi. Mereka juga sanggup menampilkan trade-off yang lebih baik dalam ukuran kapasitor, dan ini sanggup menolong meminimalisir biaya.
Tahap Daya (Power)
Tahap daya mengontrol daya yang dialirkan dari sisi primer ke sisi sekunder lewat transformator. Ini berisikan perangkat switching aktif yang beralih pada frekuensi tinggi yang sanggup meraih ratusan kHz. Status ON/OFF sakelar dikendalikan oleh input modulasi lebar pulsa (PWM) yang berubah tergantung pada jumlah daya yang perlu dikirim secara dinamis ke beban.
Informasi ini diperoleh lewat jalur umpan balik dari sisi sekunder yang sanggup dikomunikasikan dengan sejumlah teknik yang mengakomodasi persyaratan isolasi konverter. Pergantian frekuensi yang lebih tinggi menciptakan keperluan transformator yang lebih kecil, meminimalisir ukuran dan biaya.
Transformator (trafo)
Sebuah induksi elektromagnetik. Ini penting di saat menghubungkan ke sumber tegangan tinggi (utama) - disebut selaku konversi 'off-line' lantaran kopling induktif memutus sumber listrik dari rangkaian berikutnya, skenario yang jauh lebih kondusif ketimbang koneksi langsung. Kopling ini oleh medan elektromagnetik, ketimbang rangkaian tembaga langsung, yang disebut 'isolasi galvanik' menghambat energi maksimum yang sanggup memunculkan sengatan listrik atau pelepasan muatan berbahaya ke energi yang tersimpan dalam garis fluks medan magnet transformastor.
Gambar 1 mempunyai blok yang disebut 'Mag Amp Reset' yang terkait dengan demagnetisasi transformator lantaran arus magnetisasi yang menempel dalam arsitektur. Tanpa ini, remanensi materi inti akan menjenuhkannya dalam beberapa siklus PWM tahap daya. Meskipun terlalu rumit untuk dibahas dalam panduan ini, rangkaian perhiasan ini sanggup sungguh membingungkan di saat meninjau diagram rangkaian konverter, dan memiliki kegunaan untuk mengenali mengapa diperlukan.
Ada sejumlah teknik untuk melaksanakan demagnetisasi, yang paling sederhana merupakan di saat sakelar daya dimatikan arus demagnetisasi forward dioda lewat belitan bantu terpisah. Rangkaian ini menghambat siklus kerja PWM maksimum sampai 50%, tetapi metode yang lebih kompleks sanggup dipakai untuk memungkinkan siklus kerja yang lebih tinggi.
Transformator atau metode isolasi galvanik yang lain (seperti Optocoupler) sering dipakai untuk mengkomunikasikan sinyal info antara sisi primer dan sekunder. Ini diharapkan untuk memfasilitasi kendali yang lebih rumit dari proses konversi - memungkinkan rangkaian kendali yang terletak di sisi primer untuk merespons kondisi beban samping sekunder dan secara dinamis merubah cara mengarahkan arus untuk mendapat kegaduhan yang lebih rendah dan efisiensi yang lebih tinggi.
Rangkaian Output (keluaran)
Seperti disebutkan dalam cuilan penyaringan (filtering), medan listrik dalam elemen reaktif pasif (penyimpanan) menyerupai kapasitor dan induktor menyimpan energi. Ketika dipakai sehabis penyearahan kemudi pengisian, mereka bertindak selaku cadangan energi selama siklus daya input bolak-balik. Ini merupakan elemen penting dalam konverter lantaran penyimpanan energi ini bertindak selaku sumber - memungkinkan tegangan output konstan dalam banyak sekali kondisi beban.
Elemen aktif mencicipi tegangan yang diberikan ke beban dan/atau arus yang mengalir ke beban, dan dalam loop kendali umpan balik negatif, gunakan info ini untuk menyesuaikan energi yang dipompa ke dalam elemen penyimpanan ini untuk menjaga tingkat tegangan output yang konstan. Proses pemompaan ini menggunakan elemen aktif untuk menggugah dan mematikan arus yang mengalir ke elemen penyimpanan, sebagaimana dimaksud dalam konsep regulasi yang luas.
Regulasi
Kami memerlukan tegangan konstan yang dihidangkan ke rangkaian beban, terlepas dari impedansi dinamis beban. Tanpa ini, sanggup terjadi kondisi tegangan berlebih atau lebih, yang mengarah pada sikap rangkaian imitasi atau bahkan kerusakan rangkaian. Ini utamanya benar dengan elektronik digital tegangan rendah di mana tegangan supply mesti dibatasi dengan ketat dalam jendela beberapa persen dari nilai nominal. Elemen reaktif tak mempunyai kendali bawaan kepada hal ini. Cara konverter AC/DC meraih jendela tegangan output yang diatur ketat merupakan dengan mengontrol kondisi energi yang tersimpan dalam sumber penyimpanan reaktif impedansi rendah.
Output tegangan akan berubah seiring waktu di saat daya mengalir dari elemen-elemen ini dan mungkin juga mempunyai varian yang disebabkan oleh karakteristik perangkat yang tidak ideal - menyerupai resistansi seri atau kapasitansi parasit. Diperlukan semacam kendali dinamis untuk mengisi ulang sumber ini. Ini disebut regulasi. Banyak menyerupai mikroprosesor merubah daya yang mereka minta di saat mereka melaksanakan operasi yang berbeda, dan ini memperburuk keperluan untuk mempunyai regulasi dinamis yang aktif.
Kontrol regulasi merupakan rangkaian umpan balik yang mengontrol elemen switching. Dalam hal ini elemen switching berada di sisi utama konverter. Agar sakelar menjadi efisien, sakelar mesti ON hard (impedansi serendah mungkin) atau sakelar OFF (impedansi tertinggi dimungkinkan) - lantaran di antara kondisi-kondisi tersebut memunculkan daya yang bepergian lewat sakelar dihilangkan dan terbuang sia-sia.
Sakelar semikonduktor menyerupai MOSFET tidak ideal dan menampilkan beberapa impedansi, mereka mencampakkan energi dan ini menurunkan efisiensi konversi. Hanya ada dua cara untuk mengontrol sakelar, dengan memvariasikan siklus kerja sakelar aktif atau nonaktif, yang disebut Pulse Width Modulation (PWM) atau mengendalikan frekuensi menjadi ON atau OFF. Konverter Mode Non-Resonant menggunakan teknik hard switching, tetapi Mode Resonant konverter menggunakan teknik soft-switching yang lebih cerdas.
Soft switching mempunyai arti menggugah atau mematikan bentuk gelombang arus bolak-balik pada titik nol tegangan atau nol, menetralisir kerugian switching dan mengarah ke arsitektur efisiensi sungguh tinggi. Teknik menyerupai penyearah sinkron mengambil alih dioda penyearah dengan elemen switching aktif menyerupai MOSFET. Mengontrol switching yang disinkronkan ke bentuk gelombang input AC memungkinkan MOSFET berlangsung dengan resistansi ON yang sungguh minim dan penurunan tegangan yang lebih minim pada waktu yang sempurna - yang mengarah pada efisiensi yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan dioda penyearah.
Bagaimana rangkaian pengaturan tahu kapan mesti beralih? Ada dua metode prinsip mode kontrol: kendali tegangan dan kendali arus. Regulator menggunakan satu atau kombinasi dari kedua metode untuk mengontrol tegangan yang dihidangkan ke rangkaian beban.
Mode Kontrol Tegangan
Rangkaian regulasi mencicipi tegangan output, membandingkannya dengan tegangan rujukan untuk menciptakan fungsi kesalahan. Sinyal kesalahan memodifikasi rasio switching untuk menenteng output lebih akrab ke level yang diinginkan. Ini merupakan metode kendali yang paling sederhana.
Mode Kontrol Arus
Baik tegangan output dan arus induktor mencicipi dan kombinasi yang dipakai untuk mengontrol siklus kerja. 'Loop penginderaan arus' dalam ini memungkinkan waktu respons yang lebih singkat untuk menampung perubahan, tetapi lebih kompleks ketimbang mode kendali tegangan.
Lebih lanjut menyusahkan elemen regulasi, melampaui dan di atas metode kontrol, cara konverter bertindak selaku siklus perubahan disebut mode operasi kontinu atau dis-kontinu. Mode operasi kontinu merupakan mode di mana arus induktor tidak pernah turun ke nol (jika topologi konverter memilikinya).
Ini merupakan riak output yang lebih rendah dan alhasil mode pengoperasian yang lebih rendah, tetapi lantaran induktor senantiasa berjalan, ia senantiasa memboroskan energi dalam kehilangan konduksi seri yang tidak ideal. Dalam mode diskontinu, arus induktor dibiarkan menjadi nol, memunculkan beban menemukan energi dari kapasitor penyimpanan. Ini merupakan mode operasi dengan efisiensi yang lebih tinggi tetapi potensial mempunyai kendali regulasi yang lebih jelek dan lebih buruk.
Jenis Konverter
Sebagaimana disinggung secara singkat, ada beberapa macam konverter yang berhubungan dengan topologi mereka, tergolong arsitektur flyback dan buck-flyback. Ini merupakan topologi biasa lantaran memadukan transformator, mempunyai jumlah unsur yang rendah dan sanggup berbiaya rendah relatif kepada pilihan lain. Konverter flyback merupakan konverter buck-boost (step-up/step down) dengan induktor diganti dengan transformator. Energi yang tersimpan di dalam transformator dipakai untuk merubah peralihan lewat rangkaian rektifikasi aktif atau pasif.
Jenis flyback converter yang paling biasa menggunakan mode diskontinyu (DCM) - dengan arus yang mengalir di transformator menjadi nol - lantaran ini biasanya mempunyai loop kendali paling sederhana dan ongkos terendah. Konverter flyback mode kontinu arus (CCM) diharapkan untuk tingkat daya yang lebih tinggi tetapi menciptakan kerugian belitan transformator yang lebih tinggi lantaran konduksi yang berkelanjutan.
Banyak catu daya beralih antar mode tergantung pada level beban. Quasi resonant (QR) dan lembah switching/variasi frekuensi variabel pada topologi flyback merupakan rangkaian yang lebih kompleks yang menaikkan kapan dan bagaimana switching terjadi untuk memajukan efisiensi. QR flyback mencapainya dengan mendaur ulang energi induktansi kebocoran yang tidak ideal, dan penggantian lembah meminimalisir lonjakan yang disebabkan oleh overshoot. Mereka biasanya dipakai dalam aplikasi daya rendah.
