AC ile çalışan LED modülleri/devreleri

LED’ler söz konusu olduğunda hep okuduk, konuştuk ve yazdık LED’ler üzerinden doğru yönde bir akım geçtiğinde ışık yayarlar. Bu önerme ile şu algı yaratılmak istendi veya oluşturdu; LED’ler doğru akım (DC) ile çalıştırmalı. Sonuçta bilinen bir gerçek LED’ler  Alternatif akım (AC) ile de çalışırlar.

LED’in elektriksel olarak yarı iletken yapıda bir diyot olduğunu hatırlatmak isterim. Yarıiletken bir elemen olarak diyotların temel işlevi elektrik/elektronik devrelerde AC akımı DC akıma çevirmektir. O halde genelde diyotlar AC ile çalışırlar, Bir diyot olan LED’ler de AC ile çalışabilmeli, çalışmalı. Bu yaklaşımla diyot teorisine göre LED’e bir AC gerilim uygulandığında sadece (+) pozitif saykıllarda LED iletime geçecek ışık üretecek, (-) negatif saykıllarda yalıtımda kalacak sızıntı akımı dışında akım akmayacak ve ışık üretmeyecek (Resim 1). (-) negatif saykıllarda da çalışması için LED’e ters polaritede bir LED bağlanarak simetri sağlanabilir. Bu durumda (+) ve (-) saykılarda  farklı LED ler çalışarak simetri sağlanacaktır (Resim 2).  Simetri sağlamak için bir başka yöntem bir köprü diyot devresi ilave ederek aynı LED in hem negatif hem de pozitif saykıllarda çalışması sağlanabilir.

Resim 1

Resim 2

LED Aydınlatma sektöründe bu türde çalışan devrelere AC LED tanımı kullanılıyor.

Bu tür devrelerde akım ve gerilim parametreleri hesaplanırken  etkin değerleri (RMS) göz önünde bulundurulmalıdır. Ayrıca LED’in bilgi notlarında belirtilen ters gerilim değeri aşılmamalıdır. Tabi akım sınırlaması için bütün devrelerde akım sınırlama dirençleri hesaplanıp kullanılmalıdır. Isıl denetim kuralları da aynen geçerli.

Resim 3

Bir başka sorun LED’in eşik değeri; genelde diyotlar doğru yönde gerilim belirli bir değere gelene kadar iletime geçmezler, bu silisyum diyorlar için 0.7 volt civarındadır. LED ürünlerde renk marka ve modele göre değişiklik gösterir, bunun için ilgili LED’in bilgi notlarından faydalanabiliriz. Eşik gerilim sebebiyle AC LED devrelerde LED veya LED dizininde eşik gerilime kadar akım akmaz, gerilim eşik değerini aştığında LED çalışmaya başlar (Resim3).  Bu durumda devre akım ve gerilimi aynı fazda olmasına rağmen sinüs eğrisinin 0 geçiş noktalarında az da olsa bozulmasına sebep olur. Devre tasarımlarında bu durum iyi hesaplanmalıdır. Bu sornu en aza indirmek için LED dizinleri 2,3,4 kademede anahtarlanarak devreye sokulabilir, bunun için özel devreler geliştirilmiştir (Resim4).

Resim 4

AC LED devrelerinin/dizinlerinin avantajları:

• AC/DC güç kaynağı (sürücü) gerektirmezler.
• Daha basit devre tasarımı.
• Güç kaynağı (sürücü) kayıpları yok, daha enerji verimli olabilirler.
• Azaltılmış devre maliyetleri.
• LED in dışında sistem ömrünü azaltan elemanlar yoktur, özellikle kritik eleman elektrolitik kondansatör.
• Klasik DIM araçları ile kolayca DIM edilebilirler.

AC LED devrelerinin/dizinlerinin dezavantajları:

• Gerilimin kararlı olduğu AC şebekelerde kullanımı uygundur, en iyi performansı verir (gerilim değişimleri çalışma kondisyonunu etkiler).
• Akım sinüs eğrisi 0 geçişlerinde bozulur (rağmen harmonik ve elektromanyetik uyumluluk değerleri kabul edilebilir sınırlar içindedir)
• 100 Hz gibi periyotta ışık titreşimi yaparlar, Göz ile algılanmayan bu durum bazı görsel cıhazlar için istenmeyebilir. (unutmadan TV’lerimiz 50 ve ya 100 hz de sürekli titreşen ışık yayıyor)

Peki AC LED uygulamaları hangi firmalar tarafından kullanılıyor? Ulaşabildiğimiz bilgilere göre aşağıdaki firmaların AC ile çalışan LED ürünleri var:

• Seoul Semiconductors (Acriche)
• Samsung
• Lynklabs,Inc.
• Citizen
• InnoVision Co.,Ltd.
• Once innovation ınc.
  …..

Sonuç olarak AC LED  devrelerinin kullanımı ile ilgili olarak söylenebilecek şey:

• Enerji verimlilik performansı kötü,
• Harmonik ve EMC değerleri kötü,
• Güç faktörü standartları karşılamayan,
• Lamda değeri kötü,
• Çalışma ömrü kısa,
• Kalitesiz, ucuz güç kaynakları (sürücü) kullanmak yarine AC LED’ler tercih edilmelidir.

Not:
Ben evimde A19 formunda AC LED kullanıyorum, Elektriksel analiz değerleri aşağıdaki gibidir:
Şebeke gerilimi: 221 V AC
Şebeke frekansı: 50 Hz
Lamba akımı: 40 mA AC
Power Factor: 0.98 Cap.
Cos : 0.99 Cap.
Güç : 8.6 W
Güç : 8.7 VA
Raktif : 0.09 VAr Cap.
Elektriksel teknik değerler, ENTES MPR63 Network Analyser kullanılarak ölçüldü.