Tuesday, January 22, 2019

LEDs Series Connection For 9 Volts, 12 Volts, 220 Volts


Light-emitting diode (LED) is a semiconductor light source that emits light when a current passes through it. This article explain about LED light design made of a number of 5 mm diameter LEDs with series connection. In the schematic above, if 20 mA forward current flow from the anode (A, positive) to the cathode (C, negative), the forward voltage (V) will emerge on the LED pins as below:


That LED forward voltage data of various light colors is quoted from kithub.cc. Specifications can be different depending on the LED manufacturer. The average forward voltage can be considered at least 1.8 volts, with a safe maximal value is 3.3 volts. While the maximum reverse voltage is usually 5 volts. LED forward voltage is also often referred to as LED voltage drop.


The YouTube video above shows a series of LEDs when tested with various voltage levels.


The video shows that one LED can be turned on with a 3 volts CR2032 coin battery.



With a 9 volts Eveready battery, they are 3 LEDs arranged in series. Seen on video and photo above that the rightmost LED is not connected to the battery. And the brightest one is white LED.



By using a 12 volt adapter, the number of LEDs arranged in series is 4 pieces. Seen in the photo above that all four LEDs are on. The multi tester display shows about 11.46 volts. This series circuit can be applied to 12 volts LED light for motorbike and car. Because vehicle electric system voltage can raise up to 14.4 volts, so 5 LEDs in series will be more durable to compromise that voltage raise.



For 220 volts voltage like the above photo, the number of LEDs that are needed as below:

220/3 = 73.33 pieces

Rounded up to make it safer to 74 LEDs, and they can be connected directly to 220 VAC without transformer.

But the video only uses 40 LEDs. Then there must be a resistor to limit the current supplied to those series LEDs. For 5 mm diameter LEDs, the maximum allowable current is around 20 milliamperes.


As shown in the schematic above, there are only 2 LEDs in series to represent 40 pieces. To find the resistor value, you can use the formula as below:


R = (VT - VL) / i


R = resistor value

VT = total voltage = supply voltage

VL = LEDs in series circuit voltage = number of LEDs multiplied by LED voltage

i = LED current



The supply voltage (VT) is 220 volts.

The LED circuit voltage (VL) is 40 x 3 = 120 volts.

The LED current (i) is 20 mA = 0.020 amperes maximum

So the resistor value (R) = (220 - 120) / 0.020 = 5,000 ohms = 5 kilo ohms


But in the video the circuit is using 22 kilo ohms, because of safety considerations. And also, if the current is too big, the LED light is too bright so it can dazzle the camera.

As it is a series circuit, the current through the resistor equals the current through all LEDs. For 22 kilo ohms resistor, the current calculation as below:

 i = VR / R = 100 / 22,000 = 0.0045 amperes = 4.5 miliamperes

And the resistor power is = P = V x i = 100 x 0.0045 = 0.45 watts

So using a 1 watt resistor is quite safe, it will not hot. If the resistor value is reduced to make brighter LED light, then the resistor power must be increased so that it does not overheat.

For alternating current, only half wave current is used to power the LED. The other half wave is stopped by LEDs. That is why the LED light in video looks like vibrating when the circuit is connected to a 220 VAC grid.

WARNING: do not touch the circuit when it is connected to a high voltage grid.


Monday, January 21, 2019

Merangkai Seri LED Untuk 9 Volt, 12 Volt, 220 Volt



Light-emitting diode (LED) adalah sumber cahaya semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika arus melaluinya. Artikel ini menjelaskan tentang desain lampu LED yang terbuat dari sejumlah LED berdiameter 5 mm dengan koneksi seri  Pada skema di atas, jika diberi arus maju sebesar 20 mA dari anoda (A, anode, positif) ke katoda (C, cathode, negatif) maka akan timbul tegangan maju (V) pada LED sebesar:


Data tegangan maju (LED forward voltage) dari berbagai warna cahaya tersebut dikutip dari kithub.cc. Spesifikasi bisa berbeda tergantung pabrikan pembuat LED. Secara rata-rata tegangan maju minimal dapat dianggap 1,8 volt, dengan nilai maximal untuk amannya senilai 3,3 volt.  Sedangkan tegangan terbalik maximal biasanya 5 volt (reverse voltage). Tegangan maju LED juga sering disebut sebagai LED voltage drop.



Video YouTube di atas memperlihatkan rangkaian LED saat diuji dengan berbagai tingkat tegangan.



Pada video terlihat bahwa satu buah LED dapat dinyalakan dengan satu buah baterai koin CR2032 bertegangan 3 volt.



Dengan baterai kotak 9 volt Eveready, jumlah LED yang menyala dan disusun seri adalah 3 buah. Terlihat pada video dan foto bahwa LED paling kanan tidak disambung ke baterai. Dan LED warna putih yang paling terang.



Dengan menggunakan adaptor 12 volt, maka jumlah LED yang disusun seri adalah 4 buah. Terlihat pada video dan foto bahwa ke empat LED menyala semua. Terbaca pada multitester tegangan suplai sekitar 11,46 volt. Rangkaian seri ini bisa diterapkan untuk lampu led 12 volt untuk motor dan mobil. Karena tegangan sistem kelistrikan kendaraan dapat naik hingga 14,4 volt, maka 5 LED seri akan lebih tahan lama untuk berkompromi dengan kenaikan tegangan itu.


Untuk tegangan 220 volt sebagaimana foto di atas, dibutuhkan jumlah LED sebanyak:

220 / 3 = 73.33 buah

Dibulatkan ke atas agar lebih aman menjadi 74 buah LED, dapat disambung langsung ke 220 VAC tanpa transformator (trafo).

Tapi pada video hanya menggunakan 40 buah LED. Maka harus ada resistor untuk membatasi arus yang disuplai ke LED seri tersebut. Untuk LED berdiameter 5 mm, arus maximal yang dibolehkan adalah sekitar 20 miliampere. Skema di bawah akan membantu menghitung nilai resistor untuk led 220 volt.


Terlihat pada skema di atas, yang digambarkan hanya 2 buah LED seri untuk mewakili 40 buah. Untuk mencari nilai resistor dapat menggunakan rumus:

R = (VT - VL) / i

R = nilai resistor
VT = tegangan total = tegangan suplai
VL = tegangan rangkaian seri LED = jumlah LED dikali tegangan LED/
i = arus LED

Tegangan suplai VT adalah 220 volt.
Tegangan rangkaian serie LED adalah 40 x 3 = 120 volt.
Arus LED adalah 20 mA = 0,020 A maximal

Maka nilai resistor = (220 - 120) / 0,020 = 5.000 ohm = 5 kilo ohm

Tapi pada video digunakan 22 kilo ohm, karena pertimbangan keamanan. Juga karena jika arus terlalu besar, maka cahaya LED terlalu terang sehingga dapat menyilaukan kamera.

Karena rangkaiannya adalah seri, maka arus yang melalui resistor sama dengan arus yang melalui semua LED. Jika menggunakan resistor 22 kilo ohm, maka arusnya:

 i = VR / R = 100 / 22.000 = 0,0045 ampere = 4.5 mili ampere

Maka daya resistor adalah = P = V x i = 100 x 0,0045 = 0,45 watt

Sehingga menggunakan resistor 1 watt sudah cukup aman, tidak kepanasan. Jika nilai resistor dikecilkan agar LED lebih terang, maka daya resistor harus dinaikkan agar tidak kepanasan.



Pada arus bolak-balik, hanya separuh gelombang yang mengalir dan digunakan untuk menyalakan LED. Separuh gelombang lainnya tertahan oleh LED. Itulah sebabnya pada video cahaya LED tampak seperti bergetar saat disuplai oleh jaringan 220 VAC.

PERINGATAN: jangan menyentuh rangkaian saat terhubung dengan jaringan tegangan tinggi.