سلسلة HPL3535CZ12: ثنائي باعث للضوء عالي القدرة بتقنية SMD - عبوة سيراميك 3.5x3.5 مم - جهد أمامي 2.5-3.3 فولت - تيار تشغيل 350-1200 مللي أمبير - ضوء أبيض

1. نظرة عامة على المنتج

سلسلة HPL3535CZ12 هي جهاز ثنائي باعث للضوء عالي القدرة من نوع التركيب السطحي، مُصمم لتطبيقات الإضاءة المتطلبة. تجمع بين خرج إشعاعي عالي وعبوة سيراميك مضغوطة، مما يجعلها مكونًا متعدد الاستخدامات في تصميمات الإضاءة ذات الحالة الصلبة الحديثة. من أبرز ميزاتها وسادة التوصيل الحراري المعزولة كهربائيًا، مما يبسط إدارة الحرارة والتخطيط الكهربائي من خلال توفير مرونة أكبر في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة. تم وضع هذه السلسلة كحل قوي قادر على تلبية المتطلبات الصارمة للإضاءة العامة والتجارية والمتخصصة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذا الثنائي الباعث للضوء شكله المضغوط من السيراميك من نوع SMD، مما يعزز الموثوقية والأداء الحراري، وتدفق ضوئي نموذجي عالي يصل إلى 204 لومن عند 350 مللي أمبير. وهو متوافق مع معايير RoHS وEU REACH وخالي من الهالوجين، مما يضمن التوافق البيئي والتنظيمي. الأسواق المستهدفة متنوعة، تشملالإضاءة الزخرفية والترفيهية, إضاءة الإشارات والرموز، والإضاءة الزراعية. تجعل خصائص أدائه مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب خرج ضوء ثابتًا ومشرقًا وفعالًا في عبوة موثوقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يتم تصنيف الجهاز لتيار أمامي مستمر أقصى (I_F) بقيمة 2000 مللي أمبير، بشرط الحفاظ على درجة حرارة وسادة التوصيل الحراري عند 25 درجة مئوية. يسلط هذا الضوء على الأهمية القصوى لوجود مشتت حراري فعال في التطبيقات العملية لمنع تدهور الأداء أو الفشل. تصنيف تيار النبضة القصوى هو 2400 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلوهرتز. درجة حرارة التقاطع القصوى (T_J) هي 150 درجة مئوية، وهي الحد الأقصى للرقاقة شبه الموصلة. نطاق درجة حرارة التشغيل محدد من -40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية، مما يشير إلى ملاءمته للبيئات القاسية. تم تحديد مقاومة حرارية منخفضة (R_th) بقيمة 3 درجة مئوية/واط للثنائي الباعث للضوء نفسه، وهو ممتاز لتبديد الطاقة، لكن لاحظ أن هذه هي مقاومة التقاطع إلى الوسادة؛ ستكون المقاومة الحرارية للنظام أعلى. يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية ومصنف لتحمل حد أقصى 2 دورة إعادة تدفق، وهو تصنيف قياسي لمثل هذه المكونات.

2.2 الخصائص الضوئية

توفر ورقة البيانات معلومات تدفق ضوئي مفصلة لدرجات حرارة اللون المترابطة المختلفة (CCT): 3000K، 4000K، 5000K، 5700K، و6500K، جميعها بمؤشر تجسيد اللون (CRI) 70. يتراوح التدفق النموذجي عند 350 مللي أمبير ودرجة حرارة تقاطع 25 درجة مئوية من 194 لومن (3000K) إلى 204 لومن (5000K، 5700K، 6500K). والأهم من ذلك، تتضمن البيانات الأداء عند درجة حرارة تقاطع مرتفعة تبلغ 85 درجة مئوية وعند تيارات تشغيل أعلى (700 مللي أمبير، 1000 مللي أمبير، 1200 مللي أمبير). على سبيل المثال، ينخفض التدفق النموذجي للصنف 5000K من 204 لومن (350 مللي أمبير، 25 درجة مئوية) إلى 184 لومن (350 مللي أمبير، 85 درجة مئوية)، مما يوضح التأثير السلبي لدرجة الحرارة على خرج الضوء. عند 1200 مللي أمبير و85 درجة مئوية، يكون الخرج النموذجي 536 لومن، لكن الكفاءة (لومن لكل واط) تنخفض مقارنة بالتيارات الأقل. جميع قياسات الطاقة الإشعاعية لها تسامح محدد يبلغ ±10%.

3. شرح نظام التصنيف

يتم تصنيف المنتج وفقًا لمعايير متعددة لضمان الاتساق في تصميمات الإضاءة.

3.1 تصنيف التدفق الضوئي

يتم تجميع الثنائيات الباعثة للضوء البيضاء في مجموعات تدفق ضوئي بزيادات 20 لومن. المجموعات المتاحة هي: 170L20 (170-190 لومن)، 190L20 (190-210 لومن)، 210L20 (210-230 لومن)، و230L20 (230-250 لومن). يتم تعريف هذه المجموعات عند حالة الاختبار القياسية 350 مللي أمبير.

3.2 تصنيف الجهد الأمامي

يتم تصنيف الجهد الأمامي (V_F) بخطوات تبلغ حوالي 0.2 فولت، مقاسة عند 350 مللي أمبير. المجموعات هي U1 (2.5-2.7 فولت)، U2 (2.7-2.9 فولت)، U3 (2.9-3.1 فولت)، U4 (3.1-3.2 فولت)، وU5 (3.2-3.3 فولت). يمكن أن تؤدي مجموعةV_Fأقل إلى استهلاك طاقة أقل قليلاً وتوليد حرارة أقل لنفس التيار.

3.3 هيكل تصنيف اللون الأبيض (CCT)

يتم تصنيف خرج الضوء الأبيض بدقة إلى مجموعات الضوء الأبيض الدافئ (2580K-3710K)، والضوء الأبيض المحايد (3710K-4745K)، والضوء الأبيض البارد (4745K-7050K). داخل مجموعة الضوء الأبيض البارد، يتم تعريف مجموعات محددة لدرجات حرارة اللون المترابطة 5000K و5700K و6500K، لكل منها أربع مجموعات فرعية (مثل 50K-1، 50K-2، 50K-3، 50K-4). يتم تعريف كل مجموعة فرعية بمنطقة رباعية على مخطط لونية CIE 1931، محدد بأربعة أزواج إحداثيات (x, y). يسمح هذا التصنيف الدقيق للمصممين باختيار ثنائيات باعثة للضوء ذات اتساق لوني شديد الضيق، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي يكون فيها المظهر الموحد أساسيًا. بدل قياس إحداثيات اللونية هو ±0.01.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يحتوي مقتطف PDF المقدم على منحنيات أداء بيانية، تسمح البيانات الجدولية بإجراء تحليل نقدي للعلاقات الرئيسية.

4.1 التيار مقابل التدفق الضوئي (علاقة L-I)

توضح الجداول بوضوح وجود علاقة غير خطية بين تيار التشغيل وخرج الضوء. يؤدي زيادة التيار من 350 مللي أمبير إلى 1200 مللي أمبير (زيادة بمقدار 3.43 مرة) إلى زيادة في التدفق من ~204 لومن إلى ~536 لومن (زيادة بمقدار ~2.63 مرة) لثنائي LED 5000K عند 85 درجة مئوية. يشير هذا التحجيم دون الخطي إلى انخفاض في الكفاءة عند التيارات الأعلى، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة درجة حرارة التقاطع وانخفاض الكفاءة المتأصل في أشباه الموصلات LED.

4.2 درجة الحرارة مقابل التدفق الضوئي (علاقة T-I)

التأثير السلبي لدرجة الحرارة واضح تمامًا. لنفس ثنائي LED 5000K عند 350 مللي أمبير، تؤدي زيادة درجة حرارة التقاطع من 25 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية إلى انخفاض التدفق الضوئي النموذجي من 204 لومن إلى 184 لومن، أي انخفاض بنحو 10%. يجب أخذ هذا التخفيض الحراري في الاعتبار في التصميم الحراري للمنتج النهائي لضمان خرج ضوء ثابت طوال عمر المنتج وظروف التشغيل.

5. معلومات الميكانيكا والتعبئة

يستخدم الجهاز عبوة سيراميك من نوع SMD. يشير اسم السلسلة \"HPL3535CZ12\" إلى حجم عبوة يبلغ حوالي 3.5 مم × 3.5 مم. توفر عبوات السيراميك موصلية حرارية فائقة وموثوقية طويلة الأمد مقارنة بالعبوات البلاستيكية، خاصة تحت التشغيل عالي القدرة والدورات الحرارية. وجود وسادة توصيل حراري معزولة كهربائيًا هي ميزة كبيرة، كما هو مذكور في النظرة العامة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يتمتع الجهاز بمستوى حساسية الرطوبة (MSL) 3 وفقًا لمعيار JEDEC. وهذا يعني أنه يجب خبز الثنائيات الباعثة للضوء المعبأة قبل اللحام إذا كانت قد تعرضت للظروف البيئية لأكثر من 168 ساعة (7 أيام) عند ≤30 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية. متطلبات الخبز (النقع) هي 168 ساعة عند 85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية. الالتزام بهذه الشروط أمر بالغ الأهمية لمنع \"الانفجار\" أو التلف الداخلي أثناء عملية لحام إعادة التدفق. أقصى درجة حرارة لحام مسموح بها هي 260 درجة مئوية، والمكون مصنف لتحمل حد أقصى 2 دورة إعادة تدفق، وهو نموذجي لعمليات اللحام الخالية من الرصاص.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• الإضاءة الزخرفية والترفيهية:مثالي للإضاءة المعمارية البارزة وإضاءة المسرح والإضاءة المزاجية نظرًا لسطوعه العالي ودرجات حرارة اللون المتاحة.
• إضاءة الإشارات والرموز:مناسب لعلامات الخروج وإشارات المرور وأضواء المؤشر حيث تكون الموثوقية واللون الثابت في غاية الأهمية.
• الإضاءة الزراعية:يمكن استخدامه في أنظمة الإضاءة البستانية، وخاصة الأصناف ذات CCT الأعلى (5000K-6500K) التي يمكن أن تكمل الطيف الأزرق للنمو الخضري.

7.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:المقاومة الحرارية المنخفضة 3 درجة مئوية/واط تكون فعالة فقط إذا تم نقل الحرارة بكفاءة من وسادة التوصيل الحراري إلى لوحة الدوائر المطبوعة ثم إلى البيئة. يوصى بشدة باستخدام لوحة دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB) أو مشتت حراري مخصص، خاصة عند التشغيل فوق 700 مللي أمبير.
• قيادة التيار:استخدم سائق LED ثابت التيار لتشغيل مستقر. بينما يمكن لـ LED التعامل مع ما يصل إلى 2000 مللي أمبير، يُنصح بالتشغيل عند أو أقل من 1200 مللي أمبير وفقًا للجداول التفصيلية للحصول على أفضل كفاءة وعمر افتراضي.
• التصميم البصري:زاوية المشاهدة النموذجية هي 120 درجة. قد تكون البصريات الثانوية (العدسات، العواكس) مطلوبة لتحقيق أنماط حزمة مرغوبة لتطبيقات الإضاءة البقعية أو الاتجاهية.
• اختيار التصنيف:للتطبيقات التي تتطلب اتساقًا في اللون (مثل إضاءة اللوحات)، حدد مجموعات CCF وتدفق ضيقة. للتطبيقات التي تكون فيها التكلفة ذات أولوية أعلى، قد تكون المجموعات الأوسع مقبولة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بثنائيات LED متوسطة القدرة القياسية، تقدم سلسلة HPL3535CZ12 تدفقًا ضوئيًا أعلى بكثير لكل عبوة، مما يقلل عدد المكونات المطلوبة لخرج ضوء معين. يوفر البناء السيراميكي تمييزًا رئيسيًا عن ثنائيات LED عالية القدرة المعبأة بالبلاستيك، حيث يوفر مقاومة أفضل للإجهاد الحراري وعمرًا افتراضيًا أطول محتملاً عند درجات حرارة تشغيل عالية. وسادة التوصيل الحراري المعزولة كهربائيًا هي ميزة تنافسية أخرى، حيث تبسط تصميم لوحة الدوائر المطبوعة من خلال إزالة الحاجة إلى عزل المشتت الحراري كهربائيًا، وهو ما يُطلب غالبًا للعبوات غير المعزولة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو استهلاك الطاقة الفعلي لهذا الثنائي الباعث للضوء؟
أ: الطاقة (واط) = التيار الأمامي (أمبير) × الجهد الأمامي (فولت). على سبيل المثال، عند 1000 مللي أمبير (1 أمبير) ونموذجيV_Fبقيمة 3.0 فولت (من مجموعة U3)، تكون الطاقة حوالي 3.0 واط.

س: لماذا ينخفض التدفق الضوئي عندما تزداد درجة حرارة التقاطع؟
أ: هذه خاصية أساسية لأشباه الموصلات LED. تزيد درجات الحرارة الأعلى من معدلات إعادة التركيب غير الإشعاعية داخل الرقاقة، مما يقلل من الكفاءة الكمية الداخلية وبالتالي خرج الضوء لتيار معين.

س: كم عدد هذه الثنائيات الباعثة للضوء التي أحتاجها لمصدر ضوء 1000 لومن؟
أ: عند 350 مللي أمبير و85 درجة مئوية، ينتج ثنائي LED واحد 5000K حوالي 184 لومن. لذلك، ستحتاج إلى حوالي 6 ثنائيات LED (1000/184 ≈ 5.43) لتحقيق 1000 لومن، دون احتساب الخسائر البصرية. التشغيل بتيار أعلى (مثل 700 مللي أمبير) سيتطلب عددًا أقل من الثنائيات الباعثة للضوء ولكن مع إدارة حرارية أكثر صرامة.

س: ماذا يعني \"مستوى حساسية الرطوبة 3\" لعملية الإنتاج الخاصة بي؟
أ: يعني أن المكونات حساسة لامتصاص الرطوبة. إذا تم فتح الكيس المصنعي المغلق، لديك 168 ساعة (7 أيام) لإكمال اللحام إذا تم التخزين عند ≤ 30 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية. إذا تم تجاوز هذا الوقت، يجب خبز المكونات عند 85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية لمدة 168 ساعة لإزالة الرطوبة قبل أن يمكن لحامها بإعادة التدفق بأمان.

10. حالة عملية تصميم واستخدام

الحالة: تصميم تركيبة إضاءة صناعية عالية الارتفاع
يحتاج مصمم إلى إنشاء ضوء مرتفع بقوة 10,000 لومن لمستودع. استهداف كفاءة 150 لومن/واط على مستوى النظام، يحتاجون إلى حوالي 67 واط من طاقة LED. باختيار صنف 5000K المشغل عند 700 مللي أمبير و85 درجة مئوية (تدفق نموذجي 341 لومن)، سيحتاجون إلى حوالي 30 ثنائي LED (10000/341). سيكون إجمالي الجهد الأمامي لـ LED حوالي 90 فولت (30 ثنائي LED * ~3 فولت لكل منهما)، مما يشير إلى طوبولوجيا سائق تيار ثابت عالي الجهد أو سلسلة متوازية. المهمة الحرجة هي الإدارة الحرارية: مع 30 ثنائي LED تبدد ~90 واط (بافتراض 3 واط لكل LED)، مشتت حراري ألومنيوم كبير ذو زعانف ولوحة دوائر مطبوعة ذات قلب معدني ضروريان للحفاظ على درجة حرارة التقاطع أقرب ما يمكن إلى 85 درجة مئوية لتحقيق خرج الضوء المتوقع وضمان الموثوقية طويلة الأمد.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الثنائيات الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة شبه موصلة تشع الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. في شبه موصل ذي فجوة نطاق مباشرة مثل تلك المستخدمة في ثنائيات LED البيضاء (عادةً ما تعتمد على نيتريد الغاليوم الإنديوم، InGaN)، يتم إطلاق جزء من طاقة إعادة التركيب هذه كفوتونات (ضوء). يتم توليد الضوء الأبيض بشكل شائع باستخدام رقاقة LED زرقاء الانبعاث مغطاة بطبقة فوسفورية. يمتص الفوسفور جزءًا من الضوء الأزرق ويعيد إصداره كطيف أوسع من الضوء الأصفر. يظهر مزيج الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر المحول بالفوسفور باللون الأبيض للعين البشرية. يتم ضبط درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) عن طريق تعديل تركيبة الفوسفور.

12. اتجاهات التكنولوجيا

تستمر صناعة الإضاءة ذات الحالة الصلبة في التطور نحو كفاءة أعلى (لومن لكل واط)، وجودة لون محسنة (CRI أعلى وقيم R9 أفضل لتجسيد الأحمر)، وموثوقية أكبر. هناك اتجاه في ثنائيات LED عالية القدرة نحو عبوات على مستوى الرقاقة (CSP) وتصميمات الرقاقة المقلوبة التي تقلل بشكل أكبر من المقاومة الحرارية وحجم العبوة. بالنسبة لثنائيات LED المعبأة بالسيراميك مثل HPL3535CZ12، تركز التطورات المستمرة على تحسين الفوسفور للحصول على كفاءة أعلى واتساق لوني أفضل عبر زاوية الحزمة، وكذلك تحسين كفاءة استخراج الضوء من الرقاقة والعبوة. علاوة على ذلك، هناك تكامل متزايد للإلكترونيات الدافعة والبصريات على مستوى الوحدة لتبسيط تصميم المنتج النهائي.