PERANCANGAN LAMPU LED 12 WATT LAPORAN PROYEK AKHIR. Oleh : SAPUTRA GUNANTA SEMBIRING PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BATAM

(1)

i

PERANCANGAN LAMPU LED 12 WATT

LAPORAN PROYEK AKHIR

Oleh :

SAPUTRA GUNANTA SEMBIRING

3211601037

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI BATAM

(2)

ii

PERANCANGAN LAMPU LED 12 WATT

LAPORAN PROYEK AKHIR

Oleh :

SAPUTRA GUNANTA SEMBIRING NIM : 3211601037

Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Diploma III

Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Batam

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI BATAM

(3)

iii

(4)

iv

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Tuhan yang Maha Esa. Atas segala berkat dan karunia yang telah dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proyek Akhir ini dengan judul “Perancangan Lampu LED 12 Watt”. Puji dan syukur senantiasa terlimpah kepada Tuhan yang Maha Esa, karena dirinyalah yang menuntun kita hingga sampai pada zaman yang moderen ini.

Atas segala bimbingan, doa, petunjuk dan saran-saran yang telah diberikan selama ini hingga Proyek Akhir ini dapat disusun dengan baik, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang Tua Tercinta 2. Adik dan saudara

3. Irawanto Zama S,Pd.M,Eng Selaku pembimbing I yang dengan sabar memberikan pencerahan kepada penulis.

4. Didi Istardi, S.T.,M.Sc Selaku pembimbing II yang dengan sabar memberikan pencerahan kepada penulis.

5. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro 6. Teman-teman Elektronika angkatan 2016

7. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Proyek Akhir ini.

(5)

v

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan Proyek Akhir ini masih banyak belum sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari semua pihak sangat diharapkan demi kesempurnaan Proyek Akhir ini.

(6)

vi

PERANCANGAN LAMPU LED 12 WATT

Nama : Saputra Gunanta Sembiring

Nim : 3211601037

Pembimbing I : Irwanto Zama S,Pd.M.Eng. Pembimbing II : Didi Istardi, S.T.,M.Sc. Email : [email protected]

ABSTRAK

Lampu LED merupakan lampu yang banyak digunakan, karena semakin banyaknya prabot elektronik yang digunankan sehingga banyak memakan arus dan daya, maka Lampu LED pilihan tepat untuk digunakan, guna mengurangi pemakain arus dan daya yang berlebih. Selain menghemat energi cahaya yang dihasilkan pun terang dan tidak merusak penglihatan. Maka dalam perancangan inilah akan dijelaskan mengenai proses pembuatan lampu LED dari awal hingga menghasil cahaya, dilain sisi lampu LED ini tidak terlalu banyak menggunkan komponen dan lebih simpel dari lampu jenis lainnya. Pada lampu LED ini pun untuk menurunkan tegangan tidak menggunakan trafo lagi, namun kombinasi dari Resistor dan Kapasitor, setelah itu disearahkan menggunakan dioda bridge. Kemudian ada lagi rangkaian paralel dari kapasitor elco dan resistor, pada rangkain ini mengatur besarnya tegangan yang akan dialirkan pada Chip LED dan tegangan pada Chip LED tidak lebih dari 63 V, sesuai dengan tegangan kerja pada Chip LED yaitu 3.2 V ~ 3.4 V. Arus yang dihasilkan pada rangkaian ini juga cukup kecil yaitu 70 mA dan mampu menghidupkan 18 buat Chip LED dengan terang yang maksimal.

(7)

vii

DESIGN OF 12 WATT LED LIGHTS

Student Name : Saputra Gunanta Sembiring

Nim : 3211601037

Supervisor I : Irawanto Zama S,Pd.M.Eng. Supervisor II : Didi Istardi, S.T.,M.Sc

Email : [email protected]

ABSTRACT

LED lights are one of the lamps that are widely used, because of the increasing number of electronic products that are used so that they consume a lot of current and power, the LED lights are the right choice for use, reducing the use of current and excessive power. In addition to saving light energy that is produced too bright, and does not damage vision. So in this design will be explained about the process of making LED lights from the beginning to produce light, on the other hand these LED lights do not use too many components and are simpler than other types of lamps. Also in this LED light to reduce the voltage do not use the transformer, but the combination of Resistors and Capacitors, after that is rectified using a bridge diode. Then there is another parallel circuit of elco capacitors and resistors, in this set the amount of voltage that will be applied to the LED Chip and the voltage on the LED Chip is not more than 63 V, according to the working voltage of the LED Chip which is 3.2 V ~ 3.4 V. produced in this circuit is also quite small at 70 mA and is able to turn on 18 LED chips with maximum brightness.

(8)

viii

PERNYATAAN KEASLIAN PROYEK AKHIR Saya yang bertanda tangan dibawah ini menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Proyek Akhir saya berjudul : “Perancangan Lampu LED”adalah hasil karya sendiri diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang yang tidak diizinkan dan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.

Semua referensi yang dikutip atau dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka.

Apabila ternyata pernyataan saya ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan berlaku.

(9)

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN AKHIR... iii

ABSTRAK ... vi

ABSTRACT ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar belakang ... 1

1.2. Rumusan masalah ... 3

1.3. Batasan Masalah ... 3

1.4. Tujuan dan Manfaat ... 3

1.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1. LED (Light Emitter Diode) ... 5

2.2. Dioda ... 6 2.3. Kapasitor ... 8 2.4. Resistor ... 9 2.5. Chip LED ... 10 2.6 Penurun Tegangan ... 11 2.7 Penyearah ... 12

(10)

x

2.8 Perhitungan Daya ... 14

2.9 Perhitungan Lumen dan LUX ... 15

BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 16

3.1 Deskripsi Sistem ... 16

3.2 Komponen perancangan lampu LED ... 17

3.3 Perancangan Rangkaian ... 18

3.3.1 Rangkaian penurun tegangan ... 19

3.3.2 Rangkaian Penyearah ... 20

3.3.3 Resistor-Kapasiotr pada Chip LED ... 20

3.4 Perancangan rangkain ke dalam bentuk simulasi ... 22

3.5 Pengujian Rangkaian ... 23

3.6 Desain PCB Pada Lampu LED... 25

3.6.1 Desain PCB ... 25

3.6.2 Proses Pembuatan ... 27

3.6.3 Proses Soldering ... 30

BAB IV HASIL DAN ANALISA ... 31

4.1 Hasil Pengujian ... 32

4.1.1 Pengujian Tegangan ... 32

4.1.2 Pengujian Arus ... 34

4.1.3 Pengujian Daya ... 38

4.1.4 Pengujian LUX dan Lumen ... 40

4.1.5 Pengujian Daya Tahan ... 42

4.2 Analisa ... 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 44

(11)

xi

5.2 Saran ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 46

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Lampu LED ... 5

Gambar 2.2 Dioda ... 6

Gambar 2.3 Dioda Bridge SMD ... 7

Gambar 2.4 Kapasitor polar dan non polar ... 8

Gambar 2.5 Resistor SMD ... 9

Gambar 2.6 Chip LED ... 10

Gambar 3.1 Diagram Blok tahapan Proyek Akhir ... 16

Gambar 3.2 Rangkaian Penurun Tegangan ... 19

Gambar 3.3 Penyearah dengan Dioda Bridge ... 20

Gambar 3.4 Resistor dan Kapasitor diparalelkan ... 21

Gambar 3.5 Rangkaian Chip LED ... 22

Gambar 3.6 Rangkaian LED pada simulasi ... 23

Gambar 3.7 Rangkaian pada projectboard ... 25

Gambar 3.8 Pengujian rangkaian... 25

Gambar 3.9 Desain (a) Schematic (b) PCB ... 26

Gambar 3.10 Proses Pembuatan ... 27

Gambar 3.11 Penempelan jalur PCB ... 28

Gambar 3.12 PCB dilarutkan ... 29

(13)

xiii

Gambar 3.14 Proses dan hasil soldering ... 30

Gambar 4.1 Lampu yang diuji ... 31

Gambar 4.2 Titik pengukuran Tegangan ... 32

Gambar 4.3 Gelombang Tegangan ... 34

Gambar 4.4 Titik pengukuran Arus ... 35

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Chip LED ... 10

Tabel 3.1 Komponen Lampu LED ... 18

Tabel 3.2 Komponen Pengujian Rangkaian ... 24

Tabel 4.1 Hasil pengukuran dengan Projectboard ... 33

Tabel 4.2 Hasil pengukuran dengan Prouteus ... 33

Tabel 4.3 Hasil pengukuran Lampu LED ... 33

Tabel 4.4 Hasil pengukuran dengan Projectboard ... 37

Tabel 4.5 Hasil pengukuran dengan Proteus ... 37

Tabel 4.6 Hasil pengukuran Lampu LED ... 37

Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Daya ... 39

Tabel 4.8 Pengujian LUX ... 41

(15)

1

BAB I PEND AHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Lampu merupakan salah satu Sumber cahaya yang sangat dibutuhkan oleh manusia. Lampu juga salah satu alat elektronika yang sangat banyak digunakan dari dulu sampai saat ini, contoh penggunaannya seperti Sekolah, Perumahan dan lain-lainnya. Lampu juga merupakan teknologi umum pada masyarakat karena penggunaannya untuk jangka panjang. Namun sering didapatkan lampu yang kurang efisien sehingga membuat penggunanya boros pemakaian dari segi sumber yang diserap bahkan cahaya yang dihasilkanpun kurang maksimal dan membuat sakit mata saat melihatnya. Seiring berkembangnya teknologi maka sangat dibutuhkan lampu yang kualitasnya tahan lama, cahaya yang dihasilkan tinggi dan komsumsi daya yang relative rendah.

Lampu LED sangat efisiensi baik secara energi maupun cahaya. Namun disini akan lebih di efisiensi kan, yaitu dengan memperkecil arusnya namun lumen yang dihasilkan tetap. Secara sederhana, LED didefinisikan sebagai dioda-semikonduktor yang menyearahkan sumber AC menjadi DC. LED merupakan semikonduktur istimewa, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, di-dop dengan ketidak murnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut P-N juction.

(16)

2

Pembawa-muatan elektron dan lubang mengalir ke junction dari

elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon. Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED

mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Lampu LED tidak menghasilkan cahaya panas seperti bolam dan cahaya yang dihasilkan tidak seperti sinar Ultra Violet yang dapat merusak mata. Komponen yang ada pada LED juga tidak terlalu mahal, dan masyarakat sangat membutuhkan lampu seperti LED. Selain terang dan hemat energi, juga tahan lama dan tidak mudah pecah atau rusak. Namun lampu LED juga mempunyai kekurangan, yaitu pada cosɸ nya.

Pada hal ini akan dilakukan studi mengenai lampu LED. Dari hasil studi ini kemudian dituangkan kedalam bentuk laporan yang didalamnya berisi pengetahuan menyangkut Efisiensi LED

tersebut, dengan harapan laporan ini dapat digunakan sebagai sumber informasi dan sekaligus sebagai referensi jika ada masyarakat atau mahasiswa yang ingin mengetahui perancangan sebuah lampu, khususnya lampu LED.

(17)

3

1.2. Rumusan masalah

Permasalahan yang akan dibahas oleh penulis dalam penulisan laporan akhir ini yaitu :

1. Bagaimana merancang lampu LED

2. Bagaimana menurunkan tegangan tanpa trafo 3. Bagaimana mendesain lampu LED.

1.3. Batasan Masalah

1. Tidak menaikkan Cos ɸ

2. Tidak melakukan perhitungan usia lampu

1.4. Tujuan dan Manfaat Tujuan :

1. Membuat rancang bangun lampu LED

2. Merancang rangkaian pengganti Trafo 3. Membuat desain PCB

Manfaat :

1. Dapat merancang rangkain menggunakan rectifier 2. Dapat mendesain PCB Lampu LED

1.5. Sistematika Penulisan

Proposal Proyek Akhir ini terdiri dari lima bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

(18)

4

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini meliputi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah,tujuan dan manfaat dan sistematika penulisan Proyek Akhir Perancangan Lampu LED.

BAB II. LANDASAN TEORI

Bab ini menjabarkan tentang teori-teori yang mendukung Perancangan Lampu LED 12 Watt.

BAB III. PERANCANGAN SISITEM

Bab ini menjelaskan tentang perencanaan perangkat keras. Bab ini juga menjelaskan mengenai cara kerja Lampu

LED

BAB IV. HASIL DAN ANALISA

Berisikan data sistem menjelaskan tentang cara pengujian dan menganalisa sistem data dari hasil pengukuran pada rangkaian Lampu LED.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan yang ditarik penulis serta saran-saran yang dapat membantu dalam pengembang lebih lanjut.

(19)

5

BAB II DASAR TEO RI BAB II DASAR TEORI

2.1. LED (Light Emitter Diode)

Lampu LED adalah salah satu komponen elektronika yang bisa memancarkan cahaya yang diharapkan mampu memenuhi keinginan cahaya dimana energi elektromagnetik yang dipancarkan dalam bagian spektrum yang dapat dilihat, LED

didefinisikan sebagai salah satu semikonduktor yang mengubah energi listrik menjadi cahaya. Lampu LED memiliki umur dan efisiensi listrik yang beberapa kali lebih besar dari lampu pijar, dan secara signifikan lebih efisiensi dari kebanyakan lampu neon.

LED, seperti namanya menunjukkan beroperasi sebagai dioda dan berjalan di DC, sedangkan arus utama adalah AC dan biasanya pada tegangan jauh lebih tinggi daripada yang dapat diterima LED. Meskipun LED tegangan rendah tersedia lampu LED dapat berisi rangkaian utama mengubah AC utama menjadi

DC pada voltase yang benar.

(20)

6

2.2. Dioda

Diode adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus pada arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

Dioda dapat disamakan sebagai fungsi katup didalam bidang elektronika. Dioda sebenarnya tidak menunjukan karakteristik penyearahan yang sempurna, melainkan memiliki karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linear dan sering kali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan.

Gambar 2.2 Dioda

2.2.1. Dioda Brigde

Ada dua cara untuk menyearahkan arus AC ke DC, yaitu dengan penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda dan penyearah gelombang penuh dengan 4 dioda. Pada lampu LED digunakan penyearah 4 dioda.

(21)

7

Tidak berbeda dengan dioda lainnya, namun pada dioda ini kemudahan dalam penggunaanya, dimana jika biasanya menggunakan 4 dioda agar membentuk sebuah rangkaian DC, pada dioda brigde ini hanya satu dioda namun sudah berisi 4 buah dioda. Dioda mengalirkan arus satu arah sedangkan arah sebaliknya ditutup. Dalam sebuah dioda brigde terdapat 4 buah terminal yaitu 2 buah terminal AC sebagai input sumber arus sedangkan 2 kaki lainnya merupakan arus DC positif dan negatif. Dioda jenis ini yang sering digunakan karena kinerjanya yang lebih baik dari penyearah lainnya.

(22)

8

2.3. Kapasitor

Elco adalah kondensator atau kapasitor polar yang berfungsi menyimpan muatan dalam waktu yang relatif singkat dengan satuannya adalah Farad (F). Ada dua jenis kapasitor, yaitu polar dan non-polar. Kapasitor non-polar biasanya digunakan untuk tegangan yang tinggi, sedangkan polar

berfungsi sebagai pembatas arus dan tegangan yang akan menuju ke rangkaian LED, biasanya kapasitor ini untuk tegangan yang rendah.

Selain itu, kapasitor juga mempunyai beragam fungsi mulai dari sebagai penyaring, penghemat daya listrik dan pembangkit frekuensi. Pada lampu LED kapasitor sebagai penyimpan muatan listrik DC.

(23)

9

2.4. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu (tahanan) dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin. Ada dua fungsi penting dalam resistor yaitu, sebagai pembagi tegangan dan pembatas arus.

Pada hukum “OHM” besarnya Arus pada sebuah penghantar berbanding lurus dengan Tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatannya.

Ada dua metode yang sering dilakukan pada resistor yaitu, rangkaian paralel dan seri. Pada saat kondisi rangkaian paralel, maka yang terjadi nilai tegangan tiap resisitor sama namun nilai arusnya berbeda-beda. Sebaliknya pada saat kondisi rangkaian seri maka nilai tegangan yang terukur berbeda dan arus yang terukur sama.

Gambar 2.5 Resistor SMD

(24)

10

2.5. Chip LED

Pada sebuah LED, akan menghasilkan output cahaya dimana cahaya tersebut dipancarkan oleh sebuah chip, kecil berbentuk persegi dan terlihat kondisi tidak menyala bewarna kuning. Chip LED ini terdiri dari bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidak-murnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n juction. Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan,dan warnanya tergantung selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n juction. Lampu LED mempunyai kecendrungan polarisasi. Chip LED mempunyai dua kutub, yaitu kutub posisitif dan negatif dan hanya akan menyala bila diberi arus maju.

Tabel 2.1 Data Chip LED Type LED Dimension Surface Area Lumen Flux Power Draw 3528 3,5 mm x 2.8 mm 9,8 mm 6~8 Lumen 20~30 mA 2,8~3,4 V 5050 5 mm x 5 mm 25 mm 16~12 Lumen 60 mA 2,8~3,4 V 5630 5.6 mm x 3 mm 16,8 mm 45~50 Lumen 150 mA 2,8~3,4 V

(25)

11

2.6. Penurun Tegangan

Jika biasanya dalam suatu rangkaian ingin menurunkan tegangan dari 220 V menjadi tegangan yang lebih kecil lagi, menggunakan trafo. Pada metode ini cukup menggunakan Resistor dan Kapasitor.

Pada komponen resistor yang telah dijelaskan pada teori sebelumnya, disini resistor berfungsi sebagai sekering(fuse) untuk melindungi rangkaian dari arus berlebih yang mungkin akan ditimbulkan oleh rangkaian, sehingga tidak merusak rangkaian setelahnya. Sementara Kapasitor berfungsi sebagai pembatas arus dan tegangan yang akan menuju ke rangkaian LED, besarnya nilai tergantung banyaknya LED yang dipasang dan arus total yang dibutuhkan LED. Pada rangkaian ini tegangan yang diturunkan berdasarkan banyaknya LED yang digunakan, karna rangkaian yang digunakan yaitu paralel, pembagi tegangan. Pada kedua rangkaian ini juga memiliki sifat penghambat arus, yaitu impedansi (Z). Dimana kapsitor memiliki nilai reaktansi kapasitif (Xc) dan resistor (R) dalam rangkaian paralel. Kedua rangkaian ini akan menghasilkan arus total dari jumlah vector IR dan IC.

Adapun rumus dari penurun tegangan dan arusnya sebagai berikut :  Reaktansi Kapasitif XC = 𝟏 𝟐𝝅𝒇𝒄 Ω  Impedansi Z = 𝟏 √(𝟏_𝑹)𝟐₊₍𝟏 𝑿𝑪)𝟐 Ω

 Arus dari kedua rangkaian : I = √𝐼𝑅2+ 𝐼𝐶2 A

 Tegangan

(26)

12

Keterangan : XC = Reaktansi Kapasitif (Ω) f = Frekuensi (Hz) C = Kapasitor (F) Z = Impedansi (Ω) R = Resistor (Ω) I = Arus (A)

IR = Arus di resistor (A) IC = Arus di kapasitor (A)

2.7. Penyearah

Penyearah sangat sering digunakan dalam elektronika untuk mengubah tegangan atau arus AC menjadi DC. Dimana komponen yang digunakan yaitu Dioda Bridge / Rectifier, karna pada komponen LED sangat cocok dengan tegangan DC karna pada tegangan DC tidak terdapat frekuensi yang bisa mengakibatkan adanya kedipan(flicker) pada LED.

PIV (Peak Inverse Voltage) bagi dioda penyearah besarnya puncak tegangan terbalik (reverse voltage) yang dihadapi oleh dioda ketika bekerja menyearahkan sebuah tegangan AC.

Pada dioda bridge, ketika meluruskan (menyearahkan) suatu belahan tegangan positif dalam satu siklus, dioda menyekat tegangan negatif pada siklus berikutnya dan ketika menyekat ini dioda mendapat bisa tegangan terbalik. Ketika penyearah gelombang penuh, tegangan terbalik yang membias dioda lebih banyak, sehingga PIV = 2 x Maks.

(27)

13

Penyearah dengan filter C

Sering sekali pada suatu rangkaian elektronika setelah menyearahkan tegangan dan arus, terdapat komponen tambahan. Seperti halnya penyearah pada rangkaian lampu LED ini, menggunakan filter kapasitor untuk menghilangkan riak sehingga diperoleh tegangan DC yang stabil.

Penyearah gelombang penuh dengan filter C, akan membuat tegangan ripple kecil. Kapasitor melakukan pembuangan saat terjadi pergantian siklus dan melakukan pengisian saat arus dari kedua potensial yang disearahkan tersebut mengalirinya. Perhitungan : Vripple = 𝐼 𝑓 𝑥 𝐶 V VDC = 2𝑉𝑚𝑎𝑥 𝜋 V Keterangan :

Vripple = Tegangan Ripple (V)

f = Frekuensi (Hz)

C = Kapasitor (F)

I = Arus (A)

VDC = Tegangan DC (V)

(28)

14

2.8. Perhitungan Daya

Setiap beban pasti memiliki daya, daya ini dihasilkan oleh beban saat terhubung dengan suplai, begitu pula dengan lampu. Lampu bisa menghasilkan cahaya karena mengkomsumsi daya dalam jumlah tertentu sesuai dengan standart masing-masing.

Daya terdiri dari 3 jenis, yaitu aktif, reaktif dan daya nyata. Berikut merupakan macam-macam daya :

1. Daya Aktif

Merupakan daya yang berupa daya kerja seperti daya mekanik, panas, cahaya dan lain-lainnya. Daya ini diperlukan supaya mesin dapat melakukan kerja real sesuai kapasitas dayanya. Dan dinyatakan dalam satuan Watt (W).

P = V x I x Cos𝜃 2. Daya Reaktif

Merupakan daya yang diperlukan oleh listrik yang bekerja dengan sistem elektromagnet. Dan dinyatakan dalam satuan VAR.

Q = V x I x Sin𝜃 3. Daya Semu

Daya semu merupakan penjumlahan vektor dari daya aktif dan reaktif dan dinyatakan dalam satuan VA.

(29)

15

Jika menggunakan listrik PLN daya yang didistribusikan oleh PLN ke pelanggan adalah daya semu. Satuan VA digunakan untuk penrhitungan listrik PLN seperti penggunaan MCB.

Sehingga, S = V x I

Maka untuk perhitungan daya pada lampu LED menggunakan satuan watt.

2.9. Perhitungan Lumen dan LUX

Flux (

ᵩ

) cahaya adalah jumlah keseluruhan watt cahaya dengan satuan lumen, disingkat dengan lm, yang berarti ukuran dari jumlah total cahaya tampak dari lampu atau sumber cahaya.

𝜑 = E x A

Iluminasi atau Intensitas penerangan (E) adalah cahaya yang mengenai suatu permukaan dan diukur dalam footcandle

atau Lux.

E

_Rata-rata2= ᵩ

𝐴

Keterangan :

E = Intensitas Penerangan (Lux)

𝜑 = Lumen (lm)

(30)

16

BAB III PERANCANGAN SISTE M BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Deskripsi Sistem

Sebelum masuk pada perancangan alat, maka pada bab ini akan dijelaskan terlebih dahulu mengenai deskripsi dari proyek akhir. Alat yang dibuat pada proyek akhir ini adalah Perancangan Lampu LED 12 Watt. Dari lampu ini akan dilakukan perancangan lampu dari awal sampai jadi. Oleh karena itu tahapan untuk menyelesaikan proyek akhir ini digambarkan melalui diagram blok Gambar 3.1 dibawah ini :

Gambar 3.1 Diagram blok tahapan proyek akhir

Keterangan diagram blok diatas : 1. Perancangan Rangkaian

Perancangan disini yaitu, merancang dari rangkaian awal input sampai pada akhirnya outputnya lampu. Dimana dalam perancangan ini dijelaskan sistem kerja tiap rangkaiannya antara Perancangan rangkaian

Desain PCB

beserta

pemasangan

Perancangan Rangkaian dalam simulasi Uji coba rangkaian Desain PCB

(31)

17

lain yang itu, penurun tegangan, penyearah hingga keluarannya yaitu cahaya lampu.

2. Perancangan rangkaian dalam bentuk simulasi Pada metode ini, sangat membantu untuk merancang suatu rangkaian LED, dimana nantinya akan didapatkan gambaran rangkaian LED yang digunakan sesuai atau tidak.

3. Uji Coba Rangkaian

Setelah analisa selesai, maka dilakukan uji coba ke dalam projectboard terlebih dahulu, agar mengetahui rangkaian berhasil atau tidak. 4. Desain PCB

Setelah proses pengujian selesai, maka bisa dilakukan mendisain PCB sesuai rangkaian yang telah ditetap kan menggunakan perangkat lunak dan setelah itu dapat dilakukan pemasangan komponen dan soldering.

3.2 Komponen perancangan lampu LED

Sebelum melaukan perancangan rangkaian maka tentukan komponen beserta nilainya, hal ini sangat diperlukan rangkaian yang digunakan agar tidak terjadi kesalahan dalam merakitnya dan komponen yang diperlukan sesuai kebutuhan lampu LED.

(32)

18

Tabel 3.1 Komponen Lampu LED

Komponen Nilai Quantity

Resistor SMD 330K Ω

62 Ω 3

Kapasitor Polar & Non 47 µF-63 V 1.2 µF-400 V 2 Dioda Bridge (MB10F) 0.8 A 800 V 1 Chip LED (5630) 150 mA 3.5 V 18 3.3 Perancangan Rangkaian

Metode ini menjelaskan bagian-bagian penting dalam proses merakit lampu LED, pada perancangan ini dijelaskan titik awal pembuatan rangkaian penurun tegangan, penyearahnya, dan sampai lampu LED menyala. Adapun parameter yang dilakukan seperti Tegangan, Arus, Daya dan sebagainya. Rancangan ini dapat dilakukan ketika nilai komponen telah ditentukan, rangkaian paralel atau seri yang digunakan dan gabungan dari beberapa kombinasi komponen dari power supply, resistor, kapasitor, penyearah, ke chip LED sehingga diharapkan keluaran lampu sesuai yang diinginkan.

(33)

19

3.3.1 Rangkaian penurun tegangan

Pada perancangan sistem ini, rangkaian ini sering digunakan sebagai penurun tegangan, biasanya dalam suatu rangkaian menggunakan trafo, tapi untuk rangkaian ini hanya menggunakan Resistor dan Kapasitor.

Nantinya, rangkaian akan terhubung dari sumber 220 Vac kemudian disearahkan dan disuplai ke LED, pada rangkaian tegangan akan turun berdasarkan banyaknya LED

yang digunakan, sesuai dengan penjelasan pada bab sebelumnya.

(34)

20

3.3.2 Rangkaian Penyearah

Metode ini digunakan untuk menyearahkan tegangan/arus AC menjadi DC, pada Dioda Brigde ini setera dengan 4 buah dioda yang dimana dijadikan satu.

Ketika tegangan yang telah diturun sesuai kebutuhan, selanjutnya searahkan dari AC menjadi tegangan dan arus DC. Pada penyearah gelombang penuh ini juga, akan terjadinya penurun tegangan sedikit sesuai penjelasan pada bab sebelumnya.

Gambar 3.3 Penyearah dengan Dioda bridge

3.3.3 Resistor-Kapasiotr pada Chip LED

Pada metode perancangan rangkaian ini, hampir sama rangkaiannya dengan penurun tegangan, namun kapasitor yang digunakan menggunakan Polar, karena untuk tegangan rendah atau DC.

(35)

21

Pada rangkaian ini, kapasitor jenis polar ini berfungsi untuk memperbaiki dari rangkaian penyearah yang ada, karena gelombang yang dari diodo bridge yang dihasilkan menjadi halus dan mendekati tegangan DC murni. Pada rangkaian ini juga nilai tegangan total pada LED tidak lebih besar dari rating tegangan kapasitor.

Gambar 3.4 Resistor dan Kapasitor diparalelkan

Pada Chip LED ini, menggunakan 18 buah Chip. Dimana tegangan per-Chipnya 3.3 V maka tegangan totalnya sekitar 59 V tidak lebih dari batas tegangannya, karna yang digunakan rangkaian seri maka nilai arusnya sama. Rangkaian pada lampu LED ini, menggunaka rangkaian Paralel , sehingga nilai tegangan di tiap rangkiannya tidak jauh beda.

(36)

22

Gambar 3.5 Rangkaian Chip LED

3.4 Perancangan rangkain ke dalam bentuk simulasi Pada bagian ini, rangkaian yang telah dirancang dan nilai komponennya telah ditentukan dapat diubah ke bentuk gambar, yang nantinya rangkaian tersebut akan dilakukan uji coba menggunakan simulasi. Pada metode ini aplikasi yang digunakan yaitu PROTEUS.

Pada aplikasi ini, pengujian rangkaian dapat dilakukan sesuai rangkaian yang telah ditetapkan. Aplikasi ini sangat membantu dalam merancang suatu rangkain, meskipun tidak 100% sesuai dengan realnya dan pastinya ada sedikit toleransi rangkaian. Nah, pada aplikasi ini saya mendapat gambaran tentang rangkaian yang akan saya desain nanti, dan hasilnya berhasil.

(37)

23

Gambar 3.6 Rangkaian LED pada simulasi

3.5 Pengujian Rangkaian

Setelah melaui proses analisa rangkaian dan melakukan perancangan disimulasi, maka langkah selanjutnya yaitu uji coba secara langsung. Adapun uji coba yang dapat dilakukan yaitu menggunakan projectsboard, dan dirangkai sesuai komponen yang telah ditetapkan beserta komponennya.

Pada pengujian rangkaian ini, menggunakan komponen

True Hole, yaitu non SMD karna pada projectboard hanya bisa menggunakan komponen yang berkaki. Sehingga komponen yang digunakan harus dicari kesamaannya dengan True Hole.

Dan pada projectboard memiliki batas arus, yaitu pada penggunaan projectboard mampu mengalirkan maksimal 2 A. Lebih dari itu akan terbakar dan merusak rangkaian pada projectboar, jadi pastikan rangkaian yang digunakan komsumsi arusnya tidak lebih.

(38)

24

Tabel 3.2 Komponen Pengujian rangkaian

menggunakan ProjectBoard

Komponen Nilai Quantity

Resistor True Hole 330K Ω

68 Ω 3

Kapasitor Polar & Non Polar 47 µF-63 V 1.2 µF-400 V 2 Dioda Bridge 2 A 1000 V 1 LED 150 mA 3.5 V 18

(39)

25

Gambar 3.8 Pengujian menggunakan Project Board

3.6 Desain PCB Pada Lampu LED

Setelah proses pengujian rangkaian selesai, maka dapat dilakukan proses pembuatan PCB, tapi sebelumnya didesain terlebih dahulu menggunakan aplikasi EAGLE, berikut ini merupakan langkah pembuatannya ;

3.6.1 Desain PCB

Pada proses ini, sebelum membuat jalur PCB rangkain yang telah ditentukan tadi dapat di rangkai pada aplikasi ini. Setelah itu yang harus diperhatikan dalam pembuatan PCB ini, yaitu ukuran PCBnya, ukuran komponen sampai jarak dari

(40)

tiap-26

tiap komponen, agar tidak terhubung atau bahkan membuat nya menjadi shot.

(a)

(b)

(41)

27

3.6.2 Proses Pembuatan

Setelah melakukan proses pembuatan PCB menggunakan aplikasi, maka proses selanjutnya di print dan di fotocopy. Dilanjutkan lagi proses penempelan hasil print ke PCB menggunakan autan setelah itu di eching menggunakan florit klorida. Berikut merupakan proses pembuatannya :

1. Penempelan pada PCB

Pada proses ini, jalur PCB yang tadinya telah diprint dan difotocopy dicelup kan ke dalam wadah air yang sudah tercampur oleh Autan, kemudian tempelkan ke PCB setelah itu PCB yang telah tertempel masukkan kedalam pelastik kemudian gosok menggunakan koin hingga benar-benar menempel pada PCB.

(42)

28

Gambar 3.11 Penempelan jalur PCB

2. Pelarutan PCB

Setelah jalur PCB tertempel ke PCB, maka proses selanjutnya melarutkan tembaga yang tidak tertempel jalur PCB/eching. Pada proses ini florid kloridanya dimasukan ke wadah secukupnya kemudian diberikan air panas, setelah itu masuk kan PCBnya kewadah kemudian goyang perlahan hingga jalur PCBnya larut.

(43)

29

Gambar 3.12 PCB dilarutkan

(44)

30

3.6.3 Proses Soldering

Setelah melakukan proses pembuatan PCB, selanjutnya dapat dilakukan pemasangan komponen yaitu dengan soldering. Namun sebelum melakukan proses itu lakukan pengechekan terlebih dahulu mengunakan multi agar dapat melihat jalur terhubung atau tidak.

Berikut merupakan proses soldering pada lampu :

1. Pada proses ini bersihkan terlebih dahulu menggunakan alkohol

2. Kemudian setelah bersih pasang komponen sesuai pada tempat yang telah ditetapkan.

3. Atur suhu 200 ~ 250o.

4. Sebelum melakukan soldering beri sedikit flux agar permukaan pad nya mudah untuk dilelehkan dan solder tertempel pada pada dan kaki komponen. 5. Dan lakukan seperti itu ke tiap komponen selanjutnya. 6. Setelah selesai bersihkan dan check kembali.

(45)

31

BAB IV HASIL DAN ANALISA BAB IV

HASIL DAN ANALISA

Pada bab ini akan menampilkan hasil pengujian yang dilakukan terhadap Lampu LED.

(46)

32

4.1 Hasil Pengujian

Pada pengujian lampu LED ini, data yang diambil yaitu Tegangan, Arus, Daya, Lux dan Pengujian daya tahan. Berikut merupakan data hasil pengujian ;

4.1.1 Pengujian Tegangan

Berdasarkan hasil pengujian tegangan, disini dapat dilihat terjadi proses penurunan tegangan setiap rangkaian, dan pada hasilnya dapat dibuktikan bahwa tanpa trafo pun tegangan 220 VAC bisa turun dengan menggunakan Resistor-Kapasitor yang diparalel kan kemudian turun juga ketika tegangan disearahkan menjadi VDC menggunakan rectifier, kemudian melewati lagi Resistor-Kapasitor dan dibagi-bagi lagi ke tiap chip LED.

Pada pengukuran rangkaian ini dapat dilihat bahwa tegangan akan turun tergantung pada berapa banyak chip LED yang digunakan, karna rangkaian yang digunakan paralel, nilai tegangannya sama.

(47)

33

Tabel 4.1 Hasil pengukuran dengan ProjectsBoard

Instrument Tegangan (V) Input 220 VAC RC Paralel AC 69 VAC Rectifier 67 VDC RC Paralel DC 67 VDC Resistor 68 Ω 4 VDC Chip LED 3.2 ~ 3.4 VDC Semua LED 63 VDC

Tabel 4.2 Hasil pengukuran dengan Proteus

Instrument Tegangan (V) Input 220 VAC RC Paralel AC 65 VAC Rectifier 68 VDC RC Paralel DC 65 VDC Resistor 62Ω 2.5 VDC Chip LED 3.6 VDC Semua LED 65 VDC

Tabel 4.3Hasil pengukuran Lampu LED

Instrument Tegangan (V) Input 220 VAC RC Paralel AC 64 VAC Rectifier 61 VDC RC Paralel DC 61 VDC Resistor 62 Ω 3.7 VDC Chip LED 3.2 VDC Semua LED 58 VDC

(48)

34

Pada gambar dibawah ini, merupakan hasil dari output gelombang tegangan pada lampu LED dan pada penggambilan datanya menggunakan osiloskop.

Gambar 4.3 Gelombang Tegangan

4.1.2 Pengujian Arus

Berdasarkan hasil pengujian arus ini yang dapat dilihat pada titik yang telah di tetapkan, akan diamati berapa besarnya arus yang dibutuhkan untuk menghasilkan cahaya yang terangnya maksimal. Yaitu dari arus inputnya AC sampai ke arus DC nya dan dapat diamati berapa arus yang diserap disetiap bebannya. Serta dilakukan juga secara perhitungan, untuk mendapatkan nilai arus sesuai komponen yang digunakan.

(49)

35

Gambar 4.4 Titik pengukuran Arus

Perhitungan arus :

 Berikut nilai arus secara perhitungan, pada rangkaian paralel Resistor = 330k Ω dan kapasior = 1.2 uF saat kondisi AC.

Reaktansi Kapasitif XC = 1 2𝜋𝑓𝑐 Ω = 1 2𝜋 𝑥 50 𝑥 (1.2𝑢𝐹) = _0.0003761 = 2702 Ω IC1 = 𝑉𝑖𝑛 𝑋𝐶 = 220 𝑉 2702 Ω = 0.08 mA IR1 = 𝑉𝑖𝑛 𝑅1 = 220 𝑉 330𝐾 Ω = 0.00066 mA

Arus dari kedua rangkaian : I = √𝐼𝑅2+ 𝐼𝐶2 A

(50)

36

I = √0.000662+ 0.082

I = √0.0064 𝐴 = 0.08 A

 Berikut nilai arus secara perhitungan, pada rangkaian paralel Resistor = 330k Ω dan kapasior = 47 uF saat kondisi DC.

Reaktansi Kapasitif XC = 1 2𝜋𝑓𝑐 Ω = _{2𝜋 𝑥 50 𝑥 (47𝑢𝐹)}1 = 1 0.00147 = 680 Ω IC1 = 𝑉𝑖𝑛 𝑋𝐶 = 63 𝑉 680 Ω = 0.09 mADc IR1 = 𝑉𝑖𝑛 𝑅1 = 63 𝑉 330𝐾 Ω = 0.00019 mADc

Arus dari kedua rangkaian : I = √𝐼𝑅2+ 𝐼𝐶2 A

I = √0.000192+ 0.092 I = √0.0081 𝐴 = 0.09 A

Pada tabel dibawah ini, merupakan hasil pengukuran dari setiap metode yang digunakan, yaitu dilakukan secara simulasi,

projectboard sampai pada akhirnya pengambilan data arus lampu yang yang telah jadi dalam bentuk PCB.

(51)

37

Tabel 4.4 Hasil pengukuran dengan ProjectsBoard

Instrument Arus (mA)

RC Paralel AC 41 mAAc

Rectifier 40 mADc

RC Paralel DC 40 mADc

Resistor 62 Ohm 38 mADc

Chip LED 38 mADc

Tabel 4.5 Hasil pengukuran dengan Proteus

Rectifier 81 mADc

Chip LED 72 mADc

Tabel 4.6Hasil pengukuran dengan Lampu LED

Rectifier 68 mADc

(52)

38

4.1.3 Pengujian Daya

Berdasarkan hasil pengujian daya, yang diukur menggunakan alat ukur daya, didapatkan hasil daya yang diserap oleh beban sesuai dengan kebutuhan.

Pada pengujian ini didapatkan hasil secara pengukuran dan perhitungan, yaitu sebagai berikut :

Perhitungan ; PAKTIF = V x I x Cos𝜃 PAKTIF = 220 V x 0.06 A x 0.4 PAKTIF = 5 Watt PSEMU = V x I PSEMU = 220 V x 0.065 A PAKTIF = 14 W

Pada pengukuran daya menggunakan alat ukur daya maka akan ditampilkan hasil daya yang diserap oleh beban/lampu, dan pada pengujian ini dilakukan pengukuran dengan rentang waktu yang berbeda, dimana pada pengukuran akan muncul nilai arus, tegangan, cos phi dan daya aktif pada lampu yang digunakan. Sehingga didapatkan lah hasil disetiap jam yang berbeda dimana daya yang terukur masih tetap stabil sama dengan daya terukur diawal dan pengujian lampu ini dilakukan tanpa dimatikan.

(53)

39

Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Daya

Waktu Daya Semu Daya Aktif Daya Chip

LED Pagi 14 W 5 W 0.2 W Siang 14 W 5 W 0.2 W Sore 14 W 5 W 0.2 W (a) (b) (c)

(54)

40

4.1.4 Pengujian LUX dan Lumen

Berdasarkan hasil pengujian Lux ini, dapat dilihat pencahayaan atau daya pancar yang dihasilkan lampu tersebut menggunakan alat ukur Lux meter. Pada pengujian ini lumen didapatkan berdasarkan hasil perhitungan, pada pengujian lampu

LED ini jarak antara lampu dan dataran yaitu 2 m.

Perhitungan Lumen :  Lumen E = 17 lm A = 50,24 m2 = (4 x 3.14 x 22) Sehingga, 𝜑 = E x A = 17 lux x 50,24 m2 = 854 lm Lumen/Watt = 854 𝑙𝑚 14 𝑤 = 61 lm/w = 61 𝑙𝑚/𝑤 18 𝑝𝑐𝑠 = 4 lm/chip LED

Untuk mendapatkan nilai lumen pada lampu LED yang digunakan, bisa juga dilakukan dengan metode perhitungan. Tetapi harus diketahui terlebih dahulu lux beserta jarak antara lampu dengan permukaan dataran sehingga mempermudah dalam melakukan perhitungan lumen.

(55)

41

Tabel 4.8 Pengujian LUX

Jenis lampu

Tinggi ruangan

Kondisi Pagi Kondisi Malam

LED 2

Meter

Berdasarkan kondisi data tersebut, bahwa pada saat pagi atau siang hari lux dan Lumen yang dihasilkan lampu jauh lebih tinggi dibandingkan malam, karena terdapat bantuan cahaya dari arah luar ruangan. Oleh karena itu kondisi yang bagus saat pengambilan dilakukan pada malam hari.

(56)

42

4.1.5 Pengujian Daya Tahan

Berdasarkan hasil pengujian daya tahan lampu yang dilakukan selama seminggu, lampu dihidupkan selama itu tanpa dimatikan.

Tabel 4.9 Data pengujian Daya Tahan

Hari/Tanggal Kondisi Pagi Kondisi Malam Hari Pertama Rabu, 16 Okt Hari Terakir Selasa, 22 Okt

(57)

43

4.2 Analisa

Berdasarkan pengujian Lampu LED, dapat dianalisa dari tegangan AC 220 VAC higga tegangan keluarannya 58 VDC. Pada rangkaian AC dimana terdapat dua komponen penurun tegangan Resistor dan Kapasitor non-Polar, untuk menurunkan tegangan 220 V. Pada rangkaian ini tegangan akan turun sesuai dengan beban atau banyaknya chip-LED yang digunakan, sehingga tegangan turun menjadi 64 V AC, sementara arus yang dihasilkan sesuai dengan nilai kapasitor dan resistor yang diparalelkan yaitu 70 mA.

Pada saat tegangan dan arus disearahkan menggunakan

Diode Bridge/rectifier terdapat juga penurunan tegangan, dimana pada sebuah dioda dapat menurunkan tegangan 0.7 V sehingga

Diode Brigde yang digunakan setara dengan 4 buah dioda yang berarti tegangan dari 64 V turun sekitar 61 V.

Kemudian setelah diarahkan, tegangan dan arus akan melewati rangkaian paralel dari resistor dan kapasitor elco, pada rangkaian ini besarnya tegangan dan arus yang akan dialirkan ke

Chip Led akan diatur oleh rangkain tersebut. Pada rangkaian Lampu LED ini lebih ke paralel maka nilai tegangan per-rangkiannya tidak jauh berbeda sehingga turunnya tegangan dari 220 VAC, tergantung berapa tegangan bebannya. pada lampu LED

ini didapatkan lah daya dari sumber yaitu daya semu 15 VA dan daya yang diserap oleh beban atau daya aktifnya 7 watt.

(58)

44

BAB V KESIMPULAN DAN SARA N BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan proses yang telah dilakukan pada pembuatan serta penelitian proyek akhir ini, mulai dari perancangan sampai pengujian dan analisa, dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu :

1. Untuk menurunkan tegangan dari 220, tidak perlu menggunakan trafo. Tetapi bisa menggunakan rangkaian RC paralel.

2. Pada saat mengubah tegangan AC menjadi DC menggunakan dioda bridge/rectifier. Ternyata akan mengalami penurun tegangan sekitar 2~2.8 V , karna satu dioda pada umumnya mampu menurunkan tegangan 0.7 V.

3. Pada lampu LED ini, ternyata nilai tegangan yang dihasilkan pada tiap rangkaiannya tergantung pada beban yang digunakan, yaitu tergantung berapa banyak

(59)

45

5.2 Saran

Beberapa saran untuk penelitian selanjutnya :

1. Pada lampu LED ini, cahaya yang dihasilkan tidak begitu terang, karna bolam atau penutup atasnya terbuat dari plastik. Saran jika bisa coba gunakan penutup kaca.

2. Perlu ada nya tambahan pengaman ketika ada salah satu komponen tidak terhubung, yang bisa menyebab kan kapasitor panas dan meledak.

(60)