ورقة بيانات LED 3030 من فئة الطاقة المتوسطة - الحجم 3.0x3.0 مم - الجهد 3.1 فولت - الطاقة 0.5 واط - اللون الأبيض البارد 6000 كلفن

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مصباح LED من فئة الطاقة المتوسطة بحجم 3030 باستخدام غلاف مركب من الإيبوكسي (EMC). تم تصميم المنتج ليوفر توازنًا مثاليًا بين الكفاءة الضوئية (لومن/واط) والفعالية من حيث التكلفة (لومن/دولار) ضمن قطاع الطاقة المتوسطة. وهو مصمم للتطبيقات التي تتطلب أداءً موثوقًا وجودة إضاءة عالية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذه السلسلة من مصابيح LED تصميم غلاف EMC المُحسّن حرارياً، مما يحسن تبديد الحرارة والموثوقية على المدى الطويل. إنه يملأ الفجوة بين تطبيقات الطاقة المتوسطة والعالية، حيث يمكنه التعامل مع طاقة تصل إلى 0.8 واط. مع تيار تشغيل أقصى يبلغ 240 مللي أمبير ومؤشر أدنى لتجسيد الألوان (CRI) يبلغ 70، فهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب جودة لونية جيدة. الجهاز متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. أحد التطبيقات المستهدفة الرئيسية هو مصابيح التشغيل النهاري (DRL).

2. تحليل المعايير التقنية

يتم تحديد جميع القياسات تحت ظروف الاختبار القياسية لتيار الأمام (IF) = 150 مللي أمبير، ودرجة حرارة البيئة (Ta) = 25 درجة مئوية، والرطوبة النسبية (RH) = 60%، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.1 خصائص القياس الضوئي واللون

يتراوح نطاق درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) للصنف الأبيض البارد من 5300 كلفن إلى 6488 كلفن، بقيمة نموذجية تبلغ 6018 كلفن. الحد الأدنى لمؤشر تجسيد الألوان (Ra) هو 70، بقيمة نموذجية تبلغ 71.5. ناتج التدفق الضوئي له تسامح قياس يبلغ ±7%، بينما تسامح قياس CRI هو ±2. يتم اشتقاق CCT من مخطط اللونية CIE 1931. من المهم ملاحظة أن جدول صيانة اللومن هو للاسترشاد فقط.

2.2 المعايير الكهربائية والحرارية

يقيس جهد الأمام (VF) عادةً 3.1 فولت، مع نطاق يتراوح من 2.8 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.4 فولت (الحد الأقصى) عند 150 مللي أمبير. الحد الأقصى لتيار العكس (IR) هو 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) بقيمة 5 فولت. زاوية الرؤية (2θ½)، المُعرّفة على أنها الزاوية المحورية التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف شدة الذروة، تبلغ عادةً 120 درجة. المقاومة الحرارية من الوصلة إلى نقطة اللحام (Rth j-sp) تبلغ عادةً 11 درجة مئوية/واط. الجهاز لديه قدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) تبلغ 2000 فولت.

2.3 القيم القصوى المطلقة

قد يؤدي تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود إلى تلف دائم. القيم القصوى المطلقة هي: تيار الأمام المستمر (IF): 240 مللي أمبير؛ تيار الأمام النبضي (IFP): 300 مللي أمبير (عرض النبضة ≤ 100 ميكرو ثانية، دورة العمل ≤ 1/10)؛ تبديد الطاقة (PD): 816 ملي واط؛ جهد العكس (VR): 5 فولت؛ درجة حرارة التشغيل (Topr): من -40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية؛ درجة حرارة التخزين (Tstg): من -40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية؛ درجة حرارة الوصلة (Tj): 125 درجة مئوية؛ درجة حرارة اللحام (Tsld): 230 درجة مئوية أو 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. يجب الحرص على ضمان ألا يتجاوز تبديد الطاقة القيمة القصوى المطلقة.

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 التوزيع الطيفي والزاوي

يحدد التوزيع الطيفي النسبي للطاقة (الشكل 1) الخصائص اللونية لمصباح LED الأبيض البارد. يُظهر توزيع زاوية الرؤية (الشكل 2) نمط الحزمة النموذجي بزاوية 120 درجة، مما يؤكد نمط الانبعاث اللامبرتي أو شبه اللامبرتي الشائع لهذا النوع من الأغلفة.

3.2 خصائص تيار الأمام

تُظهر العلاقة بين تيار الأمام والتدفق الضوئي النسبي (الشكل 3) أن ناتج الضوء يزداد مع التيار ولكنه سيشبع ويتدهور في النهاية عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية. يُظهر منحنى جهد الأمام مقابل تيار الأمام (الشكل 4) السلوك الأسي المميز للدايود، حيث يزداد VF بشكل لوغاريتمي مع IF.

3.3 الاعتماد على درجة الحرارة

يعد تحول إحداثيات اللونية CIE (x, y) مع درجة حرارة البيئة (الشكل 5) أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات الحساسة للون، حيث يُظهر كيف قد ينحرف نقطة اللون الأبيض. يتناقص التدفق الضوئي النسبي مع زيادة درجة حرارة البيئة (الشكل 6)، وهو اعتبار رئيسي في تصميم إدارة الحرارة. وبالمثل، عادةً ما ينخفض جهد الأمام مع زيادة درجة الحرارة (الشكل 7).

3.4 تخفيض التصنيف والحد الأقصى للتيار

يوضح الشكل 8 الحد الأقصى المسموح به لتيار الأمام كدالة لدرجة حرارة البيئة لقيمتين مختلفتين للمقاومة الحرارية من الوصلة إلى البيئة (Rth j-a): 30 درجة مئوية/واط و 35 درجة مئوية/واط. هذا الرسم البياني ضروري لتحديد تيار التشغيل الآمن في بيئة حرارية معينة. على سبيل المثال، عند درجة حرارة بيئة تبلغ 85 درجة مئوية مع Rth j-a=35 درجة مئوية/واط، يتم تخفيض تصنيف الحد الأقصى للتيار بشكل كبير من القيمة القصوى المطلقة البالغة 240 مللي أمبير.

4. هيكل التصنيف اللوني

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على إحداثيات لونيتها لضمان اتساق اللون داخل التطبيق. يُظهر الشكل 9 مخطط اللونية CIE 1931 مع هيكل المجموعات المحدد. يوفر الجدول 5 وصفًا تفصيليًا لرموز المجموعات. عدم اليقين في القياس لإحداثيات اللون هو ± 0.007. يتم إجراء جميع عمليات التصنيف تحت الظروف القياسية (IF=150mA, Ta=25°C).

5. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

5.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا المصباح LED مناسب تمامًا لمجموعة متنوعة من تطبيقات الإضاءة العامة نظرًا لتوازنه بين الكفاءة والتكلفة والجودة. تذكر ورقة البيانات على وجه التحديد مصابيح التشغيل النهاري (DRL). تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى الإضاءة الداخلية (المصابيح، الأنابيب، الألواح)، والإضاءة المعمارية، والإعلانات، والإضاءة الخلفية للشاشات حيث تكون درجة حرارة اللون الأبيض البارد مرغوبة.

5.2 إدارة الحرارة

تعد الإدارة الحرارية الفعالة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء المصنّف والعمر الطويل. تعني المقاومة الحرارية النموذجية البالغة 11 درجة مئوية/واط من الوصلة إلى نقطة اللحام أن تصميم اللوحة المطبوعة (PCB) يجب أن يوفر مسارًا ذو معاوقة حرارية منخفضة إلى البيئة. يُوصى باستخدام الثقوب الحرارية المناسبة، ومساحة النحاس، وربما لوحة مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB) للتشغيل بتيار عالي أو في درجة حرارة بيئة عالية. ارجع دائمًا إلى منحنى تخفيض التصنيف (الشكل 8) لاختيار تيار التشغيل المناسب.

5.3 اعتبارات التشغيل الكهربائي

يُوصى بشدة باستخدام محرك تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لضمان ناتج إضاءة مستقر ومنع الانحراف الحراري. يجب اختيار المحرك ليعمل ضمن نطاق التيار المحدد (حتى 240 مللي أمبير مستمر). يجب أخذ تباين جهد الأمام (من 2.8 فولت إلى 3.4 فولت) في الاعتبار في جهد الامتثال للمحرك. بالنسبة للتشغيل النبضي (IFP)، يلزم الالتزام الصارم بحدود عرض النبضة (≤100 ميكرو ثانية) ودورة العمل (≤1/10).

5.4 اللحام والتعامل

الجهاز متوافق مع ملفات تعريف لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص. الحد الأقصى لدرجة حرارة اللحام هو 230 درجة مئوية أو 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. يجب اتباع الإرشادات القياسية IPC/JEDEC J-STD-020 للحساسية للرطوبة وملفات إعادة التدفق. يجب مراعاة احتياطات ESD القياسية أثناء التعامل والتجميع، حيث أن الجهاز مصنّف لتحمل 2000 فولت HBM.

6. المقارنة والتمييز

مقارنة بمصابيح LED التقليدية من فئة الطاقة المتوسطة في أغلفة بلاستيكية، يوفر غلاف EMC أداءً حراريًا فائقًا ومقاومة للاصفرار من التعرض للأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى صيانة أفضل للومين وعمر أطول. يوفر الحجم 3030 وسادة حرارية أكبر من الأغلفة الأصغر (مثل 2835)، مما يسمح بتبديد طاقة أعلى (حتى 0.8 واط) مع الحفاظ على حجم معتدل. يوفر مؤشر CRI المحدد البالغ 70+ جودة لونية أفضل من العديد من مصابيح LED القياسية من فئة الطاقة المتوسطة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي يكون فيها تجسيد اللون اعتبارًا.

7. الأسئلة الشائعة (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. مبادئ التشغيل والاتجاهات

8.1 مبدأ التشغيل الأساسي

هذا مصدر ضوء صلب يعتمد على دايود شبه موصل. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الدايود، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات (عادةً ما تعتمد على InGaN لمصابيح LED الزرقاء/البيضاء)، مما يطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم توليد الضوء الأبيض البارد من خلال مزيج من شريحة LED زرقاء وطلاء فسفوري. الضوء الأزرق من الشريحة يحفز الفوسفور الأصفر (وأحيانًا الأحمر/الأخضر)، ويُدرك مزيج الضوء الأزرق والأصفر على أنه أبيض.

8.2 اتجاهات الصناعة

يستمر قطاع مصابيح LED من فئة الطاقة المتوسطة، خاصة في أغلفة مثل 3030 و 2835، في كونه قوة مهيمنة في الإضاءة العامة نظرًا لنسبة التكلفة إلى الأداء الممتازة. تشمل الاتجاهات التحسينات المستمرة في الكفاءة الضوئية (لومن/واط) من خلال تقدم تقنية الشرائح والفسفور، والسعي لتحقيق مؤشر CRI أعلى واتساق لوني أفضل (تصنيف أضيق)، وتطوير أغلفة ذات مقاومة حرارية أقل لتمكين تيارات تشغيل وكثافات طاقة أعلى من نفس الحجم. الانتقال نحو مواد أغلفة EMC وغيرها من مواد الأغلفة عالية الأداء بدلاً من البلاستيك القياسي هو اتجاه واضح لتعزيز الموثوقية في التطبيقات المتطلبة.