ورقة بيانات LED RGB SMD طراز LTSA-E35BCEGBW - عبوة 12 مم - تشغيل بجهد 5 فولت - بروتوكول ISELED - وثائق تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات وحدة LED RGB عالية الأداء مثبتة على السطح، مصممة لتطبيقات إكسسوارات السيارات المتطلبة. يدمج الجهاز شرائح LED حمراء وخضراء وزرقاء مع دائرة متكاملة (IC) مخصصة لمحرك ISELED تدعم بروتوكول الاتصال الرقمي ISELED. هذا التكامل يتيح التحكم الدقيق في اللون، وتوصيل وحدات متعددة على شكل سلسلة (Daisy-Chaining)، وميزات متقدمة مثل التعويض الحراري مباشرة داخل عبوة LED.

1.1 الميزات الأساسية والمزايا

الميزة الأساسية لهذا المنتج هي الجمع بين أداء LED عالي السطوع والتحكم الرقمي الذكي في عبوة SMD مدمجة. تشمل الميزات الرئيسية:

• واجهة الاتصال التسلسلي الرقمية:تستخدم ناقل اتصال تسلسلي ثنائي الاتجاه ونصف مزدوج متوافق مع ISELED يعمل بسرعة 2 ميجابت/ثانية. يتيح ذلك التحكم الدقيق في السطوع بدقة 8 بت لكل قناة لونية، ويمكن من توصيل ما يصل إلى 4079 جهازًا في سلسلة واحدة، مما يبسط التوصيلات في أنظمة الإضاءة المعقدة.
• ذكاء مدمج:تقوم دائرة المحرك المتكاملة (IC) بمعالجة توليد تعديل عرض النبضة (PWM) لخلط الألوان، وتتميز بوجود محول تناظري رقمي (ADC) مدمج لاستشعار درجة الحرارة. تقوم تلقائيًا بتطبيق تعويض على تيار تشغيل LED الأحمر للحفاظ على خرج إضاءة ثابت عبر نطاق درجة حرارة التشغيل.
• متانة فئة السيارات:تم تأهيل المكون وفقًا لمعيار AEC-Q102 لشرائح LED و AEC-Q100 لدائرة المحرك المتكاملة (IC). تمت معالجته مسبقًا لمقاومة الرطوبة بمستوى JEDEC 2، وهو متوافق مع عمليات لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء الخالية من الرصاص.
• تصميم مناسب للتصنيع:يتم توريد المنتج على شريط بعرض 12 مم على بكرات قطر 7 بوصات، وتتوافق العبوة مع معدات اللحام والتركيب الآلي القياسية، مما يسهل الإنتاج بكميات كبيرة.

1.2 السوق المستهدف والتطبيقات

السوق المستهدف الأساسي هو صناعة السيارات، وتحديدًا لتطبيقات الإضاءة الداخلية والخارجية للإكسسوارات التي تتطلب أداءً موثوقًا، وتحكمًا دقيقًا في اللون، وإمكانية الربط الشبكي. تشمل حالات الاستخدام المحتملة: الإضاءة المحيطة، ومؤشرات الحالة، وعناصر الإضاءة الزخرفية.

2. المعلمات التقنية: تحليل موضوعي متعمق

2.1 الحدود القصوى المطلقة وظروف التشغيل

فهم حدود التشغيل أمر بالغ الأهمية لتصميم موثوق. يعمل الجهاز بجهد تيار مستمر يتراوح من 4.5 فولت إلى 5.5 فولت، مع جهد اسمي 5.0 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل المحيطة محدد من -40 درجة مئوية إلى +110 درجة مئوية، مع أقصى درجة حرارة تقاطع 125 درجة مئوية. الجهاز مصنف لتحمل جهد كهرباء ساكن (ESD) بقيمة 2 كيلو فولت (HBM، فئة H1C وفقًا لـ AEC-Q101-001). يجب أن يكون التخزين ضمن نطاق -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية.

2.2 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم قياس الأداء البصري عند درجة حرارة تقاطع 25 درجة مئوية تحت أوامر السطوع الكامل. تشمل المقاييس الرئيسية:

• شدة الإضاءة:شدة الإضاءة النموذجية للألوان الفردية هي 530 مللي كانديلا للون الأحمر (طول موجي سائد 622 نانومتر)، و 1180 مللي كانديلا للأخضر (527 نانومتر)، و 90 مللي كانديلا للأزرق (461 نانومتر). عند تشغيل الألوان الثلاثة بأقصى طاقة (ضوء أبيض)، تكون شدة الإضاءة النموذجية المجمعة 1800 مللي كانديلا.
• خصائص اللون:إحداثيات اللون النموذجية للضوء الأبيض هي x=0.3127، y=0.3290، والتي تتوافق مع نقطة اللون الأبيض D65. زاوية الرؤية (2θ1/2) هي 120 درجة، مما يوفر نمط إضاءة واسع ومنتشر مناسب للإضاءة المساحية.
• التحملات المسموحة:شدة الإضاءة لها تحمل ±10%، الطول الموجي السائد ±1 نانومتر، وإحداثيات اللون ±0.01. هذه تحملات قياسية لـ LEDs ذات الأداء المتوسط إلى العالي.

2.3 الخصائص الكهربائية والحرارية

تكشف الخصائص الكهربائية عن استهلاك الطاقة للجهاز ومتطلبات إدارة الحرارة.

• استهلاك التيار:يختلف استهلاك التيار المتوسط حسب اللون. القيم النموذجية هي 26.7 مللي أمبير للأحمر، و 20.5 مللي أمبير للأخضر، و 10.0 مللي أمبير للأزرق عند تشغيل كل منها بشكل فردي بأقصى سطوع. تستهلك دائرة المحرك المتكاملة (IC) نفسها تيارًا ساكنًا نموذجيًا (I_drv) بقيمة 1.2 مللي أمبير.
• المقاومة الحرارية:المقاومة الحرارية من تقاطع LED إلى نقطة اللحام (Rth_JS) هي معلمة حرجة لتبديد الحرارة. القيم النموذجية هي 70.3 درجة مئوية/واط لشريحة الأحمر، و 71 درجة مئوية/واط للأخضر، و 61.7 درجة مئوية/واط للأزرق. تم قياس هذه القيم على ركيزة FR4 مع وسادة نحاسية مساحتها 16 مم². يعد تصميم PCB الحراري المناسب أمرًا ضروريًا للحفاظ على درجة حرارة التقاطع أقل من الحد الأقصى 125 درجة مئوية، خاصة عند تشغيل ألوان متعددة في وقت واحد أو في درجات حرارة محيطة عالية.

2.4 إعادة التشغيل عند التوصيل بالطاقة وواجهة الاتصال

يتميز الجهاز بدائرة إعادة تشغيل عند التوصيل بالطاقة (Power-On Reset) مع عتبة نموذجية 4.2 فولت (الحد الأدنى 4.0 فولت، الحد الأقصى 4.4 فولت). تستخدم واجهة الاتصال التسلسلي إشارات تفاضلية على دبابيس SIO_P و SIO_N، بمستويات جهد تتطابق مع نطاق جهد الإمداد Vcc (من 4.5 فولت إلى 5.5 فولت).

3. تحليل منحنيات الأداء

3.1 اعتماد شدة الإضاءة على درجة الحرارة

توضح الرسوم البيانية المقدمة شدة الإضاءة النسبية (المعيارية إلى القيمة عند 25 درجة مئوية) كدالة لدرجة حرارة التقاطع لكل لون أساسي وللضوء الأبيض. ملاحظة رئيسية هي الانخفاض الكبير في شدة LED الأحمر مع زيادة درجة الحرارة، وهي خاصية معروفة لمواد AlInGaP. يؤكد هذا على أهمية ميزة التعويض الحراري المدمجة، التي تضبط دورة عمل PWM للون الأحمر لمواجهة هذا الانخفاض والحفاظ على استقرار اللون.

3.2 اعتماد اللون على درجة الحرارة

تظهر رسوم بيانية إضافية تحول إحداثيات اللون (ΔCx، ΔCy) مع درجة حرارة التقاطع. تكون هذه التحولات أكثر وضوحًا لقنوات الأحمر والأزرق. توفر البيانات أساسًا لفهم انحراف اللون في التشغيل غير المعوض، وتسليط الضوء على قيمة التعويض المدمج وإمكانية معايرة اللون على مستوى النظام باستخدام الواجهة الرقمية.

4. معلومات الميكانيكا والعبوة

4.1 أبعاد العبوة ومخططها الخارجي

يستخدم الجهاز عبوة مثبتة على السطح. يشير الرسم البعدي إلى البصمة المادية والارتفاع. يتم توفير جميع الأبعاد الحرجة بالمليمترات مع تحمل عام ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. العدسة مشتتة لتحقيق زاوية رؤية واسعة 120 درجة.

4.2 تكوين الدبابيس والوظيفة

يحتوي الجهاز على تكوين 8 دبابيس:

1. PRG5:الأرضي (لتصنيع/اختبار LED).
2. SIO1_N:جانب السيد (Master) للاتصال التسلسلي، خط تفاضلي سالب.
3. SIO1_P:جانب السيد (Master) للاتصال التسلسلي، خط تفاضلي موجب.
4. GND:الأرضي (الدبوس 4).
5. GND:الأرضي (الدبوس 5).
6. SIO2_P:جانب التابع (Slave) للاتصال التسلسلي، خط تفاضلي موجب (للتوصيل على شكل سلسلة).
7. SIO2_N:جانب التابع (Slave) للاتصال التسلسلي، خط تفاضلي سالب.
8. Vcc_5V:إمداد طاقة دائرة المحرك المتكاملة (5 فولت).

يسهل دبوسا الأرضي المزدوجان (4 و 5) ومنافذ الاتصال المنفصلة توزيع الطاقة القوي والتوصيل السهل لأجهزة متعددة على شكل سلسلة.

5. إرشادات اللحام والتركيب

5.1 منحنى إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow)

يتم توفير منحنى إعادة تدفق موصى به للحام الخالي من الرصاص، متوافق مع J-STD-020B. يحدد المنحنى معلمات رئيسية تشمل التسخين المسبق، والنقع، ودرجة حرارة الذروة لإعادة التدفق (260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ)، ومعدلات التبريد. يعد الالتزام بهذا المنحنى أمرًا بالغ الأهمية لمنع التلف الحراري لشرائح LED، ودائرة المحرك المتكاملة (IC)، والروابط السلكية الداخلية، مما يضمن الموثوقية طويلة المدى.

5.2 ملاحظات التعامل والتخزين

تمت معالجة الجهاز مسبقًا لمستوى JEDEC 2. وهذا يعني أن المكونات الحساسة للرطوبة تم خبزها وتعبئتها مع مجفف. بمجرد فتح الكيس الجاف المغلق، يجب تجميع المكونات خلال إطار زمني محدد (عادةً سنة واحدة عند<رطوبة نسبية 10%، أو أوقات أقصر عند رطوبة أعلى) أو إعادة خبزها وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة لمنع ظاهرة \"الفشار\" (popcorning) أثناء إعادة التدفق.

6. الوصف الوظيفي وهندسة النظام

6.1 نظرة عامة على مخطط الكتل الداخلي

يكشف مخطط الكتل الوظيفي عن نظام متكامل. النواة هي متحكم دقيق \"الوحدة الرئيسية\" يدير الاتصالات، وتوليد PWM، والوظائف النظامية. يتلقى الأوامر عبر واجهة ISELED التسلسلية. ثلاثة مصارف تيار ثابت مستقلة وقابلة للتكوين تقود مصاعد LED الأحمر والأخضر والأزرق (قيادة من الجانب المنخفض). يقوم محول تناظري رقمي (ADC) مدمج بقياس درجة حرارة الجهاز بشكل دوري عبر مستشعر داخلي. تستخدم الوحدة الرئيسية هذه البيانات لضبط دورة عمل PWM لـ LED الأحمر ديناميكيًا، لتعويض انخفاضه الحراري. يمكن أيضًا إصدار أمر لـ ADC لقياس قيم تناظرية أخرى. تخزن ذاكرة غير متطايرة قابلة للبرمجة لمرة واحدة (OTP) بيانات معايرة الجهاز الفردية (مثل اختلافات جهد التشغيل الأمامي لـ LED)، والتي يتم تحميلها في السجلات عند بدء التشغيل.

6.2 بروتوكول PWM والاتصال

يتم التحكم في سطوع كل لون عبر تعديل عرض النبضة (PWM) بدقة 8 بت (256 مستوى). يتعامل بروتوكول ISELED مع نقل قيم السطوع هذه، وعنونة الجهاز، وقراءة معلومات الحالة (مثل درجة الحرارة). تتيح الطبيعة ثنائية الاتجاه اتصالًا تشخيصيًا، للتحقق من وجود الجهاز وصحته في سلسلة.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

في تطبيق نموذجي، سيتصل متحكم دقيق مضيف مزود بمرسل-مستقبل ISELED بدبابيس SIO1_P/N لأول LED في سلسلة. تتصل دبابيس SIO2_P/N لذلك LED بدبابيس SIO1_P/N للـ LED التالي، وهكذا. يمد خط إمداد طاقة واحد بجهد 5 فولت، مع فصل مناسب باستخدام مكثفات محلية، جميع مصابيح LED في السلسلة بالطاقة. يجب أن يضمن تخطيط PCB اتصالات أرضية منخفضة المقاومة وإدارة حرارية مناسبة باستخدام مناطق صب نحاسي كافية متصلة بدبابيس الأرضي للجهاز والوسادة الحرارية (إن وجدت في البصمة) لتبديد الحرارة.

7.2 اعتبارات التصميم

• الإدارة الحرارية:احسب تبديد الطاقة المتوقع (P = Vcc * I_total) واستخدم المقاومة الحرارية (Rth_JS) لتقدير ارتفاع درجة الحرارة فوق نقطة اللحام على PCB. تأكد من أن تصميم PCB يمكنه توصيل هذه الحرارة بعيدًا بشكل فعال للحفاظ على درجة حرارة التقاطع Tj<أقل من 125 درجة مئوية.
• مزود الطاقة:يجب أن يكون إمداد 5 فولت مستقرًا وقادرًا على توفير تيار الذروة لسلسلة LED بأكملها. ضع في اعتبارك تيار التشغيل الأولي (Inrush Current) عند بدء التشغيل.
• سلامة الإشارة:للحصول على سلاسل طويلة أو في بيئات كهربائية صاخبة (مثل السيارات)، اتبع أفضل الممارسات لتوجيه الزوج التفاضلي (مطابقة الطول، مقاومة محكمة إذا أمكن) لخطوط SIO.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بـ LEDs RGB التناظرية التقليدية، يقدم هذا الجهاز مزايا كبيرة:الدقة:يزيل التحكم الرقمي الاختلافات اللونية الناجمة عن اختلافات جهد التشغيل الأمامي وتحملات محركات القيادة التناظرية.البساطة:يقلل عدد خطوط التحكم من خطوط PWM متعددة لكل LED إلى زوج تفاضلي واحد لسلسلة كاملة.الذكاء:يضمن التعويض الحراري المدمج والمعايرة المخزنة في OTP أداءً ثابتًا بدون دوائر خارجية معقدة.التشخيص:يسمح الناقل ثنائي الاتجاه بمراقبة صحة النظام على مستوى النظام. المقايضة الرئيسية هي زيادة تعقيد بروتوكول برنامج الاتصال الرقمي مقارنة بتوليد PWM البسيط.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: كم عدد مصابيح LED هذه التي يمكنني توصيلها على التوالي؟

ج: يمكن توصيل ما يصل إلى 4079 جهازًا في سلسلة واحدة على شكل سلسلة (Daisy Chain) عبر واجهة ISELED.

س: هل يعمل التعويض الحراري تلقائيًا؟

ج: نعم، تقوم دائرة المحرك المتكاملة (IC) الداخلية بقياس درجة الحرارة تلقائيًا وضبط دورة عمل PWM لـ LED الأحمر للحفاظ على شدة إضاءة ثابتة. هذه ميزة أجهزة مستقلة عن المتحكم المضيف.

س: ما هو الغرض من ذاكرة OTP؟

ج: تخزن OTP بيانات معايرة فردية لكل جهاز، مثل قيم الضبط لمصارف التيار أو معاملات معايرة اللون. يتيح ذلك أداءً موحدًا للغاية عبر جميع الوحدات في دفعة إنتاج واحدة.

س: هل يمكنني استخدام متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت للتواصل مع LED بجهد 5 فولت؟

ج: تعمل دبابيس SIO بمستوى جهد Vcc (من 4.5 إلى 5.5 فولت). قد لا يكون الاتصال المباشر بجهاز منطقي بجهد 3.3 فولت موثوقًا به. سيكون مطلوبًا محول مستوى جهد (Level Shifter) أو دائرة متكاملة (IC) لمرسل-مستقبل ISELED مصممة للعمل بجهد منخفض.

10. مثال عملي لحالة الاستخدام

السيناريو: الإضاءة المحيطة بلوحة باب السيارة.يرغب مصمم في تنفيذ إضاءة محيطة متعددة المناطق ومتغيرة الألوان على طول لوحة الباب ومسند الذراع. باستخدام هذا LED، يمكنه إنشاء سلسلة طويلة من مصابيح LED (مثل 50 قطعة) يتم التحكم فيها بواسطة وحدة تحكم رئيسية ISELED واحدة موجودة في وحدة الباب. يمكن عنونة كل LED بشكل فردي أو تجميعها. يمكن للمضيف إرسال أوامر لتعيين أي لون أو نمط إضاءة ديناميكي. يضمن التعويض الحراري المدمج بقاء شدة اللون الأحمر مستقرة حتى عندما ترتفع حرارة لوحة الباب من أشعة الشمس، مما يمنع تحول اللون غير المرغوب فيه نحو الأزرق/الأخضر. يقلل التوصيل على شكل سلسلة بشكل كبير من عدد الأسلاك المطلوبة مقارنة بحل RGB+محرك متوازي، مما يبسط تصميم الحزمة ويخفض التكلفة والوزن.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإشارات المختلطة. تتلقى النواة الرقمية البيانات التسلسلية، وتفك تشفير الأوامر، وتضبط السجلات التي تحدد دورات عمل PWM لثلاثة مولدات PWM أجهزة مستقلة. تقود إشارات PWM هذه ترانزستورات MOSFET من الجانب المنخفض تعمل كمصارف تيار ثابتة لمصابيح LED. مستوى التيار لكل قناة ثابت داخليًا (من المحتمل أن يتم ضبطه بواسطة معايرة OTP). تتضمن الواجهة الأمامية التناظرية مستشعر درجة الحرارة الذي يتم تحويل خرج جهده إلى رقمي بواسطة ADC. يستخدم المنطق الرقمي قراءة درجة الحرارة هذه لتطبيق منحنى تعويض محدد مسبقًا، وتعديل قيمة سجل PWM الأحمر في الوقت الفعلي. يحدث هذا التحكم ذو الحلقة المغلقة (استشعار درجة الحرارة، ضبط القيادة) بشكل مستقل داخل الجهاز.

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

هذا المنتج هو جزء من اتجاه واضح في إضاءة LED: الانتقال من العقد التناظرية إلى الرقمية الذكية. بروتوكول ISELED هو نظام بيئي محدد تم تطويره لإضاءة السيارات، ويتنافس مع معايير أخرى مثل مصابيح LED القابلة للعنونة القائمة على SPI (مثل WS2812B) أو إيثرنت السيارات. يتيح تكامل الاستشعار (درجة الحرارة) والمعالجة مباشرة في عبوة LED تحقيق \"إضاءة ذكية\" حيث يمكن معايرة كل نقطة ضوء ومراقبتها والتحكم فيها بشكل فردي. يسهل ذلك ميزات متقدمة مثل الصيانة التنبؤية (الكشف عن تدهور LED)، وأنماط إضاءة تكيفية معقدة، ومطابقة ألوان سلسة عبر مواد مختلفة ودفعات إنتاج. يركز التأهيل لمعيار AEC-Q والاتصال القوي على جعله مناسبًا للظروف الكهربائية والبيئية القاسية لتطبيقات السيارات، وهي منطقة نمو رئيسية لتكنولوجيا LED المتقدمة.