ورقة بيانات LED RGB عالي الطاقة LTPL-P033RGB - مصدر ضوء أحمر/أخضر/أزرق - 150 مللي أمبير - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد LTPL-P033RGB مصدر ضوء صلبًا عالي الطاقة، موفرًا للطاقة، وفائق الصغر. يجمع بين مزايا العمر الطويل والموثوقية التي تتميز بها الثنائيات الباعثة للضوء (LED) ومستويات السطوع المطلوبة لتحل محل تقنيات الإضاءة التقليدية. يوفر هذا الجهاز للمصممين حرية كبيرة في ابتكار حلول إضاءة مبتكرة عبر مجموعة واسعة من التطبيقات.

1.1 الميزات الرئيسية

• مصدر ضوء LED عالي الطاقة
• إخراج ضوئي فوري (أقل من 100 نانوثانية)
• تشغيل بجهد تيار مستمر منخفض
• عبوة ذات مقاومة حرارية منخفضة
• متوافق مع لوائح RoHS وخالي من الرصاص
• متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص

1.2 التطبيقات المستهدفة

تم تصميم هذا الـ LED لمجموعة متنوعة من تطبيقات الإضاءة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:

• أضواء القراءة لداخلية السيارات والحافلات والطائرات
• الإضاءة المحمولة مثل المصابيح اليدوية وأضواء الدراجات
• الإضاءة المعمارية: المصابيح الموجهة للأسفل، أضواء التوجيه، إضاءة الكوف، إضاءة تحت الرفوف، وإضاءة المهام
• الإضاءة الزخرفية والترفيهية
• الإضاءة الخارجية: أعمدة الإنارة، أضواء الأمان، وإضاءة الحدائق
• تطبيقات الإشارة: إشارات المرور، المنارات، وأضواء تقاطعات السكك الحديدية
• اللافتات المضاءة من الحواف لمؤشرات المخارج وشاشات نقاط البيع
• الإضاءة المعمارية التجارية والسكنية العامة الداخلية والخارجية

2. الشكل والأبعاد الميكانيكية

يتميز الجهاز بعبوة سطحية التركيب مدمجة. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة في ورقة البيانات بتحمل قياسي يبلغ +/- 0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يوضح الرسم الميكانيكي مساحة العبوة، وموضع الأطراف، والارتفاع الكلي، وهي عوامل حاسمة لتصميم تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB) وإدارة الحرارة.

3. التقييمات القصوى المطلقة والخصائص

يتم تحديد جميع التقييمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. قد يؤدي تجاوز هذه الحدود إلى تلف دائم للجهاز.

3.1 التقييمات الكهربائية

• تيار الأمام (I_F): 150 مللي أمبير (مستمر) لجميع الألوان (أحمر، أخضر، أزرق).
• تيار النبضة الأمامي (I_FP): 300 مللي أمبير (نبضي) لجميع الألوان. الشرط: دورة عمل 1/10، عرض النبضة ≤10 ميكروثانية.
• تبديد الطاقة (P_D): أحمر: 360 ملي واط؛ أخضر: 540 ملي واط؛ أزرق: 540 ملي واط.

3.2 التقييمات الحرارية والبيئية

• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr): من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg): من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• أقصى درجة حرارة تقاطع (T_j): 125 درجة مئوية.

ملاحظات هامة:يمنع التشغيل تحت ظروف جهد عكسي لفترات طويلة. يُوصى بشدة باتباع منحنيات تقليل التصنيف المقدمة عند التشغيل بالقرب من التقييمات القصوى لضمان تشغيل LED طبيعي وموثوق.

4. الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس معايير الأداء النموذجية عند Ta=25 درجة مئوية و I_F=150 مللي أمبير.

4.1 الإخراج الضوئي

• التدفق الضوئي (نموذجي): أحمر: 21 لومن؛ أخضر: 50 لومن؛ أزرق: 9 لومن. التدفق الضوئي هو إجمالي خرج الضوء المقاس باستخدام كرة تكاملية.
• الشدة الضوئية (نموذجية، للإشارة): أحمر: 6.8 شمعة؛ أخضر: 12.5 شمعة؛ أزرق: 3.0 شمعة.

4.2 الخصائص الطيفية والكهربائية

• الطول الموجي السائد: أحمر: 610-630 نانومتر؛ أخضر: 515-535 نانومتر؛ أزرق: 450-470 نانومتر.
• جهد الأمام (V_F): أحمر: 1.5-2.6 فولت؛ أخضر: 2.8-3.8 فولت؛ أزرق: 2.8-3.8 فولت.
• زاوية الرؤية: 120 درجة (نموذجية لجميع الألوان).

معيار الاختبار:يتم الرجوع إلى معيار CAS-140B لقياسات التدفق الضوئي، والطول الموجي السائد، وجهد الأمام.

5. تحليل منحنيات الأداء النموذجية

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية رئيسية ضرورية لتصميم الدائرة والحرارة.

5.1 التوزيع الطيفي

يوضح الشكل 1 الشدة الطيفية النسبية مقابل الطول الموجي لكل لون. هذا المنحنى حيوي لفهم نقاء اللون والتطبيق المحتمل في أنظمة خلط الألوان.

5.2 نمط الإشعاع

يوضح الشكل 2 نمط الإشعاع (الشدة) المكاني، مؤكدًا زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة. النمط عادةً ما يكون لامبرتيان لهذا النوع من العبوات.

5.3 التيار مقابل الجهد (منحنى I-V)

يرسم الشكل 3 تيار الأمام مقابل جهد الأمام لكل لون. يُظهر LED الأحمر جهد أمامي أقل (نموذجيًا ~2.0 فولت عند 150 مللي أمبير) مقارنةً بـ LED الأخضر والأزرق (نموذجيًا ~3.2-3.4 فولت عند 150 مللي أمبير). هذه معلمة حرجة لتصميم السائق، حيث أن هناك حاجة إلى جهد تشغيل مختلف أو مقاومات تحديد تيار لكل قناة لون في نظام RGB.

5.4 التيار مقابل التدفق الضوئي

يوضح الشكل 4 العلاقة بين تيار الأمام والتدفق الضوئي النسبي. يكون الخرج عمومًا خطيًا مع التيار في نطاق التشغيل العادي، ولكن قد تنخفض الكفاءة عند تيارات عالية جدًا بسبب زيادة درجة حرارة التقاطع وتأثيرات أخرى.

5.5 الأداء الحراري

الشكل 5 هو أحد أهم الرسوم البيانية، حيث يظهر التدفق الضوئي النسبي مقابل درجة حرارة اللوحة. يعمل كمنحنى لتقليل التصنيف. ينخفض الخرج مع زيادة درجة الحرارة. توضح الملاحظة أن البيانات تستند إلى تغطية لحام تزيد عن 80% لتحقيق تلامس حراري جيد وتوصي بعدم تشغيل LED عندما تتجاوز درجة حرارة اللوحة 85 درجة مئوية للحفاظ على الأداء والعمر الطويل.

5.6 التيار مقابل الطول الموجي السائد

يوضح الشكل 6 كيف يتحول الطول الموجي السائد مع تيار الأمام. بشكل عام، يزداد الطول الموجي قليلاً مع التيار بسبب تسخين التقاطع وتأثيرات فيزياء أشباه الموصلات الأخرى. هذا مهم للتطبيقات الحساسة للألوان.

6. نظام التصنيف والفرز

يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على إخراج التدفق الضوئي عند 150 مللي أمبير لضمان الاتساق.

6.1 تصنيفات LED الأحمر (من R1 إلى R5)

تتراوح التصنيفات من R1 (18-21 لومن) إلى R5 (30-33 لومن).

6.2 تصنيفات LED الأخضر (من G1 إلى G7)

تتراوح التصنيفات من G1 (35-39 لومن) إلى G7 (59-63 لومن).

6.3 تصنيفات LED الأزرق (من B1 إلى B4)

تتراوح التصنيفات من B1 (6-9 لومن) إلى B4 (15-18 لومن).

يتم تطبيق تحمل +/-10% على كل تصنيف للتدفق الضوئي. يتم وضع رمز التصنيف على كل كيس تعبئة لإمكانية التتبع.

7. إرشادات اللحام والتجميع

7.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

الجهاز متوافق مع لحام إعادة التدفق الخالي من الرصاص. يتم توفير ملف درجة حرارة-زمن مفصل:

• درجة الحرارة القصوى (T_P): 260 درجة مئوية كحد أقصى.
• الوقت فوق 217 درجة مئوية (T_L): 60-150 ثانية.
• الوقت ضمن 5 درجات مئوية من القمة (t_P): 5 ثوانٍ كحد أقصى.
• التسخين المسبق: 150-200 درجة مئوية لمدة 60-180 ثانية.
• معدل الصعود: 3 درجة مئوية/ثانية كحد أقصى (من T_Smaxإلى T_P).
• معدل الهبوط: 6 درجة مئوية/ثانية كحد أقصى.
• إجمالي وقت الدورة: 8 دقائق كحد أقصى من 25 درجة مئوية إلى القمة.

7.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فإن الشرط الموصى به هو أقصى درجة حرارة لمكواة اللحام تبلغ 350 درجة مئوية لمدة أقصاها 2 ثانية لكل وصلة لحام، لمرة واحدة فقط.

7.3 ملاحظات حرجة للتجميع

• تشير جميع مواصفات درجة الحرارة إلى الجانب العلوي من جسم العبوة.
• قد يحتاج ملف التعريف إلى تعديل بناءً على خصائص معجون اللحام المحدد.
• لا يُوصى بعملية التبريد السريع (التخمير) من درجة الحرارة القصوى.
• استخدم دائمًا أقل درجة حرارة لحام ممكنة تحقق وصلة موثوقة.
• لا يتم ضمان الجهاز إذا تم تجميعه باستخدام طريقة اللحام بالغمس.

8. تخطيط وسادة اللحام الموصى بها للوحة المطبوعة (PCB)

يتم توفير تصميم مفصل لوسادة اللحام بجميع الأبعاد بالمليمترات. يضمن التصميم تكوين حشوة لحام مناسبة وعزل كهربائي بين وسادات الأنود/الكاثود وأي وسادة حرارية أو معدن على اللوحة. الالتزام بهذا التخطيط أمر بالغ الأهمية للاستقرار الميكانيكي، والأداء الكهربائي، والنقل الحراري الأمثل من شريحة LED إلى اللوحة المطبوعة (PCB).

9. مواصفات التعبئة بالشريط والبكرة

يتم توريد مصابيح LED على شريط وبكرة للتجميع الآلي.

• حجم البكرة: 7 بوصات.
• الكمية: 1000 قطعة لكل بكرة كاملة. الحد الأدنى لكمية التعبئة للباقي هو 500 قطعة.
• إغلاق الجيوب: يتم إغلاق الجيوب المكونات الفارغة بشريط غطاء علوي.
• الجودة: يُسمح بحد أقصى اثنين من مصابيح LED مفقودة متتالية.
• المعيار: تتوافق التعبئة مع مواصفات EIA-481-1-L23.

10. الموثوقية واختبار التأهيل

تم إجراء اختبارات موثوقية مكثفة على عينات من الدُفعات.

10.1 ظروف الاختبار والنتائج

تم إجراء الاختبارات على 22 عينة لكل حالة مع الإبلاغ عن صفر فشل:

• عمر التشغيل في درجة حرارة مرتفعة/منخفضة/غرفة (1000 ساعة لكل منها).
• عمر التخزين في درجة حرارة مرتفعة/منخفضة (500-1000 ساعة).
• الرطوبة والحرارة (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية لمدة 500 ساعة).
• الدورة الحرارية (-40 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، 100 دورة).
• الصدمة الحرارية (-40 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية، 100 دورة).

10.2 معايير الفشل

يُعتبر الجهاز فاشلاً إذا، بعد الاختبار، تجاوز أحد الحدود التالية عند القياس عند I_F=150 مللي أمبير:

• جهد الأمام (V_f) > 110% من قيمته الأولية.
• التدفق الضوئي<70% من قيمته الأولية.

11. اعتبارات تصميم التطبيق

11.1 تصميم دائرة السائق

بسبب اختلاف جهود الأمام لـ LED الأحمر (V_fأقل) و LED الأخضر/الأزرق (V_fأعلى)، سوف يستخدم سائق RGB نموذجي دوائر تحديد تيار منفصلة أو سائق تيار ثابت بقنوات مستقلة. الحد الأقصى للتيار المستمر هو 150 مللي أمبير لكل لون. للتشغيل النبضي (مثل، تخفيف PWM)، تأكد من بقاء معلمات النبضة ضمن I_FP rating.

11.2 إدارة الحرارة

تبديد الحرارة الفعال أمر بالغ الأهمية. تظهر البيانات في الشكل 5 بوضوح انخفاض الخرج مع ارتفاع درجة الحرارة. للحفاظ على السطوع والعمر التشغيلي:

• استخدم تخطيط وسادة اللحام الموصى به مع توصيل حراري عالي.
• صمم اللوحة المطبوعة (PCB) بمساحة نحاسية كافية (وسائد حرارية) متصلة بالمسار الحراري لـ LED.
• فكر في استخدام الفتحات الحرارية لنقل الحرارة إلى الطبقات الداخلية أو الجانب الخلفي من اللوحة.
• في التطبيق النهائي، تأكد من وجود تدفق هواء كافٍ أو آليات تبريد أخرى إذا كان التشغيل بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة.
• راقب درجة حرارة اللوحة وتجنب تجاوز 85 درجة مئوية.

11.3 التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية البالغة 120 درجة حزمة واسعة ومتساوية مناسبة للإضاءة العامة واللافتات. للحزم المركزة، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات أو عواكس). يجب على المصممين مراعاة الشدة الضوئية المختلفة لكل لون عند إنشاء ضوء أبيض أو خلطات ألوان محددة.

12. المقارنة وتحديد موقع المنتج

يضع LTPL-P033RGB نفسه كـ LED RGB عالي الطاقة للأغراض العامة مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب خلط الألوان أو إخراج لون فردي. تشمل مزاياه الرئيسية عبوة قياسية، وزاوية رؤية واسعة، وهيكل تصنيف واضح للاتساق، ومواصفات قوية للتصنيع الموثوق (التوافق مع إعادة التدفق، الشريط والبكرة). تم تصميمه ليكون مكونًا أساسيًا في تصاميم الإضاءة الصلبة التي تحل محل التقنيات القديمة.

13. الأسئلة الشائعة (بناءً على البيانات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل جميع الألوان الثلاثة (RGB) بنفس مصدر الجهد الثابت والمقاوم؟

ج: ليس بالشكل الأمثل. لدى LED الأحمر جهد أمامي أقل بكثير (~2.0 فولت) من الأخضر/الأزرق (~3.2 فولت). استخدام جهد واحد سيتطلب قيم مقاومات مختلفة لكل قناة لتحقيق نفس تيار 150 مللي أمبير. استخدام سائقي تيار ثابت مستقلين أو قنوات PWM هو الطريقة الموصى بها للتحكم وخلط الألوان.

س: ما هو السبب الرئيسي لتدهور سطوع LED بمرور الوقت؟

ج: السبب الرئيسي هو ارتفاع درجة حرارة التقاطع. تشغيل LED فوق نطاق درجة الحرارة الموصى به (انظر الشكل 5) يسرع عملية شيخوخة مواد أشباه الموصلات والمواد الفسفورية (إن وجدت)، مما يؤدي إلى انخفاض دائم في خرج الضوء. الإدارة الحرارية المناسبة هي العامل الأكثر أهمية للموثوقية طويلة المدى.

س: كيف أفسر رمز تصنيف التدفق الضوئي؟

ج: الرمز (مثل R3، G5، B2) المطبوع على كيس التعبئة يخبرك بنطاق الحد الأدنى والحد الأقصى المضمون لإخراج الضوء لذلك الـ LED المحدد عند 150 مللي أمبير. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات سطوع متطابق لمظهر موحد في تركيبات LED متعددة أو لضمان الحد الأدنى من خرج الضوء لتصميمهم.

س: هل هذا الـ LED مناسب للاستخدام الخارجي؟

ج: يشير نطاق درجة حرارة التشغيل (-30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) والنجاح في اجتياز اختبار الرطوبة والحرارة (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية) إلى متانة ضد العوامل البيئية. ومع ذلك، للتعرض الخارجي المطول، يجب تغليف الـ LED نفسه بشكل صحيح أو وضعه داخل تركيبة توفر الحماية ضد الرطوبة، والأشعة فوق البنفسجية، والأضرار المادية، حيث أن عبوة LED نفسها ليست مقاومة للماء.

14. مثال تصميمي عملي: ضوء مزاجي RGB

السيناريو:تصميم ضوء مزاجي RGB يعتمد على متحكم دقيق (مايكروكونترولر) مع قابلية ضبط اللون والسطوع.

التنفيذ:

1. السائق:استخدم دائرة متكاملة (IC) لسائق LED تيار ثابت بثلاث قنوات أو ثلاثة ترانزستورات MOSFET منفصلة يتم التحكم فيها بواسطة مخرجات PWM للمتحكم الدقيق. اضبط حد التيار على 150 مللي أمبير لكل قناة.

2. مزود الطاقة:وفر جهد تيار مستمر ثابتًا عاليًا بما يكفي لاستيعاب أعلى V_f(أزرق/أخضر ~3.8 فولت كحد أقصى) بالإضافة إلى انخفاض الجهد عبر منظم التيار.

3. إدارة الحرارة:قم بتركيب LED على لوحة مطبوعة (PCB) مع مساحة نحاسية صلبة متصلة بالوسادة الحرارية. إذا تم استخدام دورات عمل عالية، ففكر في إضافة مبدد حراري صغير إلى الجزء الخلفي من اللوحة المطبوعة.

4. التحكم:يمكن للمتحكم الدقيق ضبط دورة عمل PWM لكل قناة لون (أحمر، أخضر، أزرق) بشكل مستقل من 0% إلى 100%. هذا يسمح بإنشاء ملايين الألوان عن طريق خلط المخرجات الأولية بكثافات مختلفة.

5. البصريات:استخدم عدسة موزعة أو غطاء فوق LED لدمج النقاط الملونة الثلاث في منطقة ضوء واحدة وموحدة.

15. الخلفية التقنية والاتجاهات

الثنائيات الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء عندما يمر تيار كهربائي عبرها. يتم تحديد لون الضوء بواسطة فجوة النطاق الطاقي لمواد أشباه الموصلات المستخدمة. يستخدم LTPL-P033RGB شرائح منفصلة للأحمر (من المحتمل أن تكون قائمة على مواد AlInGaP) وللأخضر/الأزرق (قائمة على مواد InGaN) موضوعة في عبوة واحدة. يستمر اتجاه مصابيح LED القوية نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين تجسيد الألوان، وموثوقية أعلى، وتكلفة أقل. يمثل هذا الجهاز حلاً ناضجًا وفعالاً من حيث التكلفة للتطبيقات التي تتطلب إخراج ألوان متعدد الاستخدامات دون الحاجة إلى الكفاءة القصوى لأحدث مصابيح LED عالية الطاقة أحادية اللون.