BAB 4 ANALISIS DAN BAHASAN 4.1. Spesifikasi Sistem 4.1.1. Spesifikasi Baterai Berikut ini merupakan spesifikasi dari baterai yang digunakan: Merk: MF Jenis Konstruksi: Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Kapasitas: 5 Ah Tegangan: 12 V 4.1.2. Spesifikasi Lampu Portabel Lampu terdiri dari 15 array LED yang diparalelkan. Tiap arraynya terdapat 3 buah LED yang diseri, beserta resistor 3,9 Ω 4.1.3. Spesifikasi Battery Charger Berikut ini merupakan spesifikasi dari battery charger yang digunakan: LM317 digunakan sebagai linear regulator untuk mendapatkan tegangan yang dibutuhkan baterai Memiliki mode trickle charge 4.1.4. Spesifikasi Pengendali Nyala Lampu Berikut ini merupakan spesifikasi dari pengendali nyala lampu yang digunakan: Mikrokontroler PIC12F752 yang digunakan sebagai pusat pengendali sistem MOSFET driver MCP14628 untuk mengendalikan dua MOSFET N-channel sekaligus MOSFET FDS9926A yang menyediakan dua buah MOSFET di dalam 1 IC 4 buah dip switch untuk mode dimming 51
52 4.2. Daftar Komponen Komponen yang secara garis besar digunakan untuk perancangan sistem pada tugas akhir ini ditunjukkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Komponen-komponen Sistem Secara Garis Besar Nama Komponen Jumlah Baterai 1 Lampu Portabel 1 Sistem Battery Charger 1 Sistem Pengendali Nyala Lampu 1 Bagian sistem battery charger terdiri dari komponen-komponen yang ditunjukan pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Komponen-komponen Sistem Battery Charger Nama Komponen Tipe / Ukuran Jumlah 0,5 Ω (5W) 1 100 Ω (0,5W) 1 Resistor 120 Ω (0,5W) 1 15 Ω (0,25W) 1 470 Ω (0,5W) 2 Trimpot 1 KΩ 1 Kapasitor 220 nf 2 1000 uf 1 Transistor BC547 1 Linear Regulator LM317 1 LED Putih 1 Diode 1N4007 1 Bridge 1 Bagian sistem pengendali nyala lampu terdiri dari komponen-komponen yang ditunjukan pada Tabel 4.3.
53 Tabel 4.3 Komponen-komponen Sistem Pengendali Nyala Lampu Nama Komponen Tipe / Ukuran Jumlah Switch Dip Switch 1 Push Button 1 MOSFET Gate Driver MCP14628 1 MOSFET FDS9926A 1 Fuse 2 Ampere 1 1 uf 4 22 uf 3 Kapasitor 22 pf 1 10 uf 2 100 nf 1 Linear Regulator LM7805 1 Induktor 10 uh 1 Mikrokontroler PIC12F752 1 10 KΩ (0,25W) 3 20 KΩ (0,25W) 1 Resistor 30 KΩ (3W) 2 1 KΩ (0,25W) 1 0,01 Ω (5W) 2 470 KΩ (3W) 1 4.3. Implementasi 4.3.1. Prosedur Pengoperasian Sistem Pengoperasian Battery Charger Bagian ini merupakan cara mengoperasikan battery charger. Berikut ini adalah gambar dari connector dan saklar ON/OFF yang terdapat pada battery charger.
54 Gambar 4.1 Tampilan konektor dan saklar pada battery charger bagian depan Saklar ON/OFF pada bagian 1 berfungsi untuk memutus atau menyambung tegangan AC. Bagian 2 dihubungkan ke positif baterai, sedangkan bagian 3 dihubungkan ke negatif baterai. Gambar 4.2 Tampilan kabel konektor ke AC supply pada battery charger bagian belakang
55 Pada Gambar 4.2 terdapat kabel konektor untuk tegangan AC yang ditunjukkan pada bagian 1. Untuk prosedur cara pemasangan dan pengoperasian battery charger adalah sebagai berikut: Hubungkan battery charger ke baterai dengan menghubungkan kabel positif ke kutub positif baterai dan kabel ground ke kutub negatif baterai Hubungkan kabel konektor ke AC supply 220 Volt kemudian ON kan saklar untuk mengaktifkan battery charger Baterai yang dicharge adalah jenis VRLA atau SLA 12 Volt dengan kapasitas 5 Ah Charge baterai yang baik adalah pada suhu ruang 16 C sampai 25 C Apabila temperatur baterai mengalami kenaikan, segera OFF-kan saklar Pengoperasian Lampu Portabel Bagian ini merupakan bagian cara mengoperasikan lampu portabel. Berikut ini adalah gambar dari connector dan saklar pengatur dimming pada modul pengendali nyala lampu. Gambar 4.3 Tampilan terminal block untuk konektor baterai
56 Pada bagian 1, konektor sebelah kiri terhubung ke kutub positif baterai, sedangkan konektor sebelah kanan terhubung ke kutub negatif baterai. Gambar 4.4 Tampilan dip switch untuk mode dimming Bagian 1 adalah dip switch untuk pengaturan mode dimming lampu. Switch ini berfungsi untuk mengatur jumlah cahaya yang dihasilkan oleh lampu LED. Untuk prosedur cara pemasangan dan pengoperasian lampu portabel adalah sebagai berikut: Putuskan hubungan baterai dengan charger ketika ingin menyalakan lampu Hubungkan baterai ke modul pengendali lampu dengan menghubungkan kutub positif baterai ke konektor tegangan positif modul dan kabel kutub negatif baterai ke konektor ground Atur dip switch untuk mendapatkan jumlah cahaya yang diinginkan. 4.4. Tahap Pengujian Pengujian dilakukan untuk pengambilan data dari sistem yang dirancang. Pengujian sistem terdiri dari 2 bagian, yaitu uji coba battery charger dan uji coba pengendalian nyala lampu.
57 4.4.1. Pengujian Battery Charger Pengujian untuk charger baterai ini adalah pengujian tegangan keluaran tanpa beban baterai, pengujian pengisian baterai, dan pengujian efisiensi daya battery charger. Pengujian Tegangan Keluaran Tanpa Beban Pengujian ini dilakukan dengan tujuan mendapatkan tegangan output yang sesuai untuk mengisi baterai VRLA. Nilai resistor yang digunakan pada rangkaian regulator tegangan LM317 mampu merubah nilai tegangan output, sehingga pemilihan komponen resistor perlu diperhatikan. Resistor yang terhubung langsung dengan pin output regulator disebut R1, yang berhubungan dengan R2 yang tersambung ke pin adjustment pada LM317. Gambar 4.5 Grafik tegangan keluaran terhadap nilai R1 Garis yang berwarna biru adalah tegangan keluaran berdasarkan perhitungan dari rumus yang terdapat pada datasheet LM317. Semakin besar nilai R1 maka tegangan output akan semakin kecil. Garis yang berwarna merah adalah tegangan keluaran berdasarkan praktek, yaitu diukur dengan menggunakan multimeter digital. Tegangan keluaran yang didapatkan lebih rendah sekitar 1 Volt
58 dibandingkan dengan tegangan keluaran yang dihitung berdasarkan teori. Bertambahnya hambatan R1 membuat tegangan keluaran berdasarkan praktek ini semakin kecil. Berdasarkan grafik tersebut, ditunjukkan bahwa nilai tegangan keluaran praktek mengikuti nilai tegangan keluaran yang diperhitungkan secara teori. Ketika hambatan diperbesar, maka nilai tegangan keluaran menurut perhitungan akan semakin kecil, begitu juga yang terjadi pada nilai tegangan keluaran pada prakteknya. Pengujian Pengisian Baterai Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk membuktikan bahwa pengisian berjalan dengan baik sesuai dengan teori pengisian baterai VRLA. Simple Charger digunakan dalam proses pengisian ini dengan tegangan keluaran sebesar 13,89 Volt. Gambar 4.6 Proses charging
59 Pada Gambar 4.6 terlihat proses pengisian yang diukur menggunakan voltmeter (multimeter digital). Selama pengisian, suhu baterai tetap stabil dan terjaga. Gambar 4.7 Grafik tegangan baterai terhadap lama pengisian baterai Grafik tersebut memperlihatkan bahwa ketika tegangan baterai bernilai 12,57 Volt dan dicharge, maka tegangan melonjak naik secara signifikan ke tegangan 13,04 Volt selama 5 menit pertama. Nilai tegangan pada tiap 5 menit selanjutnya mulai berangsur mengalami kenaikan yang tidak signifikan. Secara perlahan tegangan baterai tersebut terus naik dan setelah 40 menit proses pengisian berlangsung, tegangan ada pada nilai 13,19 Volt. Pengujian tambahan dilakukan untuk mengukur tegangan baterai apabila tegangan keluaran charger sebesar 14.02 Volt. Pengukuran dilakukan setiap 1 menit sekali dan akan dilakukan pengukuran tegangan saat penghentian proses charging. Tegangan baterai naik lebih cepat dengan tegangan keluaran charger sebesar 14,02 Volt dibandingkan dengan tegangan keluaran charger 13,89 yang ditunjukkan pada Gambar 4.8 berikut ini :
60 Gambar 4.8 Tegangan baterai saat pengisian berlangsung dan saat pengisian dihentikan Proses pengisian tersebut menunjukkan bahwa semakin besar perbedaan antara tegangan baterai dan tegangan keluaran charger pada saat pengisian, maka arus yang mengalir dari charger ke baterai juga semakin besar. Tegangan yang lebih besar akan membuat arus listrik mengalir ke tegangan yang lebih kecil. Baterai VRLA yang penulis gunakan tidak boleh dibiarkan tegangannya turun terlalu rendah di bawah 12,6 Volt, karena apabila dicharge dengan menggunakan simple charger dengan tegangan keluaran 13,89 Volt akan terdapat beda potensial yang besar, sehingga arus yang mengalir juga besar melebihi batas arus yang diperbolehkan. Pengujian Efisiensi Daya Battery Charger Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui efisiensi daya battery charger menggunakan simple charger dengan rangkaian yang telah dirancang dengan implementasi linear regulator LM317. Berikut ini merupakan data yang menunjukkan perbandingan besar tegangan dan arus input terhadap besar tegangan dan arus output pada battery charger.
61 Tabel 4.4 Tegangan Beserta Arus Pada Input dan Output Battery Charger Tegangan Input (V) Arus Input (I) Tegangan Output (V) Arus Output (I) 15 V 1000 ma 14.04 V 128 ma Hasil pengukuran pada Tabel 4.4 diatas dapat digunakan untuk mencari besarnya daya dan efisiensi daya pada battery charger. Efisiensi daya yang didapat adalah sebesar 11,9 % yang dapat dilihat pada Tabel 4.5 berikut : Tabel 4.5 Efisiensi Daya Battery Charger Input Power (P) Output Power (P) Efficiency (η) 15 W 1.79 W 11.9% 4.4.2. Pengujian Pengendalian Nyala Lampu Pengujian untuk pengendalian nyala lampu ini adalah pengujian pencahayaan pada beberapa lampu atau sumber cahaya buatan dan pengujian efisiensi daya lampu LED Pengujian Pencahayaan Pada Beberapa Lampu Pengujian ini berfungsi untuk melihat perbandingan lux dari beberapa jenis lampu yang diukur dengan lux meter di ruang gelap dan tertutup. Pada pengujian ini, rangkaian modul pengendali nyala lampu tidak bekerja dan tidak berhasil diimplementasikan untuk output baterai VRLA dan untuk input lampu LED portabel, sehingga pengujian rancangan lampu LED portabel hanya menggunakan adaptor DC dengan tegangan 7,5 Volt dan 9 Volt. Berikut ini merupakan perbandingan lux dari beberapa sumber cahaya yang diukur :
62 Gambar 4.9 Grafik perbandingan besar lux beberapa jenis sumber cahaya Pengukuran dari sumber cahaya dilakukan pada jarak 50 cm. Compact Fluorescent Lamp (CFL) 20 W, memiliki illuminance sekitar 130 lux. Sumber cahaya bukan listrik seperti lilin, lampu minyak / teplok, dan petromak, memiliki illuminance yang sangat kecil dibandingkan sumber cahaya lainnya. Sebuah lampu LED portabel yang sudah diproduksi memiliki sekitar 90 lux pada kondisi baterai tidak terisi penuh Pada pengujian illuminance lampu LED rancangan, digunakan 2 nilai tegangan yang berbeda, yaitu 7,5 V dan 9 V. Besar illuminance pada lampu dengan sumber tegangan 7,5 V adalah sekitar 260 lux, sedangkan besar illuminance pada lampu dengan sumber tegangan 9 V adalah sekitar 330 lux. Pada perancangan tentang lampu LED sebelumnya, besar illuminance sebuah lampu LED yang terdiri dari jumlah lampu LED sebanyak 175 buah dan sumber tegangan sebesar 6,2 volt, adalah sekitar 354,2 lux. Pengukuran illuminance tersebut dilakukan pada kondisi nyala 100% dan pada jarak 25 cm. Berikut ini merupakan tabel data yang menunjukkan perbandingan illuminance antara perancangan
lampu LED yang penulis rancang dan perancangan lampu LED pada sistem sebelumnya yang penulis tinjau : 63 Tabel 4.6 Perbandingan Perancangan Lampu Rancangan Penulis Rancangan yang Ditinjau Banyak LED 45 buah 175 buah Jarak Pengukuran 25 cm 25 cm Tegangan 6 volt 6,2 volt Besar Illuminance 520 lux 354,2 lux Pada Tabel 4.6 dapat dilihat illuminance lampu LED yang penulis rancang lebih besar daripada rancangan lampu LED sebelumnya, dengan tegangan yang lebih kecil dan penggunaan LED yang lebih sedikit dibandingkan rancangan lampu LED sebelumnya. Pengujian Efisiensi Daya Lampu LED Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui efisiensi daya lampu LED portabel dengan catu daya adaptor DC pada tegangan 9 volt dan 12 volt. Berikut ini adalah tabel data yang menunjukkan perbandingan besar tegangan, arus, dan daya input terhadap tegangan, arus, dan daya output pada lampu LED : Tabel 4.7 Perbandingan Daya Input dan Daya Output Lampu LED Units Input Output Voltage (V) 9 V 12 V 9 V 12 V Current (I) 1.2 A 1.2 A 0.155 A 0.215 A Power (P) 10.8 W 14.4 W 1.395 W 2.58 W Dari Tabel 4.7 dapat dilihat bahwa nilai daya outout jauh dibawah nilai daya input. Efisiensi daya dari perbandingan daya output dan daya input dapat dilihat pada Tabel 4.8 berikut :
64 Tabel 4.8 Efisiensi Daya Lampu LED Input Power (P) Output Power (P) Efficiency (η) 10.8 W 1.395 W 12.91% 14.4 W 2.58 W 17.90% Efisiensi daya lampu LED dengan catu daya sebesar 9 volt menggunakan adaptor DC adalah 12,91%, sedangkan efisiensi daya lampu LED dengan catu daya 12 volt menggunakan adaptor DC adalah 17,90%. 4.5. Evaluasi Sistem ini mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan, yaitu: Kelebihan: Sistem ini menggunakan LED sebagai lampu portabel dengan besar illuminance yang paling tinggi dibandingkan sumber cahaya lain yang diukur dan yang ditinjau. Kekurangan: Charger battery masih menggunakan simple charger LM317 memerlukan heatsink karena dapat menjadi panas pada saat beroperasi karena disipasi daya pada regulator cukup tinggi. Efisiensi daya battery charger sangat rendah. Modul pengendali nyala lampu LED (driver) tidak berhasil diimplementasikan. Efisiensi daya lampu LED sangat rendah