ورقة مواصفات باعث LED 3030 - مقاس 3.0x3.0x2.53 مم - جهد 1.8-2.6 فولت - قدرة 1.3 واط - أشعة تحت حمراء 730 نانومتر - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

يقدم هذا القسم نظرة شاملة على باعث الضوء LED بالأشعة تحت الحمراء، موضحًا تصميمه وخصائصه الرئيسية وتطبيقاته الأساسية في أنظمة الإضاءة النباتية الحديثة.

1.1 وصف عام

المنتج عبارة عن باعث ضوئي LED من نوع الأجهزة السطحية (SMD) يستخدم تقنية التغليف بمركب الإيبوكسي القالب (EMC). توفر تقنية التغليف هذه موثوقية محسنة، وإدارة حرارية فائقة، وأداءً قويًا في البيئات المطلوبة. الأبعاد الصغيرة هي 3.00 مم طولاً، و3.00 مم عرضاً، و2.53 مم ارتفاعاً، مما يجعله مناسبًا لتخطيطات اللوحات المطبوعة عالية الكثافة. الوظيفة الأساسية هي إصدار ضوء عند طول موجي قمة يبلغ 730 نانومتر (nm)، والذي يقع ضمن طيف الأشعة الحمراء البعيدة، وهي منطقة حاسمة لاستجابات تشكيل الضوء في النباتات.

1.2 الميزات الرئيسية

• الحجم المدمج:أبعاد 3.00 مم × 3.00 مم × 2.53 مم.
• الطول الموجي المحدد:طول موجة الإشعاع القصوى (λp) 730 نانومتر، يستهدف المستقبل الضوئي الفيتوكروم.
• الامتثال لمعايير RoHS:مصنوع بدون رصاص أو مواد خطرة أخرى مقيدة.
• القدرة على اللحام:مصمم لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.
• الحساسية للرطوبة:مصنف بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 3، مما يتطلب معالجة مناسبة وتحميص إذا تعرض للرطوبة.
• التعبئة والتغليف:يتم توريده على بكرات بكمية قياسية تبلغ 3000 قطعة لكل بكرة.
• موثوقية عالية:تضمن تقنية تغليف EMC أداءً مستقرًا تحت ظروف تشغيل متنوعة.

1.3 سيناريوهات التطبيق

تم هندسة هذا الـ LED خصيصًا لتطبيقات الإضاءة النباتية والزراعية حيث يكون الضوء الأحمر البعيد ضروريًا. حالات الاستخدام الرئيسية تشمل:

• إنتاج الزهور التجارية:التحكم في دورات الإزهار وتشكيل النبات.
• مختبرات زراعة الأنسجة:تعزيز مراحل نمو محددة في بيئات معقمة.
• المزارع العمودية ومصانع النباتات:التكامل في وصفات الإضاءة متعددة الأطياف لإنتاج محاصيل على مدار العام بشكل أمثل.
• الإضاءة التكميلية للبيوت المحمية:تمديد الفترة الضوئية أو توفير صفات طيفية محددة لتعزيز نمو النبات وتطوره.
• الحفظ بعد الحصاد:تطبيقات في التبريد للتأثير المحتمل على النضارة وفترة الصلاحية، على الرغم من أن هذا مجال بحث ناشئ.

2. تحليل معمق للمعايير التقنية

فحص تفصيلي للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية كما تم تعريفها تحت ظروف الاختبار القياسية (Ts=25 درجة مئوية).

2.1 الخصائص الكهربائية والبصرية

يحدد الجدول أدناه معايير الأداء الحرجة. تيار الاختبار لمعظم المواصفات البصرية هو 350 مللي أمبير.

• الجهد الأمامي (VF):يتراوح من حد أدنى 1.8 فولت إلى حد أقصى 2.6 فولت عند 350 مللي أمبير. لم يتم تحديد القيمة النموذجية، ولكن النطاق يشير إلى انخفاض الجهد المتوقع عبر الجهاز.
• الطول الموجي القصوى (λp):محدد بين 730 نانومتر و740 نانومتر. يضمن هذا التنظيم الضيق ناتج طيفي متسق للتطبيقات الزراعية الدقيقة.
• التدفق الإشعاعي الكلي (Φe):يقيس إجمالي القدرة الضوئية المنبعثة، ويتراوح من 180 ملي واط إلى 480 ملي واط. يتطلب هذا النطاق الواسع تنظيمًا دقيقًا لتصميم التطبيق.
• زاوية المشاهدة (2θ1/4):حوالي 60 درجة، تحدد التوزيع الزاوي للضوء المنبعث.
• المقاومة الحرارية (R_THJ-S):المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام هي 14 درجة مئوية/واط. هذه القيمة حرجة لتصميم إدارة الحرارة لمنع السخونة الزائدة.
• التيار العكسي (I_R):بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي 5 فولت، يشير إلى خصائص تسرب الثنائي.

2.2 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الضغط التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم. لا ينصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها.

• تبديد القدرة (P_D):بحد أقصى 1.3 واط. هذه هي إجمالي القدرة التي يمكن للغلاف تبديدها.
• التيار الأمامي (I_F):التيار المباشر المستمر الأقصى 500 مللي أمبير. قد يكون تصنيف التيار النبضي أعلى ولكنه غير محدد هنا.
• الجهد العكسي (V_R):بحد أقصى 5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز ذلك في حدوث انهيار.
• تفريغ الكهرباء الساكنة (ESD):يتحمل 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، مما يشير إلى متانة معتدلة في المعالجة.
• نطاقات درجة الحرارة:درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية؛ درجة حرارة التخزين من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة الوصلة القصوى (T_J):بحد أقصى مطلق 115 درجة مئوية. يجب تصميم النظام للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل بكثير من هذا الحد أثناء التشغيل.

3. شرح نظام التنظيم

على الرغم من عدم تقديم رمز تنظيم رسمي صراحةً في الوثيقة، فإن نطاقات المعلمات المحددة تشكل بشكل فعال هيكل تنظيم. يجب على المصممين مراعاة هذه الاختلافات عند تصميم الدوائر ومحركات الإضاءة.

• تنظيم الطول الموجي:نطاق 730-740 نانومتر ضيق نسبيًا بالنسبة لـ LED الأحمر البعيد، مما يضمن الاتساق الطيفي الحرج لتفعيل الفيتوكروم في النباتات.
• تنظيم التدفق الإشعاعي:يشير نطاق الخرج الواسع (480-180 ملي واط) إلى أنه بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب شدة إضاءة موحدة، قد يحتاج اختيار مصابيح LED أو تنظيمها إلى مجموعات فرعية من قبل المُصنع أو المُجمع.
• تنظيم الجهد الأمامي:يتطلب نطاق 2.6-1.8 فولت النظر في تصميم السائق، خاصةً للمصفوفات المتصلة على التوالي، لضمان توحيد التيار.

4. تحليل منحنيات الأداء

توفر منحنيات الخصائص النموذجية نظرة ثاقبة على سلوك الجهاز تحت ظروف متنوعة.

4.1 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى IV)

يظهر المنحنى علاقة غير خطية نموذجية للثنائيات. عند تيار التشغيل الموصى به 350 مللي أمبير، من المتوقع أن يكون الجهد الأمامي بالقرب من مركز نطاق 2.6-1.8 فولت. يساعد المنحنى في اختيار توافق جهد السائق المناسب.

4.2 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى خاصية تشبع الناتج البصري. تزداد الشدة مع التيار ولكن قد لا تكون خطية، خاصة مع تصاعد التأثيرات الحرارية عند التيارات الأعلى. يبدو أن التشغيل بالقرب من 350 مللي أمبير يكون في منطقة كفاءة.

4.3 الشدة النسبية مقابل درجة حرارة الغلاف

ينخفض الناتج مع زيادة درجة حرارة الغلاف (T_s). تأثير الانخفاض الحراري هذا حرج للتطبيقات النباتية حيث يكون مطلوبًا ناتج ضوئي ثابت على فترات طويلة. يعتبر غطاء حرارة كافٍ ضروريًا لتخفيف فقدان الناتج.

4.4 التوزيع الطيفي

يؤكد مخطط الطيف على الذروة المسيطرة عند 730 نانومتر مع عرض كامل عند نصف أقصى نموذجي (FWHM) شائع لمصابيح LED القائمة على AlGaAs. هناك انبعاث ضئيل في الطيف المرئي، مما يجعله مصدرًا أحمرًا بعيدًا بحتًا.

4.5 نمط الإشعاع

يوضح الرسم البياني القطبي نمط انبعاث يشبه لامبرتيان بزاوية مشاهدة 60 درجة، مفيد لحساب التوزيع الإشعاعي المكاني على مظلات النباتات.

4.6 التيار الأمامي مقابل درجة حرارة الغلاف

يشير منحنى تخفيض التصنيف هذا إلى انخفاق أقصى تيار أمامي مسموح به مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة أو درجة حرارة الغلاف. هذا رسم بياني حاسم لتحديد ظروف التشغيل الآمنة في التركيبات المغلقة.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف والتخطيط

تحدد الرسومات الميكانيكية التفصيلية البصمة الدقيقة.

• المنظر العلوي/السفلي:يظهر المخطط البصري 3.00 مم × 3.00 مم. تم وضع علامة على معرّف الكاثود.
• المنظر الجانبي:يؤكد ارتفاع 2.53 مم، بما في ذلك القبة والأطراف.
• تحديد القطبية:يتم تمييز الكاثود عادةً بشق، أو حافة مائلة، أو مؤشر بصري آخر على الغلاف. التوجيه الصحيح حيوي لتجميع اللوحة المطبوعة.
• نمط وسادة اللحام:يتم توفير أبعاد نمط الأرضية الموصى بها للوحة المطبوعة لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة ومحاذاة ميكانيكية مناسبة أثناء إعادة التدفق.
• التسامحات:جميع التسامحات الأبعاد غير المحددة هي ±0.2 مم.

5.2 التغليف للتجميع الآلي

يتم توريد الجهاز بتغليف الشريط والبكرة المتوافق مع معدات الاختيار والوضع السطحية القياسية.

• الشريط الحامل:يتم تحديد أبعاد حجم الجيب، والمسافة بينهما، وعرض الشريط لضمان التوافق مع أنظمة التغذية.
• أبعاد البكرة:يتم توفير تفاصيل قطر البكرة القياسي، والعرض، وحجم المحور للخدمات اللوجستية وإعداد الجهاز.
• كمية التغليف:3000 قطعة لكل بكرة هي وحدة التعبئة القياسية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تعليمات لحام إعادة التدفق السطحي

تم تصنيف LED لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. يجب اتباع ملف إعادة التدفق النموذجي:

• مرحلة التسخين المسبق:تسخين تدريجي لتفعيل المادة المساعدة وتقليل الصدمة الحرارية.
• منطقة النقع:تسمح باستقرار درجة الحرارة عبر اللوحة المطبوعة.
• منطقة إعادة التدفق:يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى تحمل الغلاف الأقصى (عادةً 260 درجة مئوية لبضع ثوانٍ، على الرغم من أنه يجب التأكد من القيمة الدقيقة من بيانات الملف الكامل). يشير مستوى حساسية الرطوبة (MSL 3) إلى أنه إذا تم فتح العبوة، فيجب استخدام المكونات خلال 168 ساعة أو تحميصها قبل إعادة التدفق.
• التبريد:تبريد مُتحكَّم فيه لتشكيل وصلات لحام موثوقة.

من المهم تجنب الضغوط الميكانيكية المفرطة أثناء الوضع وضمان أن ملف اللحام لا يتجاوز الحدود الحرارية للـ LED لمنع تشقق العدسة أو انفصال الطبقات الداخلية.

7. معلومات التغليف والطلب

على الرغم من حذف أرقام الأجزاء المحددة وفقًا للإرشادات، فإن مواصفات التغليف واضحة.

• التغليف القياسي:شريط وبكرة.
• الكمية لكل بكرة:3000 وحدة.
• التوسيم:تتضمن ملصقات البكرة عادةً رقم الجزء والكمية ورقم الدفعة ورمز التاريخ للتتبع.
• تغليف الكرتون:يتم تعبئة عدة بكرات في صناديق كرتونية للشحن والتخزين، مع تفاصيل حول أبعاد الصندوق وكمية التعبئة.

8. توصيات التطبيق واعتبارات التصميم

تصميم الدائرة:استخدم سائق تيار ثابت مناسب لنطاق الجهد الأمامي. بالنسبة للاتصالات على التوالي، تأكد من أن توافق جهد السائق يغطي مجموع أقصى جهد أمامي لجميع مصابيح LED بالإضافة إلى هامش رأس. لا يوصى بالاتصال على التوازي بدون موازنة تيار إضافية._Fإدارة الحرارة:

المقاومة الحرارية البالغة 14 درجة مئوية/واط تتطلب مسارًا حراريًا فعالاً. استخدم لوحة مطبوعة بفتحات حرارية كافية، وإذا لزم الأمر، غطاء حرارة خارجي. راقب درجة حرارة نقطة اللحام لضمان بقاء درجة حرارة الوصلة أقل من 115 درجة مئوية، ويفضل أن تكون أقل لطول العمر.التكامل البصري:_Jتوفر زاوية المشاهدة 60 درجة توازنًا جيدًا بين انتشار الحزمة والشدة. بالنسبة للتطبيقات المركزة، قد تكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية. ضع في اعتبارك الاحتياجات الطيفية للنباتات المستهدفة؛ غالبًا ما يتم استخدام 730 نانومتر مع مصابيح LED حمراء (660 نانومتر) وزرقاء لوصفات الطيف الكامل.

9. المقارنة التقنية والتمييزمقارنة بمصابيح LED المرئية القياسية أو أنواع التغليف القديمة، يوفر هذا الجهاز مزايا محددة:

مقارنة بمصابيح LED ذات غلاف بلاستيكي:

يوفر غلاف EMC مقاومة فائقة للرطوبة والإجهاد الحراري، مما يؤدي إلى عمر أطول والمحافظة على الناتج في بيئات البيوت المحمية.

• مقارنة بمصابيح LED ذات طيف أوسع:توفر الذروة الضيقة 730 نانومتر عملًا ضوئيًا بيولوجيًا مستهدفًا دون إهدار الطاقة على أطوال موجية غير مستخدمة، مما يحسن فعالية النظام (ميكرومول/جول).
• مقارنة بأغلفة أكبر:تسمح البصمة 3030 بمصفوفات أعلى كثافة، مما يتيح توزيع ضوئي أكثر انتظامًا على المظلة.
• 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)س: ما هو تيار التشغيل النموذجي؟

ج: بينما الحد الأقصى المطلق هو 500 مللي أمبير، يتم اختبار الخصائص الكهربائية/البصرية عند 350 مللي أمبير، والتي من المحتمل أن تكون نقطة التشغيل الموصى بها للأداء الأمثل وطول العمر.

س: كيف أفسر نطاق التدفق الإشعاعي الواسع (480-180 ملي واط)؟

ج: يشير هذا إلى التباين الطبيعي في التصنيع. للحصول على ناتج ضوئي ثابت في التركيبة، استشر المورد لخيارات تنظيم التدفق أو نفذ تحكمًا بصريًا بالتغذية الراجعة في نظامك.

س: هل يمكن استخدام هذا الـ LED في التشغيل النبضي؟

ج: لا تحدد ورقة البيانات تصنيفات النبض. بالنسبة للقيادة النبضية (على سبيل المثال، لأبحاث التمثيل الضوئي)، قد يكون التيار اللحظي أعلى، ولكن يجب ألا تتجاوز القدرة المتوسطة ودرجة حرارة الوصلة الحدود القصوى. يُنصح بإجراء اختبار محدد.

س: ما مدى أهمية الطول الموجي 730 نانومتر للنباتات؟

ج: إنه محدد جدًا. الفيتوكروم، وهو مستقبل ضوئي نباتي رئيسي، يوجد في شكلين قابلين للتحويل (Pr و Pfr). يحول ضوء 730 نانومتر بشكل أساسي Pfr إلى Pr، مما يؤثر على عمليات مثل تجنب الظل، وبدء الإزهار، وإنبات البذور.

11. حالات الاستخدام العملية وأمثلة التنفيذ

دراسة حالة 1: إنتاج الخس في المزرعة العمودية

في مزرعة عمودية متعددة الطبقات، يتم دمج مصفوفات من مصابيح LED هذه 730 نانومتر مع مصابيح LED حمراء 660 نانومتر وزرقاء 450 نانومتر. يتم استخدام الضوء الأحمر البعيد خلال مرحلة النمو النهائية لتعزيز توسع الأوراق وتقليل الاستطالة، مما يؤدي إلى رأس خس أكثر إحكامًا وقابلًا للتسويق. يسمح حجم التغليف 3030 بوضع كثيف على وحدات خطية، مما يضمن تغطية ضوئية متساوية.

دراسة حالة 2: التحكم في إزهار الفراولة في البيت المحمي

في بيت محمي تقليدي، يتم تركيب مصابيح LED هذه كإضاءة تكميلية. من خلال توفير شدة منخفضة من ضوء 730 نانومتر في نهاية اليوم (إضاءة نهاية اليوم)، يمكن للمزارعين التلاعب بتوازن الفيتوكروم للحث على تزامن الإزهار في نباتات الفراولة، مما يؤدي إلى حصاد أكثر قابلية للتنبؤ وإنتاجية أعلى.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا هو ديود باعث للضوء أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي عبر الأنود والكاثود، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات (عادةً ما تكون قائمة على زرنيخيد الغاليوم الألومنيوم - AlGaAs لهذا الطول الموجي). تُطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات. طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة أشباه الموصلات تحدد طول موجة الضوء المنبعث. بالنسبة لـ 730 نانومتر، تبلغ طاقة فجوة النطاق حوالي 1.7 إلكترون فولت (eV). يخدم غلاف EMC لحماية القطعة شبه الموصلة الحساسة، وتوفير عدسة بصرية أولية لتشكيل الحزمة، وتسهيل تبديد الحرارة بعيدًا عن الشريحة.

13. اتجاهات التطور في مصابيح LED للإضاءة النباتية

سوق مصابيح LED النباتية يتطور بسرعة. تشمل الاتجاهات الرئيسية ذات الصلة بهذا المنتج ما يلي:

زيادة الكفاءة:

يهدف البحث والتطوير المستمر إلى تحسين كفاءة المقبس الجدار (التدفق الإشعاعي لكل واط كهربائي) لمصابيح LED الحمراء البعيدة، مما يقلل من تكلفة تشغيل مصابيح الزراعة.

• تحسين الموثوقية:مزيد من التحسينات في مواد EMC وتغليف أخرى لتحمل درجات حرارة ورطوبة أعلى لفترات حياة أطول (غالبًا تستهدف 50,000+ ساعة).
• ضبط الطيف:على الرغم من أن هذا باعث أحادي اللون، إلا أن هناك اهتمامًا متزايدًا بأغلفة متعددة الشرائح أو فسفور جديد يجمع بين أطوال موجية متعددة (مثل الأحمر العميق والأحمر البعيد) في غلاف واحد لتصميم نظام مبسط.
• الإضاءة الذكية والديناميكية:التكامل مع أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم لتقديم أطياف ضوئية وشدة متغيرة بناءً على احتياجات النبات في الوقت الحقيقي، أو مرحلة المحصول، أو الظروف البيئية. الأداء المتسق للأجهزة مثل مصباح LED هذا 730 نانومتر أساسي لمثل أنظمة الزراعة الدقيقة هذه.
• التوحيد القياسي:تطوير معايير الصناعة لقياس وإعداد تقارير عن المقاييس ذات الصلة بالنباتات، مثل تدفق الفوتون في نطاق كثافة تدفق الفوتون الضوئي (PPFD) وتدفق الفوتون المحدد للإشعاع الأحمر البعيد.
• Standardization:Development of industry standards for measuring and reporting horticulturally relevant metrics, such as photon flux in the photosynthetic photon flux density (PPFD) range and specific photon flux for far-red radiation.