LED’ler yaşamımızın her alanında karşımıza çıkıyor artık. Trafik lambalarında, reklam panolarında, otomobil farlarında ve her türlü elektronik cihazın üzerinde LED’leri görüyoruz.  Güç tüketimleri çok düşük olduğundan ve parlak ışık yaydıklarından el fenerlerinde de sıkça kullanılıyorlar. Bu yazıda, bir adet kalem pille çalışan ve 30 saatin üzerinde ışık yayan beyaz LED’li bir el fenerinin nasıl yapılacağından bahsedeceğim.

 Konuya öncelikle, normal el fenerlerinin yapısını tanıtarak başlayayım. Standart bir el fenerinde bilindiği gibi birkaç adet pil ve akkor filamanlı bir ampul bulunur. Bu ampuller, 250mA ile 500mA arasında bir akım çekerler ve harcadıkları enerjinin büyük bir kısmını ısı olarak ortama yayarlar. Bu nedenle verimleri düşüktür. Akkor filamanlı ampullerin güç tüketimleri yüksek olduğundan el fenerindeki pilleri kısa sürede tüketirler. Örneğin, el feneri sürekli çalışır durumda bırakılırsa fenerin ışık yayma süresi en fazla 3-4 saat olur. Hatta kullanılan pilin kalitesi çok iyi değilse bu süre daha da kısa olabilir.

El fenerinde akkor filamanlı ampul yerine LED kullanılırsa, fenerin ışık yayma süresi onlarca saate kadar çıkabilmektedir. Standart bir el feneri ile karşılaştırıldığında bu süre kat kat uzundur gerçekten. Kısaca, LED’li el feneri ile hem uzun süreli aydınlatma sağlanır hem de pil masrafı az olur.  

 LED’li el feneri yapımının en önemli aşaması LED seçimdir. Piyasada her ne kadar, kırmızı, sarı, yeşil ve mavi renkli LED’ler olsa da iyi bir aydınlatma için beyaz LED seçmek daha uygundur. LED renginin seçimi kadar LED’in ışık şiddetinin seçimi de önemlidir. Parlak bir ışık elde etmek için mili kandil (mcd) değeri en az 5000 olan bir LED seçilmelidir. Işık şiddeti daha yüksek olan bir LED seçmek çok daha iyi sonuç verir.

Bilindiği gibi, LED’in ileri yön gerilimi yani V_f değeri LED rengine göre değişmektedir. LED’den 20mA akım geçerken V_f gerilimi kırmızı, sarı ve yeşil renkli LED’ler için 1.8-2.2 V iken, beyaz ve mavi renkli LED’ler için 3.5 V civarındadır. Yani beyaz LED’le çalışan bir el feneri yapabilmek için en azından 3.5 V’luk bir gerilim kaynağına ihtiyaç vardır. Eğer gerilim kaynağı olarak, seri bağlı 2 adet 1.5 V’luk pil kullanılırsa, 3 V’luk gerilim elde edilir ki bu da beyaz LED’i verimli olarak çalıştırmaya yetmez. Bu nedenle ya 3 adet 1.5 V’luk pil (ve LED’e seri bağlı bir direnç) kullanılmalı ya da özel olarak tasarlanmış bir elektronik devre ile pil gerilimi yükseltilmelidir. Bu yazıda 1.5V’luk pil gerilimini yükselten bir anahtarlama devresi tanıtılacaktır.

 Aşağıda prensip şeması görülen elektronik devre, yükseltici (boost) tipinde çalışan bir anahtarlama devresidir. Devrenin görevi, düşük giriş gerilimini yükseltmekten ibarettir.

Anahtarlama devresinin çalışma mantığı basitçe şöyledir: Yarıiletken bir anahtar olan Q transistörü, yüksek frekansta anahtarlama yapar. Transistör iletimdeyken bobinde enerji depolanır, bu esnada diyot kesimde olduğundan C kondansatörü, çıkışa bağlı olan yükü besler. Transistör kesime gittiğinde ise bobinde ters bir gerilim indüklenir ve oluşan yüksek gerilim C kondansatörünü şarj eder. Devrenin çalışma şekli anahtarlama yapıldığı sürece böyle devam eder. Transistörün iletimde olduğu süre dT ve kesimde olduğu süre (1-d)T ise çıkış geriliminin giriş gerilimine oranı 1/(1-d) olur. Burada d, görev periyodudur. Buna göre, anahtarlama devresinin yükseltme oranı 1’den büyük bir değerdir.

Anahtarlama devresinin çalışmasında en önemli işi bobin üstlenmektedir. Bu nedenle üzerinde önemle durulması gerekir. Bobin, basit olarak iletken bir telle uygun bir malzeme (nüve) üzerine belirli sayıda sarım yapılmasıyla elde edilir. Üzerine tel sarılan malzemenin manyetik geçirgenliği ne kadar büyükse bobinin indüktansı o oranda büyük olur. Genellikle nüve olarak toroid şeklinde ferrit çekirdek kullanılır. Piyasada, ferrit çekirdek üzerine sarım yapılarak oluşturulmuş bobinler olduğu gibi, dış görünümü direnç veya kondansatöre benzeyen bobinler de vardır. Aşağıda farklı tip bobin örnekleri görülüyor.

Devre şeması

Beyaz LED’li el fenerine ait devre şeması aşağıdaki gibidir. Devrenin görevi, 1.5 V’luk pil gerilimini LED’in çalışabileceği gerilim değerine yükseltmektir. Devrede görülen Q₂ transistörü yaklaşık 20kHz’de anahtarlama yapar. Bu sayede, pil gerilimi 0.8 V’a düşünceye kadar beyaz LED’in ışık yayması sağlanmış olur. Anahtarlama devresinin verimliliği %60 civarındadır.

Malzeme Listesi :

1 adet BC327 (PNP) transistör

1 adet BC 337 (NPN) transistör

1 adet 120uH bobin

1 adet Parlak beyaz LED

1 adet 1N5818 schottky diyot

1 adet 100uF/16V elektrolitik kondansatör

1 adet 220pF kutupsuz kondansatör

1 adet 47k 1/4W direnç

1 adet On/off anahtar

Devredeki D1 diyodu schottky türünde bir diyottur. Bunun yerine 1N4148 diyot da kullanılabilir. Anahtarlama devresinin uygun şekilde çalışabilmesi için indüktansı 120 uH olan bir bobine ihtiyaç vardır. Bobin olarak ya 120 uH değerinde hazır satılan bir bobin kullanılmalı ya da toroid şeklindeki ferrit çekirdek üzerine 0.5 mm çaplı bakır telden yaklaşık 45 sarım yapılmalıdır. Kullanılan ferrit çekirdeğin türüne göre daha az veya daha fazla sarım yapmak gerekebilir. En uygun yol, üzerinde henry (H) kademesi olan bir ölçü aleti ile indüktans değerini ölçmektir.    

El feneri yapımının son aşaması, devrenin uygun bir kutuya yerleştirilmesidir. Kutu olarak üstü kapaklı 2’li kalem pil yuvası kullanılabilir. Bu kutuya hem bir adet AA boyutunda kalem pil, hem de anahtarlama devresi kolaylıkla sığmaktadır. Feneri istendiği zaman kullanabilmek için kutu üzerine bir buton veya aç/kapa anahtar monte edilmelidir. LED’li el fenerinin tamamlanmış hali aşağıda görülüyor.

Test

Yapımı tamamlanan LED’li el feneri devresi 1.5 V’luk bir alkalin kalem pille test edildiğinde 30 saattin üzerinde ışık yaydığı görülmüştür. Devrede bobin olarak hazır bir bobin (L1) veya toroid çekirdekli bir bobin (L2) kullanılması ışık yayma süresi pek etkilememektedir. Aşağıdaki grafikte, her iki bobin için test sonuçları görülmektedir. Grafikten görüldüğü gibi, pil gerilimi 1.5 V iken LED’den geçen akım yaklaşık 25 mA’dir. Gerilim 0.9 V’a düştüğünde LED akımı 5 mA’e kadar azalır.

Sonuç olarak, düşük maliyetli ve kolayca yapılabilen bu devre ile saatlerce ışık yayan bir el fenerine sahip olabilirsiniz. Siz, Antrak okuyucularına faydalı olmasını dilerim.  

Arş. Gör. Yavuz EROL Fırat Üniv. Elektrik-Elektronik Müh. yerol@firat.edu.tr