LED SÜRÜCÜ
LED driver (led sürücü), güç tüketimi yüksek LED diyotların (Power LED ve COB LED gibi) veya düşük güç tüketmesine karşın birbirine seri bağlanarak oluşturulan LED gruplarının ihtiyaç duyduğu akımı sağlayan güç kaynağıdır.
LED diyotların optimum koşullarda uzun ömürlü olarak çalışabilmesi için ileri yön akımının (I forward) kontrol altına alınması gerekmektedir.
Aşağıdaki şerit led fotoğrafında göründüğü gibi düşük güç tüketen led diyot ve led gruplarının sürülmesinde (led driving) maliyeti düşürmek amacıyla akım sınırlama direnci kullanılır. Sabit voltajla çalışan şerit led, modül led, bar led ürünlerinde benzer bağlantı şemasını görebiliriz.
LED Direnç Hesaplama
LED direnç hesaplamaya gelirsek;
Yukarıda ki fotoğrafta 2835 yeşil şerit led bulunuyor ve yeşil renkli led diyot için Vf değeri 3.2-3.4V arasıdır. (Vf voltajı için kullanacağınız led diyotun katalog verisini (datasheet) kontrol etmeyi unutmayın)
LED diyotların ileri yön gerilimleri (Vf) voltaj düşüşüne sebep olmaktadır. DC 12V sabit voltaj güç kaynağına göre hesap yapılırsa;
12 – 3*Vf ==> 12-3*3.4= 1.8V
3 adet yeşil lede 12V gerilim uyguladığımızda 3*Vf kadar gerilim düşüşüne sebep olur ve geriye 1.8 Volt kalır.
Şimdi Ledlerin üzerinden geçecek akımı kontrol etmek için direnç değerini hesaplayalım.
OHM kanunu formülümüz V=I.R
20mA (mili Amper) akım geçmesi için;
1.8V = 0.02*R ==> R= 90 ohm bulunur. Kullanacağınız direncin 90 ohm dan daha fazla olması gerekir.
Şerit Led örneğinden devam edersek direnç olarak 150 ohm kullanılmış;
Formülde yerine koyarsak
1.8=I*150 ==> I=0.012A LED diyotlar ve direnç üzerinden geçek akım 12 mA olarak hesaplanır.
Direncin Gücünü Hesaplama
3 Adet yeşil led ve 1 adet 150mA direnç ile led grubunu oluşturduk. Peki led grubu bu şekilde sorunsuz olarak çalışır mı?
Fotoğraftaki Led çipleri genel olarak 20-25mA akıma kadar çalışır, 12mA akım geçeceği için kapasitesinin altında çalışıyor ve problem olmayacaktır.
P=V.I güç formülüne göre harcanan toplam güç (3 adet Led ve 1 adet Direnç)
P=12*0.012= 0.144W olarak hesaplanır
LED diyotlar ve direnç üzerinde harcanan gücü ayrı ayrı hesaplarsak;
P=3.4*0.012= 0.0408W ==> 1 adet LED diyotun harcadığı güç bulunur.
3 adet LED diyot 0.1224W güç tüketir.
Vf gerilimlerini düştükten sonra direnç üzerine kalan gerilim 1.8V
P=1.8*0.012 ==> 0.0216W direnç üzerinde harcanan güç bulunur.
Şerit led PCB ‘si üzerinde kullanılan direnç SMD 0805 kılıfıdır ve 1/8W=0.125W max. güç verebilir.
Örneğimizde 0805 kılıf direnci üzerinde 0.0216W güç tüketimi gerçekleştiği için 0.125W üst limitinin oldukça altındadır ve güvenle çalışabilir.
Döviz kurlarındaki artışla beraber, son yıllarda ülkemizde satılan bazı şerit ledlerde maliyet düşürmek için SMD 0603 kılıf dirençle üretiliyor. Bu kılıf 1/10W gücündedir yani 0.1W maksimum güç çekebilirsiniz.
Power Led için direnç hesaplama
Şimdi hesabı 350 mA 1W Power led üzerinden yapalım..
DC 12V besleme voltajı ve 1 Adet 1W yeşil renkli power led kullandığımızı düşünürsek ;
12-3.4=8.6V
12V gerilim 8.6 Volta düşecektir.
V=I.R ==> If ileri yön akım değeri 350 mA değerini geçmemelidir (Pulsed-PWM kullanımı hariçtir) aksi halde uzun süreli kullanımda led diyot zarar görür.
8.6=0.35*R ==> R=24.57 ohm değeri bulunur. Akım sınırlama amacıyla kullanılacak direnç bu değerden fazla olmalıdır.
Güç değerlerini hesaplayacak olursak;
P=V.I ==> P=12*0.35=4.2W Toplam harcanan güçtür. (1 Adet Power Led ve 1 Adet direnç)
İyi güzelde 1W Power ledin ışık vermesi için 4.2W güç harcadık diyen ziyaretçilerimiz olacaktır.
Direnç üzerine kalan gerilim 8.6V ve geçen akım 350 mA olarak düşünürsek;
Dirençte harcanan güç P=8.6*0.35=3.01W yani direnç, küresel ısınmaya kendi çapında destek olmaktadır.
1W Power led tüketim değeri için 3.4V*0.35A=1.19W göz önünde bulunduralım.
COB Led için direnç hesaplama
Hesabı 1050 mA max 10W COB LED üzerinden yapalım
DC 12V ile sürüyoruz ve Vf=11V
12-11=1V
V=I.R ==> If ileri yön akım değeri datasheet’ te 900 mA olarak tavsiye edilmiş. Bu durumda 10W COB ledin gücü P=V.I formülüne göre P=11*0.9A ==> 9.9W olur.
1=0.9*R ==> R=1.11 ohm değeri bulunur ve akım sınırlama amacıyla kullanmak için daha yüksek değerde direnç seçilmelidir.
Güç değerlerini hesaplayacak olursak;
P=V.I ==> P=12*0.9=10.8W Toplam harcanan güçtür. (10W COB LED ve Direnç)
Direnç üzerine kalan gerilim 1V ve geçen akım 0.9A olduğu için;
Dirençte harcanan güç P=1*0.9=0.9W olur
Buraya kadar okuyan ziyaretçi kaldıysa öncelikle tebrik etmek istiyorum çünkü işin biraz teknik tarafını göstermek istedim 🙂
Neden LED Driver Kullanmalıyız
Örnekler çoğaltılabilir.. Vf ileri yön gerilim düşümü gerçekleştikten sonra, akımı direnç üzerinden kontrol etmek istediğimizde direnç üzerinde harcanan – kaybolan güç, verimsizliğe sebep olmaktadır. Bununla beraber ısınan direnç elemanı, LED diyotların çalışma karakteristiği için hayati derecede önemli olan ortam sıcaklığı (Ta – Ambient Temperature) değişkeni üzerinde olumsuz sonuçlara sebep olmaktadır.
Bu durumu telafi etmek için daha büyük soğutucular kullanılabilir veya aktif soğutma sistemleri tercih edilebilir. Fakat bu senaryoda ürün maliyetine fazladan yük bindirecektir.
LED aydınlatma üreticileri bu soruna çözüm olarak sabit akım led sürücüleri geliştirmişlerdir.
LED Driver hedeflediği akım değerine ulaşana kadar belli bir voltaj aralığında tarama yapan güç kaynağıdır.
(+) uçtan (-) uca geçen akım sürekli olarak izlenmekte ve akım düştüğü zaman gerilim yükseltilerek, akım fazla yükseldiği zaman gerilimi düşürerek hedeflediği akım değerinde sabit olarak kalmaya çalışır.
Aşağıdaki led driver fotoğrafında;
A harfi ile gösterilen AC Çalışma Gerilimidir. B harfi DC çıkış tarama voltajı aralığıdır.
C harfi ile gösterilen değerler LED driver’ ın çalışabileceği sıcaklık parametreleridir.
Ta – Ambient Temperature : Ortam Sıcaklığı, Tc – Case Temperature : Kılıf Sıcaklığı
D harfi ile gösterilen koruma sınıfıdır. Fotoğraftaki led driver IP65 su geçirmezlik özelliğiyle Wallwasher gibi dış mekanda çalışan ve su sıçrama ihtimali olan aydınlatma ürünlerinde kullanıma uygundur.
E harfi ile gösterilen 12-18W, led driver’ ın verebileceği gücü belirtmektedir.
F harfi ile gösterilen değer sabit akım led driver’ ın hedeflediği akım değeridir.
Fotoğraftaki led driver, 36V gerilimden başlayarak 62V değerine kadar, 300mA akımı kontrol ederek (current sense) gerilimi yükseltir. Çıkış gerilimini arttırıp azaltarak led diyotun If (Forward Current) değerini 300mA değerinde sabit tutar.
n>=88% led driver’ ın verimlilik (efficiency) değeridir. 1W power led yakmak için 4.2W güç harcağımız ve yaklaşık %24 verimle çalışan örneği hatırladınız mı?
Bazı LED Driver ürünlerinde 12-18x1W yada 12-18x3W benzeri ifadeler bulunur fakat açık olarak akım değeri yazmaz.
Burada 1W ile belirtilmek istenen, led driver çıkış akımının 300mA-350mA , 3W yazan üründe çıkış akımı 600mA-700mA olduğudur.
Ürünleri kullanmadan önce mutlaka üreticiye ait datasheet verilerini incelemenizi öneririm.
*LED Diyotlara ait datasheet linkleri :
http://www.farnell.com/datasheets/1636581.pdf
http://www.kosmodrom.com.ua/pdf/ARPL-10W.pdf
