CARA MERANCANG LED PADA TEGANGAN 220 VOLT

CARA MERANCANG LED PADA TEGANGAN 220 VOLT - Untuk merancang LED pada tegangan 220 volt,yang pertama kali kita tentukan dulu jenis LED tersebut baik Tegangan efektif dan arus nya,kemudian Sedapat mungkin anda membuat sebuah untaian seri sebanyak n=...?. Tetapi banyaknya LED dalam seri ada batasnya, karena semakin banyak LED, kapasitor C1 akan semakin susah menghantar. Secara Teoritis C1 akan masih bisa menghantar dengan effisien apabila tegangan Total dari LED dalam seri tidak lebih besar 2/3 kali tegangan puncak ( = 0.9 kali tegangan efektif). Sehubungan tegangan jaringan kemungkinan naik-turun baiklah gunakan 0.7 tegangan efektif sebagai batas maksimum. Jadi bila tegangan efektif 220 Volt, maka tegangan total maksimum adalah 220 Volt x 0.7 = 150 Volt.
Pada tegangan 150 Volt anda dapat membuat rangkaian seri LED putih 3.1 Volt sebanyak N = 50 buah.
Baiklah LED Dapat kita pararel sebanyak M kali. Tiap - tiap untaian LED yang akan dipararel harus mempunyai jenis dan jumlah yang sama
Jangan lupa apabila menggunakan M = 1. Kapasitor harus dilindungi beberapa dioda Zener,bila tidak pastikan rating tegangan kapasitor mencukupi untuk tegangan puncak. Gunakan rating kapasitor C2= 400 volt untuk jaringan 220Volt. Untuk M lebih dari 1 ketentuan diatas tidak wajib dilaksanakan
Kapasitas C1 haruslah ditentukan sedemian rupa sehingga arus pada LED mencukupi. Umumnya arus 10mA sudah mencukupi. Arus yang terlalu besar membuat umur LED berkurang. Jadi jangan mengunakan kapasitor C1 jauh melebihi hasil perhitungan
Besarnya kapasitas C2 dapat dihitung apabila hambatan dinamik LED V/ i diketahui. Asumsikan hambatan dinamik = 20 Ohm bila V/ i tidak diketahui. Nilai kapasitor C2 boleh lebih besar dari hasil perhitungan. Makin besar makin baik karena arus pada LED semakin rata.

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.

Tonton cara modifikasi lampu led

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

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

Vf=8x3.1+2x0.7=26.2Volt
sekarang C1 dapat dihitung :
C=0.010/{4x50(1.41x220-26.2)}
C=0.010/{200x284}
C=176x10-9=176nF
gunakan C1 = 180 nF.

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 yang kami lakukan 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 O, Frekwensi 50 Hz

Jawab:
Hambatan dinamik total dari LED r = 8x50 = 400 O
C=       1/(f.R)       =     1/(50x400)
C=       50.10-6      =     50µF
gunakan C2 = 47 µF atau lebih besar

Hambatan buang muatan Rp

Gunakan hambatan yang nilainya jauh lebih besar dari impedansi C1

Xc = 1/(2.p.f.C)

Misalya dengan Rp lebih besar a kali, maka

Rp =a.Xc

Daya pada hambatan (kira-kira) sebesar apabila hambatan ini dikenakan tegangan sumber Vs

P = v²/Rp = v²/(a.Xc)

Gunakan a cukup besar misalnya a = 20

Contoh:

Hitung Rp untuk C1 = 180 nF, gunakan a = 20

Jawab:
Impedansi       C1
Xc        =          1/(2x3.14x50x180x10-9)
Xc        =          17.693x103      =         17700 Ohm         =         17.7 K Ohm

Rp = 20 x 17.7 KO = 354 K Ohm

P = 220² / (17700x20) = 0.137 = 137 mWatt

Gunakan hambatan 470 K Ohm, 500mWatt

Hambatan Pembatas Arus Rs

Gunakan hambatan yang nilainya jauh lebih kecil dari impedansi C1

Misalya dengan Rp lebih kecil ß kali, maka

Rs = Xc/ß

Daya pada hambatan (kira-kira) dihitung dengan menganggap arus pada hambatan ini ditentukan oleh impedansi C1

P = i² . Rs = (Vs/Xc)² . Rs = Vs²/(ß.Xc)

Gunakan ß cukup besar misalnya ß = 50

Contoh:
Hitung Rs dengan kondisi sebelumnya, gunakan ß = 50

Jawab:
Rs = 17700/50 = 354 Ohm

P = 220²/(17700x50) = 0.055 = 55 mWatt

Untuk hambatan pembatas arus gunakan daya yang jauh lebih besar. Misalnya gunakan 2 buah 680 Ohm, 500mWatt dalam pararel. Setara dengan 340 Ohm, 1Watt