1.02 Prinsip dasar kerja SMPS
SMPS secara garis besar meliputi kerja :
- Penyerahan - merubah tegangan masukan ac menjadi tegangan keluaran dc
- Konverter - merubah tegangan dc menjadi tegangan keluaran yang sesuai dengan kebutuhan
- Filtering - menghilangkan denyut (ripple) pada tegangan keluaran
- Regulasi - membuat agar besarnya tegangan keluaran stabil terhadap perubahan tegangan masukan dan perubahan beban.
- Isolasi - mengisolasi bagian sekunder dari bagian primer, dengan tujuan agar chasis bagian sekunder kalau dipegang tidak timbul bahaya kena sengatan listrik.
- Proteksi – mampu melindungi peralatan dari tegangan keluaran yang over dan melindungi power supply dari kerusakan jika terjadi suatu kesalahan.
1.03 Alasan mengapa menggunakan SMPS.
Hampir semua power supply saat ini menggunakan SMPS, hal ini karena regulator switching mempunyai beberapa keuntungan jika dibanding dengan regulator linear, seperti :
- Lebih ringan dan ukuran lebih kecil. Regulator linear membutuhkan tranfo 50Hz yang mempunyai inti besi yang berat. Makin besar daya (Watt) makin besar dan berat ukuran tranfonya. Sedang SMPS menggunakan frekwensi diatas 20Khz. Makin tinggi frekwensi switching, maka ukuran tranfo dan kapasitor filter semakin kecil.
- Lebih efisien pemakaian daya listrik. Regulator switching lebih sedikit menghasilkan panas, berarti lebih sedikit daya listrik yang hilang.
- Range tegangan masukan yang lebih lebar. SMPS mempunyai toleransi range tegangan masukan yang lebar. Dengan tegangan masukan bervariasi antara dc 150~300V (atau tegangan ac antara 90~265V), switching regulator masih mampu memberikan tegangan keluaran yang stabil.
1.04 Kelemahan atau kekurangan SMPS
Kelemahan-kelemahan yang dimiliki SMPS adalah :
1.05 Topologi SMPS yang digunakn pada televisi.
Ada berbagai macam topologi sirkit SMPS, tetapi yang paling banyak digunakan pada televisi adalah :
- Buck SMPS atau Forward SMPS seperti yang menggunakan STR50092, STR50115.
- Flyback SMPS, merupakan SMPS yang sekarang dipakai hampir digunakan pada semua pesawat televisi dan mempunyai karakteristik
Karakteristik Buck SMPS :
- Tegangan masukan harus lebih besar dari tegangan keluaran. Oleh karena itu jika dipasang pada tegangan 110v harus melewati “sirkit pen-doubler” terlebih dahulu, dimana tegangan ini akan dilipatkan menjadi 2x.
- Chasis bagian primer berhubungan langsung dengan chasis bagian sekunder. Oleh karena itu chasis sekunder tidak boleh dipegang, ada resiko kena sengatan listrik. Chasis semacam ini dinamakan “hot chasis” atau “non isolated”
Karakteristik Flyback SMPS :
1.06 Kenapa banyak macam sirkit SMPS.
Hal ini disebabkan karena teknologi SMPS saat ini terus dikembangkan dengan tujuan :
- Agar sirkit elektronik makin sederhana dan komponen makin sedikit.
- Agar ukuran dan beratnya semakin kecil
- Efisiensi terus ditingkatkan dengan memperkecil kerugian daya.
- Gangguan yang noise atau EMI sekecil mungkin.
- Low audible noise, yaitu tidak mengeluarkan suara yang dapat mengganggu pendengaran.
- Saat stand by membutuhkan daya listrik sekecil mungkin. Banyak negara maju sekarang ini men-syaratkan bahwa daya listrik pesawat saat stand-by harus kurang dari 1 watt
- Low cost, agar harga menjadi semurah mungkin.
-
Reability ditingkatkan agar lebih handal. Penyempurnaan sistim protektor - agar regulator lebih aman terhadap kesalahan seperti, misalnya tegangan output over, arus beban output over, temperatur over, terjadi kerusakan pada rangkaian loop umpan balik.
1.07 Bagian-bagian pokok dari sirkit SMPS
Bagian-bagian pokok dasar kerja sebuah SMPS adalah sebagai berikut :
1.08 Filter noise EMI (electro-magnetic interference)
Bagian masukan listrik ac terdapat filter EMI yang terdiri dari sebuah kumparan dan kapasitor khusus yang dinamakan kapasitor X2 (dibaca eks-two) yang umumya berbentuk persegi. Kelemahan dari SMPS adalah dihasilkannya noise frekwensi tinggi yang dibangkitkan, dimana noise ini dapat menimbulkan gangguan-gangguan pada peralatan elektronik lainnya. Oleh karena itu dicegah agar noise tidak menjalar keluar lewat jaringan listrik maka dipasang filter EMI pada masukan sirkit SMPS.
Beberapa pengalaman yang pernah kami jumpai dengan masalah gangguan noise EMI ini dilapangan adalah :
- Menyebabkan VCD/DVD tidak dapat baca TOC sehingga "no disk"
- Menyebabkan radia AM tidak dapat terima siaran
- Menyebabkan TV yang berdekatan ada gangguan gambar
1.09 Pembatas arus (surge current limiting)
Pada saat pesawat televisi dihidupkan pertama kali, elko besar pada sirkit SMPS yang masih kosong membutuhkan “arus pengisian sesaat” yang sangat besar. Hal ini dapat merusak diode penyearah dan dapat meyebabkan listrik rumah “jeglek” jika dayanya hanya 450 watt.
1.10 Konfigurasi sirkit bagian pencacah.
Ada beberapam macam konfigurasi sirkit bagian pencacah yang dapat dijumpai pada model-model pesawat televisi.
- Pencacah menggunakan sebuah transistor power yang berosilasi on-off sendiri. Sirkit ini banyak digunakan pada televisi klas ekonomis seperti merk-merk China, yaitu SMPS yang menggunakan 3 buah transistor yang terdiri atas sebuah transistor power switching, sebuah transistor error driver C3807, dan sebuah transistor error detektor A1015.
- Pencacah menggunanakan sebuah IC yang sebenarnya isinya mirip seperti sirkit 3 buah transistor. Contoh ic semacam ini adalah STR50092, STR50115, STR54041, STR58041, STR51203
- Pencacah menggunakan sebuah power transistor atau power MOSFET yang didrive menggunakan sebuah ic SMPS kontroler sebagai pembangkit pulsa-pulsa. Contoh ic semacam ini adalah L6565, TEA1507, NCP1207, TDA4605, MC44604
-
Pencacah menggunakan IC Hybrid yang sebenarnya berisi sebuah osilator PWM dan power transistor atau power MOSFET dalam satu kemasan. Contoh ic semacam ini adalah STR6707, seri KA5Qxxxx, seri STR-Fxxxx, seri STR-Gxxxx
1.11 Sirkit CLAMP atau SNUBBER (transient absorber).
Disebabkan karena kumparan bagian primer tranfo switching dilalui arus on-off dengan frekwensi tinggi, hal ini menyebabkan timbulnya tegangan induksi yang dinamakan ”transient atau ringing", dimana tegangan puncaknya dapat mencapai antara 900~1100v. Tegangan transient ini akan diterima power switching dan lama kelamaan dapat menyebabkan transistor atau MOSFET rusak. Kecuali itu ringing menyebabkan timbulnya gangguan noise atau EMI. Oleh karena itu pada bagian primer tranfo switching perlu dipasang sirkit yang dinamakan Clamp atau Snubber sebagai peredam tegangan transient ini.
1.12 Komparator dan PWM
Komparator digunakan untuk mendeteksi jika terjadi perubahan tegangan keluaran B+ dan merubahnya menjadi arus untuk diinformasikan ke bagian SMPS kontroler PWM melalui ic photocoupler.
PWM akan mengatur agar tegangan keluaran B+ tetap stabil dengan cara sebagai berikut.
- Jika tegangan keluaran turun – maka arus yang melalui komparator akan turun – arus yang melalui doiode photocoupler akan turun – periode on PWM akan berubah tambah panjang – dan tegangan keluaran B+ akan dinaikkan.
- Sebaliknya jika tegangan keluaran naik – maka arus yang melalui komparator akan naik – arus yang melalui diode photocoupler akan naik – periode on PWM akan diperpendek – sehingga tegangan keluaran akan diturunkan.
Sirkit komparator ada yang menggunakan sebuah transistor dengan sebuah zener diode. Tetapi ada banyak macam sirkit komparator lain yang sudah berbentuk ic, misalnya TLP431, SE115, S185.
1.13 Televisi dengan 2 macam power suply.
Televisi model lama yang sudah mempunyai kontrol remote "power" kadang ada yang memiliki 2 macam power suply :
1.14 Tegangan yang keluaran yang dapat dirubah rendah dan tinggi (normal)
Ada beberapa model televisi dimana tegangan keluaran dirancang dapat berubah dari rendah ke tinggi (normal), yaitu :
- Pada saat stand-by tegangan-tegangan keluaran SMPS masih rendah
- Setelah power-on tegangan-tegangan keluaran SMPS berubah menjadi tinngi (normal).
Tujuan dari sirkit yang dibuat demikian adalah untuk efisiensi saat stand-by agar menggunakan daya listrik sekecil mungkin.
Rahasia cara kerja dari sirkit semacam ini adalah pada sebuah diode dan transistor yang dipasang pada photocoupler.
- Pada saat stand-by - diode photocoupler dihubungkan langsung ke ground melalui sebuah diode dan transistor-drive yang pada posisi ‘on”
- Pada saat power-on – transistor drive akan “off’ sehingga hubungan diode ke ground akan terputus. Dan diode photocoupler akan tersambung normal melalui komparator.
1.15 Sirkit protektor.
SMPS yang menggunakan ic saat ini sudah diperlengkapi dengan beberapa macam protektor degan tujuan :
1.16 Kelebihan MOSFET dibanding transistor bipolar
Saat ini penggunaan MOSFET lebih banyak dibandingkan dengan penggunaan transistor power untuk sirkit SMPS.
Kelebihan MOSFET dibanding transistor adalah :
- Saat “on” mempunyai resistansi yang lebih kecil sehingga lebih sedikit menghasilkan panas.
- Membutuhkan sinyal driver yang kecil sehingga langsung dapat di-drive dari ic PWM kontroler.
- Kerugian switching lebih kecil sehingga panas yang ditimbulkan lebih kecil dan pemakaian daya listrik lebih efisien.
- Mampu bekerja pada frekwensi yang lebih tinggi.
1.17 SAFETY TIPS pada saat sedang memperbaiki sirkit SMPS
Demi keselamatan dan keamanan, maka hal-hal yang perlu diperhatikan sewaktu bekerja memperbaiki bagian SMPS adalah :
2. Kerusakan-kerusakan SMPS
2.01 SMPS tidak kerja sama sekali atau tidak ada tegangan B+
- Periksa terlebih dahulu bagian sekunder B+ mungin ada yang short. Paling sering disebabkan transistor HOT rusak. Hal ini dapat menyebabkan SMPS tidak mau berosilasi atau protek. Pada model tertentu kadang disertai adanya suara dari bagain SMPS jika beban B+ short.
- Periksa mungkin power transistor atau power MOSFET short.
- Periksa semua elko-elko yang terdapat pada bagian primer maupun sekunder dengan ESR meter. Elko kering paling sering menimbulkan problem pada sirkit SMPS
- Periksa resistor start-up yang berfungsi untuk memicu agar osilator bekerja pada saat pesawat dihidupkan. Biasanya terdiri dari buah resistor yang mempunyai nilai ratusan kilo ohm dari tegangan 300v elko besar. Pada SMPS dengan menggunakan all transistor tegangan start-up berfungsi untuk memberikan tegangan bias pada transistor power. Sedang pada SMPS yang menggunakan IC driver digunakan untuk memberikan tegangan start-up Vcc. Setelah SMPS bekerja maka tegangan Vcc IC driver akan diambil alih dari tranfo switching melalui sebuah diode penyearah tegangan take over.
- Pada SMPS all transistor periksa semua transistor lainnya
- Pada SMPS dengan IC osilator driver mungin IC rusak setelah diperiksa tegangan start-up Vcc ada.
- Komponen pada sirkit komparator pada bagian sekunder ada yang rusak
- Photo coupler rusak. Kolektor-Emitor photo coupler kalau bocor dapat menyebabkan SMPS tidak mau berosilasi.
- Periksa solderan-solderan, terutama pada kaki-kaki tranfo switching yang ada kemungkinan retak.
2.02 Tips dan trick memperbaiki SMPS mati.
Menjumpai kerusakan SMPS maka hal yang selalu kami lakukan adalah prosedur seperti dibawah ini, karena menurut kami hal ini dapat mempercepat waktu pengerjaan.
- Memeriksa apakah transistor HOT short dengan ohm meter
- Memeriksa apakah power transistor atau MOSFET short dengan ohm meter
- Memeriksa kemungkinan ada elko-elko kering pada bagaian primer maupun sekunder dengan ESR meter.
- Memeriksa secara visual dengan penerangan yang cukup solderan-solderan.
- Memasang lampu dop 100w/220v secara seri pada masukan listrik jala-jala untuk menghindari kerusakan transistor atau MOSFET power switching jika ada masalah. Lampu seri dapat dipasang pada kaki-kaki dudukan fuse dan melepas fuse untuk sementara. Jika tegangan keluaran sudah normal lampu boleh dilepas dan fuse dipasang kembali.
- Jika elko besar masih menyimpan muatan, maka kami pasang sementara sebuah resistor 47k/2w antara kaki-kakinya. Dengan demikian kita tidak perlu harus sering membuang muatan. Jangan membuang muatan dengan obeng karena akan menimbulkan stres pada elko dan dapat menyebabkan kerusakan. Membuang muatan dengan cara menempelkan solder ada resiko merusakan elemen solder. Ingat tegangan elko adalah sekitar 300v sedang tegangan kerja solder adalah 220v.
2.03 Power transistor langsung rusak lagi
Pada SMPS dengan all transistor ada kemungkinan power transistor langsung rusak lagi setelah diganti baru. Hal ini kemungkinan disebabkan karena loop umpan balik dari bagian sekunder ke bagian primer terputus atau kerusakan pada sirkit komparator. Yang paling sering terjadi disebabkan karena resistor yang bernilai 47k nilainya molor.
2.04 Indikator LED kedip-kedip tegangan B+ drops dan goyang-goyang.
Problem sering terjadi pada SMPS yang menggunakan ic yang sudah diperlengkapi dengan protektor. Tegangan goyang-goyang disebabkan karena SMPS mati protek-hidup kembali secara otomatis secara berulang terus menerus. Kerusakan biasanya disebabkan karena :
- Elko tegangan Vcc IC osilator driver ada yang kering.
- Periksa diode pada sirkit tegangan take-over. Mungkin rusak atau solderan kendor.
- Beban pada bagian sekunder over karena ada kerusakan part misalnya flyback, def yoke, atau IC vertikal.
- Loop umpan balik ada masalah.
2.05 Tegangan keluaran B+ drops.
Tergangan B+ drops dapat disebabkan karena :
-
Elko tegangan B+ kering
Kerusakan pada sirkit komparator, misalnya zener yang bocor atau resistor yang molor. - Kerusakan photo-coupler.
- Ada sirkit SMPS tertentu dimana pada saat stand-by tegangan B+ memang dibuat rendah. Dan tegangan B+ akan normal jika power sudah di-on-kan. Jika tegangan tidak mau normal maka coba periksa sirkit kontrol on-off dari mikrokontrol ke sebuah diode yang dipasang pada photo-coupler.
- Solderan yang kurang kontak kadang juga menjadi penyebab masalah ini.
- Kerusakan elko besar yang sedikit kering kecuali dapat menyebabkan tegangan B+ drops kadang ditandai dengan timbulnya gangguan gambar yang berupa garis-garis horisontal ditengah layar disertai timbulnya gangguan suara yang berisik.
2.06 Pada saat britnes gambar bertambah terang tegangan B+ drops
Pada pesawat China yang menggunakan SMPS all transistor kadang dijumpai problem :
- Jika britnes gambar berubah terang, raster menjadi kecil
- Jika tegangan screen dinaikkan, raster menjadi mengecil
Kedua problem diatas dapat disebabkan karena tegangan B+ drops. Penyebabnya adalah “diode zener” yang umumnya bernilai 7.5v yang ada pada bagian primer rusak bocor. Diode ini sebenarnya berfungsi sebagai protektor, untuk melindungi kerusakan transistor power jika ada problem pada loop umpan balik.
2.07 Elko-elko pada bagian sekunder pada meletus pada SMPS China
Kami kadang menjumpai kerusakan beberapa elko pada bagian sekunder yang rusak meletus. Setelah elko-elko diganti, diperiksa semua tegangan normal-normal saja. Tetapi setelah diambil konsumen beberapa hari kemudian kerusakan serupa kembali terjadi. Elko-elko kami ganti lagi dan kami coba dirunning di kantor hingga seminggu lebih tidak ada masalah. Tetapi begitu dikembalikan ke konsumen, terjadi problem serupa lagi.
Menghadapai masalah seperti ini hingga saat ini kami belum dapat menemukan akar penyebabnya. Dan solusi yang kami terapkan adalah mengganti semua elko dengan tegangan yang lebih tinggi. Misalnya elko 35v kami ganti dengan 50v.
2.08 Saat stand-by timbul suara, saat hidup normal
Biasanya hal ini terjadi jika tegangan listrik jala-jala lebih dari 220v. Hal ini disebabkan beban SMPS yang terlalu minim. Solusinya pasang resistor tambahan dengan nilai 12k/2w antara B+ dan ground.
2.09 Tegangan keluaran rendah tidak mau naik.
Pada televisi yang mempunyai sistim kerja tegangan rendah saat stand-by dan tegangan normal jika power "on", maka problem bukan disebabkan kerusakan pada bagian SMPS.
- Disebabkan karena kerusakan pada sirkit kontrol on-off dari mikrokontrol ke sebuah diode dan transistor yang dipasang pada photocoupler. Lacak part-part pada sirkit tersebut.
- Untuk memastikan coba open dulu diode atau transistor. Tegangan apakah dapat berubah naik menjadi normal.
