Pengertian Arus Bolak-balik (AC) dalam Desain Power Supply
Untuk merancang catu daya dengan menggunakan arus bolak-balik (AC), harus ditentukan terlebih dahulu arus masukannya. Sebagian besar sumber listrik jaringan adalah AC, yang biasanya menunjukkan bentuk gelombang sinusoidal.
Gambar 1: Bentuk gelombang AC dan parameter utama
Saat bekerja dengan AC, parameter berikut harus dipertimbangkan:
Tegangan/Arus Puncak: Amplitudo maksimum bentuk gelombang.
Frekuensi: Jumlah siklus bentuk gelombang per detik. Waktu yang diperlukan untuk satu siklus penuh disebutperiode.
Tegangan/Arus Rata-rata: Nilai rata-rata semua titik tegangan selama satu siklus. Dalam bentuk gelombang AC murni tanpa DC offset, nilai ini nol karena bagian positif dan negatif saling menghilangkan.
Tegangan/Arus RMS (Root Mean Square).: Akar kuadrat rata-rata dari nilai tegangan sesaat selama satu siklus. Untuk gelombang sinus AC murni, hal ini dapat dihitung menggunakan Rumus.
RMS setara dengan daya DC yang dibutuhkan untuk menghasilkan efek pemanasan yang sama. Definisi ini, meskipun rumit, memberikan "nilai efektif" AC dan digunakan secara luas dalam teknik kelistrikan, sering kali dinotasikan sebagai VAC.
Fase: Perbedaan sudut antara dua bentuk gelombang. Siklus AC penuh mencakup 360 derajat, dengan puncak pada 90 derajat (positif) dan 270 derajat (negatif), dan titik persilangan nol pada 180 derajat dan 360 derajat.
Jika dua bentuk gelombang diplot bersama-sama dan salah satu mencapai puncak positifnya sementara yang lainnya mencapai puncak negatifnya (misalnya, 90 derajat vs. 270 derajat ), keduanya mempunyai perbedaan fasa 180 derajat dan disebut keluar fasa. Perbedaan fasa 0 derajat menunjukkan bentuk gelombang berada dalam satu fasa.
AC dalam Transmisi Daya
AC adalah metode utama untuk mentransmisikan listrik dari pembangkit listrik ke pengguna akhir. Hal ini karena AC memungkinkan transformasi tegangan yang efisien selama transmisi.
Pembangkit listrik menghasilkan listrik pada ~40.000 V (40 kV), yang kemudian ditingkatkan150–800kVuntuk transmisi-jarak jauh untuk meminimalkan kerugian resistif.
Dekat tujuan, tegangan diturunkan menjadi4–35kV, dan akhirnya ke120V atau 240Vuntuk penggunaan perumahan.
DC tidak dapat dengan mudah mencapai transformasi tegangan seperti itu, karena transformator linier (yang mengandalkan fluktuasi tegangan) hanya bekerja dengan AC.
Catu Daya Linier AC/DC
Catu daya linier AC/DC mengikuti langkah-langkah berikut:
Gambar 2: Diagram blok fungsional
Transformator-turunkan: Mengurangi tegangan masukan AC.
Pembetulan: Mengubah AC menjadi DC yang berdenyut.
Penyaringan: Memperhalus bentuk gelombang DC.
Keuntungan: Desain sederhana, matang selama beberapa dekade dengan peningkatan efisiensi dan jangkauan daya.
Keterbatasan:
Ukuran: Operasi-frekuensi rendah (misal, 50 Hz) memerlukan transformator besar dan berat untuk mentransfer daya antara kumparan primer dan sekunder.
Pengaturan tegangan: Regulator linier menghilangkan kelebihan energi sebagai panas. Pada daya tinggi, hal ini memerlukan heat sink yang besar, sehingga pengelolaan termal menjadi tidak praktis.
Peralihan AC/DC-Mode Catu Daya
Untuk mengatasi keterbatasan desain linier, catu daya-mode peralihan dikembangkan :
Perbaikan/penyaringan masukan: AC langsung diubah menjadi DC.
Sirkuit helikopter: Mengonversi DC menjadi-pulsa frekuensi tinggi.
Transformator-turunkan: Menggunakan trafo frekuensi-tinggi yang ringkas.
Perbaikan/penyaringan keluaran: Menghasilkan DC yang stabil.
Keuntungan:
Ukuran kompak: Operasi-frekuensi tinggi memungkinkan transformator yang lebih kecil.
Efisiensi tinggi: Kehilangan energi minimal dibandingkan dengan desain linier.
Manajemen termal: Mengurangi pembuangan panas menghilangkan heat sink yang besar.
Tantangan:
Kebisingan: Peralihan-frekuensi tinggi menimbulkan interferensi elektromagnetik (EMI), yang memerlukan pemfilteran tingkat lanjut.
Kompleksitas: Sirkuit kontrol lebih canggih namun dapat dikelola dengan komponen terintegrasi modern.
Ringkasan
Catu daya AC/DC ada di mana-mana, mengubah AC menjadi DC stabil untuk perangkat elektronik. Poin-poin penting:
Transmisi AC vs DC: AC mendominasi jaringan karena transformasi tegangan yang efisien.
Sistem-fase tunggal vs. tiga-fase:
Fase-tunggal: Lebih sederhana, cukup untuk rumah tangga.
Tiga-fase: Menghasilkan daya tinggi dan stabil untuk aplikasi industri.
Evolusi desain:
Persediaan linier: Dibatasi oleh ukuran dan efisiensi tetapi sederhana.
Peralihan-persediaan mode: Kompak, efisien, dan dominan dalam aplikasi modern.
