Power Supply Jenis Switch Mode; Perancangan Tingkat Lanjut, oleh Dr. Ir. Saludin Muis, M.Kom. Hak Cipta 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-882262; 0274-889398; Fax: 0274-889057 E-mail: info@grahailmu.co.id Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-292-5 Cetakan ke I, tahun 2014
KATA PENGANTAR Penulisan bersyukur dapat menyelesaikan penulisan buku ini ditengah-tengah kesibukan kerja, bahan yang disajikan buku ini menekankan sisi penerapan perancangan jenis power supply yang paling banyak dipergunakan dalam peralatan elektronik keperluan sehari-hari yaitu jenis switchmode. Sehingga isi buku ini akan dapat melengkapi buku karangan penulis yang telah terbit yang menekankan sisi teoritis dan persyaratan yang dibutuhkan. Dengan demikian diharapkan buku ini dapat memberikan nilai tambah nyata baik kepada kalangan pelajar/akademisi, praktisi maupun industri. Tidak ada kesempurnaan selain sebuah saran dan kritik dari pembaca agar buku ini dapat ditingkatkan dan disempurnakan pada edisi selanjutnya. Karena itu saran-saran dari pembaca sangat diharapkan agar penulis dapat mengedit kembali isi buku ini dan menyajikan lebih baik pada kesempatan berikutnya. Pada kesempatan ini, dari lubuk hati penulis terdalam, penulis mengucapkan terima kasih setulusnya kepada Ibu Saini, Ibu M. Dwi Kristiani, dan Ibu RajaniTjandra yang berperan besar dan merubah perjalanan hidup penulis. Dalam kegalauan hati, Tuhan melintasi lubuk hati terdalam yang merana, dalam keputus-asaan, Tuhan menebar seberkas cahaya menerangi jiwa yang kosong. Keesaan itu seperti sebuah bayangan dibalik badan, hanya dalam hati terdalam dapat merasakan kehadirannya
vi Power Supply Jenis Switch Mode; Perancangan Tingkat Lanjut
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR v DAFTAR ISI vii PENDAHULUAN xiii BAB 1 INDUKTOR DAN CHOKE DALAM PEMASOK SWITCHMODE 1 1.1 Pengantar 1 1.2 Induktor Sederhana 2 1.3 Induktor Filter Jala Mode Bersama 2 1.6 Induktor Filter Masukan Jala Mode Seri 8 1.7 Choke (induktor dengan bias DC) 9 1.8 Contoh Perancangan Choke Inti E Ferit Bercelah (menggunakan metode empiris) 12 1.9 Contoh Perancangan Choke untuk Konverter Dorong dan Lonjakan Tinggi (dengan metode grafik perkalian luas dan dengan perhitungan) 13 1.10 Contoh Perancangan Choke untuk Regulator Buck (menggunakan inti ferit dan metode perancangan grafik AP) 16 1.11 Choke Batang Ferit dan Serbuk Besi 23 BAB 2 CHOKE ARUS TINGGI MENGGUNAKAN INTI SERBUK BESI 25 2.1 Pengantar 25 2.2 Choke Penyimpan Energi 26 2.3 Permeabilitas Inti 27 2.4 Inti E Serbuk Besi Bercelah 27 2.5 Penggunaan Metode Untuk Perancangan Choke Inti E Serbuk Besi (metode perkalian luas grafik) 28 2.6 Contoh Perancangan Choke Inti E Serbuk Besi (menggunakan metode perkalian luas grafik) 30
viii Power Supply Jenis Switch Mode; Perancangan Tingkat Lanjut BAB 3 PERANCANGAN CHOKE MENGGUNAKAN INTI TOROID SERBUK BESI 37 3.1 Pengantar 37 3.2 Pendekatan Perancangan Yang Disukai (Toroid) 38 3.3 Choke Berayun 38 3.4 Opsi Kumpuran 41 3.5 Contoh Perancangan (Opsi A) 41 3.6 Contoh Perancangan (opsi B) 43 3.7 Contoh Perancangan (Opsi C) 45 3.8 Rugi Inti 46 3.9 Total Disipasi Dan Kenaikan Suhu 46 3.10 Perancangan Choke (toroid) Linear 47 BAB 4 PERANCANGAN TRANSFORMER SWITCHMODE (PRINSIP UMUM) 49 4.1 Pengantar 49 4.2 Ukuran Transformer (pertimbangan umum) 49 4.3 Efisiensi Optimal 50 4.4 Ukuran Inti Optimal Dan Ayunan Kerapatan Fluks 51 4.5 Menghitung Ukuran Inti Dalam Suku Perkalian Luas 54 4.6 Faktor Luasan Primer K p 55 4.7 Faktor Pengepakan Kumparan 55 4.8 Faktor Arus RMS K T 55 4.9 Efek Frekuensi Terhadap Ukuran Transformer 56 4.10 Ayunan Kerapan Fluks ÄB 56 4.11 Dampak Spesifikasi Lembaga terhadap Ukuran Transformer 58 4.12. Perhitungan Lilitan Primer 58 4.13 Perghitungan Lilitan Sekunder 60 4.14 Setengah Lilitan 61 4.15 Ukuran Kawat 61 4.16 Efek Kulit Dan Ketebalan Kawat Optimal 62 4.17 Topologi Kumparan 65 4.18 Kenaikan Suhu 69 4.19 Efisiensi 71 4.20 Perancangan Kenaikan Suhu Lebih Tinggi 72 4.22 Tabir RFI Dan Tabir Keamanan 73 4.23 Teknik Transformer Separoh Lilitan 74 BAB 5 CONTOH PERANCANGAN TRANSFORMER 150W OPTIMAL MENGGUNAKAN NOMOGRAM 79 5.1 Pengantar 79 5.2 Ukuran Inti Dan Ayunan Kerapatan Fluks Optimal 79 5.3 Parameter Inti Dan Gelendong 80
Daftar Isi ix 5.4 Menghitung Lilitan Primer 80 5.5 Menghitung Ukuran Kawat Primer 80 5.6 Efek Kulit Primer 81 5.7 Lilitan Sekunder 81 5.8 Ukuran Kawat Sekunder 81 5.9 Efek Kulit Sekunder 82 5.10 Catatan Perancangan 82 5.11 Konfirmasi Perancangan 82 5.12 Kerugian Tembaga Primer 82 5.13 Kerugian Tembaga Sekunder 83 5.14. Kerugian Inti 83 5.15. Kenaikan Suhu 84 5.16. Efisiensi 84 BAB 6 KEJENUHAN TANGGA TRANSFORMER 85 6.1 Pengantar 85 6.2 Metode Reduksi Efek Kejenuhan Tangga 86 6.3. Memaksa Keseimbangan Fluks Pada Konvetter Dorong-Tarik Rasio Tugas Terkontrol 86 6.4. Problem Kejenuhan tangga Pada sistem Kontrol Mode Arus 89 BAB 7 MENGGANDA FLUKS 91 BAB 8 KESTABILAN DAN KOMPENSASI LINGKAR KONTROL PADA SMPS 93 8.1 Pengantar 93 8.2 Beberapa Sebab ketidak-stabilan Pemasok Switchmode 93 8.3 Metode Mengstabilkan Lingkaran 94 8.4 Metode Uji Kestabilan 96 8.5 Prosedur Uji 96 8.6 Analisis Pengujian Transien 96 8.7 Plot Bode 98 8.8 Prosedur Pengukuran Untuk Plot Bode Pada Sistem Pemasok Daya Lingkar Tertutup 98 8.9 Peralatan Uji Untuk Pengukuran Plot Bode 100 8.10 Teknik Uji 101 8.11 Prosedur Pengukuran Untuk Plot Bode Sistem Pemasok Daya Lingkar Terbuka 102 8.12 Menentukan Karakteristik Kompensasi Optimal dengan Metode Perbedaan 103 8.13 Bebarapa Sebab Ketidak-stabilan Bandel 104 BAB 9 SETENGAH KANAN BIDANG NOL 107 9.1 Pengantar 107 9.2 Penjelasan Dinamik Setengah Kanan Bidang Nol 107 9.3 Setengah Kanan Bidang Nol- Penjelasan Disederhanakan 108
x Power Supply Jenis Switch Mode; Perancangan Tingkat Lanjut BAB 10 KONTROL MODE ARUS 113 10.1 Pengantar 113 10.2 Prinsip Kontrol Mode Arus 113 10.3 Pengubahan Kontrol Mode Arus Ke Kontrol Tegangan 116 10.4 Unjuk Kerja Transfer Energi Lengkap Konverter Flyback Terkontrol Mode Arus 116 10.5 Keuntungan Kontrol Mode Arus Pada Topologi Konverter Arus Induktor Kontinu 117 10.6 Kompensasi Slop 120 10.7 Kelebihan Kontrol Mode Arus Pada Regulator Buck Mode Arus Induktor Kontinu 121 10.8 Kekurangan Intrinsik Kontrol Mode Arus 124 10.9 Kesimbangan Fluks Pada Topologi Dorong-Tarik Bila Menggunakan Kontrol Mode Arus 126 10.10 Asimetis Disebabkan Oleh Pengisian Tidak Seimbang Konverter Setengah Jembatan Terkontrol Mode Arus dan Topologi Lain Menggunakan Kapasitor Penghalang DC 127 10.11 Ringkasan 128 BAB 11 KOPEL-OPTIK 131 11.1 Pengantar 131 11.2 Sirkuit Antar Muka Kopel Optik 132 11.3 Kestabilan Dan Sensitivitas Derau 134 BAB 12 TINGKAT ARUS RIAK UNTUK KAPASITOR ELEKTROLIT 137 12.1 Pengantar 137 12.2 Menentukan Tingkat Arus Riak RMS Kapasitor Dari Data Diterbitkan 139 12.4 Prosedur Uji Yang Direkomendasi 140 BAB 13 ARUS PARALEL TIDAK INDUKTIF 143 13.1 Pengantar 143 13.2 Arus Paralel 143 13.3 Rasio Resistansi/Induktansi Sebuah Paralel Sederhana 143 13.4 Kesalahan Pengukuran 144 13.5 Konstruksi Paralel Arus Induktansi Rendah 145 BAB 14 KEJENUHAN TANGGA TRANSFORMER 147 14.1 Pengantar 147 14.2 Tipe Transformer Arus 148 14.3 Ukuran Inti Dan Arus Magnitisasi (semua tipe) 148 14.4 Prosedur Perancangan Transformer Arus 150 14.5 Contoh Perancangan Transformer Arus Searah 151 14.6 Tipe 2, Aplikasi Transformer Arus (untuk semua rus ac) Dorong-Tarik 154 14.7 Tipe 3, Transformer Arus Tipe Flyback 155 14.8 Tipe 4, Transformer Arus DC (DCCT) 157 14.9 Menggunakan Transformer Arus Pada Konverter Flyback 162