Uzun Ömürlü Tasarruflu Lamba Devresinde Sorun

[seron]

Transistörlü akım sınırlayıcı "şey" dediğiniz devreye "transistörlü akım regülatörü", "transistörlü akım sınırlayıcı", "transistörlü akım kaynağı" deniyor hocam. Prosedürde yeri vardır. Temel elektronik derslerinde de bahsedilir. Bilimsel yani. Dolayısıyla "şey" değildir.

Peki neden ilk denemede cortlayacaktır, açıklayabilir misiniz?

[power20]

Aralık geniş. sıkıntı var. Isınır yanar.

Kondansatör zaten sınırlıyor. Transistörlü devreyi niçin ekliyorsunuz? Hassas akım sınırı mı hedefleniyor? Buna nasıl karar verdiniz?


Kondansatör illa ki kullanılacaksa  sabit bir akım için hesap edin. Örneğin 100mA için 1uF yetiyor olsun.  Şebeke 230V yerine 210V olsa akım biraz düşmüş olur zararı olmaz.

Fakat transistör ile sınırlamaya çalışmak  bu gerilim ve akım için büyük sıkıntı. Hesap yaparak transistör üzerinde harcanacak güç bulunabilir. 

[seron]

Devrenin erken sürümlerinde, hem voltajı hem de akımı ideal hale getirmeyi hedefliyorduk.
Bu da transistörlü devre kurmamızı zorunlu kılıyordu.
Daha sonra Salim bey bu son devreyi önerdi ve kondansatörle birlikte transistörlü devreyi kullanmamı istedi.
Gerek kondansatör, gerekse transistörlü devre, etkin bir sınırlama yapacaktır diye düşünüyorum.
Transistörlerin çalışma gerilimi yüksek olduğu için aralığın geniş olmasının sorun olmayacağı kanaatindeyim.
Ancak gerçekten gereksizse hiç sorun değil. Ona göre yeni bir devre oluşturulabilir.
Doğrultma köprüsü ve transistör devresi iptal edilir.
Ters ve düz bağlanmış LED serisini doğrudan C1 kondansatörüne bağlarız.
Güzel fikir.
Devreyi hazırlıyorum, iletimi editleyeceğim...

EDİT:



Transistör devresi olmadan devre böyle oluyor.

Akım sınırlamasını seri kondansatör yapıyor. Voltaj regülasyonunu da sağlıklı olmasa da güya varistör yapacak. Varistör devreye girerse üzerinden az akım geçecek ve patlamayacak. Tasarlanan bu...

[fide]

https://cdn.ozdisan.com/ETicaret_Dosya/453979_1016591.pdf

https://www.ozdisan.com/power-semiconductors/diodes-diode-modules-and-rectifiers/general-purpose-diodes/CLD20B/453979

[seron]

Teşekkür ederim @fide .

Aklıma gelmemişti. Ama verdiğin diyot 45V ile sınırlı. Daha yüksek gerilim uygulayamam.

[fide]

https://www.marketdijital.com/urun/powerlux-220v-20w-cob-led

[seron]

Tekrar merhaba @fide .
Piyasada o kadar çok ürün ve alternatif var ki, esasen benim burada çırpınmamın pek bir anlamı yok.
Fakat piyasada 1001 çeşit yöntem varken ben 1002.'yi yapmaya çalışıyorum.
Alternatif üretmeyi seviyorum. Elektroniği çok seviyorum.

Bu konunun sonunda;
-Sonuca kavuşturduğumuz devrenin PCB'sini
-Eksik verdiğim hesaplamaların tamamını
-Ayrıca uğraşmamak için daha kısa yollarla bir Rus'un tasarruflu ampul çeşitleri videosunu da vereceğim.

İlgilendiğin için sağol.

[argeman]

Seron lütfen beni yanlış anlama, elektroniği sevdiğin ve gerçekten bilgili biri olduğun belli, sadece merakımdan soruyorum neden böyle bir istek?
Aklıma gelenler;
-"Antalya'lı bir Elektronik Mühendisi 10 yıl hiç bozulmayacak tasarruflu ampul yaptı" Tüm ulusal kanallarda haberin çıktı, sonra?
-Ruslar yapıyorsa ben daha iyisini yapar piyasaya sürerim.
-Ben sadece öğrenciyim, kendimi geliştirmek amaçlı hobi olarak bu proje ile uğraşıyorum.
-Bir çok kişi Edison'dan önce ampülü buldu, ama Edison ampülün daha parlak ve uzun süre yanmasını sağladı, Ben Edison olmak istiyorum.
-O kadar çok elektronik proje yaptım ve o kadar çok para kazandım ki, bu proje boş vakitlerimin sebebi.
-Rus'lar ile iddiaya girdik, kazanan tek başına Rus ruleti oynanacak.
-Akıllı insan akıllı insanı yanında ister, amacım sadece akıllı insanlar ile beyin fırtınası yapmak.
-Bir projeye başladığımda kimse beni o projeyi bitirmeden başka projeye başlatamaz.

[seron]

Merhaba @argeman .

Ben mühendis değilim. Teknik okul hiç okumadım. 4 yıllık bir üniversite mezunuyum ama elektrik-elektronikle alakası yok.

Yanıt, sıraladığın maddelerden bazıları.

-Ben sadece bir hobistim, kendimi geliştirmek amaçlı hobi olarak bu proje ile uğraşıyorum.
-Akıllı insan akıllı insanı yanında ister, amacım sadece akıllı insanlar ile beyin fırtınası yapmak.
-İnsanlara paylaşımda bulunmayı seviyorum. Problem çözüldüğünde isteyen herkesin yapabileceği bir PCB ortaya koyacağım.
-Beyin jimnastiği yapıyoruz.
-Maksat para kazanmak değil. Ya da daha ucuza getirmek değil. Bakkaldan tasarruflu ampul alıp, Rs direncini değiştirmek neredeyse bedava. Konunun ilk mesajında videosunu vermiştim.
-İnat bir insanım, bu konuyu bir şekilde çözeceğim. İdeal bir devre ortaya çıkmalı.

Budur.

EDİT:

Daha önce çok beğenerek izlediğim "bilinçli eskitme" adlı belgesel. Boş bir zamanınızda mutlaka izlemenizi öneriyorum.

[Epsilon]

@seron azmini takdir ediyorum ama sende kabul edersin ki; çalışmalarda hızlı ilerlemek sorunları hızlı görüp çözmekte önemli.

Bazı arkadaşların anlamakta zorlandığı konu çalıştığın projede hazır LED strip driverler datasheetlerini okuyup ,karşılaşılan sorunlar nasıl çözülmüş,application notlarında hangi sorunlar nasıl çözülmüş ,Chiplerin blok şeması nasılmış buradan başlayıp denemelerle ilerlemek çok daha verimli olurdu.Oysa senin çalışma öğrenme mantığında konuyu tersten anlamaya çalışıyorsun.
Örneğin ChatGpt ye şu 2 soruyu sordum :
Soru 1:
AC ile çalışan LED strip driver chiplerinden  bazılarının kodlarını yazarmısın ?
Tabii, AC ile çalışan LED şerit sürücü çiplerinden bazılarını aşağıda bulabilirsiniz:

BP3122 - Bu çip, sabit akım LED sürücüsü olarak kullanılan yüksek verimli bir AC-DC dönüştürücüdür.
BP3118 - Bu çip, LED aydınlatma uygulamaları için tasarlanmış yüksek verimli bir AC-DC dönüştürücüdür.
BP2808 - Bu çip, yüksek verimli ve sabit akım sağlayan bir LED sürücü entegresidir.
BP3202 - Bu çip, AC girişli LED sürücü uygulamaları için tasarlanmış bir AC-DC dönüştürücüdür.
BP2831 - Bu çip, LED sürücü uygulamaları için kullanılan bir yüksek verimli AC-DC dönüştürücüdür.
Bu çipler genellikle LED şeritler ve diğer LED aydınlatma uygulamaları için kullanılır. İlgili datasheet belgelerine ulaşarak detaylı bilgi alabilirsiniz.

Soru 2:
AC ile çalışan LED strip driver chiplerinin tasarımında hangi sorunlar çözülmektedir
ChatGPT
AC ile çalışan LED şerit sürücü çiplerinin tasarımında birkaç önemli sorun çözülmektedir:

Verimlilik:

AC güç kaynağından gelen elektriğin DC'ye dönüştürülmesi sırasında enerji kaybı minimize edilmelidir. Yüksek verimli dönüştürücüler kullanılarak enerji kaybı azaltılır ve ısınma sorunları minimize edilir.
Flicker (Titreşim):

LED'ler düşük kaliteli sürücüler kullanıldığında yüksek frekanslı titreşim (flicker) yapabilir. Bu, göz yorgunluğuna ve uzun vadede sağlık sorunlarına yol açabilir. İyi bir sürücü tasarımı bu titreşimi minimize ederek sabit ve düzgün bir ışık sağlar.
Sabit Akım ve Voltaj Kontrolü:

LED'ler sabit bir akımda çalışmalıdır, aksi takdirde performansları düşer ve ömürleri kısalır. Sabit akım ve voltaj kontrolü, LED'lerin daha uzun süre verimli çalışmasını sağlar.
Güvenlik:

AC-DC dönüştürücülerde yüksek voltajdan dolayı güvenlik önemlidir. İzolasyon ve kısa devre koruması gibi güvenlik önlemleri ile kullanıcılar ve cihazlar korunur.
Güç Faktörü Düzeltmesi (PFC):

AC güç kaynağından çekilen akımın fazı ile voltajın fazı arasındaki fark minimuma indirilmelidir. Bu, enerji şebekesi üzerindeki yükü azaltır ve enerji verimliliğini artırır.
Isı Yönetimi:

AC-DC dönüştürme işlemi sırasında oluşan ısının etkin bir şekilde yönetilmesi gereklidir. Yetersiz ısı yönetimi, çipin ve LED'lerin ömrünü kısaltabilir.
Elektromanyetik Uyumluluk (EMC):

Elektronik cihazların elektromanyetik girişim yaratmadan veya etkilenmeden çalışabilmesi önemlidir. İyi bir tasarım EMC standartlarına uygun olmalıdır.
Boyut ve Maliyet:

Özellikle tüketici elektroniğinde, sürücülerin kompakt ve ekonomik olması beklenir. Bu, daha küçük ve daha uygun maliyetli cihazların üretilmesine olanak tanır.
Bu sorunlar, AC ile çalışan LED şerit sürücü çiplerinin tasarımında dikkate alınan başlıca konular arasındadır. İyi tasarlanmış bir sürücü, LED şeritlerin daha verimli, güvenli ve uzun ömürlü olmasını sağlar.

Artık bu  cevaplardan o entegrelerin datasheetlerinden ve uygulama notlarından,araştırılacak bir sürü konu çıkar.
Kolay Gelsin

[seron]

Yapay zekanın belirttiği bu maddeler ve tüm bilgiler, olması gereken en ideal sonuca ulaşmak içindir.

Maalesef firmalar bu kuralların çoğuna uymuyor.

Benim tasarımımda ise bu maddelerin çoğu çözülüyor. İlk verdiğim tasarımda ısı ve flickering minimum idi. Elektromanyetik girişim yok denecek kadar azdı (bir LED devresi ne kadar elektromanyetik girişim yayabilir ki? Switch mode besleme kaynağı kullanırsam o zaman max seviyeye çıkar).

Ben yine biraz çalışayım da size bir devre sunayım. Bu kez, PCB şeması da vermeye çalışacağım.

Konu çok uzadı, sıkıldınız. Halledicem merak etmeyin.

[Epsilon]

Yapay zeka nın bedava olanı bile şu andaki embesil pekçok internet kullanıcısından çok daha makul cevaplar veriyor.
Zaten birisi google dan arama yaparken üst seviye internet bilgilerinin olduğu bir bölümden bilgileri getirmiyor.
Kaldıki yapay zekanın ücretli olan sürümünü izin verdiği süre kadar kullandım ve kesinlikle ücretli olanını kullanacağım. Çünkü ilgilendiğim bir konu hakkında çözüme ulaştıracak çok önemli bir cümle söyledi.

EMI sorunu yüzünden ,Amerika bir denizaltıyı özellikle batırdı imha etti.EMI testleri özel izole odalarda  pahalı cihazlarla testi yapılır.

Elektronik, matematik bilmek gerektiren,Scop ve diğer test cihazlarıyla masabaşında ,fıttırmaya az kalana  kadar uğraşmakla öğrenilen bir bilim.
Neyse Bende zaten uzatmak istemiyorum

[power20]

Yaptığınız devrenin uzun ömürlü olduğunu test etmek için yıllar geçecek demektir.
Yanında bir de uzun ömürsüz olan devre çalışsın ki aradaki fark belli olsun.

Hepsi bittikten sonra yayınlayacağınız o pcbnin, devreyi stabil hale getirmiş, sahada uzun süre denemiş fakat "pcb çizme sorunu olanlara" çok fayfası dokunacaktır.

[seron]

Konuyu artık noktalayalım.

Başlık boyunca önerilerinizi değerlendirdim. Ancak ortaya çıkan tüm tasarımlarda bazı sorunlar vardı. Bu sorunları çözemeyince orjinal tasarımıma geri dönmek zorunda kaldım. Bunun için özür dilerim.



Çalışma şekli:

Şebeke gücü, girişteki 1,5uF ile zayıflatılır. Bu, devrenin devamında arıza riskini ve aşırı ısı oluşumunu önler.

Doğrultma ve filtreleme sonrasında güç, akım sınırlamalı voltaj regülasyon devresine gönderilir. Bu devre, LED'lerin belli bir voltajı aşmasını, belli bir akımdan fazla akım çekmesini önler. Böylelikle LED'ler çok uzun ömürlü olacaktır.

Zener devresi için gereken hesaplama, devredeki bazı faktörler nedeniyle karmaşıktır. Örneğin, C2 kondansatöründe asla 310V toplanamayacaktır. Çünkü şebeke gücü C1 tarafından zayıflatılmıştır ve gerek zener devresi, gerekse LED devresi, DC hattındaki gerilimi kendi gerilimlerine bastırır. Bunlar tecrübe ile sabittir.

DC hatta oluşabilecek en yüksek gerilim 45V civarındadır (tahmini).

Bu durumda;

R3=50 ohm,
Zener diyotu=4Watt olmalıdır. Elimdeki zener hesaplayıcı excell şöyle diyor:



Yapay zeka destekli hesaplamayı da göstereyim. Burada zenerden çekilecek akım hesaplanırken, transistörün beyz polarmasını da dikkate almalıyız.


I_b = I_c / h_FE

Örneğin Ic'yi 1A olarak ele alırsak (ki değil)

I_b = 1A / 10 = 0,1A

Bu durumda I total'i hesaplayalım.

I_total = I_z + I_b = 0,005A + 0,1A = 0,105A olur.

Dolayısıyla yukarıda zenerin 4Watt olmasının nedeni budur.

Zener direnci (R3) ise;

R_z = (V_in - V_z) / I_total formülü dolayısıyla;

R = (45V-40V)/0,105 = 5V/0,105 = 47,6 ohm olur.

Fakat bu 47 ohm çok küçük bir değer. Ayrıca transistörün Ic'si de 1A olmayacağına göre, bu değeri 100R yaptım kendiliğimden.

Direncin watajı: 5V x 0,105A = 0,525Watt'tır. Onu da 1Watt yaptık. Böylelikle zener devremizin hesaplaması tamamlandı.

LED'ler devreden çıkarsa ne olur?

Kullanıcı lambanın yanmadığını gördüğünde "lan niye yanmıyo bu?" diye anahtarı birkaç kez açıp kapatır.
Bu esnada zener diyotları bozulur. C3 kısadevre olabilir.
Bu yüzden LED devresi bozulduğunda C3 ve zener diyotları tamamen değiştirilmelidir. Bu bir bakım notudur.

C1 nasıl hesaplanmalıdır?

Seri bağlı kapasitörü bulmak için kapasitif reaktans formülünden faydalanılır:

X_c = 1 / 2.pi.f.C

Bir kapasitörün alternatif akım devresindeki akımını hesaplamak için şu formülü kullanıyoruz:

I = V/X_c = V x 2pifC

max 150mA çekeceğimizi varsayarsak,

0,15 = 220 x (2pi x 50 x C)
0,15 = 220 x 314  x C
0,15 = 69160 x C

C= 0,15/69160 = 3,17 x 10^-6F
C=2,17uF olur.

Bu hesaplama LED'leri 150mA ile beslemek için geçerli. Ancak LED'leri bu limit akımla beslemeyecek, daha düşük bir akımla besleyeceğiz.

Bu nedenle aynı formülü 100mA için uyguladığımızda, 1,45uF buluyoruz.

Dolayısıyla devremizde 1,5uF kondansatör kullandık.

Bu devre kaç watt güç çeker?

P = V x I olduğundan;

40V x 0,15A = 6Watt (max) olur.

Bu hesabı doğrulamak için ek hesaplar yapacağız. Bu devre şebekeden kaç mA çeker ki 6Watt civarında güç çeksin?

Yukarıdaki hesabı LED'ler 120mA çekiyormuş gibi düşünerek hesaplayalım. Bu durumda yukarıdaki sonuç 4,8W olarak değişir.

P_giriş = P_LED / Verimlilik. Verimliliği yüzde 85 gibi düşünelim (asla yüzde yüz olamaz.)

P_giriş = 4,8W / 0,85 = 5,65Watt olur.

Doğrulamak için şebekeden kaç mA çekiliyor, bakalım:

I_şebeke = P_giriş / V_şebeke

Işebeke = 5,65W / 220V = 0,025A demektir. Tamam. Hesaplama doğru sonucu  veriyor. Demek ki lambamız 5W ila 6Watt çekecek.

Transistör devresindeki R4 nedir? Bu transistörlü akım sınırlayıcı devresinin R_sense direncidir. Hesaplaması çok kolaydır ve devreye uygulanan voltajdan bağımsızdır.

R_s = V_be / I_out

120mA'ya ihtiyacımız var.

R_s = 0,65 / 0,12 = 5,6 ohm (düz hesap)

Direncin gücü:

P_rs = I_out² x R_s

O halde;

Pr_s = 0,12² x 5,6 = 0,08Watt. Çeyrek watt kurtarıyor.

NOT: Bu hesaplamalar doğruyu değil, doğruya en yakın olanı verir. Devre kurulup yapıldığında herşey sapıtabilir.

* * *

Devrede hem voltajın hem akımın limitlenmesi, LED'lerin aşırı ısınamaması, aşırı ısınıp da fazla akım çekememesi ve Vf'lerinin büyüyememesi anlamına gelir. Dolayısıyla öyle umuyorum ki lamba ılık çalışacaktır. Ortaya çıkacak ısı, LED'ler, transistörler ve diğer elemanlar arasında paylaşılacağı için LED'ler kısa sürede ölmeyecektir. Gerek seri kondansatör, gerekse transistörlü akım sınırlayıcı, ısıyı olabilecek en dip seviyede tutacaktır.

LED devresi ve zener devresi, DC hattındaki voltajı çökertir. Bu da C2'de hiçbir zaman 310V toplanamayacağı, dolayısıyla zener hesaplamalarının burada çökecek voltaja göre yapılması gerektiği anlamına gelir.

Işıktaki titreşim, C2 ve C3 nedeniyle minimumdur.

Girişteki R2 direnci, devreye ilk güç uygularken devrede oluşan ani salınım ve yüksek güç dalgalanmasını absorbe etmek içindir. Trafosuz adaptör devrelerinde devreye ilk güç uygularken doğrultucu çıkışında yüksek pik oluşur. Bu pil, yüke ya da yardımcı devrelere zarar verir (test edilmiş bilgi). Fakat bu direncin konması bu sorunu yok eder(bu da test edildi.). Bu direncin watajı şöyle hesaplanıyor:

I² x direnç değeri.

220V'den 25mA civarında çekeceğimizi hesaplamıştık.

0,025² x 100 = 0,06W

Güç hesaplamasını yanlış yaptığımızı ve 150mA çekeceğimizi varsayarsak;

0,15² x 100 = 2,25Watt. Ben de 3Watt'lık direnç koydum.

* * *

PCB:

PCB 4cm çapındadır ve birçok tasarruflu ampulün plastik kasasına sığar. Ama birçoğuna da sığmaz.






C1, iki adete çıkarıldı. Çünkü aşırı büyük. 720nF'lik iki adet kondansatör yan yana paralel bağlanacak.

Test etmek isteyenler baskı şemasını şuradan indirebilirler: https://disk.yandex.com.tr/d/olpipsES2VTHHw

Sanırım vermem gereken tüm bilgileri verdim.

Yine de sormak istediğiniz birşeyler olursa yazın.

* * *

Yukarıdaki devreyi yapmak yerine aldığınız lambayı modifiye edin:

* * *

Bir Rus'un anlatımıyla tasarruflu LED lambaların yapıları (çeşitli):

Bu videoyu izlediğinizde çok çeşitli tasarruflu lambalar hakkında detaylı bilgi sahibi olursunuz. Video Rusça olsa da altyazı ve devrelerle iyi-kötü anlaşılıyor.

* * *

Tasarruflu LED lamba yapmak temelde çok kolaydır. Şu basit şemayı izleyerek de tasarruflu LED lamba yapılabiliyor:



* * *

Son olarak piyasada çeşitli alternatifler zaten satılıyor. Araştırmalar yaparak çeşitli switch mode modüllere rahatlıkla erişebilirsiniz. Bu modüller oldukça ucuzdur.

Verdiğim devre de, bir tür yöntemdir. Amaç, daha yeşil bir dünya, daha uzun süre kullanılabilecek lambadır.

* * *

İyi çalışmalar.

[power20]

Yine de sormak istediğiniz birşeyler olursa yazın.

Kaç bin saat çalıştı?
Aynı ledleri kullanan sıradan ampül ne kadar çalıştı?