Dünüyle Bugünüyle LED…

Çok uzun yıllar önce insanlar yalnız gün ışığından yararlanabilmişler. Ateşin bulunmasıyla yapay ışık ile aydınlatmayı da öğrendiler.

1870’lerde EDISON’ UN Flamanlı lambayı ortaya çıkarmasıyla aydınlanmada yeni bir çığır açıldı.20.yy.da flüoresan lambalar, deşarj esaslı lambalar hayatımıza girdi.Geçtiğimiz asrın sonunda katı halde ve yarı iletken yapıda LED lambalar aydınlatmada yapay ışık kaynağı olarak yerini almaya başlayacağının sinyalini verdi.

            LED (Light Emitting Diode):

Kelime anlamıyla ışık yayan diyot anlamına gelen LED, elektronik teriminde; doğru polarmada üzerinden geçen akımın şiddetine göre ışık yayan yarı iletken devre elemanı olarak nitelendirilir.

         LED’in kimyasına bakacak olursak; N ve P yarı iletken katmanlar arasına sıkıştırılmış aktif katman tabakasından ve bunların elektriksel bağlantılarından oluşan opto elektronik bir elemandır.

         LED’in Sağladığı Faydalar:

• Tek renk ışık kaynağı (dar bantlı): Işık istenilen dalga boyunda olduğu için renk filtresi, prizma gibi renk ayrıştırıcılara ihtiyaç yoktur. Örneğin kırmızı trafik lambasında 617 nm dalga boyunda kırmızı LED’lerde üretilen ışığın tamamı kullanılır. Oysa akkor lambalarda üretilen ışığın mavi ve yeşil bileşenleri bastırılarak sadece kırmızı bileşeni kullanılır. 75 W akkor lamba yerine 8-10W LED dizini kullanılarak %80 enerji tasarrufu sağlanır.
• Çok küçük ışık kaynağı (birkaç mm 2 ): Küçük ebatlı armatürler geliştirilir, ışık kolayca yönlendirilebilir.
• Tasarımcılara geniş ve kolay kullanım imkanları.
• Hızlıdır, 200 ns içinde ışık vermeye başlar.
• Uzun Ömür: Kullanım kondisyonuna bağlı olarak 100.000 saate kadar.
• Yüksek ışık verimliliği (verimlilik giderek artıyor, örneğin laboratuar ortamında kırmızı renkte 108 lümen/Watt ' a ulaşılmış durumda).
• Düşük ısı üretimi: Akkor lambalarda flaman ısısı 2700 o C, halojen lambalarda 3100 o C, deşarjlı lambalarda tüp ısısı 800–1100ºC ye ulaşırken LED'lerde yonga ısısı 110 ºC 'yi geçmez.
• Tanımlanmış ışık açıları.
• Görülebilir renk tayfındaki hemen hemen bütün renkler elde edilebilir.
• Dimerlenebilir (0 – 100 %).
• Şok ve titreşimlere dayanıklı: Cam, flaman gibi kırılgan elemanlar ihtiva etmez.
• Beyaz LED için farklı renk sıcaklıkları: 3200, 4700, 5400,6500 Kelvin.
• Çevrecidir; yapısında civa gibi ağır metaller ve halojen gazları yoktur.

LED’lerin Elektriksel Özellikleri:

Öncelikle LED’ler bilinmelidir ki doğru polarmada çalışırlar. Ters polarmada çalışmazlar. Ayrıca eşik gerilimi dediğimiz(kırılma gerilimi)yani LED’in ters yön akımında ki dayanabileceği max. gerilimin üzerine çıkılırsa ters yön akımında LED arızalanır.Normal diyotlar 0,7Volt (silisyum=0,7V-germanyum=0,6V)ile çalışırken LED’ler ise en düşük olarak 1,5V ile çalışmaktadırlar.

     LED Akımı ve LED Gerilimi:

     LED’ler hayatımızda ki yerini sağlamlaştırdıkça, LED’ler ile ilgili bir çok ürün bir çok proje geliştirilmektedir. Tabii ki LED li sistemlerin en can alıcı hususu da LED’lerin dayanıklılığıdır. Her ne kadar LED’in kalitesi önemli olsa da, çalışma akımı ve voltajı bir o kadar önemlidir.

     Yapacağınız her bir proje için mutlaka malzemeler hakkında gerekli bilgiye hakim olmalısınız.Çünkü kullanacağınız malzemenin teorik yapısını bilmezseniz o sistemden randıman alamazsınız.Bizde basit olarak 9V DC ile 1 tane kırmızı LED’i yakmak istedik.Hiçbir malzeme kullanmadan direk 9V’luk pil ile 1 tane LED’i çalıştırdık.İlk başta her şey çok güzel gitmekteydi.Işık maksimum seviyesinde..Fakat aradan 10sn geçmedi ki LED bozulsun.Bu sefer 100K’lık bir direnç bağladık LED ile batarya arasına..Bu sefer de LED hiç yanmadı.Çünkü temel hesaplamaları bilmiyoruz…

     Şimdi hesap zamanı…

Kullandığımız Kırmızı LED: 1.5-2V(Biz bunu 2V olarak alıyoruz)ve 20mA                                           Uyguladığımız Gerilim          :    9V

Şimdi bu değerlere göre bağlayacağımız ön direnci hesaplayalım;

Rön=V-Vled/Iled

Rön         =        Ön direnç

V            =        Uygulanan Gerilim

Vled        =        LED’in çalıştığı gerilim

Iled         =        LED’in çalıştığı akım

Rön=9V-2V/0.02A__________Rön=7V/0.02A_________Rön=350Ω olarak bulunur.

LED Sabit Akım Koruması:

     Anlattığımız üzere LED’ler, gerek tasarımı gerekse kullanım alanları itibarıyla çok geniş kitlelere hitab etmektedir. Dolayısıyla yine LED’li ürünler hazırlanırken bütün kullanım alanları dikkate alınmalıdır. Şöyle izah edelim…

     Şimdi projeyi tamamladığımızı düşünelim. Elimizde Swittch Mode kaliteli tam kararlı bir güç kaynağı ile devreyi çalıştırıyoruz ve sorunsuz bir şekilde çalışmaktadır. Her şey çok güzel. Fakat bir sorunumuz var. Eğer bu devre bu şekilde, ayrı kaliteli bir güç kaynağı ile çalışacaksa çok pahalı ve çok zahmetli olur.

     Eğer bu güç kaynağı değil de normal bir güç kaynağı kullanırsak bu sefer LED’lerin ömründen çalmış oluruz. Çünkü şebekedeki parazitlerden dolayı gerilim yahut akım toleransında değişiklikler olur.Bunlar LED’lerin sabit ya da sürekli aynı akımda çalışamamasına neden olur.Dolayısıyla anlık değişimlere karşı duyarsız kalan LED için arıza hiç de uzak değildir.

İşte böyle durumlarda H.SERIMER hocamızın da bir makalesinde geniş yer ayırdığı gibi LED SABİT AKIM SÜRÜCÜ katını sisteme eklememiz gerekmektedir.(Detay için buraya tıklayınız.)

     LED’lerin Seri ve Paralel Kullanılması:

     Birden çok LED kullanılacak ise,elimizde ki voltaj ve akım değerine göre LED’leri seri ya da paralel olarak bağlayabiliriz.Bunlar için KIRSOF’un akımlar kanunundan da yararlanmaktayız.

Yasa 1- Seri devrede; akımlar eşit, gerilimler farklıdır.

Yasa 2- Paralel devrede; Akımlar kollara göre farklılık gösterir ve giren akım çıkan akımın toplamına eşittir. Paralel devrede gerilim eşittir.

Bu kanuna göre LED’leri seri bağlarsak akımdan kazanç sağlarız. Fakat gerilim yüksek olması gerekir.

Eğer paralel bağlarsak gerilimden kazanç sağlarız. Fakat akımı yüksek tutmak gerekir.

Şimdi 12V DC bir güç kaynağımız ile 12 adet kırmızı LED’i çalıştıralım.

Seri bağlama:

1 LED=2V ise,,,,,,12 LED=24V  eder.

Bütün LED’ler seri bağlandığı zaman elimizdeki güç kaynağının voltajı yetersiz kalmaktadır.

Peki…3 LED’i seri bağlayalım.

3x2V=6V

Geriye 9 LED daha kaldı..Onları da aynı şekilde 3’er li gruplar halinde seri bağlayalım

Toplamda 4 tane 3’erli grup LED bloğumuz oldu. Şimdi her bir grubun artı ve eksi uçlarını diğer grupların artı ve eksi uçları ile birleştirerek seri grupları birbirine paralel bağlayalım.

Şu an ki kazancımızı hesaplayalım:

3 LED = 6 Volt    Uyguladığımız gerilim 12 V

Rön=V-Vled/Iled_________Rön=12-6/0.02________=300Ω direnci her bir kola bağlamamız gerekmektedir.

Daha sonra ki kazançlarımız.

Her kolda 6 Volt var. Çünkü paralel devrede gerilimler,sabit akımlar farklıdır.

Her bir koldan 0.02A(20mA) akım geçmektedir.4 kol olduğuna göre 0.08A eder.

Eğer paralel bağlamış olsaydık;12x0.02=0,24A

0.24–0.08=0.16A kazanç sağlamış olduk.      

Şekil 2:Paralel Bağlanmış 3 LED

Şekil 3:Seri ve Paralel Bağlanmış LED'ler

         RGB LED

         LED teknolojisi ilerledikçe çağın gereksinimlerine uygun olarak farklı ürünler geliştirilmektedir. En son teknoloji olarak sayılabilen RGB LED kullanımı artık hızla yaygınlaşmaktadır.

         RGB; Red-Green-Blue ismini bu üç ana renkten almıştır. Doğadaki bütün elementlerin, bütün maddelerin renkleri bu üç rengin karışımlarından meydana gelmektedir. Dolayısıyla bu renkler tonlarıyla oluşturulduğunda ortaya milyonlarca renk buketi çıkmaktadır.

         İnsanoğlu zihnini en üst seviyelere çıkardıkça farklı mucitleri kaçınılmaz olarak görmekteyiz.

         Kırmızı, Yeşil ve Mavi LED’lerin birbirleriyle olan karışımlarından sonraki renkler aşağıda listelenmiştir.

Kırmızı-Mavi            =        Pembe(açık kırmızıdan en koyu kırmızıya kadar)

Kırmızı-Yeşil             =        Sarı(sarıdan turuncu ve tonları)

Yeşil-Mavi               =        Turkuaz(en açık mavi-en koyu mavi-en koyu yeşile kadar)

Kırmızı-Yeşil-Mavi     =        Beyaz(Bu üç ana renk ile 65.000 temel renk ve milyonlarca

                                               Tonlar elde edilebilir)

         Bu tür LED’ler birden çok renge girebildiklerinden dolayı cazip hale gelmiştir. Tek bir komut kümesi olarak kullanıldıklarında(renklerin direk değiştiğinde) göze pek de fazla hitap etmez. Fakat PWM yöntemiyle kullanıldıklarında ise çok hoş bir görüntü ortaya çıkmaktadır.

         PWM dediğimiz olay ile LED’ler üzerinde gerilim kontrolünü sağlayabiliriz. Dolayısıyla LED’in gerilimine bağlı olarak parlaklığını ayarlayabiliriz. Bu sayede bir LED parlak yanarken diğer LED i sönük yaptığımızda iki rengin karışımından farklı tonda bir renk elde etmiş oluruz. Örneğin; Kırmızı LED’i parlak, Mavi LED’i (1.5V seviyesinde)biraz sönük ve Yeşil LED’i(1V seviyesinde)daha sönük tutarsak ortaya eflatun rengi çıkmaktadır. Bütün bunlar içinde Mikro kontrollü ünitelerin hazırlanması gerekmektedir.Bu üniteleri site içerisinde bulabilirsiniz.Zamanım oldukça bende yayınlamaya çalışacağım.

                   İyi Çalışmalar…

Kartal_0689

İsmail SORAN