ورقة بيانات LED 3020 متوسطة القدرة - الأبعاد 3.0x2.0 مم - الجهد 3.4 فولت - القدرة 0.5 واط - أبيض بارد/محايد/دافئ - وثيقة تقنية بالعربية

نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 3020 حلاً عالي الأداء لمصابيح LED متوسطة القدرة مصممة لتطبيقات الإضاءة العامة. باستخدام حزمة مركبة قولبة إيبوكسي محسنة حرارياً (EMC)، تقدم هذه الـ LED توازناً ممتازاً بين الفعالية الضوئية، والموثوقية، والفعالية من حيث التكلفة. يتموضع هذا المنتج بشكل أساسي في أسواق التحديث والإضاءة العامة، مستهدفاً التطبيقات التي يكون فيها كل من الناتج الضوئي العالي لكل دولار وجودة اللون الجيدة أمران بالغا الأهمية. تشمل مزاياها الأساسية واحدة من أفضل نسب لومن لكل واط ولومن لكل دولار في فئتها، وحزمة قوية قادرة على التعامل مع قدرة تصل إلى 0.8 واط، ومؤشر تجسيد لون (CRI) مرتفع يبلغ 80 أو أكثر. يشمل السوق المستهدف مجموعة واسعة من حلول الإضاءة، من البدائل المباشرة للمصابيح التقليدية إلى الإضاءة المعمارية والزخرفية.

تحليل متعمق للمعايير التقنية

الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تحديد الأداء الكهروضوئي في حالة اختبار قياسية لتيار أمامي (IF) بقيمة 150 مللي أمبير ودرجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. تقدم عائلة المنتجات درجات حرارة لون مترابطة (CCT) تتراوح من الأبيض الدافئ (2580K-3220K) إلى الأبيض البارد (5310K-7040K). بالنسبة للنوع النموذجي للأبيض المحايد (مثل T3450811C)، يمكن أن يصل التدفق الضوئي إلى 68 لومن. الميزة الرئيسية هي الحد الأدنى المضمون لمؤشر تجسيد اللون (CRI أو Ra) البالغ 80 عبر جميع التصنيفات، مما يضمن دقة لونية جيدة. يتميز التوزيع الضوئي المكاني بزاوية مشاهدة واسعة (2θ1/2) تبلغ 110 درجة، مما يوفر إضاءة موحدة. من المهم ملاحظة هوامش القياس المحددة: ±7% للتدفق الضوئي و ±2 لمؤشر تجسيد اللون.

المعايير الكهربائية والحرارية

تحدد الخصائص الكهربائية الحدود التشغيلية. جهد التشغيل الأمامي النموذجي (VF) هو 3.4 فولت عند 150 مللي أمبير، مع هامش قدره ±0.1 فولت. التقييمات القصوى المطلقة حاسمة للتصميم الموثوق: الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر (IF) هو 240 مللي أمبير، مع تيار نابض (IFP) مسموح به بقيمة 300 مللي أمبير في ظل ظروف محددة (عرض النبضة ≤ 100 ميكروثانية، دورة عمل ≤ 1/10). الحد الأقصى لتبديد القدرة (PD) هو 816 ملي واط. يتم تسهيل إدارة الحرارة من خلال مقاومة حرارية منخفضة (Rth j-sp) تبلغ 21 درجة مئوية/واط (من الوصلة إلى نقطة اللحام)، وهو أمر أساسي للحفاظ على الأداء والعمر الافتراضي. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة الوصلة (Tj) هو 115 درجة مئوية.

شرح نظام التصنيف (Binning)

تصنيف الطول الموجي / درجة حرارة اللون

يتم التحكم في اتساق لون الـ LED من خلال هيكل تصنيف دقيق يعتمد على مخطط اللونية CIE 1931. يستخدم النظام تصنيفات بيضاوية محددة بنقطة مركزية (إحداثيات x, y)، محور رئيسي (a)، محور ثانوي (b)، وزاوية دوران (Φ). على سبيل المثال، التصنيف 40M5 للأبيض المحايد له مركز عند (0.3825, 0.3798). يتبع تصنيف درجات حرارة اللون بين 2600K و 7000K معيار Energy Star، مما يضمن اتساق لوني ضيق للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا أبيض موحدًا. عدم اليقين في قياس إحداثيات اللون هو ±0.007.

تصنيف التدفق الضوئي

يتم أيضًا تصنيف الناتج الضوئي إلى فئات لضمان الأداء. يتم تقسيم كل تصنيف لوني (مثل 27M5, 30M5) إلى رتب تدفق ضوئي يتم تحديدها برموز مثل E7, E8, F1، إلخ. على سبيل المثال، ضمن التصنيف اللوني 30M5، سيكون للـ LED ذي رمز التدفق F1 تدفقًا ضوئيًا بين 66 و 70 لومن عند 150 مللي أمبير. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات ناتج ضوئي يمكن التنبؤ به لاحتياجات تطبيقهم المحددة.

تصنيف جهد التشغيل الأمامي

لمساعدة في تصميم الدائرة ومطابقة التيار، خاصة في مصفوفات الـ LED المتعددة، يتم فرز جهد التشغيل الأمامي إلى ثلاث رتب: الرمز 1 (2.8 فولت - 3.0 فولت)، الرمز 2 (3.0 فولت - 3.2 فولت)، والرمز 3 (3.2 فولت - 3.4 فولت). هذا يساعد في التنبؤ بمتطلبات مصدر الطاقة وإدارة الأحمال الحرارية بشكل أكثر فعالية.

تحليل منحنيات الأداء

خصائص التيار-الجهد (I-V) والتيار-التدفق الضوئي (I-Φ)

يوضح الشكل 3 العلاقة بين تيار التشغيل الأمامي والتدفق الضوئي النسبي. يكون الناتج شبه خطي حتى تيار التشغيل الموصى به، مما يدل على كفاءة جيدة. يظهر الشكل 4 منحنى جهد التشغيل الأمامي مقابل التيار، وهو أمر أساسي لتصميم السائق. معامل درجة الحرارة الموجب للجهد واضح، مما يعني أن VF ينخفض مع زيادة درجة الحرارة، وهي سلوكية نموذجية لمصابيح LED.

الاعتماد على درجة الحرارة

تغير الأداء مع درجة الحرارة هو عامل تصميم حاسم. يظهر الشكل 6 أن التدفق الضوئي النسبي ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta)، مما يسلط الضوء على أهمية الإدارة الحرارية للحفاظ على الناتج الضوئي. يوضح الشكل 7 انخفاض جهد التشغيل الأمامي مع ارتفاع درجة الحرارة. يوفر الشكل 8 منحنى تخفيض للتيار الأمامي الأقصى المسموح به بناءً على درجة الحرارة المحيطة، وهو أمر حاسم لضمان الموثوقية في ظل ظروف تشغيل مختلفة.

التوزيع الطيفي والزاوي

يوفر الشكل 1 توزيع القدرة الطيفية النسبية، الذي يحدد جودة اللون ودرجة حرارة اللون المترابطة (CCT). يصور الشكل 2 توزيع زاوية المشاهدة (نمط الإشعاع المكاني)، مؤكدًا زاوية الشعاع الواسعة البالغة 110 درجة للإضاءة المتساوية.

انحراف اللون مع درجة الحرارة

يرسم الشكل 5 انحراف إحداثيات اللونية CIE x, y مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (من 25 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية). هذه المعلومات حيوية للتطبيقات التي تتطلب استقرار اللون عبر درجات الحرارة.

إرشادات اللحام والتجميع

الـ LED متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. التقييم الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 230 درجة مئوية أو 260 درجة مئوية لمدة قصوى تبلغ 10 ثوانٍ. من الضروري اتباع ملف إعادة التدفق الموصى به لمنع التلف الحراري لحزمة EMC والرقاقة الداخلية. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة التخزين مماثل. يجب الحرص على عدم تجاوز التقييمات القصوى المطلقة أثناء التشغيل، حيث يمكن أن يتسبب ذلك في تلف لا رجعة فيه للـ LED.

توصيات التطبيق

سيناريوهات التطبيق النموذجية

تحدد ورقة البيانات عدة تطبيقات رئيسية: تحديث المصابيح التقليدية (مثل المتوهجة أو الفلورية المدمجة)، الإضاءة العامة الداخلية والخارجية، الإضاءة الخلفية للوحات الإعلانات الداخلية/الخارجية، والإضاءة المعمارية/الزخرفية. يجعلها مزيج الفعالية العالية، ومؤشر تجسيد اللون الجيد، وزاوية الشعاع الواسعة مناسبة لهذه الاستخدامات المتنوعة.

اعتبارات التصميم

يجب على المصممين الانتباه عن كثب إلى الإدارة الحرارية. باستخدام قيمة المقاومة الحرارية المقدمة (21 درجة مئوية/واط)، يجب حساب التبريد المناسب للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 115 درجة مئوية في أسوأ ظروف التشغيل. يجب اتباع منحنى تخفيض التيار (الشكل 8) لتطبيقات درجة الحرارة المحيطة العالية. للحصول على ناتج ضوئي ثابت، يوصى باستخدام سائق تيار ثابت بدلاً من سائق جهد ثابت. عند تصميم مصفوفات LED متعددة، فكر في استخدام مصابيح LED من نفس تصنيفات الجهد والتدفق لضمان سطوع موحد وتقاسم التيار.

المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بمصابيح LED متوسطة القدرة التقليدية في حزم بلاستيكية، تقدم حزمة EMC أداءً حراريًا أفضل بشكل ملحوظ، مما يسمح بتيارات تشغيل أعلى وتبديد قدرة (حتى 0.8 واط) مع الحفاظ على الموثوقية. هذا يترجم إلى ناتج لومن أعلى من حزمة بحجم مماثل. يوفر مؤشر تجسيد اللون المضمون 80+ ميزة تنافسية في التطبيقات التي تكون فيها جودة اللون مهمة، مقارنةً بالعروض القياسية ذات مؤشر تجسيد لون أقل. زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 110 درجة مفيدة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة ومتساوية بدون بصريات ثانوية.

الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

حالة استخدام عملية

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي أجهزة أشباه موصلات تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمواد أشباه الموصلات المستخدمة. يتم توليد الضوء الأبيض في هذا الـ LED عادةً باستخدام رقاقة شبه موصلة زرقاء اللون مطلية بطبقة فوسفورية. يتم تحويل جزء من الضوء الأزرق بواسطة الفوسفور إلى أطوال موجية أطول (أصفر، أحمر)، ويبدو مزيج الضوء الأزرق والضوء المحول بالفوسفور أبيضًا للعين البشرية. تعمل حزمة EMC على حماية الرقاقة شبه الموصلة وروابط الأسلاك، وتوفر عدسة بصرية أولية، والأهم من ذلك، توفر مسارًا لتوصيل الحرارة بكفاءة بعيدًا عن الوصلة.

اتجاهات التكنولوجيا

تستمر قطعة LED متوسطة القدرة في التطور نحو فعالية أعلى (لومن لكل واط) وموثوقية أعلى بتكلفة أقل. تشمل الاتجاهات الرئيسية اعتماد مواد حزمة أكثر متانة مثل EMC والسيراميك لتمكين درجات حرارة وتيارات تشغيل أعلى، مما يؤدي إلى كثافة لومن أعلى. هناك دفع مستمر لتحسين تكنولوجيا الفوسفور لتحقيق قيم أعلى لمؤشر تجسيد اللون (CRI) وجودة لون أكثر اتساقًا عبر الدفعات. علاوة على ذلك، فإن دمج رقائق متعددة داخل حزمة واحدة (COB - Chip-on-Board أو متوسطة القدرة متعددة الرقائق) هو اتجاه لتبسيط التجميع وتقليل تكاليف النظام لتطبيقات اللومن العالي. كما يؤثر السعي نحو الإضاءة الذكية على تصميم الـ LED، مع التركيز على التوافق مع بروتوكولات التعتيم وأنظمة الأبيض القابلة للضبط.