Uzun Ömürlü Tasarruflu Lamba Devresinde Sorun

[seron]

Merhaba değerli ustalar. Hemen konuya giriyorum.

BİLGİ-1: "LED'lerin uzun ömürlü olabilmesi için akım sınırlaması ve çalıştırma voltajı kritiktir. LED'ler, ısındıkça fazla akım çekerler ve akım çektikçe daha fazla ısınırlar. Bu kısırdöngü, LED'lerin ömürlerinin kısalmasına neden olur."

BİLGİ-2: "Firmalar, ürünlerine 'bilinçli eskitme' denilen bir teknik uygulayarak kullanım ömrünü bilinçli olarak kısaltmaktadır. Birçok ürün için geçerlidir. Tasarruflu ampullere de uygulanıyor olabilir. Youtube'daki bazı videolar, tasarruflu ampullerin içinde küçük bir modifikasyona giderek bilinçli eskitmenin önüne geçtiklerini iddia ediyor."

Bu bilgiden hareketle tasarruflu LED ampullerin ömrünü uzatmaya yönelik bir devre kurmaya çalıştım.



Devre, akımı sınırlandırılmış temel bir güç kaynağından başka birşey değildir.

LED'lerin/devrenin ömrünü uzatmak için şunlar yapıldı:

-Girişteki varistör, voltajda oluşacak ani ve keskin dalgalanmaları yok edecek, devreyi ve LED'leri koruyacaktır.

-Girişe bağlanmış seri kondansatör, devrenin çekeceği akımı sınırlayarak devreyi aşırı ısıdan ve çabuk bozulmaktan koruyacaktır.(ikinci bir akım sınırlaması)

-C3 kapasitörü, devreye enerji verildiğinde LED'lerin biraz daha yumuşak başlamasını sağlayacaktır (soft start).

-MJE13005'lerden oluşan akım sınırlayıcı devresi, LED'lerin ısındıkça akım çekmesine mani olur. Bu da LED'lerin ısınmasının ve ömürlerini tamamlamasının önüne geçer.

-Akım sınırlama devresine bağlanmış zener diyotları, voltajı güvenli bir aralıkta tutarak LED'lere uygulanan voltaj baskısını minimize eder. Bu da LED'lerin ömrünü uzatmakta etkendir.

------------------------

SORUNLAR:

Girişteki kapasitör 1uF değerindedir. Bu da devreye 220V-69mA sağlayacaktır(hesaplanan). C2 nedeniyle bu voltaj 310Volta çıkacaktır. Devrenin bundan sonraki kısmını buna göre mi hesaplamalıyım?

Zener devresi için hesaplama yaptığımda işler karışıyor. C1 kapasitörü devredeki akımı sınırlamaktadır. Bu da, LED devresinin devredeki voltajı çökertmesine neden olacaktır bu aşikar. Ancak ne kadar çökecektir? Kaç volta çökecektir? Çünkü zener direncini ve zenerlerin watajlarını buna göre hesaplamam gerekiyor.

Zenerden kaç mA çekmem gerektiğini (transistörün beyzine uygulanacak akım) bilmediğimden 50mA için hesapladım.

Şayet 50Voltlar seviyesine çökerse: R2= 200R-0,5W zener ise 40V-2W oluyor. Bu değerler ucu ucuna tutuyor. Ama evdeki hesap doğruysa.

Bu sorundan dolayı zeneri kaldırırsam, LED'leri direkt 310Volt'un merhametine bırakmış olurum. Evet, akım sınırlama devresi akımı güvenli dereceye sınırlayacaktır ancak, bence bu yeterli olmayacaktır. Voltajı da sınırlamak istiyorum. (zeneri kaldırırsam R3'ün değeri doğal olarak büyüyecektir. Orada gördüğünüz 5R değeri 39.5V için hesaplandı.)

Voltajı zenerlerle sınırladık, bir sorun çıkmadı diyelim... Bu durumda girişteki C1'in değeri ne olmalıdır? LED'ler 3V-150mA ile çalışmakta. Ancak 310V'de akım değerini aşağı çekmemiz gereklidir. Çünkü güç hesabından dolayı gerilim büyüdüğünde akımı küçültmemiz gerekiyor.

Yapay zekaya sordum, aramızda şöyle bir muhabbet geçti:

https://chatgpt.com/share/f14fce6a-69d0-4c31-bd07-384038e1b3f3

Onun dediğine göre 220uF kondansatör yetiyormuş. Bana pek inandırıcı gelmedi. 220uF çok zayıf kalacaktır. 1uF'de karar kıldım.

--------------------

İşin hülasası neresinden tutsam elimde kalıyor. Zenerdi, voltajdı, güvenli akım seviyesiydi derken yoruldum. Bir de tüm sorunları çözdükten sonra iş bitmiyor. Devreyi kurup, bir tasarruflu ampulde denemek de gerekiyor...

Ya da kısaca şöyle mi yapmak lazım:

Sohbet edelim...

[fide]

Yazının hepsini okuyamadım ama ısı oluşması istenmiyor ise lineer akım sınırlamak yerine bobinli anahtarlama devresi kullanılmadı daha mantıklı olur.  Bu sayede lineer akım sınırlama üzerinde oluşacak ısı minimize edilir.
Diğer taraftan datasheette LED için 150mA maksimum akım verilmişse %20~%30 marj ırakmak mantıklı olur. 150mA maksimum akım verilen bir LED için 120mA akımı geçmemek sağlıklı olur.

Diğer taraftan LED aydınlatmaların bozulmasının asıl sebebi limit akımlarda sürülmesinin yanısıra soğutmanın yeterli sağlanmaması. LED su geçirmez tasarlanıyor ama oluşan ısıyı uzaklaştıramıyor bu yüzden sıcakta çalışmak ledin ömrünü azaltıyor.

Sokakta yürürken okudum. Kondansatör gözümden kaçmış ama yine de bobinli bir devre daha sağlıklı çalışır diye düşünüyorum.

[Mr.Thinking]

Phoebus Karteli bir ampülün ömrünün 1000 saat ile sınırlandırılması için aralarında antlaşma yapmışlardır.

[seron]

Diğer taraftan LED aydınlatmaların bozulmasının asıl sebebi limit akımlarda sürülmesinin yanısıra soğutmanın yeterli sağlanmaması. LED su geçirmez tasarlanıyor ama oluşan ısıyı uzaklaştıramıyor bu yüzden sıcakta çalışmak ledin ömrünü azaltıyor.

Hocam benim çizdiğim devre düzgün hesaplanıp kurulursa ısınma olmayacaktır.

[dnacikaya]

Bilenler için rsen direncini yükseltmek ömrü uzatır ama şebeke etkileri nedeniylede mefta olabilir ampül. Geçen gün balastlı floresanı yaktım led ampül gitti

[seron]

Bilenler için rsen direncini yükseltmek ömrü uzatır ama şebeke etkileri nedeniylede mefta olabilir ampül. Geçen gün balastlı floresanı yaktım led ampül gitti

Hazır ampullerde ilgili çipin Rsense direncini büyütmek, çip üzerine daha fazla voltaj düşmesine neden olur ki bu da bu kez çipin ömrünü etkileyebilir.

[fide]

Hocam benim çizdiğim devre düzgün hesaplanıp kurulursa ısınma olmayacaktır.

Hocam bi hesap yapayım. Beraber düşünelim.
Devreden 150mA akım geçiyor. Bu akım LED üzerinden de geçiyor, ana koldan da.
Ana kolda voltaj 310V.
310V x 0.15A = 46W

12 x 3V x 0.15A =6Wc

Aradaki fark ısı olarak ortaya çıkar

[power20]

ilk devrede 1uF  uygun görülebilir. pratikte acayip ısınacaktır. deneyen bilir 330nF, 470nF belki idare eder. 

[seron]

Hocam bi hesap yapayım. Beraber düşünelim.
Devreden 150mA akım geçiyor. Bu akım LED üzerinden de geçiyor, ana koldan da.
Ana kolda voltaj 310V.
310V x 0.15A = 46W

12 x 3V x 0.15A =6Wc

Aradaki fark ısı olarak ortaya çıkar

Hocam, ısı faktörünü hesaplarken akımı gözardı ettiniz. Bu devrenin girişinde seri bağlı bir kapasitör var. Bu kapasitör akımı 69mA'ya düşürü. Bu da çıkışa bir yük bağlandığında voltajın o yüke göre çökmesine neden olur. Zener devresi ve LED devresi bu voltajın çökmesinde etkendir. Zaten işler burada karışıyor.

ilk devrenin pratikte gerçekten kullanıldığı ürün olarak satıldığına dair bilgi var mı? masabaşında kağıt üzerinde mi üretildi?

Böyle bir ürün hiçbir yerde satılmıyor. Ben bilgisayar başında çizdim. Elektrik ve elektroniğin temel kanunlarına dayanarak.

[seron]

ilk devrede 1uF  uygun görülebilir. pratikte acayip ısınacaktır. deneyen bilir 330nF, 470nF belki idare eder. 

Bu öngörünüzden eminseniz devreyi ona göre düzenleyeceğim. ?

[seron]

Flood yaptığım için özür dilerim.

Bazı düzeltmeler yaptım.



C1 470nF oldu. Bu durumda köprü çıkışından en fazla 32mA çekilebilir (hesaplanan).
Yani, bu devre şebekeden en fazla 220V x 32mA = 7,04 Watt güç tüketebilir. (En fazla! ve hesaplanan.)

C2 kondansatöründe hiçbir zaman 310-320V toplanamayacaktır. Çünkü zayıflatılmış besleme girişinin voltajı, yük nedeniyle çökecektir. Bunu, daha evvel trafosuz adaptör devreleri ile yaptığım testler neticesinde öğrendim. Yine de kondansatörün tahammül voltajının 400V'de kalmasında fayda var.

Akım sınırlayıcı devresindeki Rs direnci @fide 'nin "akımı 120mA'ya düşürelim" teklifi ile 5,6ohm'a çıkarıldı. Bu, LED devresinin;

Vzener - Vbe = 39,X volt gerilimde en fazla 115mA ila 120mA çekebileceği anlamına gelir. (yine hesaplanan).

-----------

Girişteki seri kapasitörün varlığı, transistörler üzerine binen yükü ciddi şekilde azaltır ve ısınmayı minimize eder. Bu da devreyi küçük komponentler kullanılarak yapılabilir hale getirebilir.

Bu devreyi yeni alınmış bir LED tasarruflu ampulün içine yerleştirilirse, ampulün ömrü yıllarca uzayacaktır.

Bu arada @fide , darılma. Çünkü o gerilimin çökeceğini daha önce yaptığım sayısız testte gördüm.

-----------

Aklıma gelmişken, ben zaten bu devrenin daha önce benzer bir versiyonunu çizmiş, PCB şemasını çıkartmıştım, görmek isterseniz...



Bu devre eklediğim orjinal devreden biraz farklıdır.

Girişte iki adet 100R-2W vardır. C1 1,5uF'dir. Zener direnci 10k'dır(yanlış hesaplamışım). Zener 36V'dir. Transistörün biri BD139 yanlış. Rs direncini yanlış hesaplamışım, çeyrek watt yetiyor.

PCB görünümleri:





Hala yorumlara açığım. Tartışalım...

[M.Salim GÜLLÜCE]

470nF ın kapasitansı üzerinden yürürsen hesaplamada daha iyi bir sonuca varırsın.
Şöyle yapalım:
1µF 50Hz için Xc=3.183 kΩ eder
470nF 50Hz için ise Xc=6.773 kΩ eder.

Transistörlerin tam iletimde olduğunu varsayarak 36 Volt Led gerilimi üzerine seri bağlanmış bu değerlerdeki bir dirençten ne kadar akım geçer?

[seron]

Merhaba Salim hocam.

Hesaplanana göre 32,kusur mA geçer. 150mA ile çalışan LED için düşük görünüyor. Bunu mu demek istediniz?

[mehmet]

Ana yükü kolektöre bağlayınız. Sadece akım sınırlama direnci emitörde kalmalı.
Ayrıca seri kondansatörün değeri ısı ile zamanla bozulacaktır.
Madem varistör eklediniz, sigorta ve PTC de ilave ediniz.
Ledlerden biri açık devre olduğu zaman; blok kondansatör üzerindeki gerişim aşırı yükseliyor ve kondansatör bozuluyor. Bunada bir eklenti yapınız.

[seron]

@mehmet hocam siz son devreye bakmışsınız. O yanlışlı bir devre. İlk ve ikinci eklediğim devrede sigorta var.

Diğer uyarıları da mantıklı buldum, değerlendireceğim.

EDİT:

Devrede yük olan LED serisini kollektöre taşırsam, devredeki voltaj regülasyonu bozulmaz mı? LED'lere uygulanan gerilimi 39V sularında sınırlamak istiyorum.

Yapay zeka ile konuştum, öyle yaparsan voltaj regülasyonunu bozarsın diyor. https://chatgpt.com/share/386f1e92-e16c-4da4-adbb-b668e0114791



Blok kondansatörün doruk tahammül gerilimi 350V. Eğer LED'lerden biri bozulursa ya da çıkış bir şekilde boşa çıkarsa, burada en fazla 320V gerilim toplanıyor. Sınıra yakın ama güvenli görünüyor. 400V yaparız sorun değil.