Indikator LED untuk Tegangan Baterai

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.

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.

Selain untuk memonitor tegangan aki kendaraan, rangkaian juga dapat digunakan untuk indikator untuk rangkaian yang lain.

Gambar rangkaiannya.

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 diatas 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 tinggi pada 15 volt tidak akan menjadi masalah, karena itu berarti bahwa sistem pengisian bertegangan terlalu tinggi. Oleh karena itu perlu beban untuk mengkonsumsi bahwa kelebihan tegangan tersebut.

Tampak foto diatas 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.