PENGENDALIAN LED (LED DRIVER WITH RESISTOR)

Dalam tulisan sebelumnya, kita sudah mengetahui ada tiga cara menyediakan arus listrik yang sesuai dengan spesifikasi LED. Modul ini sering disebut dengan Power Supply atau LED Drivers.

Mari kita lihat terlebih dahulu secara mendalam dalam tulisan ini, keunggulan dan kekurangan menggunakan cara yang pertama, yaitu menggunakan hambatan (resistor).

Sesuai dengan fungsinya, resistor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menghambat arus listrik, dengan demikian arus yang melewatinya dapat kita atur berapa besarnya.

Di dalam rangkaian, resistor dipasangkan seri (bukan paralel) dengan LED. Besarnya arus yang melewati resistor tersebut dapat kita hitung dengan menggunakan rumus:

Voltase (V) = Kuat Arus (I) x Resistansi (R)

Dimana satuan yang digunakan adalah Volt (V) untuk Voltase, Ampere (A) untuk Kuat Arus, dan Ohm (W) untuk Resistansi.

Perlu diingat bahwa saat menggunakan resistor sebagai pengatur kuat arus listrik yang akan digunakan untuk menyalakan LED adalah resistor harus dipasangkan seri dengan LED.

Lalu bagaimana dengan topologi rangkaian LED paralel dan topologi kombinasi antara seri-paralel? Pada intinya adalah topologi paralel dan topologi kombinasi antara seri-paralel itu sama dalam hal perhitungan nilai resistor. Kita akan bahas persoalan ini setelah kita memahami terlebih dahulu menggunakan resistor dengan topologi seri.

Contoh apabila kita mempunyai listrik DC (V_Driver) sebesar 5V, dan kita ingin mengalirkan listrik ke LED dengan spesifikasi Forward Voltage (V_f) = 3V dan Continuous Current (I) = 20mA = 0,02A; untuk selanjutnya kita sebut V_f adalah V_LED, dan I adalah I_LED. Perhitungan untuk mencari nilai resistansi dari resistor-nya:

V = I x R

R = V / I

R = (V_Driver – V_LED) / I_LED

R = (5V – 3V) / 0,02A

R = 2 / 0,02A

R = 100 W

Jangan lupa, hitung juga berapa Disipasi Daya (P) yang terjadi pada resistor dengan rumus:

Disipasi Daya (P) = Voltase (V) x Kuat Arus (I)

Dimana satuan yang digunakan oleh Disipasi Daya adalah Watt (W).

Sehingga dalam contoh perhitungan di atas, maka kita dapat menghitung:

P = V x I

P = (V_Driver – V_LED) x I_LED

P = (5V – 3V) x 0,02A

P = 2V x 0,02A

P = 0,04W

Dengan demikian kita dapat menggunakan resistor dengan kemampuan 0,125W (1/8W) atau lebih, yang penting nilainya lebih dari 0,04W. Bagaimana kalau kurang dari itu? Maka resistor akan panas dan kemudian rusak. Jika hal itu terjadi, maka kemungkinan bisa saja nilai resistansinya berubah (secara otomatis kuat arus listrik akan mengalir tanpa kendali) bahkan yang lebih fatal adalah terjadi kebakaran.

Ya, tentunya kita sering melihat contoh perhitungan seperti di atas di banyak halaman di internet. Apakah ada yang salah? Tentu tidak, secara teoritis di atas kertas itu betul. Namun ada baiknya bila kita berkutat secara teoritis terlebih dahulu.

Keadaan di atas adalah keadaan ideal, dalam arti selama besarnya V_Driver = 5V maka I_LED yang melewati LED akan tetap bernilai 0,02A atau 20mA. Bagaimana jadinya apabila V_LED nilainya kurang atau lebih daripada 5V? Akankah I_LED juga akan tetap bernilai sama? Mari kita lihat perhitungannya di bawah ini.

Seandainya V_Driver = 4V, maka:

I_LED = (V_Driver – V_LED) / R

I_LED = (4V – 3V) / 100 W

I_LED = 1 / 100 W

I_LED = 0,01A = 10mA

Seandainya V_Driver = 6V, maka:

I_LED = (V_Driver – V_LED) / R

I_LED = (6V – 3V) / 100 W

I_LED = 3 / 100 W

I_LED = 0,03A = 30mA

Dari perhitungan di atas, apabila I_LED = 10mA maka nyala LED akan jadi lebih redup; sedangkan apabila I_LED = 30 mA maka nyala LED akan jadi lebih terang. Jangan keburu senang dulu, LED yang dinyalakan dengan Kuat Arus melebihi spesifikasinya memang akan jadi lebih terang, akan tetapi juga usia pakainya akan jadi lebih singkat atau bukan tidak mungkin LED akan jadi rusak selamanya (tidak dapat digunakan lagi).

LED adalah komponen elektronik yang dikendalikan berdasarkan Kuat Arus, bukan Voltase! Itu yang harus ditanamkan baik-baik dalam benak kita saat berurusan dengan LED.

Dalam realitanya, yang harus kita perhatikan adalah Continuous Current (I_LED). Apabila spesifikasi dari pabrik menyebutkan nilai I_LED yang dibutuhkan adalah 20mA, maka ada baiknya kita memberikan Kuat Arus sebesar 80-90% saja, dalam hal ini 16-18mA. Dan yang perlu diingat lagi, saat diberikan Kuat Arus sebesar 16mA dengan 18mA, maka Voltase yang dibutuhkan LED bukan lagi 3V melainkan mungkin 2,7-2,8V; hal ini tidak dapat dihitung secara teoritis melainkan harus dicoba ke dalam rangkaian menggunakan LED yang akan kita pakai dan diukur secara langsung dengan menggunakan Voltmeter dan Amperemeter, atau Multimeter (biasanya gabungan antara Voltmeter, Amperemeter, dan Ohmeter). Rangkaian yang dimaksud adalah rangkaian seperti gambar di bawah ini dan lebih baik menggunakan Variable Resistor agar lebih mudah dalam melakukan penyesuaian kuat arus yang dapat kita baca melalui Amperemeter dengan merubah-rubah nilai Variable Resistor.

Prinsip dasar kita menggunakan rangkaian di atas adalah membuat bagaimana caranya agar kuat arus yang mengalir di rangkaian tersebut sesuai dengan yang kita kehendaki melalui Amperemeter (A) dengan cara merubah-rubah nilai resistor, dalam contoh (ideal) adalah 20mA. Setelah itu kita dapat melihat berapa voltase yang melewati resistor melalui Voltmeter (V) seperti gambar di atas. Dengan demikian kita dapat mengetahui voltase LED saat diberikan arus 20mA secara nyata, bukan hanya berdasarkan spesifikasi datasheet dari pabrik.

Untuk mengukur voltase, Voltmeter harus selalu dipasangkan secara paralel dengan komponen yang akan kita ukur; dalam gambar di atas adalah cara mengukur voltase di resistor. Untuk mengukur voltase pada LED secara langsung menggunakan Voltmeter, kita hanya perlu merubah posisi Voltmeter di antara LED seperti pada resistor.

Sedangkan untuk mengukur kuat arus, Amperemeter harus selalu dipasangkan secara seri dalam rangkaian seperti gambar di atas.

Metode menggunakan resistor sebagai LED Driver ini bagaimana pun juga, dapat dan tetap layak digunakan dalam aplikasi yang tidak terlalu penting seperti misalnya penggunaan LED sebagai indikator suatu alat yang nyala saat alat tersebut dalam kondisi hidup dialiri listrik.

Ada pun kekurangan alami dari resistor adalah mengubah energi listrik dari arus listrik yang dihambatnya menjadi panas. Dan jangan lupa dengan Disipasi Daya yang terjadi pada resistor, maka tadinya yang dikatakan dengan menggunakan LED dapat irit listrik, sebenarnya ya belum tentu. Jika dihitung secara keseluruhan, maka energi listrik yang dibutuhkan dalam kondisi ideal adalah:

P_Total = P_Resistor + P_LED

P_Total = 0,04W + (3V x 0,02A)

P_Total = 0,04W + 0,06W

P_Total = 0,1W

Itu belum termasuk faktor efesiensi dari LED Driver apabila menggunakan transformer (topologi linear) yang digunakan untuk menurunkan voltase listrik dari jaringan listrik di rumah (PLN di Indonesia) sebesar 220 VAC menjadi 5VAC, dengan disipasi daya penyearah dan komponen lainnya diabaikan (terlalu kecil nilainya). Biasanya efesiensi transformer adalah 60-80%, maka total energi listrik yang dipakai berikut transformer adalah:

P = (1 / Efesiensi Transformer) x P_Total

P = (1 / 0,6) x 0,1W

P = 0,17W

Jadi total energi listrik yang digunakan berikut transformer untuk menyalakan 0,06W LED (ideal) berkisar antara 0,125 (efesiensi transformer = 80%) hingga 0,17W (efesiensi transformer = 60%). Mengejutkan bukan?

Sekarang kita akan melihat bagaimana menggunakan resistor pada topologi kombinasi paralel seperti gambar di atas. Sebenarnya, perhitungan yang dipakai kurang lebih sama seperti pada topologi seri; kita hanya perlu menghitung nilai resistansi resistor seperti pada topologi seri, sebab kita menggunakan resistor yang dipasangkan seri dengan LED. Bedanya adalah konsumsi energi listrik yang digunakan jadi beberapa kali lipat lebih besar sesuai dengan jumlah rangkaian seri yang akan kita gunakan.

Kita ambil contoh mengacu pada kondisi ideal contoh rangkaian seri di atas sebelumnya. Apabila dalam satu rangkaian topologi kombinasi paralel, terdapat 3 (tiga) buah rangkaian seri yang diparalelkan, dan setiap rangkaian seri membutuhkan kuat arus sebesar 20mA. Maka kuat arus secara keseluruhan yang dibutuhkan oleh rangkaian kombinasi seri dan paralel adalah 3 x 20mA = 60mA dengan voltase yang sama, dalam contoh adalah 5V. Dengan demikian nilai resistansi resistor yang digunakan dalam setiap rangkaian seri yang diparalelkan juga sama nilainya, dalam contoh adalah 100 W; begitu pula dengan nilai Disipasi Daya pada resistor juga akan sama, dalam contoh adalah 0,04W.

 

Mungkin kita berpikir mengapa tidak memakai 1 (satu) resistor saja untuk ketiga rangkaian seri yang diparalel tersebut seperti gambar di atas? Jawabnya adalah memang betul kita dapat menggunakan 1 (satu) resistor yang mewakili ketiga fungsi resistor dalam ketiga rangkaian seri yang diparalelkan; yang juga dapat mengatur dan memberikan kuat arus sebesar 60mA. Hanya saja, hal tersebut tidak dapat menjamin bahwa ketiga rangkaian seri tersebut mendapatkan kuat arus yang sama dan seimbang sebesar 20mA untuk setiap rangkaian serinya. Untuk itu lebih baik kita menghindari memakai cara ini.

Kesimpulan yang dapat kita ambil adalah dengan menggunakan resistor mungkin memang mudah dan murah, akan tetapi tidak dapat mengatasi fluktuasi voltase sumber listrik yang digunakan dan juga membuang sejumlah energi listrik menjadi panas.

Persoalan panas yang merupakan hasil transformasi bentuk dari efek samping energi listrik yang terbuang ini memang suatu hal yang lumrah terjadi pada semua komponen dan alat yang menggunakan energi listrik. Hanya saja, kita dapat menyiasatinya agar dapat ditekan seminimal mungkin dengan membuat design rangkaian yang lebih baik; jika tidak maka yang terjadi bukannya hemat energi listrik, tapi malah boros energi listrik.

 

Posted in: Komponen Elektronika