Friday, May 31, 2013

Indikator Tegangan Baterai Sederhana Dengan LED


Indikator ini akan memonitor tegangan baterai atau aki. Rangkaiannya simpel sehingga tidak membingungkan saat merakit dan tidak rentan kegagalan fungsi saat operasional. Rangkaian mengkonsumsi arus sekitar 0.43  mA pada tegangan 12 volt, dengan daya 0.00516 watt. Karena daya yang dikonsumsi amat sangat kecil maka indikator ini dapat digunakan secara terus menerus untuk monitor tegangan, misalnya sebagai indikator pada papan intrumen (dashboard) kendaraan. Lampu-lampu LED yang menyala sebagai asesoris yang dapat memperindah dashboard.

Lihat video test dengan power suplai bersetelan tegangan disini.

Lihat video test di kendaraan untuk penafsiran kondisi aki dan kondisi elektrik kendaraan berdasarkan tegangan, harap baca "Battery And Charging System Condition Interpretation By Voltage", artikel berbahasa Indonesia ada di bawah video di halaman tersebut.

Rangkaian ini menggunakan dioda zener sebagai referensi tegangan dan dikenal memiliki stabilitas yang baik dan akurasi yang tinggi. Rangkaian ini cukup andal namun murah jika dibanding voltmeter digital yang mahal tapi terkadang error, maupun voltmeter analog yang kurang akurat jika diletakkan pada posisi tertentu.

Tegangan maximal untuk pengisian aki sel kering (dry cell battery) sekitar 13.8 volt. Tegangan maximal untuk pengisian aki sel basah (wet cell battery) sekitar 14.4 volt. Lebih detail di "Cara Mengisi Ulang (Recharge) Aki Kendaraan".

Selain untuk memonitor tegangan aki kendaraan, rangkaian juga dapat digunakan untuk indikator pengisian aki dengan turbin angin (wind charger) sebagaimana artikel "Turbin Angin Pico Dengan Roda Sepeda".



Resistor 1 (R1) bernilai 10 kiloohm 0.5 watt, berfungsi sebagai filter tegangan tinggi yang terjadi akibat induksi medan magnet di alternator, dinamo, dan trafo yang digunakan untuk mengisi ulang (cas) aki.

Dioda 1 (D1) adalah 1N4007 mengamankan rangkaian jika terjadi kesalahan penyambungan ke baterai. D1 akan menyebabkan tegangan yang diumpan ke rangkaian turun 0.6 volt.

R1 dan D1 boleh ditiadakan jika operasional rangkaian dianggap cukup aman. Jika D1 ditiadakan maka semua nilai dioda zener harus ditambah 0.6 volt.

Dioda zener 1 (Dz1) bernilai 11 volt 0.5 watt, akan menentukan tegangan yang membuat transistor (T) menghubung sehingga LED menyala. Perhatikan bahwa dioda zener dipasang dengan posisi kebalikan dioda biasa.

Resistor basis (Rb) senilai 680 kiloohm 0.25 watt menentukan besar arus yang melewati transistor dan LED sehingga mengatur tingkat kecerahan LED saat menyala.

Lampu LED menggunakan yang berdiameter 5 mm dengan rumah transparan dan sinar berwarna kuning.

Transistor (T) adalah BD139 berfungsi sebagai saklar dan akan menghubung jika basisnya diberi arus. Basis transistor akan mendapat arus jika tegangan melampaui tegangan tertentu. Yaitu tegangan zener ditambah tegangan dioda (D1, 0.6 volt) dan tegangan basis emitor transistor (0.6 volt). Jika Dz1 senilai 11 volt, maka tegangan yang membuat transistor menghubung agar LED menyala adalah:

11 + 0.6 + 0.6 = 12.2 volt

Beberapa rangkaian dapat dipasang untuk memonitor tegangan baterai, pada skema di atas terdapat tiga rangkaian sebagai indikator untuk tiga tingkat tegangan. Rangkaian di tengah menggunakan dioda zener (Dz2) senilai 12 volt 1/2 watt. Maka lampu LED pada rangkaian tengah akan menyala jika tegangan aki mencapai:

12 + 0.6 + 0.6 = 13.2 volt

Rangkaian paling kanan menggunakan dioda zener (Dz3) 12 volt dan ditambahkan dioda 1N4007 untuk menaikkan tegangan zener setinggi 0.6 volt. Lampu LED akan menyala jika tegangan baterai mencapai:

12 + 0.6 + 0.6 + 0.6 = 13.8 volt

Jika menggunakan dioda kristal OA90, maka tegangan zener dapat dinaikkan sebesar 0.2 volt.

Rangkaian ini dapat dimodifikasi agar lampu LED menyala pada tegangan tertentu, dengan cara mengganti dioda zener, atau menambahkan dioda 1N4007 atau OA90 pada basis transistor sebagaimana dicontohkan pada rangkaian paling kanan.

Jumlah lampu LED juga dapat ditambah sesuai kebutuhan. Untuk monitor aki sebaiknya terdiri dari 4 buah lampu LED yang mewakili tegangan 12, 13, 14,  dan 15 volt. Lampu LED yang mewakili tegangan 14 volt sebaiknya berwarna oranye, untuk mengingatkan bahwa tegangan aki sudah maximal, bahkan terlalu tinggi untuk aki sel kering (dry cell battery). Lampu LED yang mewakili tegangan 15 volt sebaiknya berwarna merah, untuk mengingatkan bahwa aki sudah melampaui tegangan maximal aki sel basah (wet cell battery).

Untuk indikator tegangan 12, 13, 14 dan 15 volt, maka digunakan dioda zener 11, 12, 13, dan 14 volt. Ukuran dioda zener sedikit lebih kecil, karena adanya kehilangan tegangan pada dioda input (D1) dan pada basis emitor transistor masing-masing sebesar 0.6 volt, sehingga total kehilangan tegangan adalah 1.2 volt. Untuk aki 24 volt, maka menggunakan zener 22, 24, 26, dan 28 volt. Jika tidak menemukan zener dengan tegangan yang sesuai, maka dapat menggunakan dioda 1N4007 (0.6 volt) atau OA90 (0.2 volt) untuk menyesuaikan atau menaikkan tegangan zener.

Berikut hasil test yang saya lakukan untuk mengetahui konsumsi arus pada tiap tingkat tegangan dengan resistor basis 680 kiloohm untuk semua LED:
12 volt 0.43 mA
13 volt 0.80 mA
14 volt 1.03 mA
15 volt 1.57 mA

Pada rangkaian indikator dari unit pada foto dibawah ini, mempunyai lampu LED yang berbeda, yaitu: putih untuk 12 dan 13 volt, oranye untuk 14 volt, dan merah untuk 15 volt. Kuat cahaya yang dihasilkan berbeda-beba, LED putih sangat terang sekali dan LED merah paling redup. 


Maka resistor basisnya saya modifikasi, untuk LED putih yang terang sekali mewakili tegangan 12 volt menggunakan  2.2 megaohm, sedangkan LED putih yang mewakili tegangan 12 volt menggunakan resistor basis 1.5 megaohm. LED oranye sebagai indikator tegangan 14 volt menggunakan resistor 82 kiloohm. LED merah yang menunjukan tegangan 15 volt memakai resistor 33 kiloohm. Arus yang dikonsumsi ditiap tegangan adalah: 
12 volt 0.3 mA
13 volt 0.6 mA
14 volt 0.8 mA
15 volt 2.2 mA

Konsumsi arus yang tinggi pada 15 volt tidak akan menjadi masalah, karena hal ini berarti bahwa sistem pengisian bertegangan terlalu tinggi. Oleh karena itu diperlukan beban untuk mengkonsumsi kelebihan tegangan tersebut.

Sebagai patokan untuk menyetel kecerahan LED, dengan tegangan maju (forward voltage) pada kaki LED (anoda dan katoda) sekitar 2 volt sudah menghasilkan cahaya yang terang, dan LED akan awet. Jika tegangan maju melebihi 3 volt, maka LED dapat putus.

Tampak foto di atas kurang fokus karena lensa kamera silau oleh cahaya dari LED putih. Kerena itulah LED putih menggunakan resistor yang sangat besar. Jika semua LED yang digunakan adalah putih maka konsumsi arus akan amat sangat irit. 

Unduh lembar data dioda zener,  dioda 1N4007,  transistor BD139 .

21 comments:

  1. Om kalau bpake batrai 3,7volt 4200 mah gimana om.?
    Apa saja komponennya.?

    ReplyDelete
  2. Om kalau pake batrai 3,7volt 8400 mah gimana om rangkaiannya.?
    Bingung om ngitungngya

    ReplyDelete
    Replies
    1. Harus diketahui dulu berapa tegangannya saat penuh (charging voltage) dan tegangan saat kosong (discharged voltage).

      Berikut contoh desain dengan 2 buah lampu LED:

      Misal tegangan saat penuh adalah 4.2 volt, maka gunakan dioda zener senilai 4.2 -0.6=3.6 volt. Dikurangi 0.6 volt karena ada tegangan pada kaki-kaki basis-emitor transistor sebesar 0.6 volt. Jadi saat tegangan batere mencapai 4.2 volt maka dioda zener 3.6 volt akan tembus dan memberi arus ke transistor sehingga LED menyala, mengindikasikan batere penuh.

      Misal saat tegangan 3.0 volt batere dinyatakan kosong, maka gunakan dioda zener senilai 3.0-0.6 = 2.4 volt. Jadi saat tegangan batere lebih rendah dari 3.0 volt, dioda zener akan berhenti memberi arus ke transistor, dan lampu LED akan mati, menandakan batere kosong.

      Dioda D1 pada rangkaian di artikel berfungsi sebagai pengaman adalah optional, jika tetap dipasang maka nilai dioda zener pada contoh diatas dikurangi lagi sebesar 0.6 volt, karena adanya tegangan 0.6 volt pada kaki dioda D1.

      Resistor basis (Rb) menentukan tingkat terangnya lampu LED, dapat dikurangi agar arus menjadi besar dan LED menjadi lebih cerah, karena tegangan desain yang lebih rendah daripada tegangan desain pada artikel. Resistor basis (Rb) juga bergantung pada lampu LED yang digunakan di rangkaian Anda, karena tiap lampu LED berbeda pemakaian arus dan tingkat kecerahannya. Perlu di uji coba agar terangnya LED sesuai kebutuhan.

      Salam, Heru.

      Delete
  3. Halo, sangat membantu artikelnya, tp saya mau bertanya bagaimana cara mengetahui Rb yang harus digunakan? Apa pengaruhnya rbasis?

    ReplyDelete
    Replies
    1. Rb pada skema diatas akan membatasi arus ke basis transistor, jadi Rb adalah R basis. Selanjutnya arus basis akan diperkuat oleh transistor sehingga menjadi arus yang melalui LED dan menentukan cerah / terangnya cahaya LED.

      Besaran Rb tergantung pada kecerahan LED yang diinginkan, Harus ditest beberapa kali. Itulah sebabnya saya berikan data test sebagai gambaran berbagai ukuran Rb terhadap berbagai LED dan tingkat tegangan yang diukur.

      Delete
  4. wah,terima kasih,membantu sekali mas info nya..semoga Allah swt memberi yang terbaik untuk mas...
    Alfin NF

    ReplyDelete
  5. ganti, klo buat aki kering yg 6v, apa aja bahannya

    ReplyDelete
  6. gan kamari ane beliin mbil mainan yg bs dinaikin buat anak, tp sayang ga ada indikator buat baterai (6v) mohon bimbingannya

    ReplyDelete
    Replies
    1. Untuk baterai 6 volt, setahu saya tegangan tertingginya 7 volt saat dicas, tegangan setelah dicas penuh dan standby lebih dari 12 jam adalah 6.3-6.5 volt.

      Untuk itu perlu didesain indikator dengan 3 buah LED, yaitu untuk tegangan minimum 6 volt, medium 6.3-6.5 volt dan maximum 7 volt.

      Rangkaiannya sama seperti diartikel, hanya perlu mengganti dioda zener senilai 5 volt untuk LED indikator 6 volt, dan zener 6 vollt untk LED indikator 7 volt. Ukuran zener lebih kecil sekitar 1.2 volt dari tegangan yang diindikasikan karena ada kehilangan tegangan sebesar 0.6 volt pada transistor dan dioda 1N4007, total kehilangan tegangan 1.2 volt.

      Untuk indikator tegangan 6.3-6.5 volt, maka sambung serie satu buah atau dua buah dioda kristal OA90 dengan dioda zener 5 volt. Sebuah dioda kristal akan menaikkan tegangan 0.2 volt pada zener.

      Jika cahaya LED kurang cerah, maka resistor basis (Rb) dapat diperkecil, agar arus yang disuplai ke LED membesar dan menaikkan tegangan dikaki LED. Biasanya LED akan menyala maximal jika tegangan dikakinya sebesar 3 volt, lebih dari 3 volt LED bisa putus. Supaya LED awet sebaiknya tegangan pada anoda dan katodanya tidak lebih dari 2 volt, tegangan LED disetel dengan merubah-rubah nilai resistor basis (Rb).

      Delete
  7. Bos itu cara pasangnya gimana, diseri apa paralel dg aki ?

    ReplyDelete
    Replies
    1. Cara menyambungnya ke aki sama dengan cara menyambung multitester atau voltmeter.
      Kabel positif (+) disambung ke positif aki, kabel positif tergambar di bagian atas skema.
      Kabel negatif (-) disambung ke negatif aki, kabel negatif tergambar di bagian bawah skema.

      Delete
  8. gan. gimana kalau dioda 1N 4007 diganti dg resistor jumlah tertentu utk menambah tegangan zener dan mendapatkan tegangan yg sgt akurat? zener 11,13,14 volt di tempat saya susah dicari. penambahan dioda terkadang menjadi sgt banyak.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Dioda 1N4007 fungsinya untuk menaikkan tegangan zener sebesar 0.6 volt. Jika zener tidak ada yang pas, bisa diganti dengan beberapa zener-zener lain secara serie, misal: untuk mengganti zener 11 volt dapat menggunakan zener 5 volt diserie dengan zener 6 volt, sehingga 5+6=11 volt. Bisa juga dengan serie 2 buah zener 3 volt dan 1 buah zener 5 volt = 3+3+5=11 volt.

      Desain ini menggunakan azas dioda sebagai patokan tegangan, dan dioda yang digunakan tidak bisa diganti resistor. Memang desain sirkuit yang menggunakan resistor sebagai pengatur tegangan. Resistor pada sirkuit ini berfungsi membatasi arus guna mengatur kecerahan LED. bukan sebagai patokan tegangan.

      Salam, Heru.

      Delete
  9. met siang om,mau nanya skema d atas antara katoda dioda zener dgn anoda lampu led itu terhubung/tidak ?maklum saya awam tentang elektro...😃trims

    ReplyDelete
    Replies
    1. Kalau garis pada skema terhubung, berarti memang tersambung, karena garis pada skema melambangkan kabel.

      Delete
  10. artikel yg sangat bermanfaat ..terima kasih

    ReplyDelete
  11. Salam pak, dioda1N4007 untuk menaikan tegangan atau menurunkan pak?, karna di atas disebutkan tegangan yg melewati dioda turun 0.6V tapi disebutkan jg menambah tegangan sebesar 0.6 V. Mohon penjelasannya pak.. Trimakasih Salam dari saya Agi :)

    ReplyDelete
    Replies
    1. Sifat dioda tidak sama dengan trafo yang dapat menaikkan atau menurunkan tegangan.

      Sifat dioda 1N4007 selalu ada tegangan 0.6 volt di antara kaki anoda dan katoda saat dialiri listrik, biasa disebut kehilangan tegangan 0.6 volt. Jadi tergantung rangkaian yang memanfaatkan sifat dioda ini.

      Pada kaki basis-emitor dari transistor juga terjadi kehilangan tegangan 0.6 volt saat dialiri arus listrik

      Desain rangkaian di atas adalah berdasarkan prinsip rangkaian dioda sebagai pembagi tegangan :
      D1 membuat tegangan suplai ke rangkaian turun 0.6 volt.
      D2 menambah 0.6 volt pada tegangan dioda zener. Yang ditambah bukan tegangan suplainya, tapi tegangan yang timbul di kaki anoda-katoda dari rangkaian dioda-dioda tersebut saat dialiri listrik. Sehingga transistor yang dirangkai dengan dioda-dioda tersebut, hanya akan aktif jika tegangan suplainya lebih besar dari jumlah tegangan dioda-dioda ditambah tegangan basis-emitor transistor tersebut.

      Delete
  12. Om kalau 1 buah led merah di aliri arus sebesar 25 volt. Resistornya berapa ohm ya.

    ReplyDelete
  13. Pertanyaannya agak rancu, karena datanya adalah tegangan (25 volt) bukan arus (ampere). Perlu diketahui berapa tegangan maximal dari LED yang dipakai, beda ukuran, beda warna, beda pabrik, bisa berbeda spesifikasinya. Itulah sebabnya di artikel saya cantumkan konsumsi arus pada test LED, agar bisa dijadikan referensi.

    Jika menggunakan LED sebagaimana rangkaian di atas, yaitu berdiameter 5 mm dengan tegangan maximal 3 volt. Dan LED tersebut dihubungkan langsung ke tegangan 25 volt via resistor,tanpa transistor, biasanya resistor sebesar 2700 ohm (2k7) sudah bisa menyalakan LED dengan terang.

    Jika masih kurang terang, maka resistor harus dikecilkan. Ukur tegangan di kaki LED saat menyetelnya, bukan tegangan suplai. Jika tegangan di kaki LED sudah mencapai 3 volt, maka ukuran resistor sudah cukup kecil, arusnya sudah maximal, LED sudah maximal terangnya. Jika resistor dikecilkan lagi maka LED tidak awet,bahkan bisa langsung putus.

    Hati-hati saat menghubungkan kaki LED, karena dapat langsung putus jika sambungannya terbalik, khususnya pada tegangan suplai yang tinggi (25 volt).

    ReplyDelete
  14. Terima kasih atas penjelasannya om!

    ReplyDelete

Your positive comment will be highly appreciated to improve this site