Membuat Sendiri Driver High Power LED

Latar Belakang

Berawal dari matinya salah satu headlamp High Power Led (HPL) Cree 10 watt pada mobil untuk saya bawa mudik lebaran tahun 2015, saya kemudian mencoba melakukan pengecekan terhadap kerusakannya. 

Singkat cerita, setelah saya cek ternyata bukan HPL-nya yang rusak, melainkan drivernya. Saya melakukannya dengan menggunakan sebuah adaptor 12v/500mA, yang dihubung seri dengan sebuah resistor sebesar 1kohm langsung pada terminal HPL  dan ternyata masih menyala. Langkah saya menggunakan resistor seri adalah untuk pengamanan lampu led agar tidak terbakar, mengingat saya tidak tahu tegangan optimal untuk menyalakan HPL tadi.

Setelah mengetahui kerusakan pastinya terletak pada driver, saya googling untuk mencari driver yang tersedia dan ternyata harganya lumayan mahal (mendekati angka 100 ribuan,  cukup mahal mengingat harga total led cree 10watt, casing, dan drivernya "hanya" 200 ribuan.

Bertitik tolak dari masalah di atas, saya kemudian tergelitik untuk mulai mempelajari karakteristik dan spesifikasi teknis pabrikan  dari sebuah driver HPL dengan kesimpulan antara lain sebagai berikut:

1. Pada intinya led jenis tertentu memiliki tegangan tipikal tertentu pula agar led menyala optimal dan ini mungkin tidak sama untuk setiap jenis led dan/atau pabrikannya. 

2. Sebuah driver pada hakikatnya hanyalah sebuah regulator tegangan arus searah switching untuk mengeluarkan tegangan tertentu yang dibutuhkan HPL dan bagaimanapun ternyata ia hanya tegangan searah biasa (bukan sinusoidal ataupun persegi seperti halnya yang ada pada beberapa chopper arus searah. 

3. Pada saat ini regulator switching sudah banyak dijumpai dengan harga yang relatif murah. Pemilihan regulator switching memang sangat direkomendasikan untuk digunakan sebagai catu daya HPL dibandingkan tipe linier (7805 DKK) yang banyak menimbulkan kerugian daya. Salah satu ciri regulator tipe ini adalah digunakannya inti ferit (frekuensi tinggi) sebagai media induktansi.

4. Dalam kondisi tertentu, bagaimanapun Agan dapat membuat driver HPL dengan hanya menggunakan rangkaian resistor daya besar secara seri, yang mana ini akan saya sharing dengan agan-agan sekalian.

A. Driver LED/HPL Menggunakan Resistor Seri

Pada praktk kali ini saya akan menyalakan 2 buah HPL 10 watt (setipe, semerk, dan mempunyai daya sama) 

Langkah-langkah persiapan pembuatan sebagai berikut:

a) Memastikan tegangan tipikal dari datasheet LED Cree 10W yang digunakan, didapat nilai: 3,2V. (googling)

b) Membuat toleransi batas aman daya HPL 10W sehingga diasumsikan daya adalah 75% dari 10W = 7,5W dan  V=3,2V Ini bertujuan agar HPL tidak ruisak disebabkan pabrik yang terlalu overspesifikasi daya LED buatannya. (promosi yang tidak sehat)

c) Menggunakan adaptor 12V daya besar 3A (untuk merepresentasikan aki mobil 12V) sebagai catu daya HPL.

d) Mengukur tegangan maksimal aki mobil pada saat operasi. Biasanya aki berada pada tegangan maksimal pada saat ia sudah full charged, didapat angka 14V.

·        

· Agar HPL yang relatif mahal itu tidak rusak karena kesembronoan, perlu saya anstisipasi dengan perhitungan teoritis menggunakan resistor seri sebagai berikut.

a) Jika daya HPL telah diasumsikan 7,5Watt, maka arus aman yang diijinkan mengalir pada HPL haruslah:

           I = P/V = 7,5/3,2 = 2,34A

b) Jika asumsi aman tegangan maksimal accu adalah 14V, maka jika terminal accu kemudian akan dihubungkan dengan HPL, maka harus ada tegangan yang ‘dibuang’ sebesar (14-3,2)V = 10,8V, sehingga resistor seri yang digunakan sebesar R=10,8/2,34 = 4,62 ohm. Dengan pendekatan ke atas (jangan ke bawah) didapat nilai 4,7 ohm, sedangkan daya yang digunakan adalah P = I2R = (2,34)2 x 4,7 = 25 watt (gile, besar bener!).

c) Mengingat resistor di atas masih relatif besar, maka terdapat cara untuk mengurangi disipasi yang ada yaitu menghungkan seri 2 HPL yang ada (harus sejenis dan semerk) sehingga didapat tegangan HPL 6,4V. Dengan demikian perhitungan R menjadi: (14–6,4)V / 2,34 = 3,23ohm, dan daya yang dipakai = (2,34)2 x 3,3 = 18watt (masih lumayan besar, tidak efisien, namun murah meriah). Cara menyalakan HPL seperti di atas sebenarnya mirip-mirip dengan penggunaan regulator seri 78XX utamanya  dalam hal kerugian disipasi dayanya. 

Praktek:

a)     Hubungkan seri kedua HPL, yaitu katoda HPL 1 dengan anoda HPL 2

b)    Untuk membuat resistor 18watt 3,3ohm, saya menggunakan 4 buah resistor 5watt hubungan seri-paralel dengan heat-sink bekas seadanya, yang selanjutnya dihubungkan dengan terminal positif 12V lampu mobil.

c) Anoda HPL 1 dihubungkan dengan rangkaian resistor, sedangkan katoda HPL 2 ke terminal negatif 12V lampu mobil. 

B.   Driver LED/HPL Menggunakan Regulator Switching

Regulator switching saat ini mempunyai banyak varian dan nama yang sering dijumpai dalam kit-kit mikrokontroller, biasanya untuk menaikkan tegangan DC bernama Step-Up DC to DC dan untuk menurunkan bernama Step-Down DC to DC, dengan harga kisaran harga hanya  belasan ribu. Salah satu yang sering digunakan adalah kit LM2596. 

Cara menghubungkan regulator ini agar berfungsi sebagai driver HPL cukup mudah, yaitu hanya dengan mengatur/memutar potensiometer dengan obeng pada tegangan HPL, yaitu 3,2V. Prakteknya pada saat memutar, output sambil dihubungkan dengan sebuah voltmeter sampai mendekati max 3,2V.

Contoh Regulator Switching

  

   Ada juga tipe LM2596 yang saat ini telah disertai indikator tegangan, tinggal pilih.

     Ada pertanyaan, bisakah driver HPL menggunakan regulator linear? Jawabannya tentu bisa tetapi tidak rekomended, karena disipasi daya terbuang yang relatif besar dan setahu saya belum ada regulator fixed 3,2V. Regulator yang dipakai haruslah menggunakan regulator fixed terdekat (misalnya 7805) dengan tambahan resistor seri tentunya. Alternatif, gunakanlah regulator variabel semacam LM317, tapi jangan lupa sertakan peredam panas (heat sink) yang memadai agar tidak rusak. 

Kesimpulan dan Saran:

1. Driver LED pada hakikatnya hanya berupa regulator tegangan DC biasa dengan tegangan tertentu, ia tidak mempunyai bentuk tegangan tertentu seperti persegi, chopped, maupun sinusoidal.

2.   Sebuah driver switching dapat digunakan untuk menyuplai satu atau beberapa LED paralel dengan daya dan tipe yang sama. Untuk tipe dan daya yang berbeda hal ini sama sekali tidak disarankan mengingat arus lebih akan cenderung mengalir ke LED yang mempunyai impedansi yang lebih kecil, sehingga akan merusak satu atau beberapa LED yang terhubung. 

3.     Untuk mengatur besar tegangan terminal HPL bisa menggunakan regulator linear/switching atau rangkaian resistor seri dengan penyesuaian daya komponen dan heat sink tentunya.

4. Untuk mengurangi disipasi daya (panas terbuang) akibat menggunakan rangkaian non switching (seri), seyogyanya selisih tegangan antara terminal catu daya dengan terminal diperkecil, yang antara lain caranya dengan menghubungkan seri HPL.

5.    Penggunaan regulator switching pada dewasa ini sebagai driver HPL, sangat direkomendasikan dengan bentuk yang lebih simple dan disipsi daya yang relatif kcil.

6.    Jika ditemui HPL tidak nyala, jangan langsung dibuang, pastikan kerusakannya baik pada modul LED-nya atau pada driver, sehingga anggaran untuk perbaikan dapat ditekan.

7. Untuk menghindari kerusakan HPL karena overspesifikasi pabrik, sebaiknya ada toleransi pada praktek sedemikian hingga tegangan terminal HPL selalu di bawah 3,2V.

8. Mengingat banyak permintaan terkait penggunaan resistor sebagai driver, di bawah ini disertakan rumus sederhana untuk menghitung nilai resistansinya. Untuk menghitung besaran daya resistor cukup gunakan rumus P = I(kuadrat) x R.