ورقة بيانات LED 3020 متوسطة القدرة - الأبعاد 3.0x2.0 مم - الجهد 6.6 فولت - القدرة 0.5 واط - أبيض بارد/محايد/دافئ - وثيقة تقنية بالعربية

نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 3020 حلاً لـ LED متوسطة القدرة مصممة لتطبيقات الإضاءة العامة، حيث تقدم توازنًا مثاليًا بين الكفاءة الضوئية، وفعالية التكلفة، والموثوقية. مُحاطة بحزمة مركبة قولبة إيبوكسي محسنة حرارياً (EMC)، تم تصميم هذا الـ LED لتقديم أداء ثابت في مساحة صغيرة تبلغ 3.0 مم × 2.0 مم. تتميز السلسلة بنسب عالية من لومن لكل واط ولومن لكل دولار، مما يجعلها خيارًا جذابًا لتصاميم الإضاءة الحساسة للتكلفة والموجهة نحو الأداء.

يتموضع المنتج الأساسي في أسواق الإضاءة العامة للترقية والبناء الجديد، بما في ذلك التطبيقات الداخلية والخارجية. تنبع ميزاته الأساسية من مادة التغليف EMC، التي توفر إدارة حرارية فائقة مقارنة بالبلاستيك التقليدي، مما يسمح بتيارات تشغيل أعلى وتحسين العمر الافتراضي. تم تصنيف الـ LED بقدرة اسمية تبلغ 0.5 واط ولكن يمكن تشغيله حتى 0.8 واط تحت الظروف الحرارية المناسبة، مما يوفر مرونة في التصميم.

يشمل السوق المستهدف مجموعة واسعة من قطاعات الإضاءة: بدائل مباشرة للمصابيح التقليدية المتوهجة والفلورية في مشاريع الترقية، مصادر الضوء الأساسية للإضاءة العامة السكنية والتجارية، الإضاءة الخلفية للوحات الإعلانية، والإضاءة المعمارية أو الزخرفية حيث تكون جودة اللون والموثوقية في غاية الأهمية.

تحليل متعمق للمعايير التقنية

الخصائص الضوئية واللونية

يتم تحديد الأداء الكهروضوئي تحت ظروف الاختبار القياسية لدرجة حرارة محيطة 25 درجة مئوية ورطوبة نسبية 60% عند تيار تشغيل 80 مللي أمبير. تقدم عائلة المنتج خيارات لدرجة حرارة اللون المترابطة (CCT) تتراوح من الأبيض الدافئ (2725K) إلى الأبيض البارد (7040K)، موضحة في جدول اختيار المنتج. تحافظ جميع المتغيرات على الحد الأدنى لمؤشر تجسيد اللون (CRI أو Ra) وهو 80، مما يضمن دقة لونية جيدة للإضاءة العامة. تتراوح قيم التدفق الضوئي النموذجية من 54 لومن إلى 66 لومن عند 80 مللي أمبير، اعتمادًا على تصنيف CCT. من المهم ملاحظة هوامش القياس المذكورة: ±7% للتدفق الضوئي و ±2 لمؤشر تجسيد اللون CRI. يتم اشتقاق CCT من مخطط لونية CIE 1931.

المعايير الكهربائية والحرارية

تحدد المعايير الكهربائية الرئيسية نطاق التشغيل للـ LED. جهد التشغيل الأمامي النموذجي (VF) هو 6.6 فولت عند 80 مللي أمبير، مع هامش ±0.1 فولت. الحد الأقصى المطلق للتيار الأمامي هو 120 مللي أمبير، مع تصنيف للتيار النبضي (IFP) يبلغ 200 مللي أمبير للنبضات ≤100 ميكروثانية ودورة عمل ≤1/10. يتم تحديد أقصى تبديد للطاقة (PD) بـ 816 مللي واط. قدرة تحمل الجهد العكسي (VR) هي 5 فولت.

الأداء الحراري حاسم للموثوقية. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (RθJ-SP) تبلغ عادةً 21 درجة مئوية/واط. تربط هذه المعلمة مباشرة درجة حرارة الوصلة التشغيلية بدرجة حرارة اللوحة. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الوصلة (Tj) هو 115 درجة مئوية. يتميز الجهاز بزاوية مشاهدة واسعة (2θ1/2) تبلغ 110 درجة، مما يوفر توزيعًا ضوئيًا واسعًا وموحدًا. حماية التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) متوافقة مع نموذج جسم الإنسان (HBM) حتى 1000 فولت.

الحدود القصوى المطلقة

الالتزام بالحدود القصوى المطلقة أمر لا يمكن التفاوض عليه لموثوقية الجهاز. تجاوز هذه الحدود قد يسبب تلفًا دائمًا. الحدود هي: التيار الأمامي (IF): 120 مللي أمبير؛ التيار الأمامي النبضي (IFP): 200 مللي أمبير؛ تبديد الطاقة (PD): 816 مللي واط؛ الجهد العكسي (VR): 5 فولت؛ درجة حرارة التشغيل (Topr): من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية؛ درجة حرارة التخزين (Tstg): من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية؛ درجة حرارة الوصلة (Tj): 115 درجة مئوية؛ درجة حرارة اللحام (Tsld): 230 درجة مئوية أو 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ (حسب منحنى إعادة التدفق).

شرح نظام التصنيف

تصنيف اللون / درجة حرارة اللون CCT

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات لونية دقيقة لضمان الاتساق داخل تركيبة الإضاءة. يتبع هيكل التصنيف للإحداثيات اللونية نظامًا بيضاويًا على مخطط لونية CIE 1931. يتم تعريف كل مجموعة (مثل 27M5، 30M5) بنقطة مركزية (إحداثيات x، y)، محور شبه رئيسي (a)، محور شبه ثانوي (b)، وزاوية دوران (Φ). النظام متوافق مع متطلبات برنامج Energy Star للمدى من 2600K إلى 7000K. عدم اليقين في قياس الإحداثيات اللونية هو ±0.007. يقلل هذا التصنيف الدقيق من الاختلافات اللونية المرئية بين مصابيح LED الفردية في المصفوفة.

تصنيف التدفق الضوئي

لإدارة تجانس السطوع، يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED وفقًا لإخراج التدفق الضوئي عند 80 مللي أمبير. يتم تصنيف التدفق إلى رموز (E7، E8، E9، F1)، يمثل كل منها نطاق لومن محدد (مثل E8: 58-62 لومن، E9: 62-66 لومن، F1: 66-70 لومن). مجموعة التدفق الضوئي المناسبة لمصباح LED معين تعتمد على مجموعته اللونية. يسمح هذا التصنيف ثنائي الأبعاد (اللون والتدفق) للمصممين باختيار مصابيح LED تتطابق مع متطلبات اللونية والسطوع لتطبيقهم.

تصنيف جهد التشغيل الأمامي

يتم فرز جهد التشغيل الأمامي إلى ثلاث مجموعات للمساعدة في تصميم السائق ومطابقة التيار في السلاسل المتوازية. المجموعات هي: الرمز C (5.5 فولت - 6.0 فولت)، الرمز D (6.0 فولت - 6.5 فولت)، والرمز E (6.5 فولت - 7.0 فولت)، مقاسة عند 80 مللي أمبير مع هامش ±0.1 فولت. يمكن أن يساعد اختيار مصابيح LED من نفس مجموعة الجهد في ضمان توزيع تيار وأداء حراري أكثر تجانسًا في أنظمة LED المتعددة.

تحليل منحنيات الأداء

توفر ورقة البيانات عدة رسوم بيانية رئيسية لتحليل التصميم. يظهر مخطط التوزيع الطيفي النسبي طيف الانبعاث، وهو نموذجي لـ LED أبيض محول بالفوسفور، مع ذروة مضخة زرقاء وانبعاث فوسفور أصفر واسع. يؤكد مخطط توزيع زاوية المشاهدة نمط الانبعاث الشبيه بـ Lambertian بزاوية نصفية 110 درجة.

خصائص التيار الأمامي حرجة. يُظهر منحنى IF مقابل التدفق الضوئي النسبي أن إخراج الضوء يزداد بشكل شبه خطي مع التيار، مع انخفاض الكفاءة عادةً عند التيارات الأعلى بسبب زيادة الحرارة والانخفاض. منحنى الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (IV) ضروري لتصميم السائق، حيث يظهر العلاقة الأسية V-I للدايود.

الخصائص الحرارية حيوية للأداء في العالم الحقيقي. يوضح رسم درجة الحرارة المحيطة (Ta) مقابل التدفق الضوئي النسبي انخفاض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة (وبالتالي درجة حرارة الوصلة). يُظهر منحنى Ta مقابل الجهد الأمامي معامل درجة الحرارة السالب لـ VF. يوضح رسم درجة حرارة الوصلة الذي يرسم Ta مقابل التدفق النسبي والجهد الأمامي هذه التبعيات الحرارية بشكل أكبر. ربما الأهم من ذلك، يحدد منحنى الحد الأقصى للتيار الأمامي مقابل درجة الحرارة المحيطة الحد الأقصى لتيار التشغيل الآمن في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة لمنع تجاوز الحد الأقصى لـ Tj وهو 115 درجة مئوية.

يمثل مخطط لونية CIE المجموعات اللونية (27M5، 30M5، إلخ) كقطع ناقص على مسار الجسم الأسود، مما يوفر مرجعًا واضحًا لاختيار اللون وحدود التصنيف.

المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يستخدم الـ LED حزمة جهاز مثبت على السطح (SMD) بأبعاد تبلغ حوالي 3.0 مم في الطول و 2.0 مم في العرض. يوفر الرسم الميكانيكي أبعادًا مفصلة، بما في ذلك تباعد الوسادات، وارتفاع المكون، وهندسة وسادة اللحام. جميع الأبعاد بالمليمترات مع هامش غير محدد ±0.2 مم. يتم تقديم الرسم بمقياس 1:1 للرجوع إليه بدقة. تتميز الحزمة بمحطتين أنود ومحطتين كاثود، مما يسهل تكوين وصلة لحام قوية وتحسين التوصيل الحراري إلى اللوحة المطبوعة. يتم تحديد القطبية بوضوح على الحزمة نفسها، عادةً بمؤشر كاثود مثل شق أو علامة خضراء.

إرشادات اللحام والتجميع

المكون مناسب لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. يتم تحديد أقصى درجة حرارة للحام بـ 230 درجة مئوية أو 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ، اعتمادًا على منحنى إعادة التدفق المحدد المستخدم (مثل لحام SnAgCu). من الضروري اتباع منحنى إعادة تدفق موصى به بمعدلات تسخين وتبريد مضبوطة لتقليل الصدمة الحرارية ومنع تشقق الحزمة أو تقشرها. لم يتم ذكر مستوى حساسية الرطوبة (MSL) صراحةً في المحتوى المقدم، ولكن بالنسبة لحزم EMC، يُوصى عمومًا بتجفيف المكونات إذا كانت معرضة للظروف المحيطة لفترات طويلة قبل إعادة التدفق لتجنب ظاهرة "الفشار". يجب أن يكون التخزين في بيئة جافة ومتحكم بها ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.

توصيات التطبيق

سيناريوهات التطبيق النموذجية

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

اعتبارات التصميم

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بمصابيح LED متوسطة القدرة التقليدية في حزم PPA (بولي فثالاميد) أو PCT (بولي سيكلوهيكسيلين ثنائي ميثيلين تيريفثاليت)، فإن المميز الرئيسي لسلسلة 3020 EMC هذه هو أداؤها الحراري الفائق. تتمتع مادة EMC بتوصيل حراري أعلى ويمكنها تحمل درجات حرارة وصل أعلى دون اصفرار أو تدهور. وهذا يسمح بما يلي:

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

دراسة حالة للتصميم والاستخدام

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

سيتم تركيب مصابيح LED على لوحة دوائر مطبوعة من الألومنيوم (MCPCB). ستكون الطاقة الإجمالية للنظام تقريبًا 24 * 0.528 واط = ~12.7 واط. سيتم اختيار سائق تيار ثابت يخرج 80 مللي أمبير مع نطاق جهد يغطي 24 مصباح LED على التوالي (24 * ~6.6 فولت = ~158 فولت). سيتم إجراء محاكاة حرارية لضمان أن تصميم MCPCB يحافظ على درجة حرارة نقطة لحام LED منخفضة بما يكفي للحفاظ على >90% من إخراج اللومن الأولي عند درجة حرارة تشغيل التركيبة المقدرة. من خلال تحديد جميع مصابيح LED من المجموعة اللونية 40M5 ومجموعة تدفق ضوئي واحدة (مثل F1)، سيتم تحقيق تجانس لوني وسطوع ممتاز عبر اللوحة.

مقدمة عن مبدأ التشغيل

هذا هو مصباح LED أبيض محول بالفوسفور. تتضمن عملية التشغيل الأساسية شريحة أشباه موصلات، عادةً مصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، والتي تصدر ضوءًا أزرق عند انحياز أمامي (إضاءة كهربائية). يمتص طبقة الفوسفور من الإيتريوم ألومنيوم غارنيت المطعمة بالسيريوم (YAG:Ce) المترسبة فوق الشريحة جزءًا من هذا الضوء الأزرق. يحول الفوسفور جزءًا من الفوتونات الزرقاء إلى طيف واسع من الضوء الأصفر. يؤدي مزيج الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر المنبعث إلى إدراك الضوء الأبيض. يتم التحكم في درجة حرارة اللون المترابطة الدقيقة (CCT) عن طريق تغيير تركيب الفوسفور وسمكه. تعمل حزمة EMC على حماية شريحة أشباه الموصلات الدقيقة والفوسفور، وتوفير هيكل ميكانيكي، والأهم من ذلك، توفير مسار أساسي لتوصيل الحرارة بعيدًا عن الوصلة إلى وسادات اللحام واللوحة المطبوعة.

اتجاهات التكنولوجيا

يستمر قطاع LED متوسطة القدرة، خاصةً مع تغليف EMC، في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية الملاحظة في هذا المنتج والسوق الأوسع ما يلي:

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

يقع LED 3020 EMC بشكل ثابت ضمن هذه الاتجاهات، حيث يقدم منصة حرارية قوية، وكفاءة، وفعالة من حيث التكلفة لجيل الحلول الحالية للإضاءة العامة.