Kenapa Tegangan Bisa Turun Saat Rangkaian Dihidupkan?

Dalam dunia elektronika dan kelistrikan, penurunan tegangan saat rangkaian dihidupkan adalah fenomena yang sering terjadi. Masalah ini dapat menyebabkan gangguan pada kinerja perangkat, bahkan merusak komponen elektronik jika tidak ditangani dengan baik. Lalu, mengapa tegangan bisa turun saat rangkaian dihidupkan? 

 

Apa itu Penurunan Tegangan?

 

Penurunan tegangan (voltage drop) adalah berkurangnya nilai tegangan listrik saat melewati suatu komponen atau kabel dalam rangkaian. Hal ini terjadi karena adanya resistansi (hambatan) dalam konduktor dan komponen elektronik. Ketika arus listrik mengalir, sebagian energi listrik diubah menjadi panas, sehingga tegangan yang sampai ke beban lebih rendah daripada tegangan sumber.  

Penurunan tegangan yang signifikan saat rangkaian dihidupkan biasanya disebabkan oleh lonjakan arus (inrush current), resistansi internal sumber daya, atau desain rangkaian yang kurang optimal.  

 

Penyebab Tegangan Turun Saat Rangkaian Dihidupkan

 

1. Inrush Current (Lonjakan Arus Awal)

Saat rangkaian dihidupkan, komponen seperti kapasitor, motor, atau trafo membutuhkan arus yang sangat tinggi untuk mencapai kondisi operasional. Fenomena ini disebut inrush current atau arus masuk awal.  

- Kapasitor: Saat pertama kali dialiri listrik, kapasitor bersifat hampir seperti jalur pendek, sehingga menyedot arus yang sangat besar sampai muatan penuh tercapai.

- Motor Listrik: Motor memerlukan torsi tinggi saat start-up, sehingga menarik arus 5-10 kali lebih besar dari arus nominal.  

- Trafo & Induktor: Komponen induktif menghasilkan medan magnet saat dihidupkan, menyebabkan lonjakan arus sementara.  

- Lonjakan arus ini menyebabkan penurunan tegangan sementara karena sumber daya tidak mampu menyediakan arus yang cukup secara instan.  

2. Resistansi pada Kabel dan Sambungan

Setiap kabel dan sambungan memiliki resistansi internal. Penurunan tegangan akan semakin besar jika arus yang mengalir dan hambatan dalam jalur juga besar, sesuai prinsip dasar hukum Ohm.

- Kabel Panjang & Tipis: Kabel dengan panjang berlebih atau diameter kecil memiliki resistansi tinggi, sehingga menyebabkan voltage drop lebih besar.  

- Sambungan Rusak atau Kotor: Kontak yang longgar, berkarat, atau teroksidasi meningkatkan resistansi, memperparah penurunan tegangan.  

3. Kapasitas Sumber Daya Tidak Mencukupi

Jika sumber daya (power supply, baterai, atau generator) tidak memiliki kapasitas yang memadai, tegangan akan turun saat beban besar dihidupkan.  

- Power Supply Lemah: Power supply dengan kapasitas arus yang terbatas tidak mampu mendeteksi lonjakan arus awal ketika perangkat pertama kali dinyalakan.

- Baterai Tua atau Rusak: Baterai yang sudah usang biasanya memiliki resistansi internal tinggi, sehingga saat dibebani, tegangan output-nya langsung menurun drastis.

- Generator Kekurangan Daya: Generator yang kelebihan beban akan mengalami penurunan tegangan karena tidak mampu menyuplai arus yang dibutuhkan.  

4. Efek Beban Induktif dan Kapasitif

Komponen induktif (motor, trafo) dan kapasitif (kapasitor) memengaruhi tegangan saat dihidupkan karena sifat reaktansi mereka.  

- Beban Induktif: Menyebabkan arus tertinggal dari tegangan (lagging power factor), menciptakan penurunan tegangan sementara.  

- Beban Kapasitif: Menyebabkan arus mendahului tegangan (leading power factor), memengaruhi kestabilan tegangan.  

5. Voltage Sag (Penurunan Tegangan Jaringan Listrik)

Pada sistem kelistrikan AC, voltage sag adalah penurunan tegangan sementara karena:  

- Start-up Peralatan Besar: Peralatan seperti AC, kompresor, atau mesin industri cenderung menarik arus sangat tinggi ketika pertama kali dinyalakan, yang menyebabkan tegangan turun sesaat.

- Gangguan Jaringan: Hubung singkat atau perubahan beban di jaringan listrik menyebabkan tegangan turun.  

6. Desain Rangkaian yang Kurang Optimal

- Tata Letak PCB Buruk: Jalur tembaga yang terlalu panjang atau tipis meningkatkan resistansi.  

- Komponen Tidak Sesuai: Memasang komponen dengan spesifikasi arus atau tegangan yang tidak tepat dapat memperparah penurunan tegangan yang terjadi di rangkaian.

 

Baca juga : Pengertian Load dan Source dalam Sistem Elektronika 

 

Dampak Penurunan Tegangan Saat Rangkaian Dihidupkan

 

1. Perangkat Tidak Menyala atau Gagal Start

    - Saat tegangan terlalu rendah, mikrokontroler atau IC logika tidak bisa booting.

    - Modul sensor, relay, atau layar LCD mungkin tidak aktif atau hanya berkedip. 

    - Perangkat seperti motor, kipas, atau amplifier gagal start karena butuh arus awal tinggi. 

    - Solusi: Gunakan power supply dengan arus yang cukup, dan tambahkan kapasitor besar di input untuk menahan lonjakan arus sesaat. 

2. Komponen Panas Berlebih karena Arus Tinggi

    - Tegangan turun → sistem mencoba kompensasi → arus meningkat.

    - Arus besar ini membuat regulator, transistor, atau jalur PCB menjadi panas.

    - Jika terus berlanjut, dapat menyebabkan overheating atau kerusakan permanen.

    - Solusi: Pastikan jalur PCB cukup lebar, dan gunakan komponen dengan rating daya lebih tinggi.

3. Kerusakan pada IC dan Komponen Sensitif

    - Beberapa IC (seperti mikrokontroler atau sensor analog) sensitif terhadap tegangan tidak stabil.

    - Tegangan rendah bisa menyebabkan logika digital salah baca → program error atau tidak stabil.

    - Repetisi tegangan naik turun bisa menyebabkan kerusakan pada EEPROM atau flash memory.

    - Solusi: Tambahkan kapasitor bypass atau decoupling 0.1µF dan 10µF di dekat kaki IC.

4. Performa Motor Listrik Menurun

    - Tegangan drop → torsi motor turun → tidak kuat menggerakkan beban.

    - Motor bisa tersendat atau berhenti di tengah jalan, bahkan terbakar jika terus dipaksa.

    - Pada motor DC, tegangan rendah bisa membuat putaran lemah dan tidak stabil.

    - Solusi: Gunakan motor driver dengan proteksi undervoltage dan pastikan power supply kuat untuk beban dinamis. 

5. Instabilitas Sistem Elektronik

    - Rangkaian bisa reset sendiri (brown-out reset) karena tegangan turun di bawah batas minimum mikrokontroler.

    - Modul Wi-Fi seperti ESP822 atau ESP32 sangat rentan terhadap penurunan tegangan saat start-up, yang dapat menyebabkan koneksi terputus atau gagal melakukan booting.

    - Sistem berbasis komunikasi serial (UART, I2C, SPI) bisa mengirimkan data yang salah.

    - Solusi: Tambahkan voltage supervisor (seperti MCP100, TL431) atau gunakan LD0 dengan proteksi brown-out.  

 

Cara Mengatasi Penurunan Tegangan Saat Rangkaian Dihidupkan

 

1. Gunakan Soft Starter atau Inrush Current Limiter  

Tujuan utamanya adalah mengendalikan lonjakan arus sesaat (inrush current) saat pertama kali rangkaian diaktifkan. 

- NTC Thermistor

    - Bersifat resistif tinggi saat dingin, sehingga membatasi arus awal.

    - Setelah beberapa detik, suhunya naik → resistansi menurun → arus normal mengalir.

    - Sangat cocok untuk diaplikasikan pada peralatan listrik rumah tangga, motor, dan power supply karena karakteristik daya awalnya yang besar.

- Soft Starter Elektronik

    - Mengatur kenaikan tegangan secara bertahap menggunakan rangkaian kontrol.

    - Sangat efektif untuk motor listrik berdaya besar agar tidak menyebabkan drop pada jaringan listrik. 

2. Perbaiki Kualitas Kabel dan Sambungan

Tujuannya adalah untuk mengurangi resistansi dan potensi koneksi longgar yang memperparah voltage drop.  

- Untuk mencegah penurunan tegangan, gunakan kabel dengan ukuran lebih besar (misalnya dari AWG 18 ke AWG 14) agar arus bisa mengalir dengan lebih efisien.

- Pastikan sambungan menggunakan konektor logam yang kuat, bukan hanya lilitan manual. 

- Terminal yang kotor, berkarat, atau teroksidasi bisa meningkatkan resistansi, sehingga perlu dibersihkan untuk memastikan sambungan listrik tetap optimal.

3. Tingkatkan Kapasitas Sumber Daya

Tujuannya adalah untuk menjamin bahwa arus yang dibutuhkan saat start-up tersedia dengan cukup.

- Gunakan power supply dengan rating arus minimal 30% di atas total kebutuhan beban.

- Tambahkan kapasitor elektrolit berukuran besar (1000µF–4700µF) dekat input rangkaian untuk menyediakan "cadangan arus sesaat".

- Gunakan kapasitor dengan nilai ESR rendah untuk membantu mempercepat pengisian daya awal dan mengurangi kemungkinan delay atau drop tegangan saat sistem mulai aktif.

4. Gunakan Voltage Regulator atau UPS

    - Untuk menstabilkan tegangan output agar tidak drop meskipun input berubah-ubah.

    - Voltage regulator (seperti LM7805, LM317, atau buck converter DC-DC) akan menjaga output agar tetap stabil meskipun input sedikit naik/turun.

    - UPS (Uninterruptible Power Supply) cocok untuk sistem yang tidak boleh mati mendadak, seperti komputer, server, atau alat medis.

    - Stabilizer otomatis bisa digunakan untuk alat rumah tangga yang peka terhadap drop tegangan.

5. Optimalkan Desain Rangkaian

    - Untuk mengurangi kerugian tegangan akibat desain fisik yang buruk.

    - Gunakan jalur PCB pendek dan lebar, terutama untuk jalur power dan ground (gunakan ground plane jika perlu).

- Hindari penggunaan traces kecil untuk jalur arus tinggi, karena resistansi per cm-nya akan signifikan. 

- Gunakan komponen dengan rating tegangan dan arus di atas kebutuhan aktual (ada margin keamanan).

 

Baca juga : Apa yang Terjadi Jika Polaritas Komponen Elektronika Terbalik?

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!