ورقة بيانات تقنية لمصباح LED أزرق بقدرة 1 واط من السلسلة الخزفية 3535 - الأبعاد 3.5x3.5x? مم - الجهد 3.2 فولت - القدرة 1 واط

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED أزرق عالي القدرة (1 واط) مُغلف في غلاف خزفي 3535 متين. تُقدّم الأغلفة الخزفية إدارة حرارية فائقة مقارنة بالأغلفة البلاستيكية التقليدية، مما يجعل هذا المصباح LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية وأداءً مستقرًا تحت ظروف حرارية صارمة. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الإنارة المهنية، ووحدات إنارة السيارات، والتطبيقات الصناعية المتخصصة حيث يكون ناتج اللون المتسق والمتانة طويلة الأمد أمرًا بالغ الأهمية.

1.1 المزايا الأساسية

يوفر الركيزة الخزفية تبديدًا ممتازًا للحرارة، مما يساهم مباشرة في خفض درجات حرارة التقاطع، وتعزيز الحفاظ على الفعالية الضوئية، وإطالة العمر التشغيلي. يضمن تصميم الغلاف استقرارًا ميكانيكيًا جيدًا ومقاومة للإجهاد الحراري. يتميز المصباح LED بزاوية مشاهدة واسعة تبلغ 120 درجة، مما يجعله متعدد الاستخدامات لمختلف التصاميم البصرية التي تتطلب إضاءة واسعة.

2. المعلمات التقنية والتفسير الموضوعي

2.1 القيم القصوى المطلقة (T_s=25°C)

• التيار الأمامي (I_F):500 مللي أمبير (مستمر)
• تيار النبضة الأمامي (I_FP):700 مللي أمبير (عرض النبضة ≤10 مللي ثانية، دورة العمل ≤1/10)
• تبديد القدرة (P_D):1700 ملي واط
• درجة حرارة التشغيل (T_opr):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة التخزين (T_stg):-40°C إلى +100°C
• درجة حرارة التقاطع (T_j):125°C
• درجة حرارة اللحام (T_sld):لحام بإعادة التدفق عند 230°C أو 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

تحدد هذه القيم الحدود التشغيلية. قد يؤدي تجاوز هذه القيم إلى تلف دائم. يسمح تصنيف تيار النبضة بالتشغيل الزائد لفترة وجيزة في تطبيقات مثل المصابيح الوامضة أو الاستشعار النبضي.

2.2 الخصائص الكهروضوئية النموذجية (T_s=25°C)

• الجهد الأمامي (V_F):نموذجي 3.2 فولت، أقصى 3.4 فولت عند I_F=350mA.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت (أقصى).
• الطول الموجي القياسي (λ_d):460 نانومتر (نموذجي).
• التيار العكسي (I_R):أقصى 50 ميكرو أمبير.
• زاوية المشاهدة (2θ_1/2):120 درجة (نموذجي).

الجهد الأمامي هو معلمة رئيسية لتصميم السائق. تشير القيمة النموذجية البالغة 3.2 فولت عند 350 مللي أمبير إلى نقطة التشغيل الاسمية. يجب على المصممين مراعاة أقصى V_Fلضمان قدرة مصدر التيار على توفير جهد كافٍ.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز (تصنيف) مصباح LED وفقًا لمعلمات الأداء الرئيسية لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. وهذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED التي تلبي متطلبات التطبيق المحددة.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي (عند 350 مللي أمبير)

يتم فرز مصابيح LED الزرقاء حسب ناتجها الضوئي. رمز التصنيف، الحد الأدنى (Min)، والقيم النموذجية (Type) للتدفق الضوئي هي كما يلي:

• الرمز 1C:الحد الأدنى 14 لومن، النموذجي 16 لومن
• الرمز 1D:الحد الأدنى 16 لومن، النموذجي 18 لومن
• الرمز 1E:الحد الأدنى 18 لومن، النموذجي 20 لومن
• الرمز 1F:الحد الأدنى 20 لومن، النموذجي 22 لومن
• الرمز 1G:الحد الأدنى 22 لومن، النموذجي 24 لومن

مقدار التسامح في التدفق الضوئي هو ±7%. يضمن اختيار رمز تصنيف أعلى حدًا أدنى أعلى لناتج الضوء، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق مستويات السطوع المستهدفة في التصميم.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب انخفاض الجهد الأمامي عند تيار اختبار لضمان توزيع موحد للتيار عند توصيل عدة مصابيح LED على التوالي. التصنيفات هي:

• الرمز 1:2.8 فولت إلى 3.0 فولت
• الرمز 2:3.0 فولت إلى 3.2 فولت
• الرمز 3:3.2 فولت إلى 3.4 فولت
• الرمز 4:3.4 فولت إلى 3.6 فولت

مقدار التسامح في قياس الجهد هو ±0.08 فولت. يؤدي استخدام مصابيح LED من نفس تصنيفات الجهد أو المجاورة في سلسلة إلى تقليل عدم التوازن في التيار والتشغيل الزائد المحتمل لمصابيح LED ذات V_F.

3.3 تصنيف الطول الموجي السائد

للتطبيقات الحساسة للألوان، يتم التحكم بدقة في الطول الموجي السائد. التصنيفات المتاحة للون الأزرق هي:

• الرمز B2:450 نانومتر إلى 455 نانومتر
• الرمز B3:455 نانومتر إلى 460 نانومتر
• الرمز B4:460 نانومتر إلى 465 نانومتر

يسمح هذا بمطابقة الألوان بدقة، وهو أمر أساسي في تطبيقات مثل إضاءة خلفية الشاشات أو أنظمة خلط الألوان المتعددة.

4. تحليل منحنى الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية رئيسية توضح سلوك المصباح LED تحت ظروف مختلفة.

4.1 منحنى الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (V_F-I_F)

يُظهر هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين الجهد والتيار. وهو ضروري لفهم المقاومة الديناميكية للمصباح LED ولتصميم سائقات التيار الثابت. يُظهر المنحنى عادةً زيادة حادة في التيار بمجرد تجاوز الجهد الأمامي عتبة الصمام الثنائي.

4.2 منحنى التدفق الضوئي النسبي مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني كيفية قياس ناتج الضوء مع تيار القيادة. بينما يزداد الناتج مع التيار، غالبًا ما تنخفض الفعالية (لومن لكل واط) عند التيارات الأعلى بسبب زيادة توليد الحرارة. يساعد هذا المنحنى في تحسين المقايضة بين السطوع والكفاءة لتطبيق معين.

4.3 منحنى القدرة الطيفية النسبية مقابل درجة حرارة التقاطع

يوضح هذا المنحنى تأثير درجة حرارة التقاطع (T_j) على الناتج الطيفي للمصباح LED. بالنسبة لمصابيح LED الزرقاء، قد يتحول الطول الموجي القياسي قليلاً مع درجة الحرارة (عادةً 0.1-0.3 نانومتر/°C). الحفاظ على درجة حرارة تقاطع منخفضة T_jأمر بالغ الأهمية لاستقرار اللون في التطبيقات الحساسة.

4.4 منحنى توزيع القدرة الطيفية

يُظهر هذا الرسم البياني شدة الضوء المنبعث عبر الطيف المرئي. سيكون لمصباح LED الأزرق ذروة ضيقة وواضحة حول طوله الموجي السائد (مثل 460 نانومتر). يشير العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) لهذه الذروة إلى نقاء لون المصباح LED.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 الرسم التفصيلي والأبعاد

يستخدم المصباح LED بصمة خزفية قياسية 3535، بقياس تقريبي 3.5 مم × 3.5 مم. الارتفاع الدقيق غير محدد في المقتطف المقدم. يتضمن الرسم الأبعاد الحرجة مثل تباعد الوسادات وحجم الغلاف الكلي مع التسامحات المرتبطة (مثل .X: ±0.10 مم، .XX: ±0.05 مم).

5.2 نمط الوسادة الموصى به وتصميم الاستنسل

توفر ورقة البيانات تصميمات نمط الأرضية واستنسل اللحام الموصى بها لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يضمن الالتزام بهذه التوصيات تكوين وصلة لحام صحيحة، واتصال كهربائي موثوق، ونقل حراري أمثل من الوسادة الحرارية للمصباح LED إلى لوحة الدوائر المطبوعة. يتحكم تصميم الاستنسل في حجم معجون اللحام المودع.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

يتوافق المصباح LED مع عمليات لحام إعادة التدفق القياسية. أقصى درجة حرارة لحام مسموح بها هي 230°C أو 260°C لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ. من الأهمية بمكان اتباع ملف درجة حرارة يقوم بتسخين المكونات بشكل كافٍ لتقليل الصدمة الحرارية وضمان ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى الحد المحدد.

6.2 احتياطات التعامل والتخزين

مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب مراعاة احتياطات ESD المناسبة (مثل محطات العمل المؤرضة، أسوار المعصم) أثناء التعامل. يجب تخزين الأجهزة في أكياسها الأصلية الحاجبة للرطوبة في بيئة خاضعة للتحكم (درجة حرارة التخزين المحددة: -40°C إلى +100°C) لمنع امتصاص الرطوبة والأكسدة.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات شريط الناقل

يتم توريد مصابيح LED على شريط ناقل بارز للتجميع الآلي (pick-and-place). تتضمن ورقة البيانات رسومات مفصلة لأبعاد جيب شريط الناقل، والخطوة، واتجاه اللف لضمان التوافق مع معدات تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT) القياسية.

7.2 تغليف البكرة

يتم لف شريط الناقل على بكرات قياسية. يجب تحديد نوع البكرة، والكمية لكل بكرة، والتغليف الخارجي وفقًا لمعيار الشركة المصنعة أو متطلبات العميل لتسهيل التغذية الفعالة لخط الإنتاج.

7.3 نظام ترقيم الأجزاء

يتبع رقم الطراز تنسيقًا منظمًا يشفر السمات الرئيسية: السلسلة، نوع الغلاف، تكوين الشريحة، اللون، وتصنيفات الأداء (مثل التدفق الضوئي، الجهد). فهم هذه التسمية ضروري لتحديد نوع مصباح LED المطلوب بشكل صحيح. على سبيل المثال، يشير الرمز إلى غلاف خزفي 3535، شريحة واحدة عالية القدرة، لون أزرق، وتصنيفات تدفق ضوئي/جهد/طول موجي محددة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة المعمارية والتجارية:تُستخدم كمصدر أزرق أساسي في أنظمة خلط ألوان RGB للإضاءة البيضاء القابلة للتعديل أو الملونة.
• إضاءة السيارات:مناسبة لمصابيح النهار (DRLs)، أو مصابيح الإشارة، أو الإضاءة الداخلية حيث تكون الموثوقية العالية مطلوبة.
• إضاءة متخصصة:التطبيقات التي تتطلب ضوءًا أزرقًا عالي القدرة، مثل الأجهزة الطبية، أنظمة المعالجة، أو إضاءة الترفيه.
• الإضاءة الخلفية:يمكن استخدامها في وحدات الإضاءة الخلفية للشاشات البلورية السائلة عالية السطوع، وغالبًا ما تُدمج مع الفوسفور لإنشاء ضوء أبيض.

8.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:على الرغم من مزايا الغلاف الخزفي، فإن غرفة التبريد الفعالة إلزامية. يجب أن تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة على وسادة حرارية متصلة بمستويات أرضية داخلية أو مشتت حراري خارجي للحفاظ على T_jأقل من 125°C.
• قيادة التيار:استخدم دائمًا سائق تيار ثابت. تيار التشغيل الموصى به هو 350 مللي أمبير، ولكن يمكن تشغيله حتى 500 مللي أمبير مع تخفيض مناسب لدرجة الحرارة.
• التصميم البصري:قد تتطلب زاوية المشاهدة البالغة 120 درجة بصريات ثانوية (عدسات، عواكس) لتحقيق نمط الحزمة المطلوب. قد يكون للسطح الخزفي خصائص انعكاسية مختلفة عن الأغلفة البلاستيكية.
• اختيار التصنيف:لمصفوفات مصابيح LED المتعددة، حدد تصنيفات ضيقة للتدفق الضوئي، والجهد، والطول الموجي لضمان مظهر وأداء موحدين.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بأغلفة 3535 البلاستيكية القياسية، يقدم هذا المصباح LED الخزفي مزايا مميزة:

• أداء حراري فائق:المادة الخزفية لها موصلية حرارية أعلى من البلاستيك، مما يؤدي إلى مقاومة حرارية أقل من التقاطع إلى نقطة اللحام (R_th-Js). يؤدي هذا إلى درجة حرارة تقاطع تشغيلية أقل عند نفس مستوى القدرة، مما يترجم مباشرة إلى صيانة أعلى لناتج الضوء (عمر L70، L90) واستقرار لوني أفضل.
• موثوقية محسنة:الخزف خامل ولا يتحلل أو يصفر تحت التعرض لدرجات حرارة عالية أو للأشعة فوق البنفسجية، على عكس بعض المواد البلاستيكية. وهذا يجعله مثاليًا للبيئات القاسية.
• متانة ميكانيكية:الركيزة الخزفية أكثر صلابة وأقل عرضة للتشقق تحت إجهاد الدورات الحرارية.
• المقايضة هي عادةً تكلفة وحدة أعلى قليلاً مقارنة بالأغلفة البلاستيكية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

10.1 ما الفرق بين التيار المستمر (500 مللي أمبير) وتيار التشغيل النموذجي (350 مللي أمبير)؟

تصنيف التيار المستمر المطلق الأقصى (500 مللي أمبير) هو أعلى تيار يمكن أن يتحمله المصباح LED دون فشل فوري. تيار التشغيل النموذجي (350 مللي أمبير) هو التيار الموصى به لتحقيق الأداء المحدد (التدفق الضوئي، الفعالية) مع الحفاظ على هامش أمان لتشغيل درجة حرارة التقاطع والموثوقية طويلة الأمد. عادةً ما يوفر التشغيل عند 350 مللي أمبير توازنًا أفضل بين الأداء والعمر الافتراضي.

10.2 لماذا يعتبر تصنيف الجهد مهمًا؟

عند توصيل مصابيح LED على التوالي، يمر نفس التيار عبر كل منها. إذا اختلفت الجهود الأمامية بشكل كبير، يزداد إجمالي الجهد المطلوب للسلسلة. والأهم من ذلك، أن مصابيح LED ذات V_Fأقل ستُبدد قدرة أقل كحرارة لنفس التيار، ولكن يجب أن يوفر السائق جهدًا كافيًا لأعلى V_FLED. يضمن استخدام تصنيفات V_Fمتطابقة أو متقاربة جهد نظام يمكن التنبؤ به وتوزيع قدرة موحد.

10.3 هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بمصدر جهد ثابت؟

لا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. جهدها الأمامي له معامل درجة حرارة سالب ويمكن أن يختلف من وحدة إلى أخرى. سيؤدي مصدر الجهد الثابت إلى تيار غير منضبط، مما قد يتجاوز التصنيف الأقصى ويسبب فشلًا سريعًا. يلزم دائمًا وجود سائق تيار ثابت أو دائرة تحديد تيار.

10.4 كيف أفسر تصنيف التدفق الضوئي؟

يحدد رمز التصنيف (مثل 1E) حدًا أدنى مضمونًا لناتج الضوء (18 لومن) وقيمة نموذجية (20 لومن) عند القياس عند 350 مللي أمبير ودرجة حرارة جسم 25°C. عند تصميم جهاز إضاءة، يضمن استخدام القيمة \"Min\" في الحسابات أن المنتج النهائي سيحقق هدف السطوع الأدنى حتى مع التباين بين الوحدات.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم مصباح غوص تحت الماء عالي الموثوقية يتطلب حزمة ضوئية زرقاء نقية.

التنفيذ:

1. اختيار LED:اختر مصباح LED الأزرق الخزفي 3535 هذا لمتانته وأدائه الحراري. اختر تصنيف طول موجي ضيق (مثل B3: 455-460 نانومتر) للحصول على لون أزرق متسق وتصنيف تدفق ضوئي عالٍ (مثل 1G) لأقصى ناتج.
2. التصميم الحراري:يتم تشكيل غلاف المصباح من الألومنيوم، ليعمل كمشتت حراري. لوحة الدوائر المطبوعة هي لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB) مع طبقة عازل ذات موصلية حرارية عالية. يتم لحام الوسادة الحرارية للمصباح LED مباشرة بمنطقة نحاسية كبيرة على لوحة MCPCB، والتي يتم تركيبها بعد ذلك بإحكام على غلاف الألومنيوم باستخدام معجون حراري.
3. التصميم الكهربائي:تم تصميم سائق تخفيض تيار ثابت فعال مقاوم للماء لتوفير 350 مللي أمبير ثابتة من حزمة بطارية ليثيوم أيون. يتضمن السائق حماية ضد الجهد الزائد، والقطبية العكسية، والإغلاق الحراري.
4. التصميم البصري:يتم استخدام عدسة تثليج TIR (انعكاس داخلي كلي) ثانوية فوق المصباح LED لتضييق الحزمة من 120 درجة إلى بقعة 10 درجات لاختراق مسافات طويلة في الماء.
5. النتيجة:يحقق المصباح النهائي سطوعًا عاليًا، وناتج لوني مستقر حتى بعد الاستخدام الممتد، وموثوقية ممتازة في بيئة صعبة، مستفيدًا من المزايا المتأصلة في المصباح LED الخزفي.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو جهاز أشباه الموصلات يصدر ضوءًا عندما يمر تيار كهربائي عبره. تُسمى هذه الظاهرة بالتلألؤ الكهربائي. في مصباح LED أزرق، يتم هندسة مادة أشباه الموصلات (عادةً ما تكون قائمة على نيتريد الغاليوم الإنديوم - InGaN) بفجوة نطاق محددة. عندما تتحد الإلكترونات مع فجوات الإلكترون داخل الجهاز، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات. يعمل الغلاف الخزفي كدعم ميكانيكي، ويوفر اتصالات كهربائية عبر روابط سلكية بالأنود والكاثود، والأهم من ذلك، يعمل كمسار فعال لتوصيل الحرارة بعيدًا عن تقاطع أشباه الموصلات، وهو أمر بالغ الأهمية للأداء وطول العمر.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يستمر سوق مصابيح LED عالية القدرة في التطور مع عدة اتجاهات واضحة:

• زيادة الكفاءة (لومن/واط):تؤدي التحسينات المستمرة في النمو الطبقي، وتصميم الشريحة، وتقنيات استخراج الضوء إلى دفع الفعالية الضوئية إلى أعلى باستمرار، مما يقلل استهلاك الطاقة لنفس ناتج الضوء.
• تحسين جودة اللون واتساقه:تتيح تسامحات تصنيف أضيق وتقنيات فوسفور متقدمة مصابيح LED ذات مؤشر تجسيد لوني (CRI) فائق ونقاط لونية أكثر اتساقًا عبر دفعات الإنتاج.
• تغليف متقدم:أصبحت الأغلفة الخزفية، مثل المستخدمة هنا، أكثر شيوعًا للتطبيقات الراقية. تشمل الاتجاهات الإضافية أغلفة على مستوى الشريحة (CSP) والتكامل على مستوى الغلاف (مثل COB - شريحة على لوحة) لتقليل التكلفة وتحسين الكثافة البصرية.
• كثافة قدرة أعلى:يتم تطوير مصابيح LED قادرة على العمل بكثافات تيار أعلى، مما يسمح بمصادر ضوء أصغر مع ناتج مكافئ أو أكبر، مما يتيح تصميمات تركيبات إضاءة أكثر إحكامًا وابتكارًا.
• إضاءة ذكية ومتصلة:يعد دمج إلكترونيات التحكم وواجهات الاتصال مباشرة مع وحدات LED اتجاهًا متزايدًا، مما يسهل أنظمة الإضاءة الممكنة بتقنية إنترنت الأشياء (IoT).