سلسلة HPND3535CZ0112 (EU) - ورقة بيانات LED - 3.5x3.5x1.6 مم - 1.75-2.35 فولت - 1070 ميغاواط تدفق إشعاعي - 660 نانومتر أحمر عميق - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة HPND3535CZ0112 (EU) أحدث تطور في تقنية LED عالية القدرة المركبة على السطح والمغلفة في بصمة سيراميك 3535 مدمجة. تم تصميم هذه السلسلة بتصميم عدسة متطور مُحسَّن لتقديم سطوع استثنائي عالٍ وكفاءة فائقة في انبعاث الفوتونات. تستهدف هذه الـ LED بشكل أساسي سوق الإضاءة البستانية، حيث تُعد من بين الحلول الأكثر كفاءة وتنافسية المتاحة للتطبيقات التي تتطلب أطياف ضوئية محددة للتأثير على نمو النباتات وتطورها. تشمل مزاياها الأساسية ركيزة سيراميكية قوية لإدارة حرارية ممتازة، وحماية مدمجة من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) تعزز الموثوقية، والامتثال لمعايير السلامة والبيئة الصارمة بما في ذلك RoHS وREACH ومتطلبات الخلو من الهالوجين.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تصنيف الجهاز لتحمل تيار أمامي مستمر أقصى (IF) يبلغ 700 مللي أمبير في ظل ظروف يتم فيها الحفاظ على درجة حرارة الوسادة الحرارية عند 25 درجة مئوية. بالنسبة للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار نبضي ذروة (IPulse) يصل إلى 1250 مللي أمبير تحت دورة عمل 1/10 عند تردد 1 كيلو هرتز. درجة حرارة التقاطع القصوى (TJ) هي 125 درجة مئوية، مع نطاق درجة حرارة تشغيل (TOpr) من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. المقاومة الحرارية (Rth) من التقاطع إلى نقطة اللحام محددة بـ 8 درجة مئوية/وات، وهو أمر بالغ الأهمية للتصميم الحراري. يمكن للعنصر تحمل أقصى درجة حرارة لحام (TSol) تبلغ 260 درجة مئوية لفترة محدودة أثناء إعادة التدفق، مع حد أقصى يبلغ دورتي إعادة تدفق مسموح بهما لمنع تدهور الغلاف.

2.2 الخصائص الضوئية والإشعاعية

النوع اللوني الأساسي هو الأحمر العميق، مع طول موجي ذروة (λP) نموذجي عند 660 نانومتر، يتراوح من 655 نانومتر إلى 665 نانومتر اعتمادًا على التصنيف المحدد. التدفق الإشعاعي النموذجي (القدرة البصرية) هو 1070 ميغاواط عند تشغيله بالتيار الاسمي 700 مللي أمبير، مقاسًا عند درجة حرارة وسادة حرارية 25 درجة مئوية. مقياس الأداء الرئيسي للزراعة هو تدفق الفوتون الضوئي (PPF)، المحدد بـ 5.83 ميكرومول/ثانية. الكفاءة الإشعاعية، التي تشير إلى كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة بصرية، هي 71%. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي 120 درجة، مما يوفر نمط إشعاع لامبرتي واسع مناسب للإضاءة الواسعة والمتساوية.

2.3 الخصائص الكهربائية

الجهد الأمامي (Vf) عند 700 مللي أمبير يقع عادةً حول 2.15 فولت، مع نطاق تصنيف من 1.75 فولت (تصنيف U1) إلى 2.35 فولت (تصنيف U2). يوفر الجهاز حماية قوية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، حيث يتحمل حتى 8000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، وهو أمر أساسي للمناولة والتجميع في البيئات الصناعية.

3. شرح نظام التصنيف

3.1 تصنيف القدرة الإشعاعية

يتم فرز مصابيح LED إلى تصنيفات للقدرة الإشعاعية لضمان اتساق خرج الضوء. التجميع الأساسي لهذه السلسلة يشمل تصنيفات حيث تكون الحد الأدنى للقدرة الإشعاعية 1000 ميغاواط والحد الأقصى 1200 ميغاواط. هذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات التدفق المحددة لتطبيقهم.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى مجموعتين: U1 (1.75 فولت - 2.05 فولت) و U2 (2.05 فولت - 2.35 فولت). يتم تعريف هذا التصنيف عند تيار التشغيل 700 مللي أمبير. معرفة تصنيف Vf أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة القيادة لضمان تنظيم تيار مستقر واستهلاك طاقة متوقع عبر مصابيح LED متعددة في النظام.

3.3 تصنيف الطول الموجي (اللون)

يتم التحكم بدقة في الانبعاث الأحمر العميق من خلال تصنيف الطول الموجي. التصنيفات المتاحة هي D5 (655 نانومتر - 660 نانومتر) و D6 (660 نانومتر - 665 نانومتر). هذا التحكم الدقيق حيوي للتطبيقات البستانية حيث تؤدي أطوال موجات الفوتون المحددة إلى استجابات ضوئية مورفولوجية مختلفة في النباتات، مثل الإزهار أو استطالة الساق.

4. تحليل منحنيات الأداء

4.1 توزيع القدرة الطيفية

يظهر الرسم البياني لتوزيع القدرة الطيفية النسبية (SPD) ذروة مهيمنة ضيقة تتمحور حول 660 نانومتر مع انبعاث ضئيل في أجزاء أخرى من الطيف. هذه الخاصية أحادية اللون مثالية للتطبيقات التي تتطلب ضوء أحمر عميق نقي دون إهدار الطاقة على أطوال موجية غير مستخدمة. يضمن عرض النطاق الترددي الضيق أن الفوتونات المنبعثة عالية الكفاءة لدفع عملية التمثيل الضوئي، والتي لها امتصاص ذروة في المنطقة الحمراء.

4.2 خصائص التيار-الجهد (I-V)

يوضح منحنى I-V النموذجي العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. عند تيار القيادة الاسمي 700 مللي أمبير، يكون الجهد حوالي 2.15 فولت. يظهر المنحنى العلاقة الأسية المتوقعة، ويخبرنا الميل في منطقة التشغيل عن المقاومة الديناميكية للدايود، وهو أمر مهم لتصميم السائق، خاصة في التكوينات ذات التيار الثابت.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الميكانيكية

يتبع الغلاف بصمة قياسية 3535، بأبعاد 3.5 مم × 3.5 مم في الطول والعرض. الارتفاع الكلي حوالي 1.6 مم. يتميز الغلاف بركيزة سيراميكية توفر توصيلًا حراريًا ممتازًا، مما يساعد على تبديد الحرارة من تقاطع LED بكفاءة. العدسة جزء لا يتجزأ من الغلاف، وتحذر ورقة البيانات صراحةً من تطبيق قوة عليها أثناء المناولة، لأن ذلك قد يؤدي إلى فشل الجهاز.

5.2 تكوين الوسادات والقطبية

يحتوي المكون على ثلاث وسادات كهربائية: الوسادة 1 مصممة كأنود (+)، الوسادة 2 كاثود (-)، ووسادة مركزية 'P' هي وسادة حرارية. من المهم للغاية ملاحظة أن الوسادة الحرارية معزولة كهربائيًا عن الأنود والكاثود. يسمح هذا العزل بالاتصال الحراري المباشر بمشتت حراري أو صب نحاسي على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للتبريد دون إنشاء قصر كهربائي. يجب مراعاة القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع التلف.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

تم تصميم المكون لعمليات تقنية التركيب السطحي القياسية (SMT) باستخدام لحام خالي من الرصاص. يتم توفير ملف تعريف مفصل لإعادة التدفق: التسخين المسبق من 25 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية بمعدل 2-3 درجة مئوية/ثانية، الحفاظ على درجة حرارة بين 150 درجة مئوية و 200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية، ثم الارتفاع إلى درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية. يجب أن يكون الوقت فوق درجة حرارة السيولة (217 درجة مئوية) 60-90 ثانية، ويجب أن يكون الوقت ضمن 5 درجات مئوية من درجة حرارة الذروة 20-40 ثانية. الحد الأقصى لمعدل الانخفاض هو 3-5 درجة مئوية/ثانية.

6.2 ملاحظات التجميع الحرجة

يتمتع الجهاز بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 1، مما يعني أن له عمر تخزين غير محدود في ظروف ≤30 درجة مئوية / 85% رطوبة نسبية ولا يتطلب خبزًا قبل الاستخدام إذا تم تخزينه بشكل صحيح. ومع ذلك، يوصى بشدة بعدم إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين لتجنب الإجهاد الحراري على الغلاف والروابط الداخلية. بعد اللحام، لا ينبغي ثني لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، حيث يمكن أن يؤدي الإجهاد الميكانيكي إلى كسر وصلات اللحام أو الغلاف السيراميكي نفسه.

7. معلومات التغليف والطلب

يتم تعريف المنتج برقم جزء شامل يشفر خصائصه الرئيسية. يتم توفير رمز طلب مثال: HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(EU). يحدد هذا الرمز السلسلة، واللون الأحمر العميق (NDR)، وتصنيف القدرة الإشعاعية، وتصنيف الطول الموجي (D5/D6)، وتصنيف الجهد الأمامي (U1/U2)، وتيار القيادة (700 مللي أمبير)، وعلامة الامتثال (EU). يجب على المصممين استخدام رمز الطلب الكامل لضمان حصولهم على التركيبة الدقيقة لتصنيفات الأداء المطلوبة لتطبيقهم.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق الأساسية

الإضاءة البستانية:هذا هو التطبيق الأساسي. ضوء الأحمر العميق 660 نانومتر حاسم لعملية التمثيل الضوئي، وخاصة لدفع تفاعل النظام الضوئي الثاني. يتم استخدامه في الإضاءة التكميلية للبيوت المحمية، والمزارع العمودية، وغرف نمو النباتات لتسريع النمو، والتحكم في الإزهار، وزيادة المحصول.

الإضاءة الزخرفية والترفيهية:اللون الأحمر النقي المشبع مناسب للإضاءة المعمارية التكميلية، وإضاءة المسرح، والأماكن الترفيهية ذات الطابع حيث تكون هناك حاجة إلى نقاط لونية محددة.

إضاءة الإشارات والرموز:يمكن استخدامه في مؤشرات الحالة، ولافتات الخروج، أو التطبيقات الأخرى التي تتطلب مصدر ضوء أحمر عالي السطوع وموثوق.

8.2 اعتبارات التصميم

الإدارة الحرارية:مع مقاومة حرارية تبلغ 8 درجة مئوية/وات ودرجة حرارة تقاطع قصوى 125 درجة مئوية، فإن المشتت الحراري الفعال أمر بالغ الأهمية. يجب توصيل الوسادة المعزولة حرارياً بمساحة نحاسية كبيرة بما يكفي على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو بمشتت حراري مخصص باستخدام مواد موصلة حرارياً ولكن عازلة كهربائياً إذا لزم الأمر. سيؤدي التبريد غير الكافي إلى انخفاض خرج الضوء، وتسارع استهلاك اللومن، واحتمال الفشل المبكر.

تيار القيادة:على الرغم من تصنيفه لـ 700 مللي أمبير، فإن التشغيل بتيارات أقل يمكن أن يحسن الكفاءة (لومن لكل واط أو ميكرومول/جول) والعمر الافتراضي بشكل كبير. يجب أن يكون السائق من النوع ذو التيار الثابت، ومطابقًا لتصنيف الجهد الأمامي لمصابيح LED المستخدمة، لضمان أداء مستقر وموحد.

التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية 120 درجة تغطية واسعة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب حزمًا أكثر تركيزًا، يمكن استخدام بصريات ثانوية مثل العواكس أو العدسات.

9. المقارنة التقنية والتمييز

تميز سلسلة HPND3535CZ0112 (EU) نفسها في سوق LED عالي القدرة من خلال عدة ميزات رئيسية. يوفر استخدام الغلاف السيراميكي، على عكس البلاستيك، أداءً حراريًا فائقًا وموثوقية طويلة الأجل، خاصة في ظل ظروف القيادة العالية الشائعة في الزراعة. الكفاءة الإشعاعية العالية البالغة 71% تعني طاقة مهدرة أقل كحرارة، مما يسمح بتصاميم تركيبات أكثر إحكاما. يجمع المنتج بين تدفق الفوتون الضوئي (PPF) عالي (5.83 ميكرومول/ثانية) عند تيار قيادة قياسي 700 مللي أمبير واستهداف دقيق للطول الموجي حول 660 نانومتر، مما يجعله محسنًا بشكل خاص للكفاءة الضوئية، وغالبًا ما يتفوق على مصابيح LED الحمراء ذات الطيف الأوسع أو الأقل كفاءة في تطبيقات أضواء النمو المخصصة.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما الفرق بين التدفق الإشعاعي (ميغاواط) وتدفق الفوتون الضوئي (PPF)؟

ج: يقيس التدفق الإشعاعي إجمالي القدرة البصرية المنبعثة بالواط. يقيس PPF عدد الفوتونات النشطة ضوئيًا (في نطاق 400-700 نانومتر) المنبعثة في الثانية، بالميكرومول في الثانية (ميكرومول/ثانية). PPF هو المقياس ذو الصلة لنمو النبات، بينما يصف التدفق الإشعاعي إجمالي قدرة الضوء.

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED بمصدر جهد ثابت؟

ج: لا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. جهدها الأمامي له معامل درجة حرارة سالب ويختلف من وحدة لأخرى (كما يظهر في التصنيف). يمكن أن يؤدي مصدر الجهد الثابت إلى هروب حراري وتدمير الـ LED. استخدم دائمًا سائق تيار ثابت.

س: لماذا الوسادة الحرارية معزولة كهربائيًا؟

ج: يسمح العزل الكهربائي للوسادة باللحام المباشر بمساحة نحاسية كبيرة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لأقصى تبديد حراري دون إنشاء دائرة قصر كهربائية بين الأنود والكاثود. هذا يبسط التصميم الحراري ويحسن كفاءة التبريد.

س: كيف يفيد الطول الموجي 660 نانومتر النباتات مقارنة بالأحمر الآخر؟

ج: يصل امتصاص الكلوروفيل إلى ذروته في المناطق الحمراء والزرقاء من الطيف. يتوافق الطول الموجي 660 نانومتر بشكل وثيق مع ذروة رئيسية للكلوروفيل أ و ب، مما يجعله عالي الكفاءة لدفع التفاعلات الضوئية لعملية التمثيل الضوئي، والتأثير على العمليات التي يتوسطها الفيتوكروم مثل الإزهار.

11. دراسة حالة تطبيقية عملية

السيناريو: تصميم وحدة إضاءة تكميلية للخضروات الورقية في مزرعة عمودية.

يقوم مهندس إضاءة بتصميم شريط LED رفيع ليتم تركيبه بين مستويات مزرعة عمودية تزرع الخس. الهدف هو توفير ضوء مكثف وموفر للطاقة لتعظيم معدل النمو في مساحة محدودة.

خيارات التصميم:يختار المهندس سلسلة HPND3535CZ0112 (EU) لإنتاجها العالي من PPF وطولها الموجي 660 نانومتر، وهو مثالي لتعزيز النمو الورقي. يختارون مكونات من تصنيف القدرة الإشعاعية الأعلى (S3، 1100-1200 ميغاواط) لتعظيم شدة الضوء. يتم وضع مجموعة كثيفة من هذه المصابيح على لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب ألومنيوم (MCPCB) لإدارة الحمل الحراري من تيار القيادة 700 مللي أمبير بشكل فعال. تضمن زاوية الحزمة الواسعة 120 درجة توزيعًا متساويًا للضوء عبر مظلة النبات دون الحاجة إلى بصريات إضافية، مما يحافظ على رقة الوحدة. يتم اختيار السائق كنوع تيار ثابت قادر على تقديم التيار المطلوب مع قبول نطاق جهد الإدخال لنظام الطاقة في المزرعة. والنتيجة هي شريط ضوء مدمج عالي الإنتاجية يوفر الفوتونات بكفاءة حيث تكون هناك حاجة إليها أكثر لعملية التمثيل الضوئي.

12. مقدمة عن المبدأ التقني

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء عندما يمر تيار كهربائي عبرها. تحدث هذه الظاهرة، المسماة بالكهرباء الضوئية، عندما تتحد الإلكترونات مع فجوات الإلكترون داخل الجهاز، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد لون الضوء (طوله الموجي) من خلال فجوة النطاق الطاقي لمادة أشباه الموصلات المستخدمة. بالنسبة لمصابيح LED الحمراء العميقة مثل HPND3535CZ0112، تُستخدم عادةً مواد مثل فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم (AlGaInP) لتحقيق الانبعاث 660 نانومتر. يعمل الغلاف السيراميكي كغلاف وقائي ومسار حراري حرج، حيث ينقل الحرارة بعيدًا عن رقاقة أشباه الموصلات الصغيرة (التقاطع) إلى البيئة الخارجية، وبالتالي الحفاظ على الأداء والموثوقية.

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

يقود قطاع الإضاءة البستانية تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا LED. يتجه الاتجاه نحو كفاءات فوتونية أعلى (ميكرومول/جول)، مما يقلل من تكلفة الكهرباء لكل وحدة نمو نباتي. هناك أيضًا تركيز على تطوير مصابيح LED ذات مخرجات طيفية محددة تتجاوز الأحمر العميق والأزرق البسيطين، بما في ذلك الأحمر البعيد (730 نانومتر) للتأثير على مورفولوجيا النبات والإزهار، والأطوال الموجية فوق البنفسجية لمكافحة الآفات/الأمراض. تستمر تصاميم الغلاف المحسَّنة في خفض المقاومة الحرارية، مما يسمح بتيارات قيادة أعلى وإخراج ضوء أكبر من باعث واحد. علاوة على ذلك، فإن دمج رقائق أحادية اللون متعددة (مثل الأحمر، والأزرق، والأحمر البعيد) في غلاف واحد لإنشاء طيف مخصص هو مجال تطوير نشط، يقدم لمصممي الإضاءة سيطرة غير مسبوقة على وصفة الضوء لمحاصيل ومراحل نمو مختلفة.