Led Kartı Tasarımı

Hepinize merhaba,ben Anıl bu makalede tüm tasarım adımlarından geçerek. LED ampuller için kendi sürücü devremizi tasarlamak için farklı formüller kullanacağız. Çok temellerle başlayacağız, böylece; sonunda her türlü LED ampul için bir sürücü devresi tasarlayabilirsiniz.

LED Nedir?

Konuya girmeden önce  çoğu devrede göreceğiniz LED’in ne olduğunu ve nasıl çalıştığını öğrenmekle başlamakta fayda var.”Light Emitting Diode” kelimelerinin kısaltması olarak kullanılan LED, yarı-iletken, diyot temelli, ışık yayan bir elektronik devre elemanıdır.

led1

NASIL ÇALIŞIR ?

LED’in de diğer diyotlar gibi yapısında p-tipi ve n-tipi olmak üzere iki farklı çeşit yarı-iletken madde bulunur. P-tipi yarı-iletkende pozitif yük taşıyıcılar, n-tipi yarı-iletkende ise negatif yük taşıyıcılar bulunur. Bu sayede, diyot üzerinden yalnızca anottan katot yönünde elektrik akımı geçişi mümkündür.

 LED’de ise yine aynı durum geçerlidir. Standart diyotlardan farklı olmak üzere LED’lerde, p ve n tipi yarı-iletkenlerin birleştiği noktadaki elektron alış-verişi, ışık oluşmasına sebep olur. Bu olaya elektroluminesans adı verilmektedir.

İlk olarak hepimizin bildiği bir 3V led ile başlayacağım, bu tür  LED’leri Elektronik cihazların neredeyse % 90’ında bulacaksınız, önce bu LED’i kontrol etmekle başlayacağız.

Diyelim ki 5V ve 500mA güç kaynağımız var ve bu 3V ledi çalıştırmak istiyoruz. Sürücü devresi tasarımı için LED elektriksel özellikleri hakkında bilgi sahibi olmalısınız. Kullanacağım LED tipi 3V ve 10mA.

Besleme gerilimi = Vin = 5V

Vled = 3V

Iled = 10mA

Yukarıdaki verilerden, besleme voltajının LED voltajından daha yüksek olduğunu göreceksiniz. Bu LED’i 5V güç kaynağına doğrudan bağlarsanız, 3V LED’e tamamen zarar verir.

led9

Bu LED’i güvenli bir şekilde çalıştırmak için, aşırı gerilimi bir direnç boyunca düşürmemiz gerekecek. Direnç değerini ohm’un V = I.R yasasını kullanarak bulabiliriz.

R = V / I

Sadece led voltajını giriş besleme voltajından çıkarır ve ardından LED akımına böleriz.

R = (5 – 3) / 10mA

R = 2 / 10mA

R = 2000/10

R = 200 ohm

led2

Bu nedenle, bu LED’i hasardan korumak ve bu led’i 5v DC güç kaynağında güvenle çalıştırmak için 3V LED ile seri olarak 200 ohm’luk bir direnç bağlamamız gerekecek. Pratikte, LED’in güvenli kalmasını sağlayan büyük bir değer direnci kullanırız. O yüzden bu devrede 330 ohm direnç kullanmakta fayda var. Böylece son devre;

led3

Şimdi bunu başka bir düzeye taşıyalım. Aynı LED’i 220Vac güç kaynağı kullanarak kontrol edersek ne olur?

Giriş Besleme gerilimi = Vin = 220 Vac

AC besleme frekansı = 50 Hz

Vled = 3V

Iled = 10mA

Bu kez giriş besleme voltajı LED voltajından çok daha fazladır.Bunun yol açtığı hasarı korumak için; 220Vac’i 3 volta dönüştürmek zorundayız.

Aşırı voltajı düşürmek için kullanabileceğimiz bir direncin değerini bulalım;

Bildiğiniz gibi V = I.R

R = (220-3) / 10mA

Bunu çözdükten sonra,

R = 21.7K ohm.

Şimdi direnç watt değerini bulalım, bu daha önemlidir, çünkü daha fazla akım direnci aşırı ısıtabilir, bu da LED’in kalıcı hasar görmesine neden olabilir. Bir formülümüz var:

P = V.I

P = 217 x 10mA

P = 2170/1000

P = 2.170 Watt

2,170 watt harcayabilen 21,7K direnç değerine ihtiyacımız olacak. En yakın 2.5 Watt değerini seçebiliriz.

led4

Bu direnci kullanmak yerine, polar olmayan bir kondansatör de kullanabiliriz. Polar olmayan kapasitörün değeri aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir.

C = 1 / (6,28 x F x R)

6.28 sabittir

F = frekans = 50 Hz

R = 21,7 K ohm

Bu değerleri yukarıdaki formüle koyalım.

C = 1 / (6,28 x 50 x 21,7 K)

C = 146nF

Aşağıdaki tabloya bakarsanız, en yakın değerin 150nF olduğunu göreceksiniz. Yani 150nF kullanabiliriz.

kondansatör tablo

Listede görebileceğiniz gibi 150nF’nin kodu 154’tür. Böylece devre  böyle olacaktır.

led5

Gücü KAPALI konuma getirirseniz, kapasitör şarjlı kalır ve kapasitöre dokunduğunuzda elektrik çarpmasına neden olur. Böylece kapasitörü deşarj etmek için kapasitöre paralel olarak büyük bir değer direnci bağlarız. Bu tür devrelerde genellikle 1Mega ohm kullanıyorum. Böylece  devre bu şekilde olacak;

led6

Bu LED’i doğrudan AC voltajında ​​çalıştırmak, led ömrünü azaltacaktır. Dayanıklı hale getirmek için, AC’yi  DC voltajına dönüştürmek için bir köprü doğrultucu bağlayabiliriz.

led8

Fakat bir sorunumuz var bu devre titreşimli DC verir, düzgün bir DC gerilimi elde etmek için bir elektrolit kapasitör kullanmamız gerekir. 100uf 50V elektrolit kapasitör seçeceğim, örneğin 10uf 25V gibi herhangi bir kapasitör kullanabilirsiniz. Bu kapasitör, + ve – bacaklardaki köprü doğrultucunun çıkış tarafına bağlanmalıdır. Şimdi, bu LED 220Vac’de mükemmel şekilde çalışacağından şüpheniz olmasın.

led7

Şimdi gerçekten ilgilenmemiz gereken son şey aşırı gerilim koruması. Voltaj 220Vac üzerine çıkarsa ne olur?

Gerilimin 240Vac veya daha yüksek bir değere yükseltildiğini varsayalım, bu olursa LED’e ve sürücü devresine zarar verir. Tüm devreyi aşırı voltajlardan korumak için bir MOV (Metal Oksit Varistör) ekleyebiliriz. Varistör, voltaja bağlı bir dirençtir. Elektrik direnci, uygulanan voltajdaki artışla azalır. LED ve sürücü devremizi yüksek geçici voltajlardan korumak istediğimiz için tam olarak ihtiyacımız olan şey budur.

Soru, bir MOV’un voltaj aralığını nasıl bildiğimizdir? Bu çok basit. Örneğin, aşağıdaki üç tür gibi belirli parça numaraları MOV’lara yazdırılır.

471KD07

07D511K

561KD07

mov1

MOV bilgileri parça numarasındadır.

MOV 471KD07’de,

K =% 10

L =% 15 ve

M =% 20

Yani, 471KD07 MOV’un% 10 toleransı vardır.

471KD07 MOV içindeki D harfi, bu MOV’un tip diskte olduğunu gösterir, S harfini görürseniz, MOV tip karede olduğu anlamına gelir.

07 mm cinsinden boyutu temsil eder. 471KD07 MOV 7 mm’dir.

471 numaralı üç rakam, voltajı temsil eder. Son 1 sayısı sıfır sayısını temsil eder. Yani bu maksimum voltaj aralığı olan 470 Volt’tur.

471KD07 MOV için gideceğim. 470 Volt ile karıştırmayın. Bu MOV, endüktif anahtarlama geçişleri tarafından üretilenler gibi voltaj dalgalanmalarına ve ani yükselmelere karşı tipik elektronik cihazlarda 220V AC hat koruması için uygundur.

MOV’un 470V dediğini düşünüyor olabilirsiniz, peki 220V uygulamaları için nasıl uygundur?

AC şebeke voltajı 220V RMS’yi açıklayayım . Yani tepe voltajı 308V = 220V x 1.4 (VPeak = VRMS × √2)

Bu MOV 7D471K 300V AC RMS derecelendirmesine sahiptir. Bu nedenle 220V AC şebeke uygulamaları için uygundur. Son devre şöyle  olacak;

led10

Şimdiye kadar tüm tasarım adımlarını ele aldık. Şimdi DC 12V LED Ampul 160mA kartı için tasarım yapacağız

led11

Şimdi 220Vac’de bu DC 12V LED Ampulü çalıştırabilmemiz için kendi sürücü devresini tasarlayacağız. Aynı tasarım adımlarından geçeceğiz.

Vin = 220Vac

Vled = 12V

Iled = 160mA

Gördüğünüz gibi giriş besleme voltajı LED voltajından daha yüksek. Böylece her zamanki gibi, aşırı voltajı direnç boyunca düşüreceğiz. Bildiğiniz gibi V = I.R

R = (220-12) / 160ma

R = (208 x 1000) / 160

R = 3466 ohm

R = 3.466 K ohm

Bu LED ampulün çok fazla akıma ihtiyacı olduğundan, direncin bu kadar gücü dağıtıp dağıtamayacağını öğrenmek için direnç watt değerini bulmamız gerekecek.

Bildiğimiz gibi

P = V.I

P = 208 X 160ma

P = 33,28 watt.

Böyle yüksek bir watt olunca direnç kullanmak pek pratik görünmüyor. Bu nedenle, direnci kullanmak yerine, bu kadar akımı kolayca idare edebilen polar olmayan bir kapasitör kullanabiliriz. Kapasitörün değerini bulmak için yukarıda kullandığımız formülün aynısını kullanacağız.

C1 = I / (6,28 x F x Rc1)

6.28 sabittir.

F = 50Hz

Rc1 hesapladığımız direnç = 3.466 K ohm

C1 = 1 / (6,28 x 50 x 3466)

C1 = 1/1088324

C1 = .0000009188

C1 = 918.8nf

En yakın 1000nf yukarıdaki listede bulabilirsiniz. 1000nf kodu 105’tir. Yani  devre böyle olacak.

led12

Bu devreyi yukarıdaki devre ile karşılaştırırsanız, sadece polar olmayan kapasitörün değerinin değiştiğini görürsünüz, diğer her şey aynı kalır.

Sürücü devresini daha fazla korumak için MOV ile bir sigorta ekleyebilirsiniz.

Dikkat: Bu tür yüksek voltaj devreleri üzerinde çalışırken koruyucu eldiven kullandığınızdan emin olun. Böyle yüksek bir voltaj sizi öldürebilir !!! Besleme AÇIK durumdayken devreye dokunmayın.

 Yazar: Anıl AKTAŞ     

 

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here