Lineer yapılı LED armatürleri için yüksek verimliliğe ve yüksek güç yoğunluğuna sahip sabit akım güç kaynağı tasarımı
High efficiency and high power density constant current power supply design for linear LED luminaires
Yazar: MEHMET CANER BAŞOL
Danışman: DOÇ. DR. SERHAT YILMAZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Lineer LED sürücüler, yüksek verim ve yüksek güç yoğunluğuna ihtiyaç duyulan armatürler için tasarlanmış sabit akım güç kaynaklarından bir tanesidir. Bununla birlikte, ince yapısı ve düşük çıkış akım dalgalanması gibi özellikleri sayesinde birçok farklı LED aydınlatma armatürlerinde de tercih edilmektedir.
LED aydınlatmaya olan talebin artmasıyla birlikte LED sürücü üzerine yapılan çalışmaların sayısı artmıştır. Ancak, LED sürücünün kalitesini ve kullanılabilirliğini belirleyen; lineer - ince yapı, verimlilik, yüksek güç yoğunluğu, uzun ömür – güvenilirlik gibi parametreler tasarım sürecinde dikkate alınmamaktadır. Bu davranış, öngörülemeyen problemlerin ortaya çıkmasına neden olabileceği gibi proje süreçlerinin uzamasına, proje giderlerin yükselmesine ve hatta hayati problemlere neden olabilmektedir.
Bu tez çalışmasında; lineer veya benzer formadaki LED aydınlatma armatürlerinde kullanılabilecek, Avrupa şebeke gerilimine (230 VRMS, 50 Hz) uygun, 60W çıkış gücüne, 350mA çıkış akımına sahip çıkış akım dalgalanması %16'ın altında, yüksek verimliliğe sahip (>%92.0) lineer LED sürücü tasarımı yapılmış ve gerçekleştirilmiştir. Başarı kriterlerine ulaşmak ve uzun ömürlü – güvenilir bir LED sürücü ortaya çıkarmak için tasarım adımları detaylıca işlenmiştir. Tasarım aşamasındayken, sürücünün matematiksel analizi yapılmış ve simülasyonlar kullanılarak yarı iletken, manyetik elemanlar gibi kritik komponentlerin üzerindeki akım ve gerilim değerleri belirlenmiştir. Bu değerler kullanılarak; komponentler seçilmiş ve verim iyileştirmesi için manyetik simülasyonlar kullanılmıştır. Yapılan bu çalışmalar doğrultusunda; tasarlanan devre gerçekleştirilmiş ve matematik – simülasyon hesaplamalar doğrulanmıştır. Sonuç olarak, bu tez çalışması ile birlikte verimliliği – güç yoğunluğu yüksek, uzun ömürlü – güvenilebilir bir tasarım çıkarabilmeye yönelik çözümler sunulmuştur.

Abstract:
Linear LED drivers are one of the constant current power supplies designed for fixtures that require high efficiency and high power density. However, it is also preferred in many different LED lighting fixtures thanks to its thin structure and features such as low output current fluctuation.
With the increasing demand for LED lighting, the number of studies on LED drivers has increased. However, determining the quality and usability of the LED driver; Parameters such as linear - fine structure, efficiency, high power density, long life - reliability are not considered during the design process. This behavior may cause unforeseen problems as well as prolonging project processes, increase project expenses and even cause vital problems.
In this thesis; high efficiency (> 92.0%) linear LED driver design with 60W output power, 350mA output current, output current fluctuation below 16%, which can be used in linear or similar form LED lighting fixtures, suitable for European mains voltage (230 VRMS, 50 Hz) made and realized. The design steps have been elaborated in order to reach the success criteria and create a long-lasting and reliable LED driver. During the design phase, the driver's mathematical analysis was made and the current and voltage values on critical components such as semiconductors and magnetic elements were determined using simulations. Using these values; components were selected and magnetic simulations were used for efficiency improvement. In line with these studies; the designed circuit has been implemented and the mathematical - simulation calculations have been verified. As a result, with this thesis, solutions have been presented to create a reliable design with high power density, long life.