LED’ler, üzerinden elektrik akımı geçtiğinde ışık yayan yarı iletken cihazlardır. Güç kaynağı tarafından sağlanan enerjiyi LED’lere taşımak için üzerinde iletken yollar bulunan PCB (Baskı devre kartı)’ye ihtiyaç duyulur. PCB tasarım süreci, ışık kaynağının elektriksel ve termal performansı, ışık verimi ve üretim maliyeti açısından oldukça önemlidir.
LED‘ler, üzerinden elektrik akımı geçtiğinde ışık yayan yarı iletken cihazlardır. Güç kaynağı tarafından sağlanan enerjiyi LED’lere taşımak için üzerinde iletken yollar bulunan PCB (Baskı devre kartı)’ye ihtiyaç duyulur. PCB tasarım süreci, ışık kaynağının elektriksel ve termal performansı, ışık verimi ve üretim maliyeti açısından oldukça önemlidir.
LED Seçimi
LED PCB tasarım sürecinin ilk adımı LED seçimidir. Uygulama çeşidi, gereksinimleri ve maliyet hedefine göre LED seçimi yapılır. LED seçimi yaparken LED’in gerilimi, akımı, ışık akısı, ışık yoğunluğu, renk sıcaklığı, dalga boyu, renksel geriverim indeksi gibi parametrelere dikkat edilmelidir. LED dizisinin nasıl kurgulanacağı da LED’in teknik özelliklerine göre belirlenir. LED seçimi, tasarım sürecinin diğer adımlarında belirleyici olacaktır.
PCB Seçimi
PCB, LED ve diğer devre elemanları ile hava arasındaki ısıl yolun ilk elemanıdır. PCB seçimi, maliyet ve termal performans açısından oldukça önemlidir. LED aydınlatma uygulamalarında kullanılan çeşitli PCB malzemeleri bulunmaktadır. En yaygın kullanımı olanları FR4, CEM1 ve Alüminyum‘dur.
FR4 ve CEM1 PCB’ler, bakır iletkenle desteklenmiş reçine malzemeden yapılır. Reçine malzemenin termal iletkenliği düşük olduğundan, PCB tasarımında termal yollar oluşturularak termal iletkenlik geliştirilebilir.
Alüminyum PCB‘ler ise alüminyum taban plakası, dielektrik tabaka ve bakır iletken üst tabakadan oluşur. Metal taban katmanı PCB kalınlığının büyük kısmını oluşturur. Alüminyum taban plakası, yüksek termal iletkenliğe sahip olduğundan LED’ler üzerinde oluşan ısıyı dağıtmada çok iyi performans gösterir.
FR4 ve CEM1 PCB’ler, alüminyum PCB’lere göre daha hafif ve daha ucuzdur. LED aydınlatma endüstrisinde düşük güçlü ışık kaynağı tasarımlarında FR4 ve CEM1 PCB’ler tercih edilirken, yüksek güçlü tasarımlarda alüminyum PCB’ler tercih edilmektedir.
LED Yerleşimi
LED’lerin yerleşimi planlanırken üretim maliyetinin yanında elektriksel, termal ve optik performans göz önünde bulundurulmalıdır. LED’lerin üzerinde bir lens ve reflektör gibi bir optik bileşen kullanılacaksa LED yerleşimi bu bileşene uyumlu olmalıdır. Özellikle grup lens olarak bilinen çok sayıda LED’i içine alan lenslerde LED yerleşimi çok daha hassas planlanmalıdır.
LED sürücü seçimi de LED’lerin gruplanması ve yerleşimi üzerinde belirleyicidir. Örneğin, seçilen LED’ler 350 mA sürüş akımıyla beslenecekse ve LED sürücü çıkış akımı 1.050 mA ise LED’ler 3 ayrı paralel gruba ayrılmalıdır. Bu sayede LED sürücünün çıkış akımı 3 gruba ayrı ayrı 350 mA olarak ulaşacaktır. Çıkış gerilimi aralığı da bir grupta kaç LED’in seri olarak bağlanabileceğini gösterir.
Uygulama çeşidine göre PCB üzerinde LED’lerin dışında direnç ve kapasitör gibi bileşenler de bulunabilir.
Isı Dağılımı
Isı ve yüksek sıcaklık, LED’lerin ve diğer elektronik bileşenlerin en büyük düşmanıdır. Işık kaynağının düzgün çalışması ve uzun ömürlü olması için termal yönetim iyi yapılmalıdır.
Alüminyum PCB, yapısı gereği iyi bir ısı dağılımı sunar. FR4 ve CEM1 PCB’lerde ise ısı dağılımını en üst düzeye çıkartmak için termal yollar kullanılmalıdır. LED’lerin tabanında bulunan termal yüzeyler, oluşturulan bu termal yollara bağlanmalıdır. Bu sayede LED’ler üzerinde oluşan ısı, termal yollar üzerinden uzağa gönderilebilir.
PCB boyutu ve bileşen yerleşimleri de termal yönetim için önemlidir.
PCB tasarımı, ideal LED çözümünü üretmek için temeldir. PCB tasarımlarının merkezinde gereksinimler yer alır. Farklı uygulamalar, farklı gereksinimlere sahiptir. Bu nedenle her uygulama kendi özelinde değerlendirilmeli ve tasarım süreci buna göre belirlenmelidir.
