Seiring dengan meningkatnya permintaan akan perangkat elektronik yang efisien dan ringkas, catu daya switching pun berkembang pesat. Artikel ini membahas berbagai kemajuan utama, aplikasi, dan dampak pasar dari teknologi ini, beserta kiat-kiat penting untuk memilih catu daya yang tepat berdasarkan parameter-parameter penting seperti efisiensi dan tegangan keluaran.
Daftar Isi
Pengantar tentang switching power supply
Ukuran pasar dan titik pertumbuhan
Kategori dan parameter umum yang perlu diperhatikan
Perkembangan terbaru
Kesimpulan
Pengantar tentang switching power supply
Sebelum munculnya telepon seluler, revolusi dari catu daya linier ke catu daya switching terjadi dalam pengembangan komputer pribadi. Banyak orang memahami komputer (PC) itu sendiri dan mengetahui model prosesor serta ukuran memorinya. Namun, beberapa orang mungkin tidak mengetahui apa pun tentang catu dayanya. PCS paling awal menggunakan catu daya linier.
Hanya dalam beberapa dekade, teknologi catu daya switching telah berubah drastis, dan kemajuan besar perangkat semikonduktor berada di belakangnya. Teknologi daya modern berkembang ke arah:
- Penghijauan
- Miniaturisasi
- Modularisasi
- Intelijen
- Modularisasi dan kecerdasan
- Digitalisasi dan diversifikasi
Dengan karakteristik konsumsi daya rendah, polusi rendah, arus rendah, efisiensi tinggi, dan integrasi tinggi yang secara bertahap menjadi arus utama, teknologi daya juga bergantung pada pengembangan komponen elektronik dan sirkuit terpadu. Catu daya switching baru mengintegrasikan tabung sakelar daya dan berbagai modul perlindungan keluaran untuk mengurangi volume lebih lanjut.
Ukuran pasar dan titik pertumbuhan
Menurut Statistik survei Chengshi Hengzhou, ukuran pasar catu daya switching global pada tahun 2022 adalah sekitar USD 29.56 miliar. Masa depan diharapkan akan mempertahankan tren pertumbuhan yang stabil, dan ukuran pasar akan mendekati USD 46.72 miliar pada tahun 2032, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 4.7% selama periode perkiraan.
Produsen utama catu daya switching global adalah DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel, dll. Tiga produsen teratas di dunia menguasai hampir 20% pangsa pasar. Pasar catu daya switching global telah menunjukkan pertumbuhan yang stabil dalam beberapa tahun terakhir.
Pertumbuhan ini terutama disebabkan oleh kebutuhan akan miniaturisasi, efisiensi, dan kecerdasan perangkat elektronik serta pesatnya perkembangan area-area baru seperti sistem energi terbarukan dan kendaraan listrik.
Pasar catu daya switching diperkirakan akan terus berkembang dalam beberapa tahun ke depan dengan mempopulerkan teknologi seperti Internet of Things, komunikasi 5G, dan kecerdasan buatan.
Kategori dan parameter umum yang perlu diperhatikan
Untuk memahami sepenuhnya catu daya switching, Anda perlu memulai dengan memeriksa parameter kelistrikannya, batasan aplikasi, dan indikator terkait untuk menganalisis dan memahami gambaran lengkapnya. Cara ini memberikan dukungan yang tepat dan profesional untuk kebutuhan penggunaan atau pengadaan kami. Berikut ini contoh untuk membantu kami memahami lebih baik:
Parameter listrik catu daya switching
Rentang voltase masukan
Nilai minimum dan maksimum tegangan input diterima oleh catu daya switching. Kisaran ini biasanya bergantung pada desain catu daya dan lingkungan aplikasi. Untuk AC, tegangan input berkisar antara 85-264V.
tegangan output
Tegangan diberikan oleh catu daya switching ke beban. Sesuaikan dengan kebutuhan beban (12v).
Arus keluaran
Nilai arus yang diberikan oleh catu daya switching ke beban selama operasi normal. (20A).
efisiensi konversi
Efisiensi catu daya switching dalam mengubah energi dari catu daya input menjadi energi dari catu daya output. Semakin tinggi efisiensi konversi, semakin kecil kehilangan energi dan semakin rendah keluaran panas catu daya (> 85%).
Frekuensi
Kecepatan catu daya switching mengubah tegangan input menjadi tegangan output, biasanya dalam kilohertz (kHz). Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil kerugian switching, tetapi tingkat kesulitan desain dan biaya catu daya switching juga akan meningkat (60K – 90KHZ).
Riak dan kebisingan
Fluktuasi kecil (riak) yang tidak diinginkan dan gangguan frekuensi tinggi pada tegangan keluaran. Hal ini terutama penting untuk peralatan elektronik presisi karena dapat memengaruhi kinerja peralatan (<80MV).
Metode pendinginan: pendingin udara
Fungsi perlindungan
Meliputi proteksi arus lebih (OCP), proteksi tegangan lebih (OVP), proteksi suhu lebih (OTP), dan proteksi hubung singkat (SCP) untuk melindungi peralatan daya dan beban dari kerusakan.
Parameter batas aplikasi terkait catu daya switching
Kapasitas beban
Daya atau arus maksimum beban yang dapat didukung oleh catu daya switching. Melebihi batas ini dapat menyebabkan panas berlebih atau kerusakan pada catu daya.
Sertifikasi keamanan
Catu daya switching harus mematuhi standar dan sertifikasi keselamatan, seperti UL, CE, RoHS, dll. Sertifikasi ini memastikan keselamatan dan perlindungan lingkungan dari catu daya.
Begitu banyak parameter juga membentuk sejumlah besar jenis catu daya switching, termasuk:
Klasifikasi berdasarkan prinsip kerja
Catu daya switching modulasi lebar pulsa (PWM): Tegangan keluaran dikontrol dengan menyesuaikan waktu aktif (lebar pulsa) elemen pengalihan.
Catu daya switching modulasi frekuensi pulsa (PFM): Tegangan keluaran dikontrol dengan menyesuaikan frekuensi elemen sakelar.
Catu daya peralihan hibrida: Menggabungkan karakteristik teknologi PWM dan PFM.
Catu daya switching resonansi: Penggunaan rangkaian resonansi untuk mencapai aksi pengalihan, biasanya komponen pengalihan bekerja pada kondisi tegangan nol atau arus nol.
Klasifikasi berdasarkan topologi
Konverter maju: Tegangan masukan diubah langsung ke tegangan keluaran, sering digunakan untuk konversi Buck.
Konverter terbalik: Tegangan masukan lebih rendah daripada tegangan keluaran dan sering digunakan untuk konversi Boost.
Konverter Dorong-Tarik: Menggunakan dua elemen pengalih untuk bekerja secara bergantian, meningkatkan efisiensi dan daya keluaran.
Konverter Jembatan Penuh: Menggunakan empat elemen pengalihan untuk aplikasi daya tinggi.
Konverter Half-Bridge: Menggunakan dua elemen pengalihan untuk aplikasi daya sedang.
Konverter tabung tunggal: Menggunakan elemen pengalihan tunggal untuk aplikasi daya rendah.
Klasifikasi berdasarkan bidang aplikasi
Catu daya switching industri: Cocok untuk otomasi industri, peralatan komunikasi, dll., yang membutuhkan keandalan dan stabilitas tinggi.
Catu daya switching kelas komersial: Cocok untuk bangunan komersial, peralatan kantor, dll., yang membutuhkan kinerja lebih baik dan kemudahan penggunaan.
Pasokan daya switching konsumen: Cocok untuk peralatan rumah tangga, komputer pribadi, dll., yang membutuhkan ukuran kecil dan biaya rendah.
Catu daya peralihan kelas medis: Cocok untuk peralatan medis, yang membutuhkan kompatibilitas elektromagnetik dan standar keselamatan yang ketat.
Klasifikasi lain dari catu daya
Catu daya komunikasi: Catu daya jenis konverter DC/DC yang digunakan dalam sistem komunikasi.
Catu daya khusus: Catu daya tegangan tinggi dan arus rendah, catu daya arus tinggi, catu daya AC/DC input 400Hz, dll.
Perkembangan terbaru
Frekuensi switching kini telah mencapai level MHz. Sejak melampaui batas 20 kHz pada tahun 1970-an, kemajuan teknologi telah mendorong frekuensi switching ke kisaran 500 kHz hingga 1 MHz. Teknologi soft switching, yang secara teoritis mengurangi kerugian switching hingga nol, telah mengalami perkembangan dan penerapan yang signifikan.
Desain sirkuit utama meliputi sirkuit quasi-resonant, sirkuit PWM zero-switching, dan sirkuit PWM zero-conversion. Teknologi penting yang telah matang meliputi active clamp ZVS dan full-bridge phase-shift ZVS soft switching, yang keduanya dapat mencapai efisiensi lebih dari 90%.
Munculnya teknologi switching tidak mengalahkan hard switching. Sebaliknya, penggabungan keduanya telah memberikan kehidupan baru ke dalam bidang ini. Teknologi Zero Current Transition (ZCT) dan Zero Voltage Transition (ZVT) menggabungkan kerugian switching yang rendah, frekuensi tinggi, dan manfaat penghematan energi dari soft switching dengan keunggulan penyaringan dan penanganan arus dari hard switching.
Teknologi rektifikasi sinkron juga secara signifikan meningkatkan efisiensi catu daya switching.
Dengan menggunakan MOSFET resistansi rendah (kurang dari 3 mΩ) sebagai pengganti dioda untuk perbaikan, pengontrol menyinkronkan sinyal penggerak gerbang dengan tegangan yang diperbaiki, sehingga meminimalkan kerugian perbaikan. Metode ini sangat efektif untuk konverter daya bertegangan rendah dan arus tinggi.
Teknologi digital meningkatkan kinerja produk dengan memfasilitasi interaksi manusia-mesin melalui antarmuka seperti papan ketik eksternal dan layar kristal cair. Teknologi ini memungkinkan komunikasi data dengan komputer induk melalui RS485, RS232, bus CAN, dan antarmuka lainnya, yang memungkinkan telemetri dan kendali jarak jauh. Catu daya digital juga mendukung pemeliharaan daring, uji mandiri, dan pemutakhiran melalui antarmuka jaringannya, yang secara signifikan meningkatkan keandalan dan keawetan.
Modularisasi dalam rangkaian dan sistem catu daya meningkatkan kualitas dengan memungkinkan perancang menggunakan berbagai modul fungsional secara fleksibel. Hal ini meningkatkan efisiensi produksi, mengurangi biaya dan ukuran, serta meningkatkan keandalan.
Produsen telah mengintegrasikan fungsi kontrol seperti PFC, ZVS, ZCS, PWM, pembagian arus paralel, dan kontrol jembatan penuh pergeseran fase ke dalam chip khusus. Dengan mengemas perangkat sakelar daya, kontrol, penggerak, proteksi, deteksi, dan sirkuit lainnya ke dalam satu modul, orang dapat mengintegrasikan kontrol, perangkat semikonduktor daya, dan fungsi transmisi informasi.
Kesimpulan
Singkatnya, catu daya switching merupakan bagian yang tak terpisahkan dari peralatan elektronik modern, dengan peran dan keunggulan yang penting. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di masa mendatang, catu daya switching akan terus dikembangkan dan ditingkatkan untuk memenuhi kebutuhan peralatan elektronik dalam hal kinerja tinggi, efisiensi tinggi, stabilitas tinggi, dan keandalan.
