ورقة بيانات LED 3020 متوسطة القدرة - 3.0x2.0 مم - 19 فولت نموذجي - 0.6 واط - أبيض بارد/محايد/دافئ - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة 3020 عائلة من مصابيح LED متوسطة القدرة تستخدم حزمة مركبة قولبة إيبوكسي محسنة حرارياً (EMC). تم تصميم هذا النموذج لتقديم توازن مثالي بين الفعالية الضوئية (لومن لكل واط) والفعالية من حيث التكلفة (لومن لكل دولار)، مما يجعله خياراً جذاباً لمجموعة واسعة من تطبيقات الإضاءة العامة. تتميز السلسلة بمساحة صغيرة تبلغ 3.0 مم × 2.0 مم ومصنفة لتبديد طاقة نموذجي يبلغ 0.6 واط، مع طاقة قصوى مسموح بها تبلغ 0.8 واط تحت ظروف محددة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع الفوائد الأساسية لهذه السلسلة من مصابيح LED من حزمة EMC وتحسينات التصميم. توفر مادة EMC مقاومة حرارية فائقة وموثوقية طويلة الأمد مقارنة بالبلاستيك التقليدي، مما يتيح أداءً مستقراً عند درجات حرارة تشغيل أعلى. تشمل الميزات الرئيسية تيار أمامي أقصى يبلغ 40 مللي أمبير، مؤشر تجسيد ألوان (CRI) لا يقل عن 80 لجودة لون عالية، والتوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. تجعل هذه الصفات السلسلة مثالية لمصابيح التحديث، والإضاءة الداخلية والخارجية العامة، والإضاءة الخلفية للوحات الإعلانات، وتركيبات الإضاءة المعمارية أو الزخرفية حيث يكون الجمع بين الكفاءة والموثوقية وجودة اللون أمراً بالغ الأهمية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيراً مفصلاً وموضوعياً للمعايير الرئيسية للأداء المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه القيم أمراً بالغ الأهمية لتصميم الدائرة الكهربائية المناسبة وإدارة الحرارة.

2.1 الخصائص الكهروبصرية

يتم قياس الأداء الكهروبصري تحت ظروف الاختبار القياسية I_F= 30 مللي أمبير، T_a= 25 درجة مئوية، ورطوبة نسبية 60%. يتم توفير ناتج التدفق الضوئي لدرجتي حرارة حرجتين: درجة حرارة البيئة المحيطة (T_a=25 درجة مئوية) ودرجة حرارة نقطة اللحام (T_s=85 درجة مئوية). الأخيرة هي مؤشر أكثر واقعية للأداء في التطبيق الفعلي حيث يتم تركيب LED على لوحة. على سبيل المثال، يوفر صندوق اللون الأبيض البارد النموذجي (65R6) 72 لومن عند T_a=25 درجة مئوية ولكن 62 لومن عند T_s=85 درجة مئوية، مما يسلط الضوء على أهمية التصميم الحراري. تلاحظ ورقة البيانات تسامحاً قدره ±7% في قياسات التدفق الضوئي وتسامحاً قدره ±2 في قياسات CRI (Ra).

2.2 المعايير الكهربائية والحرارية

الجهد الأمامي (V_F) له قيمة نموذجية تبلغ 19 فولت عند 30 مللي أمبير، مع تسامح محدد يبلغ ±0.3 فولت. زاوية الرؤية (2Θ1/2) هي 120 درجة واسعة، وتعرف على أنها الزاوية المحورية حيث تنخفض شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى. المعيار الحراري الحرج هو المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (R_{th j-sp})، محدد بقيمة نموذجية 22 درجة مئوية/واط. تقيس هذه القيمة مدى فعالية تدفق الحرارة من وصلة أشباه الموصلات إلى نقطة اللحام؛ تشير القيمة الأقل إلى تبديد حراري أفضل. مستوى تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) هو 1000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، وهو مستوى قياسي لمصابيح LED متوسطة القدرة.

2.3 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم. لا يجب تجاوزها تحت أي ظروف تشغيل. تشمل الحدود الرئيسية: تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 40 مللي أمبير، تيار أمامي نابض (I_FP) بقيمة 60 مللي أمبير (للنبضات ≤ 100 ميكروثانية، دورة عمل ≤ 1/10)، تبديد طاقة أقصى (P_D) بقيمة 840 ملي واط، ودرجة حرارة وصلة قصوى (T_j) بقيمة 125 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين هو من -40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية. يسمح ملف تعريف درجة حرارة اللحام بذروة 230 درجة مئوية أو 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى صناديق. تستخدم هذه السلسلة نظام تصنيف شامل يعتمد على إرشادات Energy Star لنطاق 2600K إلى 7000K.

3.1 درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) وتصنيف اللونية

يسرد جدول اختيار المنتج ست مجموعات CCT أساسية، من الأبيض الدافئ (2725K، 3045K) إلى الأبيض البارد (6530K). لكل مجموعة CCT رمز صندوق لوني مقابل (مثل 27R5، 65R6). يوضح الجدول 5 والشكل 9 هيكل صندوق اللونية على مخطط CIE 1931. يتم تعريف كل صندوق بمنطقة بيضاوية ذات إحداثيات مركزية محددة (x، y) عند كل من 25 درجة مئوية و85 درجة مئوية، إلى جانب نصف قطر المحور الرئيسي/الثانوي (a، b) وزاوية (Φ). عدم اليقين في قياس إحداثيات اللون هو ±0.007.

3.2 تصنيف التدفق الضوئي

داخل كل صندوق لوني، يتم فرز مصابيح LED بشكل إضافي حسب ناتج التدفق الضوئي عند 30 مللي أمبير. يحدد الجدول 6 رتب التدفق. على سبيل المثال، داخل صندوق اللون 65R6، تتوفر مصابيح LED برموز تدفق F1 (66-70 لومن كحد أدنى)، F2 (70-74 لومن كحد أدنى)، وF3 (74-78 لومن كحد أدنى)، جميعها مقاسة عند T_a=25 درجة مئوية. يسمح هذا التصنيف ثنائي الأبعاد (لون + تدفق) للمصممين باختيار مصابيح LED تلبي متطلبات التطبيق الدقيقة لكل من نقطة اللون والسطوع.

4. تحليل منحنى الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة رسوم بيانية توضح سلوك LED تحت ظروف مختلفة، وهي ضرورية للنمذجة التنبؤية والتصميم القوي.

4.1 خصائص IV والتدفق الضوئي النسبي

يوضح الشكل 4 العلاقة بين الجهد الأمامي (V_F) والتيار الأمامي (I_F). المنحنى خطي نسبياً في نطاق التشغيل، مع زيادة V_Fمع التيار. يرسم الشكل 3 التدفق الضوئي النسبي مقابل I_F. يزيد التدفق بشكل شبه خطي مع التيار؛ تشغيل LED فوق 30 مللي أمبير الموصى بها سيعطي عوائد متناقصة في إخراج الضوء مع توليد حرارة أكثر بكثير، مما قد يقلل من الفعالية والعمر الافتراضي.

4.2 الاعتماد على درجة الحرارة

الشكلان 6 و7 حاسمان للتحليل الحراري. يظهر الشكل 6 انخفاض التدفق الضوئي النسبي خطياً مع زيادة درجة حرارة نقطة اللحام (T_s). عند 125 درجة مئوية، يكون الناتج حوالي 20% من قيمته عند 25 درجة مئوية. يظهر الشكل 7 أن V_Fينخفض أيضاً مع زيادة درجة الحرارة، وهي خاصية نموذجية للثنائيات أشباه الموصلات. يوضح الشكل 5 تحول إحداثيات اللونية (CIE x، y) مع درجة الحرارة، وهو أمر مهم للتطبيقات الحساسة للألوان.

3.3 التوزيع الطيفي وزاوية الرؤية

يوفر الشكل 1 منحنى توزيع طيفي نموذجي، يظهر الشدة النسبية عبر الأطوال الموجية. يحدد شكل هذا المنحنى CCT وCRI. يصور الشكل 2 نمط الإشعاع المكاني (توزيع زاوية الرؤية)، مؤكداً ملف الانبعاث الشبيه بلامبرت مع زاوية الرؤية المحددة البالغة 120 درجة.

4.4 تخفيض تصنيف درجة حرارة البيئة المحيطة

الشكل 8 هو منحنى تخفيض تصنيف لأقصى تيار أمامي مسموح به بناءً على درجة حرارة البيئة المحيطة (T_a) والمقاومة الحرارية للنظام (R_j-a). على سبيل المثال، مع مقاومة حرارية للنظام R_j-aبقيمة 45 درجة مئوية/واط، يجب تقليل التيار الأقصى من 40 مللي أمبير عند T_a=89 درجة مئوية إلى حوالي 22 مللي أمبير عند T_a=105 درجة مئوية لمنع درجة حرارة الوصلة من تجاوز حدها البالغ 125 درجة مئوية. هذا الرسم البياني ضروري لتحديد تيارات التشغيل الآمنة في البيئات عالية الحرارة.

5. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

5.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

نظراً لتوازنها بين الفعالية والتكلفة والموثوقية، فإن سلسلة LED هذه مناسبة تماماً لـ:
- مصابيح التحديث:استبدال مباشر لمصابيح التنجستين أو الهالوجين أو الفلورية المدمجة في المصابيح والأنابيب والضوء النازل.
- الإضاءة العامة:مصدر ضوء أساسي في تركيبات الإضاءة السكنية والتجارية والصناعية.
- الإضاءة الخلفية للوحات الإعلانات:توفير إضاءة موحدة للوحات الإعلانات الداخلية والخارجية.
- الإضاءة المعمارية:إضاءة الواجهات، إضاءة الكوف، وتطبيقات زخرفية أخرى حيث تكون جودة اللون مهمة.

5.2 اعتبارات تصميم حرجة

الإدارة الحرارية:هذا هو العامل الأكثر أهمية للأداء وطول العمر. المقاومة الحرارية المنخفضة R_{th j-sp}بقيمة 22 درجة مئوية/واط تكون فعالة فقط إذا وفرت لوحة الدوائر المطبوعة والمشتت الحراري مساراً حرارياً منخفضاً إلى البيئة المحيطة. يوصى بشدة باستخدام لوحات دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCBs) أو لوحات ذات فتحات حرارية كافية. دائماً راجع منحنى تخفيض التصنيف (الشكل 8) لضبط تيار التشغيل.
تشغيل التيار:سائق تيار ثابت إلزامي لإخراج ضوء ولون مستقرين. تيار التشغيل الموصى به هو 30 مللي أمبير، على الرغم من أنه يمكن تشغيله حتى 40 مللي أمبير إذا كانت الظروف الحرارية ممتازة. يتجاوز 40 مللي أمبير خطر التلف الفوري.
البصريات:زاوية الرؤية 120 درجة مناسبة للعديد من تطبيقات الإضاءة العامة. للحزم الأكثر تركيزاً، ستكون هناك حاجة إلى بصريات ثانوية (عدسات).
حماية ESD:على الرغم من تصنيفها لـ 1000 فولت HBM، يجب مراعاة احتياطات التعامل مع ESD القياسية أثناء التجميع والتعامل.

6. التحليل المقارن والتمايز التقني

داخل قطاع LED متوسطة القدرة، فإن المميزات الرئيسية لسلسلة EMC 3020 هذه هي:
1. القدرة على درجات الحرارة العالية:تسمح حزمة EMC بالتشغيل المستمر عند درجات حرارة نقطة لحام أعلى (T_s=85 درجة مئوية البيانات المقدمة) مقارنة بالبلاستيك PPA أو PCT القياسي، الذي يمكن أن يصفر ويتدهور.
2. كثافة الطاقة:مع قدرة تصل إلى 0.8 واط في حزمة 3.0x2.0 مم، تقدم كثافة طاقة أعلى من العديد من مصابيح LED متوسطة القدرة التقليدية 3528 أو 2835، مما قد يقلل من عدد مصابيح LED المطلوبة لناتج لومن معين.
3. خاصية الجهد:الجهد الأمامي النموذجي 19 فولت عند 30 مللي أمبير ملحوظ. يجب على المصممين التأكد من تكوين سائق LED لهذا النطاق الأعلى من الجهد مقارنة بمصابيح LED متوسطة القدرة الأكثر شيوعاً 3 فولت أو 6 فولت.
4. تصنيف شامل:الالتزام بتصنيف Energy Star وتوفير صناديق اللون والتدفق يقدم قابلية التنبؤ والاتساق لمنتجات الإضاءة عالية الجودة.

7. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: لماذا يكون التدفق الضوئي أقل عند T_s=85 درجة مئوية منه عند T_a=25 درجة مئوية؟
ج: T_aهي درجة حرارة الهواء حول LED. T_sهي درجة الحرارة عند نقطة اللحام، وهي أقرب بكثير إلى درجة حرارة الوصلة الفعلية أثناء التشغيل. مع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض كفاءة أشباه الموصلات، مما يقلل من إخراج الضوء. بيانات T_s=85 درجة مئوية هي مقياس أداء أكثر واقعية للتصميم.

س: هل يمكنني تشغيل هذا LED عند 40 مللي أمبير بشكل مستمر؟
ج: التقييم الأقصى المطلق هو 40 مللي أمبير، ولكن هذا حد إجهاد. حالة التشغيل الموصى بها هي 30 مللي أمبير. التشغيل عند 40 مللي أمبير ممكن فقط إذا كانت الإدارة الحرارية استثنائية (مقاومة حرارية منخفضة جداً للنظام R_j-a) ودرجة حرارة البيئة المحيطة منخفضة، وفقاً لمنحنى تخفيض التصنيف في الشكل 8. القيام بذلك سيقلل من الفعالية وقد يؤثر على الموثوقية طويلة الأمد.

س: كيف أفسر رمز الصندوق، على سبيل المثال، '65R6'؟
ج: يحدد الرمز صندوق اللونية. الرقمان الأولان (65) يتعلقان بـ CCT (نطاق 6500K). الحرف (R) والرقم التالي (6) يحددان القطع الناقص المحدد على مخطط CIE حيث تقع إحداثيات لون LED، مما يضمن اتساق لوني محكم.

س: ما أهمية المقاومة الحرارية 22 درجة مئوية/واط؟
ج: تشير هذه القيمة (R_{th j-sp}) إلى أنه لكل واط من الطاقة المبددة في وصلة LED، سيزيد فرق درجة الحرارة بين الوصلة ونقطة اللحام بمقدار 22 درجة مئوية. القيمة الأقل أفضل. المقاومة الحرارية الكلية للنظام (من الوصلة إلى البيئة المحيطة، R_j-a) تشمل هذه بالإضافة إلى مقاومة لوحة الدوائر المطبوعة، وواجهة الحرارة، والمشتت الحراري.

8. دراسة حالة تصميم واستخدام

السيناريو: تصميم ضوء أنبوب LED بقدرة 1200 لومن.
الهدف:استبدال أنبوب فلوري T8 بمكافئ LED.
عملية التصميم:
1. هدف اللومن:1200 لومن.
2. اختيار LED:اختر صندوق 65R6-F2 (72 لومن نموذجي عند 30 مللي أمبير، T_a=25 درجة مئوية). مع الأخذ في الاعتبار تخفيض التصنيف الحراري (تقدير خسارة ~15% عند درجة حرارة التشغيل)، افترض 61 لومن لكل LED.
3. حساب الكمية:1200 لومن / 61 لومن لكل LED ≈ 20 LED.
4. التصميم الكهربائي:20 LED على التوالي ستتطلب جهد تشغيل 20 * 19 فولت = 380 فولت، وهو مرتفع. نهج أكثر عملية هو استخدام سلسلتين من 10 LED على التوالي (190 فولت لكل سلسلة) متصلتين على التوازي، مدفوعة بسائق تيار ثابت مضبوط على 60 مللي أمبير إجمالي (30 مللي أمبير لكل سلسلة).
5. التصميم الحراري:إجمالي الطاقة: 20 LED * 19 فولت * 0.03 أمبير = 11.4 واط. باستخدام لوحة دوائر مطبوعة من الألومنيوم كمشتت حراري، يجب على المصمم حساب ما إذا كانت المقاومة الحرارية للنظام R_j-aمنخفضة بما يكفي للحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 125 درجة مئوية في بيئة الأنبوب المغلقة، باستخدام منحنى تخفيض التصنيف كدليل.
تسلط هذه الحالة الضوء على التفاعل بين التكوين الكهربائي والإدارة الحرارية والأهداف الضوئية.

9. المبادئ التقنية والاتجاهات

9.1 مبدأ التشغيل

يعمل هذا LED على مبدأ الإضاءة الكهربائية في أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. المواد المحددة (الفوسفور) المستخدمة في الحزمة تحول جزءاً من الضوء الأزرق الأساسي من الشريحة إلى أطوال موجية أطول، مما يؤدي إلى الضوء الأبيض المطلوب مع CCT وCRI محددين. تعمل حزمة EMC على حماية الشريحة وروابط الأسلاك، وتوفر عدسة أولية، والأهم من ذلك، تقدم مساراً موصلاً حرارياً لتبديد الحرارة.

9.2 اتجاهات الصناعة

يستمر سوق LED متوسطة القدرة في التطور نحو فعالية أعلى (لومن/واط) وتحسين الموثوقية بتكلفة أقل. استخدام حزم EMC، كما هو موضح في هذه السلسلة، هو اتجاه كبير يحل محل البلاستيك التقليدي بسبب مقاومة فائقة للحرارة والرطوبة، مما يتيح أعماراً أطول وتيارات تشغيل أعلى. علاوة على ذلك، هناك دفع مستمر نحو تصنيف لوني وتدفق أكثر إحكاماً لتلبية متطلبات الإضاءة عالية الجودة. تكامل هذه المكونات في وحدات ومحركات ضوئية هو أيضاً اتجاه متزايد، مما يبسط التصميم لمصنعي الإضاءة. تعكس البيانات المقدمة في ورقة البيانات هذه المعيار الحالي للصناعة لتوصيف وتحديد الأداء تحت ظروف حرارية واقعية.