Keajaiban Konversi Tegangan DC-DC (2023)
(lcamtuf.substack.com)- Tegangan dari baterai dan adaptor murah tidak sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan motor, lampu latar LCD, dan chip digital, sehingga sebagian besar elektronik konsumen mengandalkan konversi tegangan DC
- Pembagi tegangan resistor dan regulator linear memang sederhana, tetapi ketika arus beban atau penurunan tegangan makin besar, masalah rugi panas dan masa pakai baterai cepat membesar
- Charge pump dapat mengalikan atau membagi tegangan hanya dengan switching kapasitor, dan efisiensinya kadang melebihi 90%, tetapi pada struktur sederhana ada keterbatasan dalam regulasi tegangan dan beban arus tinggi
- Konverter Buck membuat tegangan rendah secara presisi dengan induktor dan sakelar, dan perangkat kecil pun mampu menangani arus kelas beberapa A, tetapi rugi induktor dan interferensi frekuensi radio perlu diperhitungkan
- Konverter Boost membuat tegangan yang lebih tinggi daripada tegangan suplai dari runtuhnya medan magnet induktor; karena keluarannya dapat naik hingga ratusan atau ribuan V, regulasi keluaran wajib ada
Mengapa Konversi Tegangan Diperlukan
- Hampir semua elektronik konsumen di pasar melakukan konversi tegangan DC dalam suatu bentuk
- Tegangan keluaran baterai umum atau adaptor dinding murah tidak sesuai dengan kebutuhan semua komponen dalam rangkaian
- Motor
- Lampu latar LCD
- Chip digital generasi terbaru
- Konversi tegangan juga dapat terjadi di dalam mikrokontroler
- Mungkin ada charge pump internal kecil yang membuat tegangan lebih tinggi untuk EEPROM dan memori flash
- Mungkin ada regulator terpisah yang membuat tegangan lebih rendah untuk inti CPU
- Dalam rangkaian elektronik hobi, IC linear lama seperti LM7805 dan LM317 kadang digunakan bersama MCU 32-bit modern
- Meski regulator switching sudah muncul, masih banyak kasus desain lain disalin begitu saja tanpa mempertimbangkan apakah cocok untuk pekerjaan tersebut
Pembagi Tegangan Berbasis Resistor
- Cara paling sederhana untuk membuat tegangan antara dari sumber daya stabil yang diketahui adalah pembagi tegangan resistor
- Jika tidak ada beban berarti yang terhubung di antara R1 dan R2, arus yang mengalir melalui kedua resistor sama
- Tegangan tengah dihitung sebagai penurunan tegangan pada R2; jika R1 = R2, titik tengah menjadi setengah dari tegangan suplai
- Batasan terbesar adalah arus yang keluar ke beban harus cukup kecil untuk diabaikan dibanding arus yang mengalir melalui R1·R2
- Jika kondisi ini tidak terpenuhi, tegangan tengah akan berubah bergantung pada operasi beban
- Untuk memasok tegangan stabil ke beban yang mengonsumsi daya besar, diperlukan nilai resistansi yang tidak realistis rendah
- Akibatnya, arus terbuang yang besar mengalir di jalur R1-R2
- Dalam praktiknya, ini umum dipakai pada jaringan bias untuk input op-amp atau bias gerbang FET
- Untuk penggunaan semacam ini, beban praktis tidak ada dan nilai resistansi dapat dibuat di kisaran 10kΩ~100kΩ
- Arus terbuang tetap berada pada rentang mikroampere
Menggunakan Beban sebagai Bagian dari Pembagi Tegangan
- Jika beban berperilaku hampir seperti resistansi konstan dalam kondisi rangkaian, beban itu sendiri dapat digunakan sebagai bagian dari pembagi tegangan sebagai pengganti R2
- Cara ini tetap membuang energi
- Proses menurunkan tegangan beban dilakukan dengan R1 menghambat aliran elektron dan mengubah sebagian energi suplai menjadi panas
- Panas terbuang dihitung dengan hukum Joule, P = IV
- Jika arus besar dan penurunan tegangan yang dibutuhkan lebih dari sebagian kecil volt, rugi daya menjadi parah
- Tidak banyak beban yang melakukan pekerjaan berguna sekaligus berperilaku seperti resistansi konstan
- Sirkuit terpadu yang menjalankan program bukan termasuk demikian
- Motor yang diberi beban juga bukan termasuk demikian
- Pada beban seperti ini, arus yang dibutuhkan serta konduktansi/resistansi semunya berubah seiring waktu, sehingga tegangan keluaran pembagi yang bergantung pada rasio resistansi menjadi berfluktuasi
Regulator Linear Dasar
- Jika elemen yang berperilaku seperti resistor variabel dikendalikan dengan umpan balik, tegangan keluaran yang konstan dapat dipertahankan meski resistansi beban berubah
- Voltage follower berbasis transistor mirip dengan perilaku ini
- MOSFET kanal-n mulai menghantar ketika tegangan antara source dan gate cukup positif
- Dimungkinkan konfigurasi yang memasok tegangan yang diinginkan ke gate dengan pembagi tegangan resistor dan menempatkan beban di sisi source
- Ini dapat diimplementasikan dengan MOSFET serbaguna seperti 2N7000, tetapi tidak bekerja sebaik yang diperkirakan
- Vth bukan ambang biner
- Vth BS170 ditentukan 2,1V pada 1mA, tetapi untuk meneruskan 100mA, Vgs harus mencapai sekitar 3,2V
- Jika arus beban yang lebih besar dibutuhkan saat Vref tetap, jarak antara source dan tegangan referensi membesar dan tegangan keluaran turun
- Jika referensi tegangan absolut disediakan dengan dioda Zener internal, Vref dapat dibuat lebih stabil meski tegangan suplai berubah
- Dioda menghasilkan penurunan tegangan yang relatif konstan karena energi yang dibutuhkan untuk melewati daerah deplesi sambungan p-n saat arus terkontrol mengalir
- Jika op-amp dipakai sebagai voltage follower untuk memantau langsung tegangan keluaran yang dipasok ke beban, keterbatasan desain transistor tunggal dapat dikurangi
- Perangkat mendeteksi selisih antara Vref dan Vout
- Tegangan gate transistor disesuaikan ke arah berlawanan untuk menghilangkan error
- Umpan balik ini menghilangkan hubungan non-ideal antara tegangan gate-source dan arus drain, serta menghapus offset Vth
- Dua resistor umpan balik bersifat opsional, dan dapat menyesuaikan tegangan keluaran secara proporsional terhadap tegangan referensi dioda
- Jika R1 = R2, Vout menjadi 2 × Vref
- Pada akhirnya, regulator linear adalah resistor variabel yang canggih, sehingga sulit digunakan tanpa alasan khusus
- Energi terbuang sebanding dengan I dan V
- Ini diikuti masalah manajemen panas dan berkurangnya masa pakai baterai
- Pengecualiannya adalah ketika arus sangat kecil atau penurunan tegangan yang dibutuhkan sangat kecil
- Bias input op-amp
- Pembuatan tegangan referensi ADC
- Regulator linear presisi cocok untuk penggunaan seperti ini
Konverter Kapasitor Tersakelar dan Charge Pump
- Regulator switched-mode tampak rumit, tetapi prinsip dasar charge pump adalah perpindahan muatan antara kapasitor terbang dan kapasitor keluaran
- Jika kapasitor terbang Cf dihubungkan ke rel suplai, tegangan yang sama dengan Vsupply muncul di antara terminalnya
- Tegangan ini adalah hasil muatan yang tersimpan dalam medan listrik di dalam kapasitor
- Ini bertahan sebentar bahkan setelah diputus dari catu daya
- Jika Cf yang sudah terisi dihubungkan ke kapasitor keluaran Co, sebagian muatan berpindah ke Co sehingga tegangan positif muncul pada terminal kapasitor keluaran
- Jika proses ini diulang, Co hampir terisi penuh
- Tegangan antara A dan B mendekati Vsupply
- Jika terminal B kapasitor keluaran yang lebih negatif diikat ke rel suplai positif, 2 × Vsupply dapat diukur antara A dan C, sehingga menjadi pengali tegangan
- Pada charge pump nyata, kapasitor tidak dipindahkan secara fisik; empat FET di-toggle dalam urutan tertentu untuk melakukan switching secara elektrik
- Frekuensi switching biasanya 100kHz~2MHz
- Rangkaian pengawas memediasi switching untuk menghantarkan energi hampir tanpa putus ke beban yang terhubung
- Fungsi pengawasan semacam ini dapat diimplementasikan dalam berbagai cara, dan struktur mikrokontroler sederhana yang menjalankan kode kecil juga semakin umum
- Dengan mengubah susunan kapasitor keluaran, rasio pengali lain atau tegangan negatif dapat dibuat
- Tegangan negatif dapat dibuat dengan menggantung Co pada rel ground dan membalik Cf bolak-balik
- Karena perpindahan muatan bersifat simetris, pendekatan yang sama juga memungkinkan pembagian tegangan
- Kapasitor mengurung medan listrik internal dengan baik, dan MLCC modern menunjukkan impedansi rendah pada frekuensi operasi charge pump standar
- IC konverter seperti LM2776 sering menunjukkan efisiensi lebih dari 90% pada rentang beban yang lebar
- Interferensi frekuensi radio juga tidak besar
- Strukturnya sederhana dan tidak membutuhkan logika kontrol tingkat lanjut, sehingga implementasi spontan tanpa chip kontroler khusus pun mudah
- Keterbatasan besar charge pump sederhana adalah kurangnya kemampuan regulasi tegangan
- Ia dapat membuat kelipatan sembarang dari Vsupply, tetapi jika tegangan suplai berfluktuasi, keluarannya ikut berfluktuasi
- Regulasi kasar dapat dilakukan dengan memantau tegangan keluaran lalu menghentikan perpindahan muatan saat mencapai setpoint
- Regulator linear juga dapat ditambahkan pada keluaran, tetapi harus menerima rugi efisiensi
- LTC3240 adalah contoh charge pump step-up yang diregulasi sekitar ±5%
- Transfer muatan pada charge pump pada dasarnya bersifat diskret dan bergantung pada perbedaan tegangan antar kapasitor
- Semakin tegangan keluaran mendekati target, semakin sedikit muatan yang dapat dipindahkan dalam satu siklus
- Kurang cocok untuk penggunaan arus tinggi
- Charge pump jarang dipakai untuk beban lebih dari sekitar 200mA
- Di atas itu, solusi berbasis induktor lebih unggul
Konverter Buck
- Regulator tegangan berbasis induktor yang paling sederhana adalah konverter Buck, yang membuat tegangan keluaran terkontrol lebih rendah daripada tegangan suplai
- Kontroler memantau tegangan keluaran, dan ketika keluaran turun di bawah level yang telah ditetapkan, sakelar dinyalakan untuk mengisi ulang kapasitor keluaran dari rel suplai
- Jika tidak ada cara untuk membatasi arus inrush, kapasitor dapat terisi terlalu cepat sehingga Vout langsung overshoot hingga Vsupply
- Resistor kecil dapat ditambahkan pada jalur pengisian, tetapi sebagian energi habis sebagai panas sehingga terjadi pemborosan
- Induktor adalah pilihan yang lebih baik karena menahan perubahan arus sambil menyimpan sebagian energi secara reversibel dalam medan magnet internal
- Saat sakelar tertutup, arus induktor meningkat bertahap sehingga tingkat pengisian kapasitor lebih mudah dikendalikan
- Saat sakelar terbuka, medan magnet induktor yang runtuh berusaha terus mendorong aliran arus yang sudah ada
- Jika tidak ada jalur baru, lonjakan tegangan berbahaya muncul pada terminal induktor
- Sisi sakelar menjadi berpotensial negatif, sisi kapasitor menjadi berpotensial positif
- Energi yang tersimpan habis secara tidak produktif sehingga induktor tidak jauh berbeda dari resistor
- Untuk mencegah ini, konverter Buck sederhana membutuhkan dioda ber-bias balik atau sakelar tambahan
- Jika sisi kiri induktor menjadi lebih negatif daripada rel 0V, dioda menghantar
- Medan magnet yang runtuh menarik elektron dari rel 0V dan mendorongnya ke arah kapasitor dan beban
- Perancang harus memperhitungkan juga arus yang mengalir selama sakelar mati untuk mencegah kapasitor terisi berlebihan
- Energi yang tersimpan dalam medan magnet hampir sebanding dengan waktu nyala induktor
- Karena itu, besarnya fenomena ini mudah diprediksi dan dikendalikan
- Konverter Buck menonjolkan efisiensi switching yang tinggi, tetapi performa optimal biasanya hanya muncul pada rentang beban tertentu
- Salah satu sumber rugi utama adalah resistansi kumparan induktor
- Jika memilih komponen murah dan berjejak kecil, resistansi ini bisa tinggi
- Medan elektromagnetik yang bocor dari induktor menyebabkan rugi daya dan interferensi radio pada pita MF dan HF
- Pada beberapa penggunaan seperti penerima radio atau amplifier presisi, catu daya switching dapat menjadi masalah
- Sebaliknya, konverter Buck beroperasi secara semi-kontinu sehingga kuat dalam penghantaran arus tinggi dan regulasi tegangan
- Ada jalur arus langsung dari suplai ke beban
- Ada perbedaan tegangan yang konsisten di antara terminal induktor
- Perangkat kecil seperti AP63203 pun dapat menangani beberapa A
- Karena arus induktor meningkat bertahap, regulasi tegangan yang baik dapat dicapai
- Selain IC yang membutuhkan induktor eksternal, ada juga modul terintegrasi murah yang menyederhanakan desain rangkaian
- CUI VXO7803-500
- MPS mEZD71202A-F
- Karena harga ritelnya bisa di kisaran $1~$2, ini menjadi pilihan untuk menghemat waktu pada rangkaian hobi
Konverter Boost
- Regulator Buck hanya dapat membuat tegangan yang lebih rendah daripada rel suplai karena jika tegangan kapasitor keluaran lebih tinggi daripada tegangan suplai, arus induktor mengalir balik saat sakelar tertutup
- Cara umum untuk membuat tegangan lebih tinggi adalah topologi Boost
- Saat sakelar tertutup, pada prinsipnya terjadi hubung singkat di antara rel suplai, tetapi untuk waktu singkat induktor menahan aliran arus dan mengalihkan energi suplai ke medan magnet internal
- Efek ini cepat berkurang jika inti mengalami saturasi
- Untuk menghindari kerusakan induktor atau pemborosan energi, sakelar tidak boleh dibiarkan tertutup terlalu lama
- Saat sakelar terbuka, medan magnet induktor yang runtuh berusaha mempertahankan aliran muatan ke arah yang sama
- Terminal kiri kumparan menjadi lebih negatif
- Terminal kanan menjadi lebih positif
- Sisi yang lebih negatif masih terhubung ke rel suplai positif, sehingga potensial referensi suplai tetap konstan
- Pada terminal lain, muncul tegangan yang lebih tinggi daripada Vsupply
- Lonjakan tegangan ini membuat dioda menghantar dan mengirim energi ke kapasitor
- Karena gaya gerak listrik maksimum yang dapat dibuat kumparan bisa jauh melampaui Vsupply, kapasitor juga dapat terisi hingga tegangan yang lebih tinggi
- Jika switching cukup cepat dan prosesnya berlanjut tanpa batas, tegangan dapat mencapai ratusan atau ribuan V
- Karena itu regulasi keluaran wajib ada
- Jumlah energi yang dikirim di tiap tahap dapat diatur dengan mengubah waktu nyala induktor
- Konverter Boost seperti MCP1642B/D umum dipakai untuk menjalankan perangkat bertegangan lebih tinggi dari satu sel alkaline, atau membuat 10V ke atas untuk perangkat seperti lampu latar LCD
- Konverter Boost berbagi sebagian besar kelebihan dan kekurangan dengan topologi Buck
- Membutuhkan induktor
- Jejak interferensi frekuensi radio besar
- Dapat menghantarkan arus cukup besar dengan relatif mudah
Pengganti Dioda dalam Implementasi Nyata
- Dalam konverter Buck·Boost nyata, dioda sering diganti dengan sakelar MOSFET yang beroperasi secara sinkron
- Perubahan ini tidak membuat perbedaan fungsional, tetapi dapat menghindari penurunan tegangan bawaan dari sambungan p-n
1 komentar
Komentar Hacker News
Konverter DC-DC itu sulit, tetapi menarik. Konsep dasarnya adalah jika arus dialirkan sebentar melalui induktor lalu diputus, akan muncul lonjakan tegangan besar; sistem pengapian mobil klasik memakai cara ini
Jika lonjakan itu diarahkan lewat dioda untuk mengisi kapasitor, kita bisa mendapatkan keluaran arus searah. Keunggulan catu daya switching adalah jalur dayanya hampir tidak memiliki resistansi sehingga efisien, sedangkan kelemahannya adalah pada sebagian siklus, masukan pada dasarnya dibuat hubung singkat, sehingga saat gagal bisa menyebabkan kebakaran dan mungkin memerlukan pembatas arus masuk atau sekring
Ada metode step-up, step-down, dan berbasis transformator; dengan transformator, masukan dan keluaran bisa diisolasi, yang wajib demi keselamatan saat digerakkan dari daya AC. Yang dulu saya buat adalah rangkaian yang menghasilkan 120V DC dari masukan USB 5V DC untuk menjalankan teletype antik yang membutuhkan 60mA 120V DC: https://github.com/John-Nagle/ttyloopdriver/blob/master/boar...
Rangkaian dasarnya sederhana, tetapi ada beberapa ferrite bead surface-mount dan kapasitor kecil agar lonjakan tidak bocor ke USB masukan, keluaran, maupun frekuensi radio, dan nilainya harus dipilih lewat simulasi LTspice untuk mengurangi derau tegangan dan arus
Cara memahami yang lebih baik adalah arus dari sumber daya dialirkan ke induktor untuk menyimpan energi dalam medan magnet, lalu ketika dihentikan, medan magnet melemah dan energinya kembali diubah menjadi arus yang masuk ke rangkaian
Intinya, jika timing dan parameternya dipilih dengan baik, kita bisa memilih tegangan arus di sisi hilir. Tegangan pada kedua ujung induktor bergantung pada kemiringan kuat medan magnet di sekitar kawat induktor, jadi dengan memilih kemiringan berbeda kita bisa membuat tegangan berbeda. Jika ingin tegangan stabil, grafik kuat medan magnet kira-kira menjadi gelombang gigi gergaji, dan grafik tegangan induksi kira-kira menjadi gelombang kotak. Ini penjelasan yang disederhanakan untuk memudahkan pemahaman, tetapi gelombang gigi gergaji menghasilkan kemiringan arus yang konstan, dan ini berujung pada tegangan yang konstan
Jika sakelar menyala terlalu lama hingga induktor mencapai arus saturasi, atau jika salah satu dari beberapa mode kegagalan berantai terjadi, masukan memang bisa secara praktis menjadi hubung singkat. Hal seperti ini juga bisa terjadi di berbagai rangkaian elektronik lain, seperti kapasitor decoupling tantalum sederhana atau SCR latch-up pada IC, tetapi ini mode kegagalan yang baik untuk dipikirkan saat merancang topologi daya
Namun, jika dayanya dari USB dan dinaikkan dari 5V ke 120V, saya bisa memahami dari mana intuisi “hubung singkat” itu muncul
Lewat komponen parasitik, kejadian yang sebentar mirip hubung singkat bisa saja terjadi, tetapi dalam kasus ideal tidak demikian
Chip modern biasanya punya soft-start sendiri, tetapi masalahnya adalah diperlukan kapasitor masukan, dan saat pertama kali terhubung kapasitor ini benar-benar terlihat seperti hubung singkat
Kalau kapasitor keramik kecil biasanya bukan masalah besar, tetapi induktansi kabel bisa secara kebetulan membentuk konverter step-up dan mencoba memberi lonjakan tegangan ke konverter yang sebenarnya
Ada hubungan menarik antara konverter step-up dan pompa hydraulic ram
Pompa hydraulic ram adalah perangkat yang memakai energi kinetik aliran air untuk memompa air sungai ke tempat yang lebih tinggi tanpa sumber tenaga terpisah. Persamaan kedua perangkat pada dasarnya sama, hanya satuannya yang berubah
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
Saya sangat merekomendasikan kuliah MIT 6.622 Power Electronics yang baru-baru ini dipublikasikan di OCW
https://youtube.com/playlist?list=PLUl4u3cNGP62UTc77mJoubhDE...
https://ocw.mit.edu/courses/6-622-power-electronics-spring-2...
Profesor David Perreault luar biasa. Materinya sampai masuk ke topik lanjutan yang mungkin tidak diperlukan kecuali Anda merancang sistem multi-kW, tetapi ia mencakup semua dasar dan membangun pemahaman dari bawah sehingga Anda bisa tahu kapan sebaiknya memakai apa
Ada banyak penghobi yang bisa merancang dan mengimplementasikan rangkaian mereka sendiri, seperti audiofil atau penggemar kereta model, jadi pasti ada jalur yang bisa dicapai. Saya benar-benar ingin belajar elektronika, tetapi belum berhasil menguasainya dengan baik
Saya tahu dasar resistor, dioda, kapasitor, dan transistor, serta bisa menjelaskan catu daya klasik paling sederhana yang terdiri dari transformator, penyearah gelombang penuh, dan kapasitor. Saya pernah membuat rangkaian digital dasar seperti LDO + Arduino/ESP + LED, dan tahu sedikit fisika dasar. Saya cukup mahir menyolder
Saya justru melihat pernyataan “karena masalah manajemen panas dan berkurangnya umur baterai, regulasi linear hampir tidak sepadan dengan susah payahnya” sebagai kebalikannya. Jika sasaran tulisannya adalah pengembang hobi, banyak proyek kemungkinan besar diberi daya dari charger USB 5V dan arus konsumsinya juga hanya sekitar ratusan mA
LDO sangat murah, mudah didapat, karakteristik keluarannya cukup baik, dan sangat mudah digunakan. Kalau praktis ada 5V tanpa batas dan yang dibutuhkan adalah 3,3V 100mA, kenapa tidak memakainya?
Sebaliknya, konverter step-down membutuhkan pekerjaan rekayasa sungguhan. Tidak bisa asal memasang satu IC dan berharap langsung bekerja sempurna pada percobaan pertama. Harus memakai modul terintegrasi penuh yang mahal, atau melakukan cukup banyak perhitungan dan pengadaan komponen sendiri. Bagi pengembang hobi yang membuat PCB sederhana sekali pakai, keduanya tidak terlalu menarik
Bahkan jika ada komponen seperti ESP32 yang membutuhkan 250mA, itu sudah cukup, dan untuk proyek hobi harga 2,40 dolar juga masih wajar
Konverter step-down murah sangat berisik, sehingga cukup merepotkan saat membuat proyek terkait audio atau radio, atau ketika perangkat semacam itu berada di dekatnya
Namun, misalnya jika harus menurunkan 24V menjadi 3,3V, LDO bisa menjadi cukup panas, dan bahkan pada 100mA rugi dayanya melebihi 2W. Pada akhirnya, jawaban yang benar adalah “tergantung situasinya”
Dari sudut pandang pemula, banyak tutorial sangat menjengkelkan karena melewati bagian penting dengan gaya “di sini ada sakelar atau osilator ajaib yang esensial untuk kerja konverter step-up, tetapi saya tidak akan memberi tahu cara implementasinya”
Selain itu, rangkaian tersebut harus bekerja pada level tegangan awal, dan dalam banyak kasus juga harus terisolasi secara galvanik dari konverternya. Ada banyak hal yang harus diperhatikan dan dalam praktiknya sama sekali tidak sepele
Biasanya jawabannya adalah mencari IC yang bekerja pada tegangan input yang diinginkan, atau memasok sedikit daya yang dibutuhkan generator PWM melalui regulator linear. Menggunakan begitu saja jawaban buatan AI juga harus hati-hati. Claude 3.5 Sonnet menyarankan menghubungkan Arduino langsung ke 230V, dan bahkan setelah beberapa kali bolak-balik, ia membuat rangkaian dengan elemen aneh seperti “dioda antiparalel” yang tidak masuk akal
Berdasarkan parameter seperti rentang tegangan input, rentang tegangan output, dan daya, kita bisa memfilter berdasarkan kompleksitas (kurang lebih jumlah BoM), ukuran, biaya, dan sebagainya, dan desainnya biasanya juga menyertakan layout referensi
https://webench.ti.com/power-designer/
Saya bekerja di bidang pengujian kompatibilitas elektromagnetik otomotif, dan penyebab gagal uji atau memengaruhi perangkat lain hampir selalu ada di sisi konversi tegangan
Konverter buck-boost banyak noise dan rumit, dan jika memakai IC monolitik dari pemasok termurah, debug-nya juga tidak mudah. Ini berujung pada diskusi yang cukup menyebalkan
Saat mengerjakan audio belakangan ini, saya sering melihat banyak perangkat yang, misalnya, mengubah 3,7V menjadi 5V menyuntikkan noise ke rail daya, lalu noise itu masuk hingga ke input mikrofon
Fitur dukungan baterai dari pisource sangat parah, tetapi banyak sumber daya baterai lain juga begitu. Bukan hanya mikrofon, sensor sensitif seperti akselerometer pun terdampak
Ke depannya, saya berharap pembuat konverter DC-DC lebih memperhatikan agar catu dayanya cukup bersih sehingga hal seperti ini tidak terjadi
Ini pada dasarnya tidak bisa dihindari, dan sangat sensitif terhadap layout papan. Menyaring semua komponen frekuensi pita lebar ini secara aktif atau pasif sama sekali tidak sepele; tidak ada solusi umum, hanya ruang trade-off berdimensi besar
Benar bahwa noise penting dalam rangkaian analog, dan jika mau, Anda bisa mengeluarkan banyak uang untuk modul konverter DC/DC khusus yang berusaha meminimalkan noise dengan induktor bawaan
Efisiensi 96% pada konverter sinkron terlihat bagus di atas kertas, tetapi ketika konsumsi arus single-board computer terus meningkat dan motor BLDC bisa bekerja pada tegangan yang lebih tinggi, memasok keduanya dari catu daya yang sama menimbulkan masalah panas besar
Menurunkan 12V menjadi 5V 5A masih menghasilkan panas yang bisa dikelola, tetapi ketika sisi baterai naik ke 20V atau 30V, rugi panas akibat penurunan tegangan besar mulai membuat area sekitarnya meleleh. Dalam beberapa kasus, meskipun rugi daya bertambah, kami harus memakai rail daya bertingkat: menurunkannya dulu ke 24V untuk membagi panas ke beberapa konverter step-down, lalu dari 24V ke 12V, dan dari 12V ke 5V. Saya ingin mendengar apa solusi ala profesional selain heatsink raksasa
Karena single-board computer sudah membuang panas 25W, 2W dari konverter DC-DC juga bisa ditangani dengan cara yang sama
https://www.meanwellusa.com/webapp/product/search.aspx?prod=...
Setelah melewati level daya tertentu, bertahan hanya dengan pendinginan konveksi secara fisik tidak mungkin. Jika melihat amplifier audio atau CPU/GPU umum, ada bank MOSFET, kapasitor, dan induktor. Jumlah komponen BoM bisa bertambah, tetapi spesifikasi yang dituntut dari tiap komponen menjadi lebih rendah
Hal berbahayanya adalah MOSFET harus diklasifikasikan dan dicocokkan dengan cermat. Jika dioperasikan terlalu dekat dengan arus terukurnya, satu akan terbakar, beban terbagi ke sisanya, lalu karena tidak mampu menahan beban tambahan itu, mereka bisa gagal berantai dalam waktu sangat singkat. Atau jika salah satu gagal sebagai hubung singkat, bukan open-circuit, yang lain juga langsung mati
Sebagai peringatan ramah bagi orang yang tidak akrab dengan elektronika, tulisan ini ditulis dengan gaya “sekarang gambarlah burung hantunya”. Saya tidak yakin siapa target pembacanya
Orang yang bisa membaca materi pada level ini kemungkinan besar sudah tahu sebagian besarnya, bahkan mungkin lebih dari itu. Sisanya membutuhkan buku, dan karena materi ini cukup dasar, buku itu akan membahasnya sekaligus menurunkan persamaan yang muncul di sini agar bisa dipahami
Kalau judulnya memuat “konversi tegangan DC-DC”, menurut saya itu sudah cukup untuk menyaring orang yang sama sekali tidak tahu artinya maupun orang yang sudah benar-benar bisa melakukannya
Alternatif yang umum dipakai di dunia mikrokontroler adalah cukup menumpuk beberapa dioda secara seri. Ini alternatif yang sangat sederhana, dan saya memang pernah melihatnya dipakai beberapa kali