Anda mungkin menggunakan smartphone, laptop, atau komputer pribadi setiap hari. Perangkat elektronik ini menggunakan arus searah (DC) untuk bekerja. Namun, karena rumah tangga biasanya ditenagai oleh arus bolak-balik (AC) bertegangan tinggi, Anda memerlukannya untuk menurunkan voltase dan mengubah AC ke DC dengan menggunakan catu daya seperti power brick atau pengisi daya.
Catu daya yang paling umum digunakan saat ini adalah catu daya linier dan switching. Mengetahui mana yang akan digunakan untuk aplikasi tertentu akan membuat elektronik Anda tetap aman dan bekerja secara optimal.
Lanjutkan membaca di bawah untuk perbandingan antara catu daya linier dan switching.
Apa itu Linear dan Switching Power Supply?
Catu daya linier dan switching adalah perangkat listrik yang digunakan untuk memberi daya dan mengisi daya perangkat elektronik DC. Perangkat ini bertugas melakukan dua hal: menurunkan tegangan dan mengubah AC ke DC. Meskipun kedua perangkat menurunkan dan memperbaiki daya, perbedaan dalam cara mereka mencapai tugas ini membuatnya lebih cocok untuk aplikasi tertentu.
Catu daya linier adalah perangkat yang digunakan dalam operasi dengan kebisingan rendah dan presisi. Penggunaan trafo berat dan filter analognya memungkinkan catu daya ini menghasilkan voltase bersih dengan biaya efisiensi rendah, bobot lebih berat, dan ukuran lebih besar. Catu daya linier paling baik digunakan dalam peralatan perekam, alat musik elektrik, peralatan medis, dan alat ukur laboratorium presisi tinggi.
Catu daya mode switching atau sakelar (SMPS) digunakan untuk operasi dengan efisiensi tinggi dan arus tinggi. Tidak seperti catu daya linier, catu daya switching menggunakan penggunaan komponen solid-state untuk memodulasi dan mengatur voltase masuk. Catu daya ini mengandalkan peralihan frekuensi tinggi menggunakan transistor daya, menjadikannya berisik tetapi sangat hemat daya, ringan, dan ringkas. Pengalih catu daya sering digunakan di komputer, pengisi daya telepon, peralatan manufaktur, dan banyak perangkat elektronik bertegangan rendah.
Cara Kerja Catu Daya Linier
Menggunakan komponen analog murni yang tersedia di tahun 50-an, catu daya linier harus bergantung pada transformator daya berat dan kapasitor elektrolitik besar untuk menurunkan dan memperbaiki voltase. Meskipun transistor sudah diproduksi secara massal saat itu, tegangan AC yang tinggi hanya menghasilkan terlalu banyak panas untuk ditangani oleh transistor.
Berikut adalah skema catu daya linier:
Catu daya linier bekerja dalam tiga langkah:
Langkah 1: Turunkan tegangan AC tinggi yang masuk melalui penggunaan trafo.
Langkah 2: Tegangan yang diturunkan kemudian melewati penyearah jembatan penuh, yang memperbaiki tegangan AC menjadi tegangan DC yang berdenyut.
Langkah 3: Sinyal tegangan DC yang berdenyut melewati filter yang terdiri dari induktor dan kapasitor. Filter pelembut ini menghilangkan fluktuasi sinyal tegangan DC yang berdenyut, membuatnya dapat digunakan untuk perangkat elektronik yang sensitif.
Bagaimana Switching Power Supply Bekerja
Switching catu daya adalah perangkat kompleks yang menggunakan komponen solid-state untuk melakukan switching daya frekuensi tinggi dan transformator inti ferit yang lebih kecil. Jenis catu daya ini dapat menaikkan dan menurunkan voltase dengan menggunakan loop umpan balik DC untuk mengontrol voltase keluaran.
Begini cara kerjanya:
Langkah 1: AC tegangan tinggi memasuki catu daya melalui modul perlindungan sirkuit yang terdiri dari sekering dan filter EMC. Sekering adalah untuk perlindungan tegangan berlebih, dan filter EMC melindungi sirkuit dari riak sinyal yang berasal dari AC tanpa filter.
Langkah 2: Setelah memastikan sirkuit terlindungi dengan baik, AC tegangan tinggi kemudian dilewatkan melalui modul kedua yang terdiri dari penyearah jembatan penuh dan kapasitor pemulusan. Penyearah jembatan penuh mengubah AC menjadi DC berdenyut, yang kemudian dihaluskan oleh kapasitor.
Langkah 3: DC tegangan tinggi kemudian dikirim melalui driver PWM, yang menerima umpan balik dan mengontrol MOSFET daya yang mengatur tegangan melalui peralihan frekuensi tinggi. Pergantian juga membuat arus DC lurus menjadi gelombang persegi.
Langkah 4: Gelombang persegi DC sekarang memasuki transformator inti ferit, mengubah sinyal kembali ke gelombang persegi AC.
Langkah 5: Gelombang persegi AC melewati penyearah jembatan, mengubah sinyal menjadi DC yang berdenyut dan kemudian melewatinya melalui filter penghalus. Keluaran akhir kemudian digunakan untuk mengirimkan sinyal ke driver PWM, yang membuat loop umpan balik yang mengatur tegangan keluaran.
Linier vs. Mengalihkan Catu Daya
Ada berbagai alasan mengapa catu daya dipilih untuk digunakan pada aplikasi tertentu. Ini sering termasuk efisiensi, kebisingan, keandalan dan reparabilitas, ukuran dan berat, dan biaya. Sekarang setelah Anda memiliki gambaran umum tentang cara kerjanya, inilah cara mereka memproses energi memengaruhi kinerja dan kegunaannya dalam aplikasi tertentu.
Efisiensi
Karena listrik harus melewati rangkaian komponen listrik dan elektronik, maka proses penyearahan dan pengaturan tegangan akan selalu mengalami inefisiensi. Tapi berapa banyak?
Bergantung pada peringkatnya, mengganti catu daya dapat memiliki efisiensi 80 - 92%. Ini berarti perangkat Anda dapat menghasilkan 80 - 92% dari energi yang Anda masukkan ke dalamnya. Efisiensinya berasal dari penggunaan komponen yang lebih kecil namun efisien yang mengatur tegangan melalui peralihan tegangan rendah frekuensi tinggi.
Sebaliknya, catu daya linier hanya dapat menghemat energi 50 - 60% karena penggunaan komponen yang lebih besar dan kurang efisien.
Kebisingan Sinyal dan Riak
Meskipun tidak efisien, catu daya linier mengkompensasi inefisiensinya melalui keluaran sinyal yang stabil, bersih, dan rendah kebisingan. Penggunaan komponen analog catu daya linier memungkinkan mereka untuk memproses listrik dengan cara yang halus dan non-switching, yang membuat keluarannya riak rendah atau kebisingan rendah.
Di sisi lain, catu daya switching bergantung pada switching frekuensi tinggi dari voltase rendah untuk mengurangi panas, memiliki efisiensi yang lebih baik—dan menghasilkan banyak kebisingan! Jumlah kebisingan sinyal tergantung pada desain dan kualitas catu daya mode sakelar tertentu.
Ukuran dan Berat
Ukuran dan berat catu daya dapat sangat memengaruhi penerapannya pada perangkat elektronik yang lebih kecil. Karena catu daya linier menggunakan komponen yang berat dan besar, penggunaannya pada perangkat elektronik rahasia tidak mungkin dilakukan kecuali jika Anda menggunakan catu daya sebagai pengisi daya.
Sedangkan untuk mengganti catu daya, karena menggunakan komponen kecil dan ringan, mereka dapat dirancang cukup kecil untuk diintegrasikan ke dalam perangkat yang sudah lebih kecil. Bobot rendah catu daya switching dan ukuran kecil yang dikombinasikan dengan efisiensi dayanya membuatnya berlaku untuk sebagian besar perangkat elektronik genggam.
Keandalan dan Reparabilitas
Dengan komponen yang lebih kecil yang dapat rusak selama pengoperasian, catu daya linier menawarkan output yang konsisten dan andal. Kesederhanaan dalam desain dan penggunaan komponen elektronik yang lebih umum memudahkan orang untuk mencari suku cadang dan memperbaiki persediaan linier.
Memiliki komponen yang lebih halus secara signifikan, mengganti catu daya lebih cenderung rusak sebelum catu daya linier. Namun, desain yang baik dan penggunaan komponen berkualitas dapat membuat catu daya switching sangat andal, bahkan mungkin sama andalnya dengan catu daya linier. Masalah sebenarnya dengan mengganti catu daya adalah bahwa semakin sulit untuk memperbaiki desainnya yang semakin kompleks.
Efektivitas biaya
Di masa lalu, catu daya linier adalah perangkat yang lebih hemat biaya karena desainnya yang sederhana dan penggunaan komponen yang lebih sedikit. Itu juga tidak membantu pembuatan komponen semikonduktor yang mahal. Namun, dengan semikonduktor menjadi lebih diminati, pabrikan dapat menskalakan dan membuat komponen solid-state secara eksponensial lebih murah daripada sebelumnya. Ini, pada gilirannya, membuat banyak desain catu daya switching lebih hemat biaya daripada catu daya linier.
Menggunakan Catu Daya yang Sesuai
Jadi itu tentang semua yang perlu Anda ketahui tentang catu daya linier dan switching. Untuk memastikan perangkat elektronik Anda aman, selalu gunakan pengisi daya asli yang disertakan dengan perangkat, tetapi jika tidak tersedia, Anda selalu dapat membeli adaptor daya.
Sebelum membeli, ingatlah bahwa catu daya linier ideal untuk elektronik yang digunakan untuk aplikasi presisi seperti alat musik elektrik, radio dan peralatan medis, sementara catu daya switching digunakan untuk situasi efisiensi tinggi seperti catu daya komputer, pengisi daya, dan Petir.