LED ve LEDLER

Aydınlarma, göstergeler vb. LED’ler her yerdedir: Telefonlarımızda, arabalarımızda, evlerimizde. Çok çeşitli boyut, şekil ve renklere sahiptirler.

LED’ler elektrik enerjisini ışığa dönüştüren özel bir diyot türüdür. Aslında, LED “Işık Yayan Diyot” anlamına gelir. Yandığında büyük miktarlarda ısı üreten normal akkor lambalardan ve ampullerden farklı olarak, LED, “soğuk” bir ışık üretir. LED’ler katı hal cihazları olduğundan, çok küçük ve dayanıklı olabilirler ve normal ışık kaynaklarından çok daha uzun ömürlüdür.

Kısacası, LED’ler küçük ampuller gibidir. Bununla birlikte, LED’lerin için ışık vermesi için çok daha az güç ihtiyacı vardır. Ayrıca tasarrufludurlar, bu nedenle geleneksel ampullerin yaptığı gibi ısınma eğilimi göstermezler (aşırı voltaj, akım verilmez ise, yüksek güçler dışında).

LED’ler, akkor ampullere göre aniden arızalanmasından ziyade, zamanla ışık gücünü yitirerek arızalanır. (yüksek voltaj vb. sebepler dışında) LED’ler akkor ampullerden daha fazla watt başına lümen yayar. LED aydınlatma armatürlerinin verimliliği, floresan ampullerden veya akkor lambalardan farklı olarak şekil ve boyuttan etkilenmez. Katı hal bileşenleri olan LED’lerin, kırılgan olan floresan ve akkor ampullerin aksine, harici darbeler ile zarar görmesi daha zordur, dayanıklıdır.

Bu ve diğer bir çok avantaj LED’leri mobil cihazlar ve diğer düşük güçlü uygulamalar için ideal hale getirir. Ayrıca LED’lerin yüksek güçlü uygulamalar için de çeşitleri vardır; Aydınlatma, spot lambalar, otomotiv LED zenon farları vb.

Yukarıda özetle LED hakkında bilgiler verildi yazının devamında detaylı teorik bilgilere fazla yer verilmeyecek daha önce paylaşılan “Diyotlar Diyot Nedir Diyot Çeşitleri“, “Diyotlar hakkında genel bilgi nedir nasıl çalışır çeşitleri” ve “Işık kaynakları lambalar led ve aydınlatma hakkında” yazılarını inceleyebilirsiniz. LED Nedir, LED Nasıl çalışır, LED kullanımı teorik bilgiler bu makaleler de bulunuyor

LED Polaritesi Önemlidir

Elektronikte, polarite bir devre bileşeninin simetrik olup olmadığını gösterir. LED’ler akımın sadece bir yönde akmasına izin verir. Ve akım akışı olmadığında ışık da olmaz. Neyse ki, bu aynı zamanda bir LED’i ters bağladığınızda bozulmayacağı anlamına gelir.

LED’in pozitif tarafına “anot” denir ve bağlantı bacağı daha uzundur. LED’in diğer negatif tarafına “katot” denir. Akım anottan katoda akar ve asla ters yöne akmaz. Ters LED, akım akışını engelleyerek tüm devrenin düzgün çalışmasını engelleyebilir.

Not: Çok eskiden bit pazarından aldığım bir kutu LED içinde tam tersi bağlantı olanlar vardı yani uzun bacak ve iç kısımda bağlı olduğu ince bölüm katot kısa bacak ve LED içinde ki kalın bölüm anottu. Yıllar sonra büyük bir markanın cihazında da bu ters ledin kullanıldığını gördüm. Çok nadir karşılaşılacak bir durum ama yine bilginiz olsun.

Bir LED’in parlaklığı, ne kadar akım çektiğine doğrudan bağlıdır. Bu iki anlama geliyor. Bunlardan ilki süper parlak LED’lerin daha fazla güç harcağı, pilleri, akülari daha çabuk bitirmesidir, çünkü ekstra parlaklık kullanılan ekstra güçten gelir. İkincisi, içinden geçen akım miktarını kontrol ederek bir LED’in parlaklığını kontrol edebilmenizdir.

Bir LED’i doğrudan güç kaynağına bağlarsanız, çekilmesine izin verilen kadar akımı çekip güç yaymaya çalışır ve ömrü çok düşük olur. Bu yüzden LED boyunca akan akım miktarını sınırlamak önemlidir.

Led akım sınırlaması için en yaygın yöntem direnç kullanımıdır. Dirençler devredeki elektron akışını sınırlar ve LED’i çok fazla akım çekmeye çalışmaktan korur.

LED Akımı

Led akımını belirlemek için bilgi alınabilecek en doğru kaynak led üreticisinin sunduğu veri dosyasıdır (LED datasheet). Bu dokümanda akım bilgisinin yanı sıra çalışma sıcaklığı, kılıf ölçüleri vb. bir çok bilgi bulunur. Bunun dışında Led türüne göre tecrübe, uygulamalara göre akım sınırlaması da yapılabilir. Bir çok uygulamada 12v üzerinde LED gösterge için 1k direnç kullanılır.

Tablodaki ilk satır (Forward Current) LED’inizin ne kadar akımla sürekli olarak çalışabileceğini gösterir. Bu durumda, 20mA veya daha az akım verebilirsiniz ve en parlak 20mA’da ışık verecektir.

İkinci sıra (Peak Forward Current) , kısa süreli maksimum pik akımının ne olması gerektiğini gösterir. LED 30mA’ya kadar kısa darbeleri kaldırabilir, ancak bu akımı çok uzun süre kullanırsanız LED arızalanır.

Üçüncü sırada (Suggestion Using Current), LED`in uzun ömürlü olması için 16-18mA’lık kararlı bir akım aralığı öneriliyor.

LED Voltajı, Dalga Boyu, Parlaklığı

Yukarıda ki tabloda ilk sıra (Forward Voltage) bize LED üzerindeki ileri voltaj düşüşünün ne olacağını söyler . İleri voltaj, LED’ler hakkında araştırma yaparken dokümanlarda sıkça ortaya çıkacak bir terimdir. Bu değer, devrenizin LED’e ne kadar voltaj sağlaması gerektiğine karar vermenize yardımcı olacaktır. Tek bir güç kaynağına bağlı birden fazla LED’iniz varsa, bu değerler gerçekten önemlidir, çünkü birbirine eklenen tüm LED’ler ileri voltajı besleme voltajını aşamaz.

LED Dalga Boyu

Tabloda ikinci sıra (Wavelenength nn or TC k) bize LED ışığının dalga boyunu gösterir. Dalga boyu temel olarak ışığın ne renk olduğunu açıklamanın çok kesin bir yoludur. Bu sayıda bazı değişiklikler olabilir, bu nedenle tablo bize minimum ve maksimum verir. Bu durumda, spektrumun alt kırmızı ucunda olan 620 ila 625nm (620 ila 750nm).

LED Parlaklığı

Son sırada (Lominous Intensty) LED’in ne kadar parlak olabileceğinin bir ölçüsüdür. Birim MCD veya milisandela , bir ışık kaynağının yoğunluğunu ölçmek için standart bir birimdir. Bu LED maksimum 200 mcd yoğunluğa sahiptir, bu da dikkatinizi çekecek kadar parlak ancak el feneri parlaklığı olmadığı anlamına gelir. 200 MCD de bu LED iyi bir gösterge olur.

LED Çeşitleri

Standart tek renk LED çeşitleri elektronik ile ilgilenen hatta ilgilenmeyen kişiler tarafından bilinir. Tüm LED çeşitlerinin DIP kılıf ve SMD kılıf versiyonları da vardır. Bunlara ek olarak diğer LED çeşitlerine göz atalım.

RGB LED’ler

RGB (Kırmızı-Yeşil-Mavi) LED’ler aslında bir arada üç LED’dir Ancak bu sadece üç renk oluşturacağı anlamına gelmez. Kırmızı, yeşil ve mavi ek birincil renkler olduğundan, gökkuşağının her rengini oluşturmak için her birinin yoğunluğunu kontrol edebilirsiniz. Çoğu RGB LED’in dört pimi vardır: her renk için bir tane ve ortak bir pim. Bazılarında, ortak pim anottur bazılarında ortak katottur. Özellikle mikro denetleyici kontrollü PWM sürümü ile çok çeşitli renkler üretilebilir.

RGB LED’in çalışması hakkında aşağıda ki animasyon durumun daha net anlaşılmasını sağlar.

İki ve Üç Renkli LED

İki renkli LED, tek bir pakette birleştirilmiş “ters paralel” birbirine bağlı iki LED çipine sahiptir. Voltaj kutupları değiştirildiğinde 2 farklı renk verir.

Üç renkli LED genelde ortak katotludur ve iki anot pimi bulunur yeşil ve kırmızı aryı ışık verebilir ikisine birden voltaj uygulanınca turuncu renk verir. Aşağıda ki LED animasyonları İki ve Üç Renkli LED çalışmasını gösteriyor.

İki renkli LED çalışma animasyonu;

Üç renkli LED çalışma animasyonu;

Entegreli LED’ler

Bazı LED’ler diğerlerinden daha akıllıdır. Örneğin, bisiklet Far LED’ini ele alalım. Bu LED’lerin içinde LED’in herhangi bir ek devre olmadan yanıp sönmesine, çeşitli efektler yapmasını sağlayan entegre bir devre vardır. Eskiden Flip Flop ledler kısa süre popüler olmuştu fakat piyasada fazla görmedim

Adreslenebilir LED’ler

Adreslenebilir LED türleri farklı kontrol edilebilir, özellikle mikro denetleyici kontrolü ile çok gelişmiş uygulamalar yapılabiliyor. Adreslenebilir LED’i kontrol etmek için kullanılan farklı entegreler bulunuyor şuan yaygın kullanılanlar WS2812, APA102, UCS1903. Aşağıda ki WS2812 örneğidir. Sağdaki daha büyük kare entegre renkleri farklı kontrol eder.

Adreslenebilir LED’lerin için genelde NeoPixel ifadesini sık görürüz. Genel olarak NeoPikseller Hakkında Bilmeniz Gerekenler;

Adreslenebilir LED’lerin tümü NeoPiksel değildir. “NeoPixel”, tek pim (Veri DI) bağlantılı bir kontrol protokolü kullanarak WS2812, WS2811 ve SK6812 LED sürücülerine dayanan bireysel olarak adreslenebilen RGB renkli pikseller ve şeritler için Adafruit firmasının markasıdır. NeoPixel ürünü başlangıçta Adafruit firması tarafından sunuldu ve üretildi.

WS2812 Çalışması için örnek animasyon;

Diğer adreslenebilir LED ürünleri; DotStars, WS2801 piksel, LPD8806 farklı metodotlar kullanır (üreticileri farklıdır). NeoPiksel LED bir mikrodenetleyici (Arduino, Microchip PIC vb.) ile çalıştırılabilir.

WS2812, en popüler dijital adreslenebilir RGB LED’lerden biridir ve bugün binlerce üründe, DIY ve yapımcı elektroniklerinde kullanılmaktadır. mikrodenetleyiciden tek bir kablo ile kontrol edilen, istediğiniz sayıda seri bağlamanıza izin verir. Standart WS2812, yalnızca biri veri için kullanılan 6 pime sahiptir, ancak alternatif WS2812B daha yaygın olarak kullanılır ve 5050 SMD paketinde LED ile sadece 4 pime sahiptir.

1 VDD Güç kaynağı bağlantısı
2 DOUT Kontrol veri sinyali çıkışı
3 VSS Şase, –
4 DIN Kontrol veri sinyali girişi

Her ikisi de aynı iletişim protokolünü kullanır, ancak zamanlamalar biraz farklıdır. WS2812B entegresi LED renk kontrolünü sağlar LED renginin ne olması bildiren için veriyi işler. Her bir LED verilerini alır, ardından bir sonraki veri paketini bir sonraki LED’e iletir. Gerçek zamanlama ve iletişim protokolü kullanılır.

Seri data bağlantısı ile istediğiniz kadar LED’i kontrol edebilirsiniz, ancak birkaç sınırlama vardır. Her LED birkaç bayt RAM tüketir ve nispeten düşük veri hızı nedeniyle, birkaç yüzden fazla LED kullandığınızda, pikseller arasında hafif tamponlama süresini fark etmeye başlayabilirsiniz.

Dahili Dirençli LED

Küçük, akım sınırlayıcı bir direnç içeren LED’ler de vardır. Aşağıdaki görüntüye yakından bakarsanız, bu tür LED’lerde akımı sınırlamak için direk üzerinde küçük, siyah bir kare şeklindedir.

Dahili direnci olan LED’lerin genelde çalışma voltajı 5 volttur fakat kullanmadan önce üreticinin veri dosyasına bakmak kesin sonuç için gereklidir.

Özel LED’ler

Kızılötesi LED’ler Görünmez ışık şeklinde bilgiler göndermek için TV uzaktan kumandaları gibi şeylerde kullanılıyorlar Bunlar standart LED’lere benzeyebilir, bu nedenle normal LED’lerden ayırt etmek zordur

Ek olarak sıkça sahte para tespit cihazlarında kullanılan Ultraviyole LED’ler vardır.

LED Direnci Hesaplama Formülü

LED Direnci hesaplama için “Led çalıştırmak için seri direnç hesapları” sayfasında tek led birden fazla led seri ve paralel bağlantı için otomatik hesaplama aracı var. Ek olarak LED direnç hesaplama formülü bilmeniz işinize yarar.

Öncelikle direnç değerini hesaplayalım, bunun için Güç kaynağı voltajı, LED’in çalışma voltajı ve LED’ akım tüketimini bilmemiz gerekli

Örneğin güç kaynağımız 12 volt LED voltajı 3.4 volt ve akımı 15Ma hesaplama; 12 – eksi 3.4 = 8.6 çıkan sonucu LED akımına bölüyoruz 8.6 / .015 = 573 yani sonuç 573-ohm

573-ohm direnç bulmak zor olacaktır bu durumda biraz daha yüksek değerler kullanılabilir 620….680-ohm gibi. Ayrıca hesaplanan değerden biraz daha yüksek değer de direnç kullanmak iyidir çünkü maks. akımdan daha azını kullanmış olursunuz LED ömrü uzun olur. Yukarıda LED akımı bölümünde üreticinin 20Ma led için uyun akımın 16…18Ma olduğunu söylediğini görmüştük.

Eğer LED özelliği ve güç kaynağına göre 5700 gibi değer çıksaydı bu durumda 5.7kohm olacaktı 1000-ohm 1k eder direnç hesaplama ve bilgiler için “Temel Elektronik Başlangıç” yazısına bakınız.

LED Direncinin Gücünü Hesaplama

LED’e bağlanacak direncin gücünü hesaplama için benzer bir işlem yapıyoruz 12 – eksi 3.4 = 8.6 çıkan sonucu LED akımı ile çarpıyoruz 8.6 x .015 = 0.129 bu durumda sonuç 0.129W standart 1/4W direnç 0.250W olduğu için kullanabiliriz.

Not: Direncin gücü hesaplanan değerden daha fazla kullanılabilir örneğin hesaplamada 1/4w dirence uygun değer çıkıyor fakat elinizde 1w veya 5w direnç var bu değerlerde kullanılabilir.

Seri, Paralel Bağlantı Hesaplamaları

Seri LED nasıl hesaplama yapılacak ? Ledleri seri bağladığımızda çalışma voltajı artar Örneğin; 3 adet 2 volt ile çalışan LED’i seri bağlarsanız çalışma voltajı 6 volt olacaktır buna göre hesaplama yapılacak 12 – eksi 6 = 6

Paralel LED Bağlantısında; Akım artacak 3 tane 15ma LED’i paralel bağladığınızda toplam LED akımı 45ma olacak buna göre hesaplama yapılacak.

Paralel LED bağlantısında, LED’lerin ileri voltajlarındaki üretim toleransları nedeniyle akımı eşit olarak paylaşılmaz. Tek bir akım kaynağından iki veya daha fazla LED’in paralel çalıştırılması, zamanla LED arızası yapabilir. İmkan var ise paralel LED bağlantısında her LED için ayrı direnç eklenmesi daha sağlıklı olur.

Bazı görsel ve içeriğin bir kısmı için kaynak: learn.sparkfun.com