LED teknolojileri ve LED sürücüleri nedir, nasıl çalışır ve seçilir

  • Paylaş

LED (Light Emitting Diode), açılımı “Işık Yayan Diyot” anlamına gelmekte olup yarı-iletken bir ışık kaynağıdır. Gerilim uygulanarak elektronları harekete geçirilir ve LED ışın yaymaya başlar.

Çalışma Prensibi

LED’ler ortalama olarak 10 mA ve 1.5 V değerinden itibaren iletime geçerek ışık yaymaya başlarlar. Işık yayan diyotların yayım gücü zamanla orantılı olarak düşer. Yayım gücü normal gücün yarısına düştüğünde, diyot ekonomik olarak ömrünü tamamlamış demektir. Bir LED’in ortalama ömrü 100000 saattir.

LED’in yaydığı ışık şiddeti içinden geçen akım ile doğru orantılı olarak artar. Ancak bu artış akımın belli bir değerine kadar doğrusaldır, daha sonra bükülür. Eğer diyota verilen akım eşik değeri adı verilen doğrusallığın bozulduğu noktayı aşarsa, diyot aşırı ısınarak bozulur.
LED Seçim Kriterleri

LED aydınlatma sistemlerinin seçiminde 6 faktör göz önünde bulundurulmalıdır.

  • LED Dizini ve Kılıf (Bind)
  • Renksel Geriverim İndeksi
  • Renk Sıcaklığı
  • Soğutma Sistemi
  • Işık Yayılım Açısı
  • Işık Akısı Çıkışı (Etkinlik Faktörü)

LED Dizini ve Kılıf

LED Dizini, LED seçiminin en önemli parçasıdır ve optik dizilim kadar, renk ve ışık çıkışını da belirleyen bir işlemdir. Bir kısım çip tekil bir devre iken bir kısmı “Bind” adı verilen bir kılıf içindeki bir gurubun parçası olabilir. Tekil devrelerin her birinin sürümü, rengi ve parlaklığı farklı olabilir, “Bind” içindeki LED’ler aynı sürücüden beslenir ve tamamen aynı şekilde davranır.

LED çipler silikon bir devreye yerleştirilirler ve bir devrede binlerce LED çip bulunabilir. Led çiplerin yer aldığı silikon devrelere PCB (Printed Circuit Board, “Baskılı Devre”) denir. Farklı dizinler ve “Bind” kalıplarıyla amaca uygun LED aydınlatma sistemleri oluşturulur.

Renksel Geriverim İndeksi

Işık kaynaklarının aydınlattıkları cisimlerin renklerini gösterebilme başarısı, “CRI” yani “Renksel Geriverim İndeksi” ile ya da diğer adıyla, “Ra” yani “Renk Ayırım Endeksi” ile belirlenir. CRI’nın teorik olarak en büyük değeri 100’dür. Işık kaynakları renk ayırım endeksleri 50-70 arasında ise orta, 70-90 arasında ise iyi, 90-100 arasında ise mükemmel renk ayırım endeksli kaynaklar olarak sınıflandırılır. Lambaların renk ayırım endeksleriyle etkinlik faktörleri birbirleriyle ters orantılıdır.

Soğutma Sistemi

Optimal ısı dağılımı LED performansının kalitesinin anahtarıdır. Isı dağılımının kötü olması verim kaybına, ömrün kısalmasına ve renk geçişinin bozulmasına neden 125 0C’ de arızaya geçer, bu nedenle bağlantı noktasının sıcaklığını olabildiğince 125 0C’yi geçmemesine çalışılır. Sıcaklık için 4 temel elemanın göz önünde bulundurulması gerekir; ortam sıcaklığı, soğutucu malzemesi, sürücü akımı, “Bind” ya da LED’lerin diziliş şekli.

Isının uzaklaştırılması için aktif soğutma ve pasif soğutma olmak üzere iki tip soğutma sistemi vardır. Aktif soğutmada bir fan sistemi vardır ve ekstra bir güç harcanır. Pasif soğutma genelde bir metal çekirdek ile yapılır.

Işık Yayılım Açısı

Işık akısı 1800 civarında yayılır, merceklerle bu ışık istenen aralıkta sınırlanır. Işık yayılım açısı LED’den çıkan ışığın %50’sinin bulunduğu açı olarak tarif edilir. Aydınlatacağımız yerin özelliğine göre uygun açıyı seçmeliyiz.

Işık Akısı Çıkışı (Etkinlik Faktörü)

Etkinlik Faktörü, watt başına lümen olarak lamba verimliliğini ifade eder. LED’lerin üzerinden akan akım sabit olmasına rağmen diyotların karakteristik özelliklerinden dolayı artan ortam sıcaklığı ile etkinlik faktörleri düşer. Bu düşüş LED’lerin yapıldığı malzeme türüne göre her bir derece için %0,3 ila %0,7 arasında değişiklik gösterebilmektedir.

LED’ler akkor telli lambalara göre düşük enerji tüketimi, daha uzun ömür, sağlamlık, daha küçük boyutlar, hızlı anahtarlama, daha yüksek dayanıklılık ve güvenilirlik gibi avantajlara sahiptir. Aynı ışık çıkışını veren kompakt flüoresan lambaya göre ise daha kararlı akım ve ısı yönetimine ihtiyaç duyarlar.

LED Sürücüleri

LED’lerin kullanımı yaygınlaştıkça LED sisteminin bir bileşeni olan LED sürücüler de daha fazla önem kazanmaya başladı.

LED’ler optimal çalışma akımı veya sabit bir DC gerilim gerektiren düşük voltajlı ışık kaynaklarıdır. Aydınlatma için kullanılan LED’lerin her biri 2-4 V, DC gerilim ve birkaç yüz mA akım gerektirir, ancak seri bağlandıklarından yüksek gerilim ihtiyacı doğar. Buna ek olarak çalışma sırasında ışık kaynağı hat gerilim dalgalanmalarına karşı korunmalıdır. Gerilimdeki değişimler akımda orantısız bir değişime yol açabilir ki, bu durum ışık çıkışını değiştirir. LED’in ışık çıkışı akım ile orantılıdır ve belirli bir akım aralığı için tanımlanmıştır. Eğer akım üreticinin tavsiye ettiği aralığı aşarsa, LED’lerin parıltısı artabilir ancak ışık çıkışları cihaz içindeki ısı yükselmeleri nedeniyle hızla düşebilir ve LED’lerin daha kısa ömürlü olmalarına neden olur. LED’lerin ömrü ışık çıkışının %30 oranında azaldığı nokta olarak tanımlanır.
LED sürücüsü flüoresan ve HID sistemlerindeki balast gibidir. LED’ler AC gerilimi DC gerilime çevirecek ve çalışma boyunca LED üzerinden akacak akımı regüle edecek bir cihaza gerek duyar. Sürücü 220 V 50 Hz AC gerilimi düşük voltajlı DC gerilime dönüştürürken, LED’leri de hat dalgalanmalarından korur.

LED sürücüleri genellikle 10 V, 12V ve 24 V gibi sabit gerilim tiplerindedir. Bazı sürücüler özel olarak tasarlanır ve sadece belirli bir grup LED dizisini çalıştırır. Sürücüler genellikle kompakttırlar ve yüksek verimle çalışırlar. Güç kaynağının uzaktan kumanda edilmesi özelliğine sahiptir ve güvenli bir çalışma için Sınıf 2 yalıtımındadır.

Akım sınırlayıcı olarak Direnç kullanımı

Bazı uygulamalarda akım-sınırlayıcı devreler örneğin dirençler sabit-akımlı devrelere göre daha ucuz alternatifler olarak sunulabilir. Ancak bunun birçok sakıncası vardır. Öncelikle dirençler ısı dolayısıyla kaçak enerji üretir. Dirençler tarafından üretilen ısının dağıtılması gerekir. Buna ek olarak yalnız dirençlerle yapılan korumalarda besleme gerilimindeki ışık çıkışını dengeleyecek ve LED’lerin yüksek gerilimden zarar görmesine engel olacak bir koruma yoktur. Bu nedenle kalıcı uygulamalarda tavsiye edilmez. Gerilimdeki çok az bir değişiklik akımda orantısız büyük bir değişikliğe neden olur.

Ek olarak istenen ışık çıkışını elde etmek uygulama gerilimi LED boyutuna, malzemesine ve sıcaklığa bağlı olarak değişir. LED sıcaklığı arttığında gerilim düşer ve akım artar (Şekil 23) Akımın artması jonksiyonda ek ısınmaya neden olur. Eğer akım sınırlanmazsa jonksiyon ısı nedeniyle bozulur. Bu olaya termal kaçak denir. LED ışık kaynaklarının regüle edilmiş bir sabit akımlı güç kaynağı ile sürülmesi ile gerilim değişimleri ve bu değişimlerden kaynaklanan ışık çıkışı varyasyonu ve ömrün kısalması gibi sorunlar ortadan kaldırılabilir. Bu nedenle sabit akımlı sürücüler LED aydınlatma sistemlerinin güç kaynağı olarak tavsiye edilir.

Jonksiyon nedir?

Diyotta p ve n tipi malzemeler arasında düzlemsel metalürjik kontak da denen jonksiyon (eklem) vardır. Transistörlerde emiter-base-collector üçlemelerinin arasındaki ayırıcı eklem bölgesidir.

Işık Çıkışı

LED ışık kaynaklarının ışık çıkışı sürücü akımının artması ile artar. Fakat verim bundan etkilenir. Şekil 24 bu ilişkiyi göstermektedir. Normal olarak LED lambaların veri yapraklarında belirtilen bir akım değeri vardır. Bu akım değeri diğer teknik bilgiler için bir referans noktasıdır. Önerilenden daha yüksek sürücü akımı aşırı akıma ve düşük lümene neden olur.

Sıcaklık Artışı Etkisi

Bir LED’in performans karakteristikleri 25 0C çalışma sıcaklığında verilir. Ancak LED’ler genellikle 25 0C’nin üzerinde çalıştığından bu değer yalnızca bir referans değer olarak alınır. LED kaynağın ışık çıkışı LED jonksiyonunun sıcaklığının artmasına bağlı olarak azalır. Ortam sıcaklığı da LED’lerin ışık çıkış üzerinde etkilidir.

Loşlaştırma ve Renk Değiştirme Özelliği

Sürücüler ışığı loşlaştırma rengini değiştirme ve sırayla yakma gibi özelliklere sahiptir. LED’ler kontrol devrelerine kolaylıkla eklenebilir. Pek çok sürücü 0-10 V arası kontrol devreleri, doluluk sensörleri, mimari ve dramatik aydınlatma kontrolleri, yapı ve aydınlatma otomasyonu gibi sistemlerle donatılmışlardır.

Sürücüler renk değiştirmek veya sekans sağlamak için de kullanılır. Bu bir dizi renkli LED düzeneğindeki bazı renklerin loşlaştırılmasıyla olur. Bir diğer yöntemde sürücü bir renk sekanslayıcı ile birlikte çalışır, 10 V veya 24 V çıkışlı LED çıkışı alır, üç kaynaklı çıkışa genellikle kırmızı mavi ve yeşil ki çok geniş bir renk aralığında karıştırılabilir.

LED Sürücü Seçiminde Dikkat Edilmesi Gereken Konular

LED Aydınlatma Sistemlerinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri sürücünün aşırı yüklenmesidir. Sürücünün tasarlandığı değerlerden çok daha fazla sayıda LED grubunun seri bağlanması halinde, zincirin son gruplarında önemli ölçüde gerilim düşmesi olmasıdır.
Bir diğer önemli sorun da yanlış sürücü gerilimi nedeniyle olan problemdir. Yanlış sürücü gerilimi uygulandığında LED ya hiç çalışmaz ya da tasarlandığından daha yüksek akım düzeylerinde çalışır. Uygulamacının sürücü gerilimi ile yük gerilimini karşılaştırması gerekir. Örneğin 10 V yük değerindeki bir LED devrenin 12 V sürücü ile beslenmesi halinde LED ömrü fark edilir oranda azalacaktır.

LED sürücülerin özelliklerinden biri DC çıkış geriliminin kalitesidir. Sürücüler aşırı gerilme olmadan LED’lerin en yüksek ışık çıkışını sağlayacak sabit bir DC akımını muhafaza edecek şekilde çalışabilmelidir. Ek olarak bağlantıdaki güç kayıpları ve gerilim düşmeleri de önemlidir.
Son olarak da ortam sıcaklığına dikkat edilmelidir. Sürücülerin çoğu zaten kapalı ve kuru bir yerde bulunurken açık havada yer alan sürücülerin koruyucu bir kutu içinde olması gerekir. Yanlış olarak LED’lerin az ya da hiç ısı üretmediğine inanılır. Isı yükünün dışarı atılmasına izin veren montaj elemanları ve havalandırma şartlarına dikkat edilmelidir.

Lambaların ömür ve verimlilik karşılaştırması

Bu içeriğe ekleyebileceğiniz bir görüşünüz var mı? İsterseniz, yorumlar kısmına ekleyebilirsiniz.

Yorumlar

Yorumunuzu yazdıktan sonra, "Ben robot değilim" onay kutusuna tıklamanız gerekmektedir, ardından "Gönder" düğmesine tıklayabilirsiniz. Yorumlar, incelenip onaylandıktan sonra yayınlanmaktadır.