floresan lamba yerine kulanılabilir led`li lamba - MEMD

FLORESAN LAMBA YERİNE KULANILABİLİR
LED’Lİ LAMBA
Uğur İLERİ, Celal Zaim ÇİL, Göknur Cambaz BÜKE
Çankaya Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, Bahar 2011
ÖZET
Floresan lambalar civa buharı içerdiklerinden geri dönüşümlerinde sorunlar mevcuttur.
Yüksek güçlü beyaz ışık yayan diyotlar (light emitting diode-LED) kullanılarak floresan
lamba yerine kullanılabilecek bir lamba geliştirilmiştir. Floresan lambanın vereceği ışık
akısını sağlayan bu lambanın tasarımında güç kullanımı açısından da floresan lambadan daha
verimli olması hedeflenmiştir. LED’li lamba direk olarak şebeke elektriğine bağlanabilmekte,
floresan lamba gibi bir başlatıcıya (starter) ve balasta ihtiyaç duymamaktadır. LED’li
lambanın istenen lümen değerini sağlaması için 25 adet 1W’lık beyaz LED kullanılmıştır.
LED’li lambayı etkin bir şekilde sürmek için Supertex HV9910 entegre devresi içeren bir
buck tipi regulator sürücü devresi tasarlanmıştır.
Anahtar kelimeler : LED, floresan lamba, LED sürücü devresi, buck regülatör
ABSTRACT
Due to the mercury vapor they contain there are problems in recycling the fluorescent lamps.
A retrofit lamp using high power white light emitting diodes (LED) is developed to replace
the fluorescent lamp. It is aimed that the retrofit LED lamp, which provides the same light
flux that a florescent lamp can provide, will also be more efficient than the florescent lamp
regarding power consumption. The LED retrofit lamp could be directly connected to the
power line with no need for a starter and ballast as the florescent lamp. The LED lamp is
designed to have 25 white LEDs of 1 W to provide the lumen value required. For driving the
LED lamp efficiently a buck type driver regulator circuit is designed using a Supertex
HV9910 IC.
Keywords : LED, fluorescent lamp, retrofit, LED driver circuit, buck regulator
1. GİRİŞ
Günümüzde elektrik enerji maliyetinin yüksek olmasından ve çevreci enerjiye duyulan
talepten dolayı, genel aydınlatma sektörünün büyük firmaları, istenilen aydınlatma değerlerini
sağlarken, daha az elektrik gücü tüketen LED’li aydınlatma ürünleri geliştirmeye
başlamışlardır. LED teknolojisi geleneksel aydınlatma kaynaklarına karşı potansiyel
alternatiflerdir [1]. LED'li lambalar, standart floresanlara göre yaklaşık %50 civarında enerji
tassarufu sağlarlar [2]. LED'li lambaların ömürleri 40.000-50.000 saat olup standart
floresanlara göre 7-8 yıl daha uzun ömürlüdürler [3]. LED'ler floresan lambalar gibi
ultraviyole ve infrared ışınlar yaymaz ve ayrıca civa buharı gibi zararlı gazlar içermedikleri
için çevre dostudur [4]. LED’li lambaların diğer önemli bir artısı da yaydığı ışığın kararlı
olması ve ışık şiddetinde titreme (flicker) yapmamasıdır. Floresan ve tasarruflu akkor
ampuller gözün algılayamayacağı şekilde titreme yapar bu da göz sağlığı için zararlıdır.
Standart aydınlatma ürünleri ile LED kullanılan aydınlatma ürünlerinin bir karşılaştırılması
Tablo – 1’de sunulmuştur.
Tablo – 1. Standart floresan ve LED’li floresan lambanın karşılaştırılması [5].
Ürün
120cm, T8 standart floresan
Toplam Tüketilen güç
43-44W
Işık akısı
2000-2200 lümen
Ömür
10.000 saat
120cm, LED tube (LED'li
floresan)
23-25W
1900-2100 lümen (Temmuz
2011)
40.000 saat
2. STANDART FLORESAN LAMBA ALT YAPI ELEMANLARI VE
ÇALIŞMA PRENSİBİ
Mevcut floresan lamba altyapısını kullanacağımız için öncelikle standart bir floresan
lambanın çalışma prensibini özet olarak açıklamamız gerekir. Normal bir floresan lamba Şekil
– 1’de gösterildiği gibi balast, starter ve floresan tüpten oluşur.
Şekil – 1. Standart Floresan Lamba Yapısı
Devreye 220 Vac gerilim uygulandığında floresan tübü açık devre durumdadır ve akım daha
düşük dirençli olan balast ve starter üzerinde akar. Starter içindeki Neon gazının deşarj olması
ile akımı iletir ancak yapısındaki metal elektrodun geçen akımın ısıtması sonucu uzaması ile
açık devre olur. Starterin akımı açıp, kapaması balast üzerinden darbeli akımın geçmesine ve
bunun sonucunda bir indüktör olan balastın uçlarında yüksek gerilim oluşmasına neden olur.
Oluşan bu yüksek gerilim floresan tüp içindeki gazı deşarj eder ve deşarj olan gaz nedeniyle
tübün direnci düşer ve bundan böyle akım sürekli olarak tüp üzerinden akar ve floresan ışık
yaymış olur. Tüp içerisindeki civa atomlarının yüksek voltajın etkisiyle uyarılıp, yüksek enerji
seviyelerine çıkmaları sonucunda, normal enerji seviyesine geri dönerken yaydıkları
ultraviyole fotonlar lambanın yüzeyine kaplanmış olan fosfor kaplamasındaki elektronları
uyarır. Uyarılan elektronların eski enerji seviyelerine geri dönerken ürettikleri görünür
bölgedeki fotonlar floresan lambada görünür ışık üretilmesini sağlar [6]. Balastlar
elektromegnetik ve elektronik olarak çeşitli türde üretilebilmektedir. Elektronik balastlar ile
güç faktörü düzeltmesi ve lambanın ışık gücünün kontrolu uzaktan kumandalı veya zaman
programlı olarak da yapılabilmektedir [10,11]. Bu çalışmada geliştirilen LED’li retrofit lamba
devrede balast varken çalışacak şekilde tasarlanmamıştır. Bu nedenle floresan lamba ile
LED’li retrofit lamba değiştirilirken balastın çıkarılması veya paralel kısa devre bir yol ile
etkisiz hale getirilmesi gerekmektedir.
3. ÇÖZÜM YÖNTEMİ
3.1
LED’li Floresan Lambada Kullanılacak Toplam LED Sayısının
ve Çıkış Geriliminin Bulunması
Bu çalışmada 1 Watt’lık 350 mA’de 90-100 lumen ışık veren güçlü ışık yayan diyotlar
kullanılmıştır (Power LED) [8]. Standart floresan lamba yerine, alt yapıyı değiştirmeden
LED’li floresan lamba tasarlandığı için 60 cm’lik standart bir floresanın verdiği ışık
şiddetini elde etmemiz gerekir. Bu boyutttaki standart bir floresan lamba (MASTER TL-D
Reflex 18W/865 1SL) ortalama 1300 lümen ışık üretmektedir. [7].
Şekil – 2. LED’lerden geçen akımı ve üzerilerine düşen gerilimi ölçmek için kurulan devre
Şekil – 2’de verilen devrede LED’lerden farklı değerlerde akım geçirilmiştir. 350 mA’de
LED‘lerin çok ısındığı farkedilmiş, bu durum LED’lerin performansını olumsuz etkileyeceği
için akım 200 mA’de sabitlenmiştir. 200 mA’de 1 adet LED ortalama 60 lümen foton akısı
oluşturmaktadır [8]. Standart bir floresan lambanın yaklaşık 1300 lümen ışık verdiğini göz
önünde bulundurursak, kullanacağımız toplam LED sayısı:
1300/60=21,6 ~ 25 (güvenli bölgede çalıştığımız için)
(1)
Aynı devreyi kullanarak elimizdeki LED’lerden rasgele 10 adet seçerek herbiri için LED
üzerine düşen eşik gerilimleri ölçülmüş ve Tablo – 2’de belirtilmiştir.
Tablo – 2. Rastgele seçilen LED’lerin üzerlerine düşen eşik gerilim değerleri
Forward
voltage
Vf1
2.96
V
Vf2
2.98
V
Vf3
2.93
V
Vf4
2.97
V
Vf5
2.95
V
Vf6
2.98
V
Vf7
2.96
V
Vf-avg = (Vf1 + Vf2 ….. + Vf10) / 10 = 2.96 V
Vf8
2.98
V
Vf9
2.94
V
Vf10
2.95
V
(2)
Rasgele seçtiğimiz 10 adet LED’in iletim gerilimleri (eşik değerlerinin) ortalama değeri,
toplam LED dizin gerilimi (LED String Voltage) bulunurken kullanılacaktır. LED’lerden eşit
optik güç (lümen) alınabilmesi için eşit akım geçirilmesi gerektiği için, 25 adet LED seri
bağlanılacak ve toplam dizin gerilim değeri aşağıdaki gibi olacaktır:
Vo= 2.96 x 25 = 74 V
4. LED SÜRÜCÜ DEVRELERİNİN VERİMLİLİĞİ
(3)
4.1
Çift Yönlü Doğrultucu ve Direnç ile LED’lerin Sürülmesi
Şekil – 3. Çift yönlü doğrultucu (köprü doğrultucu) ve direnç kullanarak LED’leri süren devre
Şekil – 3’te verilen devre şehir hattından gelen 50 Hz 220V AC gerilimi köprü diyotla çift
yönlü doğrultarak direk LED’lere göndermektedir. LED’lerin üstünden istenen sabit akımı
geçirmek (sınırlamak) için kullanılması gereken uygun direnç LED’lere seri bağlanmıştır.
LED’lerde herhangi bir titreme (flicker) gözlenmemiştir. Fakat aşağıdaki hesaplarda
görüldüğü gibi şebekeden fazla güç çekilmiştir. Floresan lamba yerine ondan daha fazla güç
çeken bir devre içeren bir lamba kullanmak mantıklı değildir. Ayrıca devrenin verimliliği
(efficiency) hesaplandığında % 23 çıkmıştır. Bu değer normal bir floresan lambanın verimlilik
değerinin yaklaşık dörtte biridir. Ayrıca bu devrenin bir diğer dezavantajı ise olarak köprü
diyotlardan gelen akım şebeke voltajının değişimine paralel olarak sürekli olarak değiştiği
için kullanılan LED’lerin ömrünü kısaltmasıdır [9].
Devrenin avantajı ise basitliği ve ucuzluğudur. Bu devrenin verimliliğini hesaplayacak
olursak :
I0 = 0.2 A, Vf = 74 V için
Pout = I0 x V = 14.8 W
(4)
R = (Vp – 74 V) / 0.2 = 1573 Ω
(5)
I0 = 0.2 A, VR = 311 – 74V = 237V
(6)
PR = I0 x VR = 47.4 W
(7)
Ptotal = Pout+PR = 47.4 + 14.8 = 62.2 W
(8)
Verimlilik = Pout/Ptotal = 14.8 / 62.2 = 23 %
(9)
Sonuç olarak verimlilik değerinin çok düşük çıkması ve sürekli olarak değişen akım
LED’lerinin ömrünü kısaltacağı için bu devreyi LED’li floresan lamba tasarımında
kullanmayı uygun bulmadık.
4.2
Doğrusal regülatör ile LED’lerin Sürülmesi
Şekil – 4. LED’lerin doğrusal regülatör ile sürülmesi
Doğrusal regülatör Şekil-4’te görüldüğü gibi çift yönlü olarak doğrultulmuş gerilimi çıkışta
sabit bir gerilime (DC Gerilim) dönüştürür. LED’lerden geçen akımın değeri yine bir direnç
ile belirlenir. Girişindeki gerilim ile çıkışındaki gerilim arasındaki fark doğrusal regulator
üzerinde düşer. Bu nedenle önemli miktarda güç doğrusal regülatör üzerinde ısıya
dönüştürülerek harcanır. Doğrusal regulatörlerde verimlilik %60 seviyelerini geçemez. Bu
nedenle doğrusal regülatör LED’li floresan lamba tasarımımızda kullanılmamıştır.
4.3
Anahtarlama Modlu Güç Kaynağı ile LED’lerin Sürülmesi
Anahtarlama modlu güç kaynakları (Switching Mode Power Supply-SMPS) giriş sinyalini bir
anahtar vasıtası ile (genellikle bir MOSFET Tranzistör) açıp kapatarak çıkışa aktarırlar.
Anahtarlama 100 KHz gibi hızlarda yapılabilir.
Çıkış akımı bir dirençle sınırlanarak değil, bu anahtarlama sinyalinin aktif olduğu zaman
(duty cycle) kontrol edilerek yani darbe genişliği modülasyonu (pulse width modulationPWM) yöntemi ile yapılır.
Regülasyon esnasında direnç kullanılmadığı, sadece indüktör (L) ve kapasitör (C) gibi reaktif
elemanlar kullanıldığı için, ayrıca anahtarlama tranzistörü ON durumundayken üzerinde
gerilim düşmediği, OFF durumundayken de içinden akım geçmediği için güç tüketmezler. Bu
nedenle verimlilikleri çok yüksektir. Ancak, L ve C elemanları akım ve gerilim arasında faz
farkı yarattığından ve girişten akımlar darbeler şeklinde çekildiğinden bu tip regülatörlerin
güç faktörleri 1’den küçüktür. Bu nedenle, bu tip regülatörler bir uygulamda çok sayıda
kullanıldığında, güç faktör düzeltmesi önlemine gerek duyulur. Güç faktörü düzeltmesinin de
tasarlanacak LED sürücü devresi kapsamında bulunması bu durumlarda tercih edilen bir
yaklaşımdır.
Şekil – 5. SMPS modlu Buck tipi regulator kullanılarak LED’leri süren devre
SMPS modlu regülatörler giriş gerilimi çıkış geriliminden büyükse Buck Tipi, küçükse Boost
Tipi, her iki durumda da çıkış gerilimi ve akımını regüle ediyorsa Buck-Boost veya SEPIC
Tipi olarak isimlendirilir [10]. Şekil – 5’teki devrede SMPS modunda çalışan bir buck
regülator gösterilmiştir.
LED’li Floresan Retrofit Lambanın çıkış gerilimi şebeke tepe geriliminin çok altında
olduğundan (311V giriş, 74V çıkış), ayrıca Buck regülatörlerin SMPS modlu regülatörler
içinde en yüksek değere sahip olmasından (%98 ve üzeri) dolayı tasarımda Buck regülatör
kullanmaya karar verdik. Bu amaçla uygun Buck Regülatörün tasarımı yapılmıştır [10].
5. LED LAMBA İÇİN BUCK TİPİ LED SÜRÜCÜ DEVRE
Buck tipi LED sürücüyü oluşturmak için piyasada yaygın ve düşük maliyetli olarak
bulunabilen HV9910 tümleşik devresinin kullanılmasına karar verdik [13].
HV9910 yüksek gerilim kaynaklarını sabit akım kaynaklarına çevirerek bir veya birden fazla
LED’den oluşan LED dizinini sürmek için tasarlanmış bir tümleşik devredir. Bu devre LED
sürücü kayıplarını en aza indirmek için bir indüktör ve harici anahtar ile darbe genişliği
modülasyonu (PWM) yöntemini kullanır.
Şekil – 6. LED’ leri PWM yaparak süren Buck tipi LED sürücü devresi ve HV9910’un iç
yapısı
LED’lerin üzerinden akan akım artınca hassas direncin gerilim değeri (entegrenin CS
bacağına bağlı olan R2 direnci) artar. Bu gerilim değeri HV9910’un kendi referans iç gerilim
değeri ile karşılaştırılır (250mV).
Bu gerilim değeri 250 mV’tan büyük olduğu zaman, karşılaştırıcının çıkışı 1 olur, bu durum
Flip-flop’un girişini resetler. Flip flop’un çıkışı 0 olur diğer bir deyişle gerilim değeri 0 olur
(LOW). Bu durum MOSFET’i kapatır (off). Bu yolla LED’lerden geçen ortalama akım tekrar
düşürülür. Bu durumun tersi meydana geldiğinde LED’lerden geçen akım azaldığında, hassas
direncin üzerinde düşen gerilim değeri azalır ( 250mV’tan az). Böylelikle karşılaştırıcının
değeri 0 olur. (LOW). R-S flip-flop’unun R girişi LOW olduğu durumda MOSFET açık
konuma geçer ve LED’lerden geçen akım tekrar artar. Bu şekilde LED’lerden geçen akım
sabit tutulur. Akım değeri hassas direnc tarafından hissedilir. Biz hesaplarda hassas direnci 1
ohm aldık, böylelikle dirençten geçen akım 250 mA’den büyük olduğu zaman 250 mV
gerilim üretecek ve MOSFET açık devre olacaktır. Kısaca devremiz LED’lerden geçen akımı
250 mA’de sınırlandırmaktadır.
5.1
Buck Tipi LED Sürücü Devresi Tasarımı
5.1.1 Hedeflenen Özellikler
Giriş gerilimi: Vg= 125 V – 220 Vrms, LED dizin gerilimi ya da çıkış gerilimi: V0= 75 V DC,
LED akımı ya da çıkış akımı = I0 = 200 mA, hedeflenen minimum verimlilik = 90 % olarak
belirlenmiştir.
5.1.2 Anahtarlama frekansı (fs) ve direncin (R1) Secimi
Anahtarlama frekansı indüktörün (L1) boyutunu belirler. Daha büyük anahtarlama frekansı
daha küçük bir indüktör kullanılmasına neden olacaktır; fakat bu durumda devrede
anahtarlama kayıpları artacaktır. Yüksek giriş gerilimli uygulamalarda tipik anahtarlama
frekansı fs = 80 kHz civarındadır. Zamanlama direncinin bunu başarabilmesi için 470 kilo
ohm değerinde olacağı HV9910B’nin veri föyünde yer almaktadır [13].
5.1.3 Köprü diyotun ve Isıl direncin (Negative Temperature CoefficientNTC) seçimi
Köprü diyotun gerilim oranı giriş geriliminin maksimum değerine bağlıdır. 1.5 çarpım
katsayısı ise bize %50 güvenlik payı sağlar.
(10)
Akımın değeri minimum giriş geriliminde Buck LED sürücü tarafından çekilen en yüksek
ortalama akıma bağlıdır.
(11)
(12)
Bu tasarım için, 220 V AC (rms) şebeke gerilimi kullanılmış ve 600V, 1A'lik köprü diyot
seçilmiştir. Termistör, devreye maksimum gerilim uygulandığında; ani akım, kararlı sabit
akımın 5 katından daha fazla olmasın diye ani akımı sınırlar. İhtiyaç duyulan termistör
direncininin değeri:
(13)
Bu sonuç bize 25C ‘de 560 Ω’luk direnç kullanılması gerektiğini göstermiştir. Hesaplamalara
göre 0.2 A’den yüksek RMS akım değerine sahip 560 Ω’luk direnci olan termistör
seçilmelidir; fakat daha da güvenli olması için uygulamada 120 Ω’luk 1 A’e kadar dayanıklı
ısıl direnç kullanılacaktır.
5.1.4 Giriş kapasitörlerinin Seçimi (C1 ve C2)
İlk tasarım kriteri maksimum LED dizin gerilimi minimum giriş geriliminin yarısından az
olmalıdır. Bu durum kararlılık ihtiyacını sabit anahtarlama frekansında çalışırken
karşılamaktadır. Daha önce gördüğümüz gibi, minimum doğru gerilim aşağıdaki gibi
hesaplanmaktadır:
Vmin,dc
=
(14)
Köprü diyotun çıkışında kullanılacak olan geciktirici kapasitör minimum AC giriş geriliminde
hesaplanmak zorundadır. Kapasitör değeri şöyle hesaplanabilir:
(15)
Kapasitörün gerilim seviyesi giriş geriliminin tepe değerinden yüksek olmalıdır.
(16)
(17)
450 V 33 µf’lık elektrolitik kapasitör seçilmiştir. Elektrolit kapasitörler gerilimi sabit tutmakta
iyidir fakat bu tip kapasitörler yüksek eşdeğer seri direnç (Equivalent series resistance, ESR)
değerlerine sahip olduklarından, buck tipi sürücü devresinden gelen yüksek frekanslı dalgalı
(ripple) akımı absorbe ederler. Gerekli olan yüksek frekans kapasitörünün değeri şu şekilde
hesaplanır:
(18)
Bu tasarım örneğinde yüksek frekans kapasitörünün değeri 100 nF, 400V’tur. Bu kapasitör,
yüksek frekanslı akımı küçük bir alanda tutabilmek için PCB’de L1 ve MOSFET’e yakın bir
yere yerleştirilmelidir.
5.1.5 İndüktörün Seçimi
Kullanılan indüktörün değeri LED’lerden geçmesine izin verilen dalgalı akımın seviyesine
bağlıdır. +-15% dalgalanma, LED akımında kabul edilebilir varsayılır. İndüktör için bilinen
. MOSFET’in kapalı olduğu zaman düşünülerek, indüktörün LED’lere
denklem:
sağladığı enerji;
. Buradan indüktörün değeri
şeklinde hesaplanır.
Akımdaki dalgalanma
ve
(19)
ile hesaplanır. Ayrıca buck tipi sürücü devresi için doluluk boşluk oranı (duty cycle) değeri
olarak verilir. Bu yüzden MOSFET’in kapalı olduğu durum (off-time)
şeklindedir.
Bu devrede standart olarak L1=20 mH alınmıştır. Bu değer hesaplanan değerden yüksek
olacağı için akımdaki dalgalanma miktarı toplam %30’dan az olacaktır.
Akımın tepe değeri ise 0.2 A ile %15 dalgalı akımın toplamına eşittir.
(20)
5.1.6 MOSFET (Q1) ve Diyotun (D1) Seçimi
MOSFET’tin kapalı (off) olduğu durumda D ve S arasında görülen tepe gerilimi değeri
maksimum giriş gerilimine eşittir. %50 güvenlik payı kullanılarak,
(21)
MOSFET’ten geçen maksimum RMS akım değeri, maksimum (%50) doluluk boşluk oranı
değerine bağlıdır. Bu yüzden MOSFET’teki akım:
.
(22)
Anahtarlamada kayıpları en aza indirmek için, hedeflenen ortalama akımın yaklaşık 3 katına
dayanıklı MOSFET seçilmesi uygun olacaktır. Bu uygulama için 600V, > 1A MOSFET
uygundur (STD2M60 rated 600V, 2A). Bu MOSFET’in 2.8 Ω’luk bir iletim direncine sahip
olması ve akımın da %50’lik bir doluluk boşluk oranı bulunması nedeniyle MOSFET
üzerinde 56 mW’luk bir ısıl kayıp oluşacaktır.
Diyotun tepe gerilim değeri MOSFET’in gerilim değeriyle aynıdır.
(23)
Ortalama diyot akımı değeri ise:
dir.
(24)
Indüktörde biriken enerjiyi MOSFET’in kapalı olduğu durumda boşaltıp akımı tekrar
şebekeye geri göndercek olan bu diyotun 600V, 1A’e dayanacak özellikte seçilmesi uygun
olur. Diyot olarak, hızlı çalışması ve düşük maliyeti nedeniyle UF4005 seçilebilir; ancak daha
verimli ve emniyetli bir çalışma için STTHIR06 tipi diyot kullanılabilir.
5.1.7 Hassas Direncin Seçimi (R2)
Hassas direncin (R2) değeri
(25)
ile belirlenir. Buna göre R2 = 1.08 Ω hesaplanır. Yaklaşık standart değer olarak da R2=1 Ω
alınabilir.
5.1.8 LED’Lİ Sürücünün Kurulması ve Test Edilmesi
Şekil – 7. Tasarlanan LED’li sürücü
Yukarıdaki değerler hesaplandıktan sonra Şekil – 7’deki devre kurulmuştur.
Ayrıca HV9910’un CS bacağına bağlanan kapasitör ile aynı bacakta oluşabilecek yüksek
frekanslı ani voltaj sıçramaları da filtrelenmiştir. Bu yüksek frekanslı voltaj sıçramaları, eğer
uygun şekilde süzülmezse, MOSFET’i düzensiz bir şekilde anahtarlayarak entegrenin zarar
görmesine neden olabilir. Devre, Şekil – 8’de görüldüğü gibi bir test düzeneği üzerine
kurularak test edilmiş ve LED’lerin istenen ışık akı değerini verecek şekilde güvenle çalıştığı
gözlenmiştir.
HV9910, teknik veri föyünde belirtildiği şekilde, 450V voltaj seviyesine kadar çalışabilir.
Ancak devrenin etkinliğini artırmak için herhangi bir trafo veya direnç kullanılmadığından,
voltaj seviyelerinde olabilecek ani yükselme veya sıçramaların HV9910 tümleşik devresine
zarar verebildiği ve devrenin kolayca zarar görebildiği anlaşılmıştır. C4 kondansatörü, şebeke
tarafına bağlanan 1mH ve 100 nF’lık LC devresi voltaj değerlerindeki ani yükselişlerin
HV9910 tümleşik devresine zarar vermesini önlemek amacıyla kullanılmıştır. Ayrıca
seçilecek MOSFET’in düşük yük seviyelerinde (pC) sürülebilecek bir tranzistör olmasına
dikkat etmek gerekmektedir. Tranzistörün sürülmesinde yaşanabilecek zorluklar da HV9910
tümleşik devresine zarar verebilmektedir. Bu haliyle, tasarlanan LED’li sürücü devrenin
oldukça güvenli bir şekilde LED’leri sürebildiği testler sonucunda belirlenmiştir.
Şekil – 8. Test düzeneği üzerine kurulan sürücü devresi ve prototip LED dizini
Tasarımın test edilip, doğrulanmasının ardından baskılı devre (printed circuit board-PCB)
çizimine geçilmiştir. Baskılı devre, fluoresan lambaya eşdeğer fiziksel boyutlarda bir mekanik
yapı içine yerleştirilecek ve MOSFET’teki ısıyı alüminyum gövdeye yayacak şekilde
tasarlanmıştır.
Şekil – 9. Regulator devresi PCB çizimi
Şekil – 10. 25 adet 1W Power LED için PCB çizimi
Şekil – 11. LED’li Floresan Lamba ve LED Sürücü Devre
6. SONUÇLAR
Bu çalışmada insan sağlığına ve doğaya zararlı, civa gibi zararlı gazlar içeren, kullanım
ömürleri LED’lerin altında olan standart floresan lambalar yerine insan sağlığına zararlı
olmayan, dayanıklı, uzun ömürlü ve enerji verimli LED’ler kullanılarak gerçekleştirilen bir
LED’li floresan lamba tasarlanmıştır. 25 adet 1W’lık LED’in etkin bir şekilde sürülmesi için,
HV9910 IC kullanan Buck tipi LED sürücü devresi tasarlanmış ve test edilerek uygun
çalıştığı doğrulanmıştır. Elde edilen lambanın floresan lambadan daha düşük güç tüketerek,
aynı değerde ışık akısı verebildiği görülmüştür. LED’li lamba floresan lambadaki ateşleyiciye
ihtiyaç duymadığı için bu anlamda da bir maliyet tasarrufu sağlamaktadır. Mevcut floresan
lamba altyapısına direk olarak takılabilecek bu LED’li lambanın (LED’li retrofit lamba)
takılmadan önce, altyapıda bulunan balastın çıkarılması veya kısa devre edilmesi
gerekmektedir.
7. KAYNAKLAR
[1] (2009, Mar.). Multi-Year Program Plan FY’09-FY’15 Solid-State Lighting Research and
Development, U.S. Department of Energy,
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/ssl_mypp2009_web.pdf, 2011.
[2] M. A.Myer, M. L. Paget, and R. D. Lingard, “Performance of T12 and T8 fluorescent
lamps and troffers and LED linear replacement lamps,” Pacific NorthwestNat. Lab.,
Richland,Washington, DC, Caliper Benchmark Rep. PNNL-18076, Jan. 2009.
[3] Elisabeth Rosenthal and Felicity Barringer, "Green Promise Seen in Switch to LED
Lighting," New York Times, May 29, 2009.
[4] Fluorescent and Other Mercury-Containing Lamps and the Environment, National
Electrical Manufacturers Association, Rosslyn, VA, Mar. 2005.
[5] Consumersearch.com, " Light Bulbs: Full Report," LED light bulb, Updated June 2009.
[6] US patent 2182732, Friedrich Meyer; Hans-Joachim Spanner & Edmund Germer, "Metal
Vapor Lamp", issued 1939-12-05, assigned to General Electric Company.
[7] MASTER TL-D Reflex 18W/865 1SL, Application Notes, Philips Electronics, June 7,
2011.
[8] Edixeon Dx, Ex Series LEDs, Application Notes, Edison Opto Corporation, 2008.
[9] J. Cooper, Driving LED lamps – some simple design guidelines, available at
http://ledsmagazine.com/features/4/8/1, August , 2007.
[10] S. Winder, Power Supplies for LED Driving, Elsevier Science, April 2008.
[11] A Driving Technology for Retrofit LED Lamp for Fluorescent Lighting Fixtures With
Electronic Ballasts, Nan Chen, Student Member, IEEE, and Henry Shu-Hung Chung, Senior
Member, IEEE, February 2011.
[12] http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescent_lamp#Ballast
[13] HV9910, Universal High Brightness LED Driver, Application Notes, Supertex Inc.,
2004.