21. Introduction to Switched-Mode Power Supply

(SMPS) Circuits

Rohmat Khoirul Sidiq111910201039

21.1 Introduction to regulated dc power supplies

• Power supply adalah istilah yang luas tetapi pelajaran ini dibatasi untuk pembahasan sirkuit yang menghasilkantetap atau terkendali besarnya tegangan dc dari bentuk tersedia tegangan input. terpadu -circuit ( IC ) chip yang digunakan dalam sirkuit elektronik membutuhkan standar tegangan dc besarnya tetap .Banyak sirkuit ini perlu diatur dengan baik - supply dc untuk operasi yang tepat . Dalam sebagian besarkasus tegangan yang dibutuhkan adalah besaran bervariasi antara -18 sampai +18 volt . beberapaperalatan mungkin perlu beberapa pasokan listrik output. Misalnya, dalam satu Personal Computermungkin perlu 3,3 volt , 5 volt dan ± ± pasokan listrik 12 volt . IC digital mungkin perlu pasokan 3.3voltdan sopir hard disk atau floppy driver mungkin perlu ± 5 ± 12 volt dan persediaan . individutegangan output dari beberapa power supply keluaran mungkin memiliki penilaian yang berbeda saat ini danpersyaratan regulasi tegangan yang berbeda . Dc hampir selalu output ini terisolasitegangan di mana output dc ohmically terisolasi dari pasokan input . Dalam kasus beberapapersediaan output isolasi ohmic antara dua atau lebih output mungkin diinginkan . inputsambungan ke pasokan listrik ini sering diambil dari standar plug titik listrik ( actegangan 115V / 60Hz atau 230V / 50Hz ) . Ini mungkin tidak biasa , meskipun, untuk memiliki power supplybekerja dari setiap tingkat tegangan lain yang bisa baik ac atau jenis dc .

21.2 Linear regulated power supply

21.3 Switched Mode Power Supply (SMPS)

• Seperti catu daya linear , modus power supply diaktifkan terlalu mengubah tersediaac tidak diatur atau masukan tegangan dc ke tegangan output dc diatur . Namun dalam kasus SMPdengan pasokan input diambil dari ac listrik , tegangan input pertama diperbaiki dan disaring menggunakankapasitor pada output rectifier . The diatur dc tegangan kapasitor kemudian diumpankan kefrekuensi tinggi dc -to - dc converter . Sebagian besar konverter dc - to- dc digunakan dalam rangkaian SMPS memilikitahap tinggi frekuensi konversi ac menengah untuk memfasilitasi penggunaan frekuensi tinggitransformator untuk skala tegangan dan isolasi . Sebaliknya , dalam pasokan listrik linear dengan masukantegangan diambil dari ac listrik , tegangan listrik pertama mengundurkan diri ( dan terisolasi ) kebesarnya diinginkan menggunakan transformator frekuensi listrik , diikuti dengan pembetulan dan penyaringan .Transformator frekuensi tinggi yang digunakan dalam sirkuit SMP jauh lebih kecil dalam ukuran dan beratdibandingkan dengan transformator frekuensi rendah dari linear sirkuit listrik .

21.4 SMPS versus linear power supply

• Seperti dibahas di atas , dalam rangkaian regulator linear kelebihan tegangan dari dc masukan yang tidak diatursupply turun di seluruh elemen seri ( dan karenanya ada daya yang hilang sebanding dengan tegangan initurun ) sedangkan di sirkuit beralih modus bagian yang tidak diatur tegangan akan dihapus olehmodulasi rasio tugas switch. Kerugian switching dalam switch modern ( seperti : MOSFET ) adalahapalagi dibandingkan dengan rugi dalam elemen linear . Dalam sebagian besar pasokan mode daya diaktifkan adalah mungkin untuk memasukkan sebuah transformator frekuensi tinggiuntuk mengisolasi output dan untuk skala tegangan keluaran besarnya . Dalam power supply linearisolasi dan tegangan - skala transformator dapat menempatkan hanya di frekuensi pasokan listrik yang rendah .Transformator frekuensi rendah sangat berat dan besar dibandingkan dengan frekuensi tinggitransformator dari sejenis VA . Demikian pula tegangan output penyaringan sirkuit , dalam kasus rendahriak frekuensi jauh bulkier daripada jika riak adalah frekuensi tinggi . Modus diaktifkansirkuit menghasilkan riak frekuensi tinggi yang dapat disaring dengan mudah menggunakan volume yang lebih kecil darielemen filtering

21.5 Hybrid (SMPS followed by linear) power supply

• Perbandingan linier dan modus pasokan listrik beralih bercerita tentang keuntungan dankerugian dari keduanya. Power supply linear sangat tidak efisien jika harus bekerja lebih besarvariasi tegangan input, lebih besar karena penggunaan transformator frekuensi rendah danelemen filter ( induktor dan kapasitor ) . Di sisi lain pasokan listrik linear memberikan lebih baikpengaturan tegangan output. Ini kadang-kadang diperlukan untuk memiliki regulasi tegangan output yang samadengan yang disediakan oleh pasokan linear dan kekompakan dan efisiensi yang lebih baik dari modus diaktifkansupply . Untuk ini , pasokan listrik linear dapat dimasukkan ke dalam tandem dengan pasokan modus diaktifkan . marikita mempertimbangkan kasus di mana satu kebutuhan 5 volt output yang terisolasi dan diatur dengan baik sementara inputdaya yang diambil dari pasokan utilitas yang memiliki fluktuasi tegangan besar . Dalam situasi seperti satu mungkinmenghasilkan terisolasi 7,5 volt dari SMP dan mengikutinya dengan 5 volt linear power supply diatur kebekerja dengan 7,5 volt input. Input ke power supply linear harus beberapa volt lebih darioutput yang diperlukan ( untuk biasing yang tepat dari switch ) dan karenanya SMP mencoba untuk mempertahankan sekitar 7,5volt input. Hal ini dapat dilihat bahwa catu daya linear sekarang tidak memiliki tegangan input yang besarvariasi meskipun variasi yang besar dalam tegangan listrik rms . SMP porsi kekuasaanpasokan efisien melakukan pekerjaan isolasi dan konversi tegangan dari sangat beragamtegangan listrik untuk cukup diatur 7,5 volt dc . Di bawah kondisi tertentu mungkin tidak sulituntuk melihat bahwa efisiensi keseluruhan pasokan listrik hybrid ini akan terletak antara bahwa SMP danpasokan linear . Biaya keseluruhan mungkin atau mungkin tidak meningkatkan meskipun dua persediaan di tandemdigunakan . Hal ini harus diingat bahwa untuk mencapai hal yang sama spesifikasi tegangan output olehSirkuit SMP saja , kontrol dan penyaringan sirkuit mungkin menjadi lebih mahal dan kompleks ( dibandingyang digunakan dalam unit power supply hybrid ) . Demikian pula jika pasokan linear harus dirancangfluktuasi besar tegangan input peringkat komponen , termasuk peringkat heat -sink , akanlebih tinggi dan dapat biaya sebanyak unit hybrid .

21.6 Multiple output SMPS • Sebuah unit catu daya tunggal mungkin perlu output beberapa tegangan yang berbeda. Output individu

tegangan mungkin memiliki peringkat yang berbeda dalam hal arus keluaran, pengaturan tegangan dan riak tegangan. Output ini mungkin perlu isolasi antara mereka. Umumnya frekuensi tinggi umum transformator menghubungkan input dan output gulungan dan terlepas dari umpan balik tegangan output semua output tidak dapat memiliki peraturan yang sama karena beban yang berbeda terhubung ke output yang berbeda dan karenanya berbeda ohmic (resistif) tetes dalam gulungan keluaran (beban umumnya variabel dan tergantung user). Juga kopling antara gulungan sekunder yang berbeda dan gulungan primer mungkin tidak sama menyebabkan tegangan yang berbeda turun di seluruh kebocoran masing induktansi. Pembatasan ketidakcocokan ini dalam tegangan turun di seluruh resistensi dan kebocoran induktansi dari gulungan sekunder tegangan output mereka berada di sebanding dengan giliran rasio. Para ternyata rasio yang benar dipilih untuk memberikan cukup diatur tegangan output individu (Bahkan jika umpan balik tegangan hanya satu output digunakan untuk SMP control switch). Output yang perlu memiliki regulasi tegangan yang lebih ketat dapat digunakan untuk umpan balik tegangan output. Dalam kasus lain Output perlu memiliki peraturan ketat maka sama bahwa output tertentu dapat melewati sirkuit regulator linear tambahan seperti dalam kasus sirkuit listrik hybrid dibahas dalam bagian sebelumnya (Bag. 21.5).

21.7 Resonant Mode Power Supplies

• Modus resonan pasokan listrik adalah variasi atas SMP sirkuit di mana kerugian switching secara signifikan berkurang dengan mengadaptasi nol-tegangan atau teknik beralih nol saat ini. Dalam non-modus resonan SMP sirkuit switch dikenakan keras beralih (selama keras switching, baik tegangan dan arus di switch yang besarnya cukup sehingga beralih seketika besar daya yang hilang). Efisiensi modus pasokan listrik resonansi umumnya lebih tinggi dari pasokan mode non-resonan.

21.8 Power supply specifications• Pasokan listrik mungkin memiliki beberapa spesifikasi yang harus dipenuhi , termasuk tegangan dan arus

merekaperingkat . Mungkin ada penilaian singkat waktu besarnya lebih tinggi dari peringkat saat ini dan terus menerus besaran sedikit lebih rendah . Salah satu kebutuhan untuk menentukan batas toleransi pada tegangan riak ,tingkat perlindungan sirkuit pendek arus ( jika ada ) dan sifat output kurva volt - saat ini selama over- saat ini atau hubungan pendek ( besarnya tegangan output harus mengurangi atau lipat kembali ke nol , secara bertahap , tergantung pada tingkat keparahan over-saat ini ) . Persyaratan sekering ( jika ada) pada input dan sisi output mungkin perlu ditentukan . Salah satu kebutuhan untuk menentukan jenis pasokan input ( apakah ac atau dc ) atau apakah power supply dapat bekerja baik dari ac atau dc masukan tegangan . Rentang yang dapat diterima variasi dalam besarnya tegangan input, pasokan frekuensi ( dalam kasus input ac ) juga harus ditentukan . Efisiensi , berat dan volume adalah beberapa spesifikasi penting lainnya . Beberapa aplikasi memerlukan standar kompatibilitas elektro - magnetik yang harus dipenuhi . Oleh kompatibilitas elektromagnetik itu berarti bahwa tingkat generasi EMI oleh power supply harus berada dalam batas toleransi dan pada saat yang sama catu daya harus memiliki kemampuan untuk bekerja memuaskan di lingkungan yang bising terbatas . Hal ini sangat umum untuk memiliki tegangan output isolasi dan itu ditentukan dalam hal isolasi tegangan rusaknya . Dalam kasus beberapa daya persediaan perlu ditentukan apakah semua output harus terisolasi atau tidak dan apaharus rentang tegangan riak diterima untuk masing-masing .