SMPS dengan TL494 menggunakan “Gate Drive Transformer”

*tulisan ini belum selesai, karena pada awalanya sy mau buat mini ebook tapi banyak kendala jadi saya posting disini biar tidak lupa

[ 13/04/2017 ] untuk saat ini sementara tulisan ini saya anggap selesai dengan catatan :

  • smps sudah bisa hidup
  • pengukuran baru dilakukan sebatas tegangan keluaran
  • bentuk gelombang gdt sudah di test menggunakan osiloskop tetapi tidak terdokumentasi
  • tidak/belum dilakukan pengujian beban dan juga pengukuran2 lainnya
  • silahkan cek project sebelumnya pada referensi di bagian bawah

PERATURAN SEBELUM MEMBACA LEBIH LANJUT

 

  1. SAYA TIDAK BERTANGGUNG JAWAB AKIBAT DARI ANDA MEMBACA ATAU MEMPRAKTIKAN APA YANG ADA DALAM TULISAN INI, SEGALA RESIKO BAIK MATERI MAUPUN NON MATERI ANDA TANGGUNG SENDIRI!!!
  2. RANGKAIAN DISINI TIDAK DIJAMIN KEBENARAN DAN KEAMANANNYA!!!
  3. RANGKAIAN DI DALAM TULISAN INI SANGAT TIDAK DISARANKAN UNTUK SESEORANG YANG BARU BELAJAR ATAU MENGENAL ELEKTRONIK DAN ORANG YANG HANYA MAU MENCOBA TANPA MAU MEMAHAMI
  4. TEGANGAN PADA SISI PRIMER MENCAPAI LEBIH DARI 300V!!! SEHINGGA FAKTOR KEAMANAN SANGAT PENTING DAN JANGAN DIABAIKAN KARENA KEMATIAN HANYA DATANG SATU KALI, BERSIFAT SATU ARAH DAN PERMANEN!!!
  5. SAYA HANYA MENCOBA BERBAGI AGAR ANDA TIDAK MENGALAMI MASALAH SEPERTI SAYA ATAU TIDAK MENGULANGI KESALAHAN SEPERTI SAYA
  6. JIKA TULISAN INI DAPAT BERMANFAAT ATAU ANDA BISA MEMBUATNYA LEBIH BAIK ALHAMDULILLAH
  7. TULISAN INI BUKAN VERSI FINAL DAN SANGAT MUNGKIN ADA REVISI UNTUK PERBAIKAN KESALAHAN DAN PENGEMBANGAN LAIN
  8. JIKA ANDA TIDAK MENYETUJUI SEMUA ATAU SALAH SATU POINT DIATAS SILAHKAN TUTUP HALAMAN INI

 

Kata Pengantar

 Saya mencoba membuat tulisan ini karena kebanyakan referensi mengenai SMPS ditulis menggunakan bahasa inggris, tetapi masih banyak orang indonesia merasa kesulitan untuk memahaminya.

Tulisan ini terlihat agak resmi tetapi dengan bahasa yang santai karena pada dasarnya saya suka menulis/berbagi tapi saya tidak/kurang patuh dengan aturan2 penulisan yang baku

Saya sendiri masih dalam proses belajar dan bereksperimen dengan SMPS jadi pengetahuan saya masih sedikit untuk dibagikan dalam tulisan ini.

eBook ini dapat disebarluaskan secara gratis, saya tidak memungut imbalan. Kalaupun dari buku ini anda dapat menghasilkan uang itu semua hak anda, jangan lupa zakat/infak/sedekahnya

Untuk yang mengutip tulisan ini ke tulisan lain (kebiasaan mahasiswa nih), tolong ketik ulang jangan copy paste. Kenapa? Dari pengalaman saya pelajaran yang di dapat/diserap otak akan berbeda hasilnya dari ketik ulang di banding copy paste

Saya tidak dapat membahas terlalu dalam setiap point, anda bisa mempelajari lebih lanjut dari sumber referensi di bagian paling akhir tulisan ini

 

Bandung, Mei 2015

Salam hangat,

res_

 

  1. Pendahuluan

Penggunaan SMPS sebagai sumber tegangan DC semakin populer untuk menggantikan power supply konvensional 50Hz. Untuk kemampuan daya yang sama SMPS memiliki kelebihan dari Power supply konvensional dari sisi ukuran yang bisa jauh lebih kecil, lebih ringan. Meskipun demikian SMPS memiliki kekurangan yaitu desainnya lebih kompleks yang tidak mudah dipelajari oleh sebagian orang

Meskipun belakangan ini mulai populer (lagi) sistem SMPS soft switching yang lebih baik dibandingkan SMPS hard switching yang menggunakan TL494 pada kenyataannya saat ini SMPS yang banyak beredar di pasaran banyak di dominasi oleh SMPS dengan IC TL494, terutama SMPS dengan merek2 generik

Saya memilih kombinasi TL494 dengan GDT (gate drive transformer) karen harga TL494 yang sangat murah dibanding IC SMPS lainnya dan mudah didapat, GDT dipilih karena penggunaan IC half bridge driver untuk mosfet harganya relatif lebih mahal dibanding GDT juga banyak beredar IC driver palsu (bahasa pasarnya KW) di pasaran

SMPS dalam tulisan ini memiliki dual output (un)regulated, SMPS dual output biasa digunakan untuk mensupply Audio Amplifier

Bagian Rectifier Primer, Soft Start dan EMI Filter

  • Rectifier Primer

D1 berfungsi menyearahkan tegangan listrik AC menjadi DC, C7, C8, R4, R5 berfungsi meratakan tegangan DC tersebut dan sebagai pembagi dua. Dalam membuat SMPS diperlukan kehati-hatian karena tegangan VB sebesar ≈ 308V (lebih tepatnya tepatnya √2 x 220v – 2Vfdioda)

yang bisa berakibat fatal

selain dari kebutuhan daya Pin(rms) = Vin (rms) x I (rms) yang menentukan pemilihan kemampuan arus dioda, rating arus dioda juga ditentukan oleh Vpeak/Rsoftstart (asumsi pertama kali dihidupkan Cin seolah2 short circuit ( ambil nilai yg paling besar dari kedua kebutuhan diatas)

contoh R softstart 50 ohm, listrik dirumah naik sampai 225V = √2 x 230 = 325V

I dioda = 325/50 = 6,5A

saya biasanya pakai dioda 15A 1000V (KBC1508)

besar Cin ( C primer ) kira2 2uF per watt atau lebih (saya masih lupa sumbernya)

  • Soft Start

Soft start berfungsi untuk mengurangi inrush current (arus kejut) ketika pertama kali SMPS dihidupkan. Pertama kali arus dilewatkan NTC atau power resistor untuk membatasi arus, ketika SMPS sudah hidup dengan delay yang dibentuk oleh rangkaian transistor dan relay menghubung singkat NTC tersebut  (gambar 2.1)

  • EMI Filter

EMI Filter berfungsi mencegah noise switching masuk ke jaringan listrik dan ke rangkaian yang terhubung ke SMPS

sisi-primer

catatan : simbol gnd diatas terletak di hot side, hanya menunjukan tiap simbol terkoneksi

Rangkaian Startup dan aux supply

startup

Ketika pertama kali dihidupkan supply untuk TL494 diambil dari B+ (310V) di turunkan menggunakan regulator linier Q1 dan D1, tegangan di katoda D2 sekitar 10,8. Setelah melewati 7812 sedikit turun lagi tapi sudah cukup untuk meng-on kan TL494 (treshold turn on-nya sekitar 7V max). setelah SMPS hidup dan aux winding mengeluarkan tegangan dan disearahkan oleh D4 dan C1 maka tegangan di katoda D2 lebih tinggi dibanding anoda (D2 dibias mundur) sehingga startup circuit berhenti bekerja

  • IC PWM TL494

IC TL494 digunakan sebagai pembangkit gelombang PWM dengan skema dasar seperti gambar 4.1.

Kebanyakan SMPS dipasaran menempatkan IC PWM ini di sisi sekunder dengan GDT sebagai isolasi dengan bagian sisi primer, sedangkan pada tulisan ini IC PWM di tempatkan di sisi primer, GDT hanya berfungsi sebagai driver mosfet tidak sebagai isolasi. Isolasi dengan bagian sekunder menggunakan optocoupler di bagian rangkaian regulasi feedback

  • Menentukan Frekuensi PWM

Frekuensi oscillator TL494 ditentukan oleh 2 komponen external RT dan CT dengan pendekatan rumus

rumus

Untuk konfigurasi output push pull frekuensi PWM pada kedua output sebesar setengah dari frekuensi oscillator ini (gambar 4.2). Push pull output diaktifkan dengan menghubungkan Output Control (pin 13) ke VREF (pin 14)

  • Gate Driver

Keluaran dari TL 494 dikuatkan oleh pasangan totem pole transistor Q1,Q2 dan Q3,Q4 untuk men-drive GDT.

494

494waveform

  1. Trafo
    • Bentuk fisik trafo

Trafo yang digunakan untuk half bridge converter bisa bermacam macam tipe, ER, EE, EPC, EER,ETD, RM dll, dari core tersebut dipilih yang tidak memiliki gap di bagian tengahnya

trafo

  • Menentukan jumlah lilitan primer

core-area

umumnya ferrit core yang dijual di toko-toko lokal tidak diketahui mereknya

kita bisa mengukurnya kemudian menyamakan dengan datasheet dari beberapa produsen core

atau menghitung langsung effective cross sectional area-nya (ada yang menulis Ac atau Ae)

dari nilai Ac dapat digunakan untuk menentukan lilitan primer

rumus2

Np         = jumlah gulungan primer

Vin(dc)  = karena listrik di indonesia 220v, maka Vin(dc) = 220v x 1,4 = 308 volt (lebih tepatnya tepatnya √2 x 220 – 2Vfdioda)

f             = frekuensi dalam Hz, misalnya 70kHz maka masukan 70000

Ac         = effective cross sectional area dalam cm2, di datasheet kadang ditulis Ae

Bmax     = maksimum flux density dalam gauss,

Bmax bisa dicoba masukan Bmax antara 1000-2000 gauss. Jika memasukan nilai Bmax terlalu tinggi bisa menyebabkan core saturasi, ditandai dengan trafo yang panas. Optimalnya makin sedikit lilitan primer tetapi tidak menyebabkan trafo panas

Bagian Penyearah sekunder

  • Dioda
    • Tipe dioda :Dioda yang digunakan dalam SMPS dipilih yang berjenis fast recovery atau schottky
    • Reverse voltage yang diperlukan minimal 2x Vout
  • Kapasitor sekunder

Kapasitor sebaiknya menggunakan jenis-jenis kapasitor low ESR

  • Output induktor

dari yang pernah saya baca untuk smps unregulated dengan duty cycle mendekati 50% output induktor tidak terlalu diperlukan

sampai saat ini SMPS baru mulai prototyping tapi karena terkendala waktu belum di lanjut

2017-1-31-8-20-59

[08/04/2017] update 1

setelah sekian lama akhirnya ada sedikit waktu luang hari ini untuk ngoprek

catatan :

  • smps baru sebatas hidup, belum test load
  • hanya rangkaian output utama yang difungsikan
  • rangkaian tegangan extra belum di coba
  • rangkaian soft start sudah difungskan
  • rangkaian proteksi arus lebih sudah terpasang tapi belum di test
  • core menggunakan ETD49 dengan lilitan primer 13+13
  • frekuensi PWM sekitar 55khz (dari rumus, belum sempat ukur langsung)
  • beberpa komponen di skema mengalami perubahan dikarenakan penyesuaian dengan komponen  dan dengan komponen yang kebetulan saya ada dirumah . lihat catatan di bagian bawah
  • dari yang pernah saya baca untuk smps unregulated dengan duty cycle mendekati 50% output induktor tidak terlalu diperlukan, jadi memang tidak saya sediakan di skema

[13/04/2017] update 2

extra supply sudah terpasang

tegangan extra (regulator linier adjustable)

====DOWNLOAD FILE DAN REFERENSI====

bagi yang tertarik skema revisi 1 bisa diambil disini : tl494-gdt-rev1

19/06/2018 : ada builder yg melaporkan kalau mosfetnya terlalu panas, sehingga dilakukan perubahan pada rangkaian GDT seperti skema smps-TL494rev-Jun2018

catatan ( note ) :

  • C17 100u – 470u
  • nilai R25 yang saya pakai 4.4K (2 resistor 2.2K 2W di seri, kebetulan adanya 2K2) karena mosfet IRFP460 yang dipakai ternyata memerlukan arus startup yang  cukup  besar, ketika memakai 10K kadang susah start
  • R44,R45 memakai NTC 47d15 lebih bisa diandalkan menggunakan resistor 47Ohm 10watt atau kisaran nilai tersebut (misalnya 20 ohm 5watt x2 diseri)
  • Dioda sekunder memakai APT15DQ60KG karena kebetulan lagi ngga punya MUR1560
  • GDT 1:1:1 dengan induktansi 2-4mH

pcb file :

smps-B.Cu smps-B.Mask smps-B.SilkS smps-F.SilkS

catatan : diameter input kapasitor hanya 30mm, ada kesalahan pemilihan dalam pembuatan layout karena ternyata kapasitor 400/450v dengan nilai yg cukup besar (470u misalnya) yang beredar di pasaran lokal kebanyakan berdiameter 35mm

referensi :

membuat-gdt

project sebelumnya https://restovarius.wordpress.com/2015/05/13/smps-tl494-lagi/

Advertisements
This entry was posted in Elektronik, smps and tagged . Bookmark the permalink.

17 Responses to SMPS dengan TL494 menggunakan “Gate Drive Transformer”

  1. Abdulbasit says:

    Please share the pcb and schematic
    Email: aa.ieee85@gmail.com

  2. res says:

    for the schematic please check link on the post above

  3. Liew says:

    Halo gan, jika dengan GDT mosfet cepet panas itu tandnya nilai Henry GDT primer telalu besar atau kurang? Soalnya gak ada alat ukur. Saya memakai trafo core bekas psu komouter EE16. Primer dan sekundetnya 38 lilit.

  4. res says:

    Saya ngga bisa pastiin gan,bentuk gelombang di gate mungkin sudah berubah tidak bagus lagi,bisa jadi memang di gdt nya bilainya ngga pas atau beemasalah di drivernya

  5. liew says:

    baik, mungkin bisa berbagi ilmu untuk banu analisa gan. ini beberapa data yabg saya pakai dan sudah saya lakukan:
    ETD 54
    NP: udah di coba 6 + 7 lilit (mosfet panas sebelah)
    NP: 11 + 11 lilit mosfet panas keduanya tanpa beban output
    kawat primer 0,7mm rangkap 3
    mosfet udah coba pakai k10a60D 2sk2611 dan 21n60, hasilnya mosfet yang ampere lebih kecil semakin cepet panas sekali dalam hitungan detik
    untuk totem gdt pakai skema yang di blog ini, cuma driver dari GDT saya pakai 2n3904, udah coba di ganti degan s8550 juga sama hasilnya.
    untk GDT saya pakai core toroid seperti yang di blog (aslinya ada bungjkus plastik putih lalu saya bongkar). jumlah lilitan 19 lilit 1:1:1. udah di coba 11 lilit juga hasilnya sama
    hasil pengukuran osiloskop saat tanpa mosfet gelombang pwm bagus, tapi ketika dibebani mosfet bentuk gelombnag drop dan seperti noise. saya ukur di basis transistor totem primer gdt juga ikut drop.
    saya coba ganti dengan core ER/EL35 (bekas cpu komputer)dengan NP: 19+19 mosfer dingin sekali ketika tanpa beban.
    kira kira apa lagi yang harus saya analisa gan? soalnya di input basisi totem GDT ikut drop. apakah dioda perlu yang lebih besar di driver GDT?

  6. res says:

    Maaf slow respon,frekuensi pakai brp khz gan?
    Bisa share foto/layout via email?karena smps skema sama layout berbeda juga bisa berbeda hasilnya
    Dioda yg 1n4148 bisa dicoba pakai dioda ultrafast dg ampere lebih besar

  7. Lili Wiliana says:

    ok gan terimakasih atas bantuan waktunya. saya sudah email basic skemanya.

  8. Jappar says:

    Hasil final, dgn beban – bagus kan ya? Thx Mas, sdh berbagi ilmunya – salam 🙂

  9. sulis says:

    kenapa tidak bisa start,aux suply cuman 4v,tidak bisa naik 7v untuk start,,apa memang ada yg tidak beres,sudah ganti semua part,tetap aja aux suply cuman 4v,
    ada yg pernah ngalamin ini seperti saya,tolong share dong,,

  10. res says:

    bagus, sudah ada 2 orang yg konfirmasi

  11. res says:

    semua komponen sama dg di skema?sudah dipasang semua?

  12. Liew says:

    Bantu share aja
    Saya pernah mengalami supply ke tl494 yg dari mje340 drop cuma 4volt
    Penyebabnya bisa ic7812 rusak atau reaistor 2watt yang ke kolektor mje340 terlalu besar. Saya menggunakan resistor 10k 2watt berjalan dengan baik.
    Atau coba jika aux supply sudah mencukupi batas minimum kerja ic, coba perbanyak lilitan sekunder GDT. Mungkin sinyal gate ke misfet kurang dari 10volt

  13. res says:

    terima kasih masukannya,kualitas mje340 yg ada di pasaran juga bervariasi(hfe nya),bisa jadi R 2wattnya sudah dikecilkan tapi belum bisa juga coba kecilkan juga R yg ke basis mje, karena Ic=hfe*Ib

  14. adex says:

    Pak mau tanya kalo untuk pwm freqwensinya pake 100khz dan pake etd 49 kawat primer berapa lilit ya dan ukuran berapa untuk kawatnya…trimaksih sebelumnya

  15. Adex says:

    Saya sudah berhasil membuat seperti yg di atas…saya mau tanya untuk yg FB cara lilit nya apakah sama primer skunder primer lagi apa primer trus skunder saja mas?dan minta file exelent it kirim ke email adiexz@gmail.com
    Trimakasih sebelumnya

  16. res says:

    silahkan download software excellent IT dari link berikut
    http://320volt.com/en/smps-donusturucu-bobin-transformator-hesaplama/
    dan masukan parameternya

  17. res says:

    sama cara menggulungnya, fullbridge perlu lilitan 2x halfbridge

    excellent it bisa ambil disini
    http://320volt.com/en/smps-donusturucu-bobin-transformator-hesaplama/

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

w

Connecting to %s