MEMBUAT LAMPU 220V DENGAN LED

Untuk membuat lampu dengan LED yang perlu diperhitungkan adalah tegangan DC yang akan diberikan

kepada LED, tidak boleh melampaui tegangan majunya.

Jika tegangan sumber cukup tinggi, yang paling efisien adalah merangkai LED dalam susunan seri sebisa

mungkin, sehingga dengan demikian akan didapatkan angka pemberian tegangan yang tinggi pula.

Dalam contoh yang dibuat di sini digunakan 6 buah LED yang dirangkai secara seri. Skema rangkaiannya

adalah sebagai berikut :

Daftar komponen rangkaian 6 LED 220V :

C1 = 563/400V

D1...D4 = 1N4007

Dz1, Dz2 = Dioda zener 10V/400mW

LED1...LED6 = LED putih 3V.

Untuk skema rangkaian ini, digunakan LED 3V kecil. Suplai tegangan rendah untuk LED didapatkan

setelah tegangan AC tinggi diturunkan terlebih dahulu.

Penurunan tegangan AC tinggi menjadi rendah tidak dilakukan melalui pembatasan oleh resistor, tetapi

dengan menggunakan kondensator mika/milar 56nF/400V. Sifat kondensator terhadap frekwensi adalah

khas, dalam kapasitas kecil pada frekwensi rendah ia akan menjadi penghambat yang besar sebagaimana

layaknya sebuah resistor. Keuntungan penggunaan kondensator dibandingkan dengan resistor dalam

fungsi ini adalah rendahnya panas yang dihasilkan sehingga meminimalisir kerugian energi yang

terbuang.

Setelah levelnya dibatasi/diturunkan, tegangan AC kemudian disearahkan agar menjadi DC oleh

penyearahan gelombang penuh D1...D4. Hasil penyearahan berupa tegangan DC yang kemudian langsung

diberi limit pada level 20V oleh Dz1 dan Dz2.

Demikianlah tegangan DC untuk menyuplai rangkaian seri LED didapatkan. Adapun dioda zener

dipasang juga untuk mengamankan tegangan lebih yang mungkin timbul yang dapat merusakkan LED.

Digunakannya dua dioda zener 10V/400mW adalah untuk mendapatkan karakteristik dioda zener

20V/800mW.

Apabila dioda zener sedang tidak menarik arus dan arus yang ditarik hanyalah oleh rangkaian LED, maka

konsumsi daya akan ada sebesar 4,4W. Ini dengan asumsi bahwa setelah lampu dinyalakan LED akan

menarik arus sebesar 20mA.

Sebenarnya jumlah LED bisa saja diperbanyak asalkan pemberian tegangannya tepat, maka nilai-nilai

komponennya pun harus dirubah. Untuk jumlah LED sebanyak 12 buah, dapat diparalel dua susunan seri

6 LED. Gambar rangkaiannya adalah sebagai berikut :

Daftar komponen rangkaian 12 LED 220V :

C1 = 104/400V

D1...D4 = 1N4007

Dz1, Dz2 = Dioda zener 10V/400mW

LED1...LED12 = LED putih 3V.

Contoh lain misalnya lampu baca membutuhkan sekitar 40 buah LED. Rangkaian LED terdiri dari N buah

LED dalam seri. Dan untaian seri dipararel M kali. Rangkaian selengkapnya dapat dilihat pada gambar

Mengenai tata-letak LED dan casing rangkaian dalam pembuatan lampu tidak dibahas di sini, itu

diserahkan kepada kreatifitas masing-masing orang. Gambar yang diperlihatkan di awal tulisan di atas

hanyalah gambar ketika dilakukan percobaan terhadap rangkaian ini.

Sebagai bagian akhir perlu diingat bahwa semua bagian di dalam rangkaian adalah “live-area”, jangan

sampai menyentuhnya karena akan menyebabkan terjadinya sengatan listrik.

SUSUNAN LED SERI DAN SUSUNAN LED PARALEL

Led seri

Led bisa disusun secara seri dan bisa pula disusun secara paralel. Dua Led yang disusun secara seri akan

membutuhkan tegangan dua kali lebih besar. Jika ada tiga Led yang disusun seri maka tegangan yang

dibutuhkannya akan menjadi tiga kali lebih besar, dan seterusnya.

Pada gambar (A) tampak Led yang disusun secara seri. Misalnya jika satu Led membutuhkan tegangan

3,1V (untuk Led topi/payung), maka untuk dua Led yang disusun seperti itu Vs perlu sebesar 6,2V.

Karena itu Led yang disusun seri seperti pada gambar (A) bisa langsung diterapkan pada Vs yang

bertegangan 6V, misalnya dari baterai atau accu 6V tanpa memerlukan resistor lagi.

Apabila Vs bertegangan 12V (misalnya dari aki/accu motor atau mobil) maka diperlukan resistor R

seperti tampak pada gambar (B).

Nilai R itu akan ada sebesar :

R = (Vs – VLed) / ILed

Di sini VLed adalah penjumlahan tegangan dua Led, sedangkan ILed adalah arus yang ditarik oleh Led.

Karena Led disusun secara seri, maka arus yang melalui Led pertama adalah arus yang melalui Led kedua

juga, sehingga di sini arus Led adalah tetap untuk perhitungan satu Led, yaitu 20mA (tidak menjadi dua

kali lipat). Sekalipun (misalnya) ada seratus Led yang disusun secara seri, arusnya tetap saja 20mA, hanya

tegangannya saja yang menjadi perlu lebih besar sesuai dengan banyaknya Led yang disusun.

Contoh : Tiga buah Led topi/payung disusun secara seri dengan Vs sebesar 12V, berapakah R yang harus

dipasang?

Di sini VLed adalah 3 x 3,1V = 9,3V. ILed adalah 20mA = 0,02A. Maka R yang diperlukan adalah :

R = (12 – 9,3) / 0,02 = 135 Ohm.

Menyusun Led secara seri memerlukan tegangan minimal sebesar jumlah tegangan dari banyaknya Led

yang disusun. Kelebihan dari penyusunan secara seri adalah lebih kecilnya bilangan daya yang

dikonsumsi oleh Led dikarenakan arus yang ditariknya tidaklah berdasarkan penjumlahan banyaknya led.

Sebagai contoh dari perhitungan tiga Led seri sebagaimana dipaparkan di atas, konsumsi dayanya adalah :

W = V x I = 12 x 0,02 = 0,24 Watt.

Namun perlu diperhatikan bahwa dengan menyambungkan secara seri Led-Led, ada kemungkinan terjadi

ketidak sinkronan kerja di antara Led-Led.

Semua Led yang terlibat dalam sambungan seri haruslah mempunyai karakteristik yang benar-benar

sama, tidak boleh ada yang berbeda. Jika dalam satu barisan seri ada Led yang berbeda karakteristik

(misalnya ada perbedaan jenis atau perbedaan tegangan majunya karena berlainan pabrik/merk atau

manufaktur) maka tegangan yang terbagi kepada setiap Led akan berlain-lainan pula. Ini bisa

menyebabkan terjadinya pelimpahan tegangan yang berlebihan kepada salah satu Led, dan jika Led

tersebut tidak mampu bertahan maka ia akan segera rusak. Dalam susunan seri, jika ada satu Led yang

mati karena rusak, maka semua Led lainnya di dalam satu barisan seri tersebut akan ikut tidak menyala..!

Led Paralel

Led yang disusun secara paralel tidaklah membutuhkan tegangan berkali lipat sebagaimana banyaknya

Led. Jika satu Led (misalnya) membutuhkan tegangan 3,1V, maka sepuluh Led tetap hanya membutuhkan

tegangan 3,1V. Sekalipun (misalnya) ada seratus Led disusun secara Paralel, tegangan yang dibutuhkan

tetap saja 3,1V. Namun arus yang dikonsumsinya akan menjadi berkali lipat sebagaimana banyaknya

Led. Perhatikan gambar (C) dan (D) di atas.

Pada gambar (C) tampak sebuah Led yang disambungkan kepada sumber tegangan Vs. Led ini akan

menarik arus sebesar 20mA.

Pada gambar (D) tiga buah Led disusun secara paralel, maka arus yang dikonsumsi oleh ketiga Led secara

keseluruhan adalah 3 x 20mA = 60mA.

Led yang disusun secara paralel seperti pada gambar (C) dan (D) hanya dimungkinkan jika Vs

bertegangan sebagaimana tegangan kerja (tegangan maju) Led, seperti misalnya dari sebuah baterai HP

(Hand Phone) yang hanya bertegangan 3,7V. Apabila Led hendak dihubungkan dengan tegangan yang

lebih tinggi, maka setiap Led Harus diseri dengan resistor R sebagaimana pada gambar (E).

Mengenai perhitungan nilai R untuk setiap Led telah dibahas pada ulasan sebelumnya, jadi, tidak perlu

dibahas ulang di sini.

Berbeda dengan penyusunan Led secara seri, pada penyusunan Led secara paralel seperti ini arus yang

dikonsumsi menjadi tiga kali lipat (sesuai banyaknya Led) padahal tegangannya adalah sama.

Bandingkanlah antara tiga Led yang disusun secara seri dengan tiga Led yang disusun secara paralel

dengan sumber tegangan Vs sebesar 12V.

Pada bagian sebelumnya telah diketahui bahwa tiga Led yang disusun secara seri dengan Vs 12V akan

mengkonsumsi daya sebesar 0,24W. Ketika disusun secara paralel Led-Led ini akan mengkonsumsi daya

sebesar : 12 x 0,6 = 0,72W…

Berbeda?

Selain penyusunan sebagaimana diperlihatkan pada gambar di atas, ada cara lain untuk penyusunan Led-

Led secara paralel. Perhatikan gambar berikut :

Tiga Led disusun secara paralel dengan langsung, lalu ketiga Led itu disambungkan kepada sumber

tegangan Vs melalui sebuah resistor (gambar (F)). Ini berarti ketiga Led (yang disusun secara paralel) di-

seri dengan resistor R1. Dengan penyusunan seperti ini arus yang melalui resistor adalah jumlah besaran

arus dari ketiga Led. Jika satu Led menarik arus 20mA, maka arus yang melalui resistor adalah 3 x 20mA

= 60mA.

Contoh : Dengan susunan seperti gambar di atas, tiga Led standard hendak dihubungkan dengan Vs 12V,

berapakah nilai R1 yang harus dipasang?

IR1 = 60mA = 0,06A

R1 = (Vs – VLed) / 0,06 = 138 Ohm.

Perlu diketahui bahwa dengan susunan paralel yang seperti ini ketiga Led sebaiknya mempunyai

karakteristik yang benar-benar sama. Jika tidak, tegangan yang terlimpahkan kepada Led-Led bisa

melenceng dari yang diperhitungkan dan bisa saja mengakibatkan kerusakan pada sebagian Led.

Gabungan seri dan parallel

Led yang banyak yang hendak dinyalakan sebagai lampu penerangan bisa disusun dengan

menggabungkan sambungan seri dan paralel seperti diperlihatkan pada gambar (G) di atas.

Pada gambar (G) tampak bahwa setiap barisan seri terdiri dari sebuah resistor dan tiga buah Led,

semuanya ada 6 barisan. Berarti susunan secara keseluruhan adalah susunan seri R dengan 3 Led seri

yang diparalel sebanyak 6 baris.

Demikianlah, uraian selengkapnya tentang perhitungan resistor untuk Led. Mudah-mudahan apa yang

dikemukakan dapat dimengerti dengan baik dan bagi yang telah mengikutinya secara seksama dapat pula

untuk mempraktekkannya. Karena itu tidak ada salahnya sekedar latihan untuk mencoba menjawab

pertanyaan berikut :

Pada gambar di atas tampak 18 Led yang disusun secara seri dan paralel.

Bisakah dihitung berapakah nilai masing-masing resistornya?

Bisakah diketahui seberapa besar daya yang dikonsumsi oleh Led-Led sebanyak itu?

PERHITUNGAN-PERHITUNGAN

Perhitungan Daya Lampu LED:

a. Mencari Beban Kerja Lampu Led :

R = (Vs-Vd) / I

dimana,

R = Resistor

I = Arus LED

Vs = Tegangan sumber

Vd = Tegangan kerja LED

Misal : Jumlah lampu LED = 25 pcs, Arus maks. LED = 20 mA, Tegangan sumber (listrik dari PLN) 220 Volt

dan Tegangan kerja maksimal LED = 3,7 Volt, maka :

R = ( 220V – ( 3,7 V x 25 pcs ) / 0.02 A

R = ( 220V – 92,5V ) / 0.02 A

R = 127.5 V / 0,02 A

R = 6375 ohm

b. Mencari Besarnya Arus Total Lampu Led :

Id = (Vs-Vd) / R

dimana,

Id = Arus Lampu Led

Vs = Tegangan Sumber

Vd = Tegangan kerja LED

R = Beban total LED

Misal : Jumlah lampu LED = 25 pcs, Arus maks. LED = 20 mA, Tegangan sumber (listrik dari PLN) 220 Volt,

Tegangan kerja maksimal LED = 3,7 Volt dan Beban total LED = 6375 Ohm, maka :

Id = ( 220 V - 92,5 V ) / 6375 ohm

Id = 127,5 V / 6375 ohm

Id = 0.02 A

c. Mencari Besarnya Daya Lampu LED :

Pd = Id x Vd

dimana,

Pd = Besarnya daya lampu led

Id = Arus Lampu Led

Vd = Tegangan kerja yang dibutuhkan lampu led

Misal : Jumlah lampu LED = 25 pcs, Arus lampu LED = 20 mA, Tegangan kerja maksimal LED = 3,7 Volt

Pd = 0,02 A x 92,5 V

Pd = 1,85 Watt

Perhitungan Untuk Menentukan C1 dan C2 :

a. Menentukan C1

Untuk menyederhanakan masalah hambatan dinamik LED //impedansi kapasitor C2 diabaikan karena

nilainya kecil dibandingkan dengan impedansi C1. Jadi LED // C2 merupakan hubung singkat bagi

C1. Dengan demikian yang menentukan besarnya arus adalah C1.

Perhatikan kapasitor C1 mengisi muatan "charge" pada selang tegangan sumber minimum sampai

maksimum. Arus kapasitor C1 berbalik arah (buang muatan "discharge") pada selang tegangan

maksimum sampai minimum. Sekalipun arus pada kapasitor C1 bolak-balik, tetapi arus pada LED

akan searah karena, disearahkan oleh jembatan dioda D1 - D4.

Menarik untuk diperhatikan arus pada kapasitor tidak selamanya mengalir tetapi ada selang dimana

arus berhenti mengalir. Ketika tegangan sumber maksimum tegangan kapasitor C1 adalah : +Vm - vf.

Setelah itu arus kapasitor terhenti sejenak sampai tegangan sumber lebih rendah sebesar Vf dibanding

tegangan kapasitor, karena untuk mengalirkan arus perlu melawan tegangan maju Vf LED. Jadi

ambang menghantar adalah :

ambang menghantar = tegangan kapasitor - Tegangan maju LED = (+Vm - Vf) - Vf = +Vm - 2.Vf.

Jadi arus mulai mengalir kembali setelah tegangan maksimum turun sebesar 2.Vf.

Arus rata-rata dapat kita hitung pada selang tegangan sumber minimum sampai tegangan sumber

maksimum. Karena adanya tegangan maju Vf, maka pada LED saat tegangan sumber minimum

tegangan C1 akan sebesar -Vm + Vf. Sedangkan pada saat tegangan sumber maksimum tegangan

kapasitor +Vm - Vf. Selang waktu antara tegangan sumber minimum sampai tegangan sumber

maksimum adalah 1/2 periode, atau 1/2.T. Arus rata-rata akan sebesar :

Dimana:

Q = Muatan Listrik (Coloumb); V = Tegangan Kapasitor (Volt)

Vm = Tegangan Puncak sumber (Volt); Vf = Tegangan maju total LED (Volt)

t = waktu (detik); T = Periode getaran listrik sumber (detik)

C = Kapasitas (Farad)

Kita ketahui terdapat hubungan antara tegangan puncak Vm dan tegagan efektif Vs dan antara

periode T dan frekwensi sebagai berikut:

Vm = √2.Vs

T = 1/f

dimana :

Vs = tegangan efektif sumber (Volt)

f = frekwensi sumber

sekarang rumus diatas dapat ditulis :

i = 4.f.C.(√2.- Vf)

C = i/{4.f.(√2.Vs - Vf)}

Contoh: Carilah C1 yang diperlukan untuk 8 LED "ultra bright" 3.1 volt dan tegangan efektif sumber 220 volt,

frekwensi 50 Hz. Arus pada LED 10 mA dan Dioda 2 pcs @ 0,7 Volt.

jawab: Tegangan maju (Vf) akibat 8 LED a 3.1 Volt dan 2 dioda @ 0.7 Volt adalah :

Vf = 8x3.1 + 2x0.7 = 26.2 Volt

sekarang C1 dapat dihitung :

C = 0.010/{4x50(1.41x220 - 26.2)}

C = 0.010/{200x284}

C = 176x10-9

= 176 nF

gunakan C1 = 180 nF.

b. Menentukan C2

Tegangan maju LED tidak boleh lebih besar Vm karena arus selamanya tidak akan mengalir. Bila

tegangan maju LED mendekati Vm maka arus mengalir akan terlalu kecil. Karena itu kami memberi

batas logis sebesar 2/3 Vm sebagai batas maksimum dari tegangan maju LED. Berikut ini adalah

osilogram arus LED pada tegangan maju 2/3 Vm

Seadainya C2 dihilangkan arus akan seperti mengalir berbentuk pulsa-pulsa yaitu arus pada kapasitor

C1 yang disearahkan. Dengan adanya kapasitor penyaring C2 arus yang mengalir akan diratakan

asalkan kapasitas C2 cukup besar.

Seberapa besar C2 yang diperlukan? Kapasitor yang diperlukan akan dinyatakan dengan bilangan

f.R.C. Semakin besar bilangan f.R.C akan semakin baik, arus LED akan semakin rata. Menurut

simulasi komputer f.R.C = 1 sudah memadai. Bila bilangan f.R.C terlalu kecil arus pada LED

berkerut. Jadi kita dapat menghitung kapasitor filter C2 melalui rumus berikut :

f.R.C = 1

C = 1/(f.R) f = frekwensi (Hertz)

R = hambatan dinamik Led (ohm)

C = kapasitas penyaring

Contoh : Carilah C2 yang diperlukan agar arus pada LED rata. LED 8 dan hambatan dinamik LED r = 50 Ω,

Frekwensi 50 Hz

Jawab : Hambatan dinamik total dari LED r = 8x50 = 400 Ω

C = 1/(f.R) = 1/(50x400)

C = 50.10-6

= 50 µF

gunakan C2 = 47 µF atau lebih besar