Led Sürücüsü İle Titreşim Kısma

RECOM LED'ler şimdilerde ışık tasarımı konusuna yeni perspektifler getiriyor. Fakat "kısma" konusu, hala bir sorun olarak karşımızda duruyor. Bu sorun, en azından, kurulu TRIAC dimmerler kullanılmak istendiğinde kendini gösteriyor. Çünkü kullanılan sürücülerin uygun bir şekilde hazırlanmamış olmaları durumunda, TRIAC dimmerlerin faz açısı kontrol ünitesi, sürücülerin elektronik sistemiyle çakışıyor. Elektrik enerjisini ısı ve ışığa dönüştüren ampulün, her şeyin ölçütünü oluşturduğu geride bıraktığımız yüzyılda parlaklık oranı, volfram filamentini "akkora" dönüştüren güçle orantılıydı. Dalga biçimi, bu noktada herhangi bir rol oynamıyordu. Işığın kısılması için de sadece gerilimin uygun bir biçimde düşürülmesi yeterli oluyordu.

TRIAC dimmerler, uygulama alanında kendilerini kabul ettirmişti. Bu dimmerlerin faz açısı kontrol üniteleri, sinüsü, tipik köpek balığı yüzgeci motifine dönüştürüyordu. Işık ne kadar çok kısılmak isteniyorsa, TRIAC'ın tetiklenmesi, sıfır geçişinden sonra, o kadar geciktiriliyordu. Parlaklık azaldıkça fark edilir şekilde "sıcak spektruma" geçen ışığın rengi, özellikle yaşam alanları ve yatak odalarında, huzur verici bir yan efekt olarak algılanıyordu. Yaklaşık %5 oranında kalacak şekilde kötü olan ve elektrik faturasına olumsuz yönde yansıyan verimlilik oranı olmasa, her şey normaldi. Doğru akımla beslendikleri sürece, LED'lerin kısılması gerçekten sorun değil. Akımla orantılı parlaklık; bir kontrol gerilimi, basit bir potasiyometre ile analog olarak değiştirilerek veya dijital darbe genişliği modülasyonu ile kısıtsızca ayarlanabiliyor. Doğru akımla çok şey daha kolay olurdu. Mesela; yaşam alanlarımızda, 48V gücünde bir DC ağımız olsa, prizlere takılmak zorunda olan ve gözlerden uzak az veya çok verimli sayısız fişe gerek kalmaksızın, ışık sisteminin yanı sıra, evimizde bulunan tüm elektronik cihazları da besleyebiliriz. Hatta bu ağı, invertörler üzerinden dolambaçlı bir yol takip edilmesine gerek kalmaksızın, doğrudan doğruya solar hücrelerle de besleyebilirdik. Fakat ne yazık ki böyle bir şey henüz mümkün değil. Çünkü elektrik altyapımız, "elektronik öncesi dönemden" kalma olduğundan, bu altyapımızı modern teknolojiye göre ayarlamamız onlarca yılımız alacaktır. Bu durumda bize de sadece, modern teknolojiyi, eski alışkanlıklarımıza adım adım adapte etme yolu kalıyor.

LED lambaların, 230 VAC ağından elektronik balastlar üzerinden beslenmeleri de bu adaptasyon kapsamında yer alıyor. Ancak bu sürücüler, vakumlu bir ampulün içinde yer alan volfram filamentinden çok daha farklı bir davranış sergiliyor. Durum böyle olunca, şu sorulara cevap bulunması gerekiyor: "Şimdi, ampulle birlikte, TRIAC dimmerlerle de vedalaşmamız mı gerekiyor?" Bu soru, net bir şekilde hem EVET hem de HAYIR şeklinde yanıtlanabilir! Çünkü TRIAC'ların ve yeni LED sürücülerin arasında oldukça kompleks bir işbirliği mevcut. Bunun daha iyi anlaşılması için, ilk önce AC/DC sürücülerin çalışma prensiplerini büyüteç altına almamız gerekiyor. AC/DC sürücüler, prensipte, biri, ağ gerilimini uygun bir doğru akıma dönüştüren anahtarlama regülatörü güç kaynağı diğeri, LED zincirini sabit akımla besleyen sürücü olmak üzere, iki bloktan oluşuyor. Alternatif gerilim girişte, ilk önce doğru gerilime dönüştürülüyor ve şarj kondansatörü vasıtasıyla düzleştiriliyor.

Elektrik, sadece AC/DC konvertörün amplitütleri, kondansatörün geriliminden daha yüksek olması durumunda aktığından, her yarım dalga sırasında ağdan, kısa ve oldukça yüksek akım darbeleri çekiliyor. Bu şekilde, gerilimle faz ilişkisi kesiliyor ve etkin güç ile zahiri güç arasındaki ilişkiyi oluşturan güç faktörü, 0,5 ila 0,7 oranında değerlere kadar düşüyor. Ayrıca, çok sayıda tek sayılı temel frekansa sahip harmonikler oluşuyor. Bunlar kısmen, ağa geri yansıtılıyor. Buna, EN61000-3-2 gibi uluslararası standartlar karşı çıkıyor. Bu standartlar, LED sürücüleri için 25 Vattan itibaren >0,9 oranında bir güç faktörünü zorunlu kılıyor. EnergyStar yönetmeliği, aynı değeri ticari uygulamalar için de talep ediyor. Standartta ayrıca, harmonikler için üst sınır değerleri de belirlenmiş. 25 Vat üstü LEd sürücüleri için, elektromanyetik uyumluluk açısından, katı "C sınıfı" gereklilikleri geçerli. Bu gerekliliklerin, örneğin: filtreler gibi basit araçlarla yerine getirilebilmesi mümkün değil. Bu noktada, çözüm olarak, aktif bir PFC kontrolörü kullanılabilir. Konvertör ile şarj kondansatörünün arasına tesis edilen bu kontrolör, bir yarım dalga sırasında, çok sayıda münferit akım darbesi üretiyor. Bu şekilde, toplamda, ağdan, gerilimle geniş ölçüde aynı fazda olan sinüs şeklinde bir akım alınıyor.

Bu teknik sayesinde, RECOM'un, 12W üzeri AC sürücüleri için belirttiği 0,95 oranında bir güç faktörüne kolaylıkla ulaşılabiliyor. Böylelikle, EN61000-3-2 standardında tanımlanan sınır değerlerin, bilinçli bir şekilde belirgin oranda üzerine çıkılıyor. Ancak, ampullerle birlikte çalıştırılmak üzere optimize edilen ve aslında LED sistemlerine uygun olmayan TRIAC dimmerler kullanılmak istendiğinde, durum içinden çıkılmaz bir hal alıyor. Eğri gerilim, ampulde herhangi bir sorun teşkil etmezken, dimmerin kesilmiş sinüsü, sürücünün güç faktörü düzeltme sistemiyle çakışıyor. Kesilmiş yarım dalga ne kadar dar olursa, akım darbelerinin sayısı o oranda düşüyor. Yani, kısma sırasında parlaklık değişikliklerinin ortaya çıkmasına şaşırmamak gerekiyor. Hepsi bu kadar da değil. TRIAC dimmerler, genellikle, LED'ler için gerekli olan güçlerden çok daha büyük güçler için tasarlanmıştır. 100W'lık bir ampul, %10'a kısıldığında, TRIAC'ın güvenilir bir şekilde tetiklenmesi için gerekli olan yeterli oranda bir akım sağlanabiliyor. Ancak, 20W'lık bir sürücü kısıldığında, bu akım yeterli olmuyor. Böyle bir durumda, baz yük eksikliği nedeniyle sağlam bir kontrol gelişmediğinden, LED'ler kontrolsüz bir şekilde titremeye başlıyor. Ampullerin diğer bir özelliğini ise, değiştirilirlerken kazaların önüne geçilmesi amacıyla, tamamen kısılamamaları oluşturuyordu. TRIAC dimmerler, bu sebepten dolayı, tamamen sıfıra getirilemiyor. Ampuller, yaklaşık %10 güçte, sadece çok düşük bir ışık saçarken, LED'ler bu güçte oldukça güçlü bir ışık saçabiliyor.

Sonuç: Kısma davranışı, tamamen yetersiz oranda algılanabiliyor. Birbirine ait olmayan unsurların, birbirlerine uygun olmadıklarını kanıtlayan bir dizi başkaca hususlar da bulunuyor. Mesela; farklı üreticilere ait dimmerlerin ayrıntıları da birbirinden farklı olduğundan, aynı sürücülerle çok farklı sonuçlar elde edilebiliyor. Yeni teknolojiyle, eski ortamlarda neden iyi sonuçların elde edilemediği, herhalde bu örnekler sayesinde daha iyi anlaşılmıştır. RECOM'un ürün geliştirme mühendisleri, bir çözüm bulmak için, neredeyse iki yıl çalıştılar. PFC kontrolörünü geliştirebilmek için, tüm hünerlerini ortaya koydular. Girişte faz açısının genişliğini ölçen özel bir devre, ölçülen açıya bağlı olarak, akım darbelerinin sayısını kontrol ediyor. Bu şekilde, kısma sırasında parlaklık değişikliklerinin oluşmasının önüne geçiliyor. Ayrıca, TRIAC KAPALI fazdayken, sürücüye düşük bir yük enerjilenerek, akım akışının kesilmemesi sağlanıyor. Bu şekilde güvenilir bir şekilde tetiklenen TRIAC sayesinde, LED'lerin titreşmesi ve yanıp sönmesi gibi olumsuz durumların önüne geçiliyor. Bunun ötesinde, sabit akım kaynağı da; optimum konfigürasyonda mümkün olandan çok daha düşük sayıda LED bağlı olsa dahi, dengesini kaybetmeyecek şekilde değiştirilebiliyor. Netice: RECOM'un RACT20 ailesi sürücüleri, düşük bir güçle çalıştırılıyor olsalar dahi, kısma sırasında titreşmiyor. Faz açısı kontrollü dimmerler ve LED sürücülerinin, bir arada kullanılmaları oldukça zor. RECOM, "dinamik PFC" ve diğer hünerlerini kullanarak, RACT20 ailesiyle, piyasada bulunan sıradan dimmerleri kombine ederek, çok iyi sonuçlar elde etmeyi başardı. Ancak, bu tür sistemlerin EN 61000-3-2 standardında tanımlanan sınır değerleri ne kadar yerine getireceği sorusu yanıtsız kalıyor. Bu nedenle, teknik açıdan, ikili olarak test edilen dimmerlerin kullanılması önerilir. RECOM, bu nedenle, tamamen RACT ailesine uyarlanan ve 7 Wat üzerinde bir güçle vazifelerini güvenilir bir şekilde yerine getiren dimmerleri piyasaya sürmüş bulunuyor. Ancak, uzun vadede, akıllı evler için, ev elektroniği ve ışık sistemini tercihen doğrudan doğruya solar hücrelerden olmak üzere aynı surette doğru akımla besleyen, bir "yerleşik DC güç kaynağı" da talep edilebilir. Bu güç kaynağı, bunun ötesinde, sensör sistemi ile kontrol merkezi arasındaki iletişimi sağlamak suretiyle, münferit sistemleri doğrudan doğruya da kontrol edebilir. Ancak, böyle bir şey ancak ileride mümkün.