Pencatu daya

Sebuah catu daya *desktop* serbaguna sederhana yang digunakan di lab elektronik, dengan penyambung keluaran daya terlihat di kiri bawah dan penyambung masukan daya (tidak ditampilkan) terletak di bagian belakang

Pencatu daya^[1] atau pemasok daya adalah alat listrik yang memasok tenaga listrik ke suatu beban listrik. Fungsi utama catu daya adalah untuk mengubah arus listrik dari sumber menjadi tegangan, arus, dan frekuensi yang benar untuk memberi daya pada beban (load). Akibatnya, catu daya terkadang disebut sebagai konverter daya listrik. Beberapa catu daya adalah bagian peralatan mandiri yang terpisah, sementara yang lain dibuat ke dalam peralatan beban yang diberi daya. Contoh yang terakhir termasuk catu daya yang ditemukan di komputer desktop dan perangkat elektronik konsumen. Fungsi lain yang mungkin dilakukan oleh catu daya termasuk membatasi arus yang ditarik oleh beban ke tingkat yang aman, mematikan arus jika terjadi kesalahan listrik, pengkondisian daya untuk mencegah derau elektronik atau lonjakan tegangan pada masukan mencapai beban, koreksi faktor-daya, dan menyimpan energi sehingga dapat terus memberi daya pada beban jika terjadi gangguan sementara pada sumber daya (pasokan daya tak terputus).

Semua catu daya memiliki sambungan masukan daya (power input), yang menerima energi dalam bentuk arus listrik dari suatu sumber, dan satu atau lebih sambungan keluaran daya (power output) yang menyalurkan arus ke beban. Sumber tenaga dapat berasal dari jejaring tenaga listrik, seperti outlet listrik, perangkat penyimpanan energi seperti baterai atau sel bahan bakar, pembangkit atau alternator, konverter tenaga surya, atau catu daya lainnya.

Klasifikasi umum

Fungsional

Catu daya dikategorikan dalam berbagai cara, termasuk menurut fitur fungsionalnya. Misalnya, pemasok daya teratur adalah catu daya yang mempertahankan tegangan atau arus keluaran konstan meskipun ada variasi arus beban atau tegangan masukan. Sebaliknya, output dari pemasok daya tanpa pengaturan dapat berubah secara signifikan ketika tegangan input atau arus bebannya berubah. Catu daya yang disesuaikan memungkinkan tegangan atau arus keluaran diprogram dengan kontrol mekanis (misalnya, kenop pada panel depan catu daya), atau melalui masukan kontrol, atau keduanya. catu daya teregulasi yang disesuaikan adalah catu daya yang dapat disetel dan diatur. Catu daya yang terisolasi memiliki keluaran daya yang secara elektrik tidak bergantung pada masukan daya; ini berbeda dengan catu daya lain yang berbagi koneksi umum antara masukan dan keluaran daya.

Pengemasan

Catu daya dikemas dengan berbagai cara dan diklasifikasikan sesuai. Catu daya bangku adalah unit desktop yang berdiri sendiri yang digunakan dalam aplikasi seperti uji sirkuit dan pengembangan. Catu daya rangka terbuka hanya memiliki penutup mekanis sebagian, terkadang hanya terdiri dari alas pemasangan; ini biasanya dibangun ke dalam mesin atau peralatan lain. Catu daya yang dipasang di rak dirancang untuk diamankan ke dalam rak peralatan elektronik standar. Catu daya terintegrasi adalah salah satu yang berbagi papan sirkuit tercetak yang sama dengan bebannya. Catu daya eksternal, adaptor AC atau power brick, adalah catu daya yang terletak di kabel daya AC beban yang dihubungkan ke stopkontak di dinding; kutil dinding adalah catu daya eksternal yang terintegrasi dengan steker stopkontak itu sendiri. Ini populer di elektronik konsumen karena keamanannya; arus utama 120 atau 240 volt yang berbahaya diubah menjadi voltase yang lebih aman sebelum masuk ke badan alat.

Metode konversi daya

Catu daya secara luas dapat dibagi menjadi tipe linier dan switching. Konverter daya linier memproses daya input secara langsung, dengan semua komponen konversi daya aktif beroperasi di wilayah operasi liniernya. Dalam switching konverter daya, daya input diubah menjadi pulsa AC atau DC sebelum diproses, oleh komponen yang beroperasi terutama dalam mode non-linier (misalnya, transistor yang menghabiskan sebagian besar waktunya dalam cutoff atau saturasi). Daya "hilang" (diubah menjadi panas) saat komponen beroperasi di wilayah liniernya dan, akibatnya, pengonversi pengalih biasanya lebih efisien daripada pengonversi linier karena komponennya menghabiskan lebih sedikit waktu di kawasan pengoperasian linier.

Jenis

Catu daya DC

Catu daya DC adalah salah satu yang memasok tegangan DC konstan ke bebannya. Tergantung pada desainnya, catu daya DC dapat diberi daya dari sumber DC atau dari sumber AC seperti sumber listrik.

Pasokan AC-ke-DC

Skema catu daya AC-ke-DC dasar, menunjukkan (dari L-R) trafo, penyearah jembatan gelombang penuh, kapasitor filter dan beban resistor

Catu daya DC menggunakan listrik utama AC sebagai sumber energi. Catu daya semacam itu akan menggunakan transformator untuk mengubah tegangan input menjadi tegangan AC yang lebih tinggi atau lebih rendah. Penyearah digunakan untuk mengubah tegangan keluaran transformator menjadi tegangan DC yang bervariasi, yang kemudian dilewatkan melalui filter elektronik untuk mengubahnya menjadi tegangan DC yang tidak diatur.

Filter menghilangkan sebagian besar, tetapi tidak semua variasi tegangan AC; tegangan AC yang tersisa dikenal sebagai ripple. Toleransi beban listrik terhadap riak menentukan jumlah minimum penyaringan yang harus disediakan oleh catu daya. Dalam beberapa aplikasi, ripple tinggi dapat ditoleransi dan oleh karena itu tidak diperlukan penyaringan. Misalnya, dalam beberapa aplikasi pengisian daya baterai, dimungkinkan untuk menerapkan catu daya DC bertenaga listrik dengan tidak lebih dari transformator dan dioda penyearah tunggal, dengan resistor secara seri dengan keluaran untuk membatasi arus pengisian.

Catu daya kapasitif (tanpa transformator)

Sebuah catu daya kapasitif (catu daya tanpa transformator) menggunakan reaktansi kapasitor untuk mengurangi tegangan listrik menjadi tegangan AC yang lebih kecil. Biasanya, tegangan AC yang berkurang yang dihasilkan kemudian diperbaiki, disaring dan diatur untuk menghasilkan tegangan output DC yang konstan.

Tegangan keluaran tidak diisolasi dari sumber listrik. Akibatnya, untuk menghindari orang dan peralatan terpapar tegangan tinggi yang berbahaya, segala sesuatu yang terhubung ke catu daya harus diisolasi dengan baik.

Kapasitor pengurang tegangan harus menahan tegangan listrik penuh, dan juga harus memiliki kapasitansi yang cukup untuk mendukung arus beban maksimum pada tegangan keluaran pengenal. Secara bersama-sama, batasan ini membatasi penggunaan praktis dari jenis pasokan ini untuk aplikasi berdaya rendah.

Regulator linier

Fungsi dari regulator tegangan linier adalah untuk mengubah tegangan DC yang bervariasi menjadi sebuah konstan, sering kali spesifik, tegangan DC lebih rendah. Selain itu, mereka sering menyediakan fungsi pembatas arus untuk melindungi catu daya dan beban dari arus berlebih (arus yang berlebihan dan berpotensi merusak).

Tegangan keluaran konstan diperlukan di banyak aplikasi catu daya, tetapi tegangan yang diberikan oleh banyak sumber energi akan bervariasi dengan perubahan impedansi beban. Selanjutnya, ketika catu daya DC tanpa pengaturan adalah sumber energi, tegangan keluarannya juga akan bervariasi dengan perubahan tegangan masukan. Untuk menghindari hal ini, beberapa catu daya menggunakan pengatur tegangan linier untuk menjaga tegangan keluaran pada nilai yang stabil, independen dari fluktuasi tegangan input dan impedansi beban. Regulator linier juga dapat mengurangi besarnya riak dan suara pada tegangan keluaran.

Catu daya AC

Sebuah catu daya AC biasanya mengambil tegangan dari stopkontak di dinding (catu daya) dan menggunakan trafo untuk menaikkan atau menurunkan tegangan ke tegangan yang diinginkan. Beberapa pemfilteran mungkin dilakukan juga. Dalam beberapa kasus, tegangan sumber sama dengan tegangan keluaran; ini disebut transformator isolasi. Trafo catu daya AC lainnya tidak menyediakan isolasi listrik; ini disebut autotransformer; autotransformer keluaran variabel disebut sebagai variac.

Adaptor AC

Adaptor AC adalah catu daya yang terpasang pada steker listrik AC. Adaptor AC juga dikenal dengan berbagai nama lain seperti "paket steker" atau "adaptor plug-in", atau dengan istilah gaul seperti "kutil dinding". Adaptor AC biasanya memiliki output AC atau DC tunggal yang disalurkan melalui kabel yang terpasang ke konektor, tetapi beberapa adaptor memiliki beberapa output yang dapat dikirim melalui satu atau beberapa kabel. Adaptor AC "Universal" memiliki konektor masukan yang dapat dipertukarkan untuk mengakomodasi tegangan listrik AC yang berbeda.

Adaptor dengan keluaran AC mungkin hanya terdiri dari transformator pasif (ditambah beberapa dioda pada adapter keluaran DC), atau mereka dapat menggunakan sirkuit mode-sakelar. Adaptor AC mengkonsumsi daya (dan menghasilkan medan listrik dan magnet) bahkan saat tidak terhubung ke beban; karena alasan ini mereka kadang-kadang dikenal sebagai "vampir listrik", dan mungkin dicolokkan ke soket ekstensi agar dapat dihidupkan dan dimatikan dengan nyaman.

Catu daya yang dapat diprogram

Sebuah Catu daya yang dapat diprogram adalah salah satu yang memungkinkan kendali jarak jauh pengoperasiannya melalui input analog atau antarmuka digital seperti RS232 atau GPIB. Properti yang dikontrol dapat mencakup tegangan, arus, dan dalam hal suplai daya keluaran AC, frekuensi. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk pengujian peralatan otomatis, pemantauan pertumbuhan kristal, fabrikasi semikonduktor, dan generator sinar-X.

Catu daya yang dapat diprogram biasanya menggunakan komputer mikro integral untuk mengontrol dan memantau operasi catu daya. Catu daya yang dilengkapi dengan antarmuka komputer dapat menggunakan protokol komunikasi eksklusif atau protokol standar dan bahasa kontrol perangkat seperti SCPI.

Catu daya tegangan tinggi

Sebuah Catu daya tegangan tinggi adalah salah satu yang menghasilkan ratusan atau ribuan volt. Konektor keluaran khusus digunakan untuk mencegah busur api, kerusakan isolasi dan kontak manusia yang tidak disengaja. Konektor Federal Standard biasanya digunakan untuk aplikasi di atas 20 kV, meskipun konektor jenis lain (misalnya, konektor SHV) dapat digunakan pada tegangan yang lebih rendah. Beberapa catu daya tegangan tinggi menyediakan masukan analog atau antarmuka komunikasi digital yang dapat digunakan untuk mengontrol tegangan keluaran. Catu daya tegangan tinggi biasanya digunakan untuk mempercepat dan memanipulasi sorotan elektron dan ion pada peralatan seperti generator sinar-x, mikroskop elektron, dan kolom sorotan ion fokus, dan dalam berbagai aplikasi lainnya, termasuk elektroforesis dan elektrostatika.

Catu daya bipolar

Catu daya bipolar beroperasi di keempat kuadran bidang Kartesius tegangan/arus, yang berarti akan menghasilkan tegangan dan arus positif dan negatif seperti yang diperlukan untuk menjaga regulasi.^[2] Ketika outputnya dikendalikan oleh sinyal analog tingkat rendah, ini secara efektif merupakan penguat operasional bandwidth rendah dengan daya output tinggi dan penyeberangan-nol yang mulus. Jenis catu daya ini biasanya digunakan untuk memberi daya pada perangkat magnetis dalam aplikasi ilmiah.

Spesifikasi

Kesesuaian catu daya tertentu untuk suatu aplikasi ditentukan oleh berbagai atribut catu daya, yang biasanya tercantum dalam spesifikasi catu daya. Atribut yang ditentukan secara umum untuk catu daya meliputi:

Jenis tegangan input (AC atau DC) dan jangkauan
Efisiensi konversi daya
Jumlah tegangan dan arus yang dapat disuplai ke bebannya
Seberapa stabil tegangan atau arus keluarannya dalam kondisi saluran dan beban yang bervariasi
Berapa lama dapat memasok energi tanpa mengisi bahan bakar atau mengisi ulang (berlaku untuk catu daya yang menggunakan sumber energi portabel)
Kisaran suhu pengoperasian dan penyimpanan

Singkatan yang umum digunakan digunakan dalam spesifikasi catu daya:

SCP - Short circuit protection
OPP - Overpower (kelebihan beban) protection
OCP - Overcurrent protection
OTP - Overtemperature protection
OVP - Overvoltage protection
UVP - Undervoltage protection

Manajemen Termal

Catu daya sistem kelistrikan cenderung menghasilkan banyak panas. Semakin tinggi efisiensinya, semakin banyak panas yang dikeluarkan dari unit. Ada banyak cara untuk mengatur panas unit catu daya. Jenis pendinginan umumnya terbagi dalam dua kategori - konveksi dan konduksi. Metode konveksi umum untuk mendinginkan catu daya elektronik termasuk aliran udara alami, aliran udara paksa, atau aliran cairan lainnya di atas unit. Metode pendinginan konduksi yang umum termasuk penyekat panas, pelat dingin, dan senyawa termal.^[3]

Proteksi kelebihan beban

Catu daya sering kali memiliki perlindungan dari korsleting atau beban berlebih yang dapat merusak pasokan atau menyebabkan kebakaran. Sekring dan pemutus sirkuit adalah dua mekanisme yang umum digunakan untuk proteksi beban berlebih.^[4]

Sebuah sekring berisi kabel pendek yang meleleh jika arus terlalu banyak. Ini secara efektif memutuskan catu daya dari bebannya, dan peralatan berhenti bekerja sampai masalah yang menyebabkan kelebihan beban teridentifikasi dan sekring diganti. Beberapa catu daya menggunakan sambungan kabel yang sangat tipis yang disolder sebagai sekring. Sekring pada unit catu daya dapat diganti oleh pengguna akhir, tetapi sekring pada peralatan konsumen mungkin memerlukan alat untuk mengakses dan mengganti.

Sebuah pemutus sirkuit berisi elemen yang memanaskan, membengkokkan, dan memicu pegas yang mematikan sirkuit. Setelah elemen mendingin, dan masalahnya teridentifikasi, pemutus dapat disetel ulang dan daya dipulihkan.

Beberapa PSU menggunakan potongan termal yang ditanam di trafo daripada sekering. Keuntungannya adalah memungkinkan arus yang lebih besar ditarik untuk waktu yang terbatas daripada yang dapat disuplai unit secara terus menerus. Beberapa guntingan tersebut disetel ulang sendiri, beberapa hanya untuk sekali pakai.

Pembatasan arus

Beberapa pencatu menggunakan pembatas arus daripada memutus daya jika kelebihan beban. Dua jenis pembatas arus yang digunakan adalah pembatas elektronik dan pembatas impedansi. Yang pertama adalah umum pada PSU meja lab, yang terakhir umum pada pasokan output kurang dari 3 watt.

Sebuah pembatas arus lipat kembali mengurangi arus keluaran menjadi jauh lebih kecil daripada arus non-gangguan maksimum.

Referensi

^ "Arti kata catu daya". Badan Pengembangan dan Pembinaan Bahasa, Kemendikbud. KBBI Daring. Diakses tanggal 21 Juli 2022.
^ "Bipolar Power Supplies Run The Voltage Gamut". Electronic Design. 2012-10-19. Diakses tanggal 2018-07-26.
^ "Overview of Cooling Methods for AC and DC Power Supplies". Aegis Power Systems. Aegis Power Systems. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2020-09-28. Diakses tanggal 2020-11-05.
^ Malmstadt, Enke and Crouch, Electronics and Instrumentation for Scientists, The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., 1981, ISBN 0-8053-6917-1, Chapter 3.

Pranala luar

[KBBIDcatudaya-1] "Arti kata catu daya". Badan Pengembangan dan Pembinaan Bahasa, Kemendikbud. KBBI Daring. Diakses tanggal 21 Juli 2022.

[2] "Bipolar Power Supplies Run The Voltage Gamut". Electronic Design. 2012-10-19. Diakses tanggal 2018-07-26.

[3] "Overview of Cooling Methods for AC and DC Power Supplies". Aegis Power Systems. Aegis Power Systems. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2020-09-28. Diakses tanggal 2020-11-05.

[Malmstadt_1981-4] Malmstadt, Enke and Crouch, Electronics and Instrumentation for Scientists, The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., 1981, ISBN 0-8053-6917-1, Chapter 3.

[1]

[2]

[3]

[4]