ورقة بيانات LED RGB SMD موديل 19-C47 - تحكم PWM 8-بت - جهد تغذية 5V - ألوان كاملة - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد موديل 19-C47 جهازًا مضغوطًا للتركيب السطحي (SMD) يدمج ثلاث شرائح LED فردية (أحمر، أخضر، أزرق) مع محرك تيار ثابت مخصص ثلاثي القنوات مدمج في دائرة متكاملة (IC). هذا التكامل يتيح مزج الألوان والتحكم فيها بدقة، مما يجعله مكونًا رئيسيًا للتطبيقات التي تتطلب إخراج ألوان كاملة نابضة بالحياة وقابلة للبرمجة. تكمن الميزة الأساسية له في الجمع بين الحجم الصغير، وتبسيط الدوائر الخارجية بسبب وجود المحرك المدمج، والتحكم المتطور بتعديل عرض النبضة (PWM) 8-بت لكل قناة لونية.

1.1 الميزات الأساسية والمزايا

• محرك مدمج:يحتوي على محرك LED ثلاثي القنوات مع تحكم خطي بتعديل عرض النبضة (PWM) 8-بت، مما يلغي الحاجة إلى وحدات تحكم PWM خارجية لمزج الألوان الأساسي.
• عمق لوني عالٍ:يمكن التحكم بكل شريحة RGB بـ 256 مستوى تدرج رمادي (8-بت)، مما يتيح أكثر من 16 مليون لون ممكن (256^3).
• عبوة SMD مضغوطة:أصغر بكثير من مصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، مما يتيح كثافة أعلى على اللوحة، وتقليل حجم المنتج النهائي، وملاءمتها للتجميع الآلي (Pick-and-Place).
• المطابقة للمعايير:المنتج خالي من الرصاص، ومتوافق مع معايير RoHS، وREACH التابعة للاتحاد الأوروبي، ومعايير الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl <1500 جزء في المليون).
• توافق العمليات:مصمم ليكون متوافقًا مع عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري القياسية.

1.2 التطبيقات المستهدفة

صُمم هذا المكون للتطبيقات التي تتطلب إضاءة وعرضًا ديناميكيًا بألوان كاملة.

• شاشات LED فيديو ولافتات إعلانية ملونة كاملة للداخل والخارج.
• شرائط إضاءة LED زخرفية وإضاءة معمارية.
• إضاءة خلفية لألواح العدادات، والمفاتيح، والرموز.
• مؤشرات الحالة والإضاءة الخلفية في معدات الاتصالات.
• تطبيقات الإضاءة الملونة الكاملة العامة.

2. المواصفات الفنية والتحليل المتعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة وظروف التشغيل

تحدد هذه المعلمات الحدود التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. التشغيل ضمن الظروف الموصى بها يضمن أداءً موثوقًا.

• جهد التغذية (VDD):النطاق الأقصى المطلق هو +4.2V إلى +5.5V. جهد التشغيل النموذجي الموصى به هو 5.0V. تجاوز 5.5V قد يتلف دائرة المحرك المدمجة (IC).
• جهد الإدخال (VIN):يجب الحفاظ على أطراف إدخال المنطق (DIN) بين -0.5V و VDD+0.5V. للتعرف الموثوق على المستوى المنطقي العالي (High)، يكون الجهد النموذجي 3.3V، بينما يجب أن يكون المستوى المنطقي المنخفض (Low) أقل من 0.3*VDD (عادة 1.5V عند VDD = 5V).
• الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD):مصنف لـ 2000 فولت وفق نموذج جسم الإنسان (HBM). بينما يوفر هذا حماية أساسية للمناولة، لا تزال الاحتياطات المناسبة للكهرباء الساكنة ضرورية أثناء التجميع.
• نطاقات درجة الحرارة:درجة حرارة التشغيل هي -20°C إلى +70°C. تمتد درجة حرارة التخزين من -40°C إلى +90°C. منحنى اللحام بالغ الأهمية: يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى للّحام بإعادة التدفق 260°C لمدة 10 ثوانٍ، أو 350°C لمدة 3 ثوانٍ أثناء اللحام اليدوي.

2.2 الخصائص الكهربائية للتيار المستمر

تم القياس عند Ta=25°C، VDD=5V. تحدد هذه الخصائص السلوك الكهربائي للجهاز في الظروف الساكنة.

• تيار التغذية (IDD):الاستهلاك النموذجي للتيار لدائرة المحرك (IC) نفسها هو 2.5 مللي أمبير عندما تكون جميع مخرجات LED مغلقة (دورة عمل PWM 0%). هذا هو التيار الساكن.
• عتبات المستوى المنطقي:تؤكد مستويات جهد الإدخال: VIH (عالي) هو عادة 3.3V، و VIL (منخفض) هو بحد أقصى 0.3*VDD.

2.3 التوقيت وبروتوكول اتصال البيانات

يستخدم الجهاز بروتوكول اتصال تسلسليًا لاستقبال بيانات 24-بت (8 بت لكل قناة أحمر، أخضر، وأزرق). التوقيت بالغ الأهمية لنقل البيانات بدون أخطاء.

• توقيت الوضع عالي السرعة:
  • T0H (رمز 0، وقت المستوى العالي): 300 نانوثانية ±80 نانوثانية.
  • T0L (رمز 0، وقت المستوى المنخفض): 900 نانوثانية ±80 نانوثانية.
  • T1H (رمز 1، وقت المستوى العالي): 900 نانوثانية ±80 نانوثانية.
  • T1L (رمز 1، وقت المستوى المنخفض): 300 نانوثانية ±80 نانوثانية.
  • RES (وقت إعادة التعيين): يجب أن يكون أكبر من 50 ميكروثانية من إشارة منخفضة لتثبيت البيانات.
• تنسيق البيانات:يتم إرسال 24 بت من البيانات بالتسلسل لجهاز واحد: عادةً G7-G0، ثم R7-R0، ثم B7-B0 (قد يختلف الترتيب، تحقق من تفاصيل البروتوكول).
• التوصيل التسلسلي (Cascading):يمكن توصيل أجهزة متعددة على التوالي (سلسلة). يغذي طرف الخرج التسلسلي (DOUT) لجهاز ما طرف الإدخال التسلسلي (DIN) للجهاز التالي. بعد استقبال بياناته الـ 24 بت، يقوم الجهاز تلقائيًا بإعادة توجيه البتات اللاحقة إلى طرف DOUT.
• ملاحظات التصميم:
  • يوصى باستخدام مرشح RC ومقاومة سحب لأعلى/لأسفل (R1، مقترحة 10 كيلو أوم إلى 100 كيلو أوم) على خط البيانات لتحسين سلامة الإشارة.
  • يجب وضع مكثف تجاوز سعته 0.1 ميكروفاراد بالقرب من طرف VDD لتوفير إمداد طاقة مستقر ومقاومة للضوضاء.

3. الخصائص الكهروبصرية ونظام التصنيف

تحدد هذه المعلمات إخراج الضوء وخصائص اللون لشرائح LED، تم قياسها عند تيار أمامي (IF) قدره 5 مللي أمبير و Ta=25°C.

3.1 الأداء البصري

• شدة الإضاءة (Iv):يختلف إخراج الضوء النموذجي حسب شريحة اللون:
  • الأحمر (RS): 70 ملي شمعة (الحد الأدنى 28.5، الحد الأقصى 180).
  • الأخضر (GH): 180 ملي شمعة (الحد الأدنى 140، الحد الأقصى 360).
  • الأزرق (BH): 40 ملي شمعة (الحد الأدنى 28.5، الحد الأقصى 72).
• زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة، مناسبة للتطبيقات التي تتطلب توزيعًا واسعًا للضوء.
• الطول الموجي:
  • الطول الموجي القمي (λp): أحمر ~632 نانومتر، أخضر ~518 نانومتر، أزرق ~468 نانومتر.
  • الطول الموجي السائد (λd): أحمر 617.5-629.5 نانومتر، أخضر 525-540 نانومتر، أزرق 465-475 نانومتر.
• عرض النطاق الطيفي (Δλ):أحمر ~20 نانومتر، أخضر ~35 نانومتر، أزرق ~25 نانومتر.

3.2 شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins) بناءً على شدة الإضاءة. يجب على المصممين تحديد رموز المجموعات المطلوبة لمظهر موحد في المصفوفة.

• مجموعات اللون الأحمر (RS):N (28.5-45 ملي شمعة)، P (45-72 ملي شمعة)، Q (72-112 ملي شمعة)، R (112-180 ملي شمعة).
• مجموعات اللون الأخضر (GH):R2 (140-180 ملي شمعة)، S1 (180-225 ملي شمعة)، S2 (225-285 ملي شمعة)، T1 (285-360 ملي شمعة).
• مجموعات اللون الأزرق (BH):N (28.5-45 ملي شمعة)، P (45-72 ملي شمعة).

التحملات (Tolerances):شدة الإضاءة لها تحمل ±11%، والطول الموجي السائد له تحمل ±1 نانومتر داخل المجموعة الواحدة.

4. المعلومات الميكانيكية والتغليف والتركيب

4.1 أبعاد العبوة وتوصيل الأطراف

يأتي الجهاز في عبوة SMD مضغوطة. تخطيط الوسادات المقترح هو نقطة بداية ويجب تحسينه لعمليات التصنيع المحددة.

• وظائف الأطراف:
  1. DOUT:خرج البيانات للتوصيل التسلسلي إلى طرف DIN للجهاز التالي.
  2. VDD:مدخل إمداد الطاقة (+5V). يتطلب مكثف تجاوز محلي سعته 0.1 ميكروفاراد.
  3. DIN:إدخال البيانات التسلسلية لبيانات تحكم PWM.
  4. GND:الأرضي المشترك للطاقة والبيانات.

4.2 إرشادات اللحام والتركيب

• منحنى إعادة التدفق:متوافق مع المنحنيات القياسية بشرط ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C لمدة 10 ثوانٍ.
• تحديد التيار: هام للغاية:يوفر المحرك المدمج تحكمًا في التيار الثابت لمصابيح LED بناءً على إدخال PWM. ومع ذلك، يجب تنظيم جهد التغذية الخارجي (VDD). يمكن أن يتسبب الجهد الزائد الطفيف في زيادة كبيرة في التيار عبر المحرك ومصابيح LED، مما يؤدي إلى احتراق فوري. التنظيم الصحيح للجهد أمر أساسي.

4.3 الحساسية للرطوبة والتخزين

هذا جهاز حساس للرطوبة (MSD).

• قبل الفتح:قم بتخزين الكيس المحكم المضاد للرطوبة عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤90%.
• بعد الفتح:"مدة الصلاحية على الأرض" هي 168 ساعة (7 أيام) عند درجة حرارة ≤30°C ورطوبة نسبية ≤60%. إذا لم يتم الاستخدام خلال هذا الوقت، يجب إعادة تعبئة الأجزاء غير المستخدمة مع مجفف.
• التجفيف (Baking):إذا تم تجاوز مدة الصلاحية على الأرض أو أظهرت بطاقة مؤشر الرطوبة تسربًا للرطوبة، يلزم التجفيف قبل اللحام لمنع تلف "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق.

4.4 مواصفات التغليف

• الشريط والبكرة:معبأ في شريط بعرض 8 مم على بكرات قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 2000 قطعة.
• معلومات الملصق:تتضمن ملصقات البكرة رقم المنتج (P/N)، والكمية (QTY)، ورموز التصنيف الحرجة لرتبة شدة الإضاءة (CAT)، ورتبة اللون/الطول الموجي (HUE)، ورتبة الجهد الأمامي (REF).

5. اعتبارات تصميم التطبيق والأسئلة الشائعة

5.1 دائرة التطبيق النموذجية

يتضمن التطبيق الأساسي مصدر طاقة منظم 5V، ووحدة تحكم دقيقة (MCU) بطرف إدخال/إخراج رقمي قادر على توليد البروتوكول التسلسلي الدقيق، ومصباح LED. يتصل طرف الإدخال/الإخراج لوحدة MCU بـ DIN لأول مصباح LED. بالنسبة لمصابيح LED متعددة، يتم توصيلها على التوالي (سلسلة). يتم وضع مكثف سيراميك سعته 0.1 ميكروفاراد بين VDD و GND عند كل جهاز. قد يتم وضع مقاومة متسلسلة (مثل 100Ω إلى 470Ω) على خط البيانات بالقرب من وحدة MCU لتخميد الرنين، على الرغم من أن ورقة البيانات تقترح مرشح RC.

5.2 اعتبارات التصميم

• مصدر الطاقة:استخدم مصدر طاقة 5V منظمًا جيدًا. يمكن أن يؤثر التموج والضوضاء على اتساق اللون وسلامة البيانات.
• سلامة خط البيانات:بالنسبة للكابلات الطويلة أو العديد من الأجهزة في سلسلة، قد يحدث تدهور في الإشارة. فكر في استخدام شرائح عازلة (Buffer) أو محركات تفاضلية (Differential Drivers) للاتصال القوي.
• إدارة الحرارة:بينما يتعامل المحرك مع التيار، تولد مصابيح LED الحرارة. للتشغيل بدورة عمل عالية أو درجات حرارة محيطة مرتفعة، تأكد من وجود كمية كافية من النحاس على اللوحة المطبوعة (PCB) أو وسائل تبريد للحفاظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود.
• معايرة اللون:بسبب اختلافات التصنيف، لتطبيقات العرض الاحترافية، قد تكون خطوة معايرة اللون باستخدام تحكم PWM 8-بت ضرورية لتحقيق نقطة بيضاء موحدة ونطاق ألوان عبر جميع البكسل.

5.3 الأسئلة المتكررة (بناءً على المعلمات الفنية)

• س: ما هو أقصى تيار لكل قناة LED؟ج: لا تحدد ورقة البيانات تيارًا أماميًا ثابتًا (IF) لمصابيح LED عند تشغيلها بواسطة المحرك الداخلي. يتم تحديد إخراج الضوء عند IF=5mA، والذي من المحتمل أن يكون التيار المحدد للمحرك لكل قناة. يحمي تصميم التيار الثابت للمحرك مصابيح LED، ولكن يجب عدم تجاوز التصنيف الأقصى المطلق لجهد VDD.
• س: هل يمكنني تشغيل هذا المصباح LED بوحدة تحكم دقيقة (MCU) بجهد 3.3V؟ج: نعم. جهد إدخال المستوى المنطقي العالي (VIH) هو عادة 3.3V، وهو متوافق مع منطق 3.3V. ومع ذلك، تأكد من بقاء إمداد VDD عند 5V لكي يعمل محرك LED بشكل صحيح.
• س: كم عدد مصابيح LED التي يمكنني توصيلها على التوالي؟ج: يتم تحديد الحد من خلال معدل تحديث البيانات وسلامة الإشارة. يضيف كل جهاز تأخير انتشار صغير. لتدفق بيانات 24 بت لكل جهاز ومعدل تحديث مستهدف (مثل 60 هرتز)، يمكنك حساب الحد الأقصى للعدد. بسرعة ساعة 800 كيلوبت في الثانية، يمكن توصيل مئات الأجهزة للإضاءة الثابتة، ولكن للفيديو، يكون العدد أقل بسبب الحاجة إلى معدلات تحديث عالية.
• س: لماذا يعتبر مكثف التجاوز إلزاميًا؟ج: تقوم دائرة المحرك (IC) بتبديل التيار إلى مصابيح LED بترددات عالية (PWM). هذا يسبب طفرات تيار مفاجئة على خط VDD. يوفر المكثف المحلي سعة 0.1 ميكروفاراد هذا التيار عالي التردد محليًا، مما يمنع انخفاضات الجهد التي قد تعيد تعيين الدائرة المتكاملة (IC) أو تسبب وميضًا، ويقلل من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

6. المقارنة الفنية والاتجاهات

6.1 التمييز عن مصابيح LED الأساسية

المميز الرئيسي لموديل 19-C47 هو محركه المدمج. مقارنةً بمصباح LED RGB منفصل الذي يتطلب ثلاث مقاومات خارجية لتحديد التيار ووحدة تحكم PWM خارجية (مثل من وحدة MCU ذات ثلاثة أطراف PWM)، يبسط هذا الجهاز التصميم. إنه يتطلب فقط خط بيانات واحد والطاقة، مما يقلل بشكل كبير من عدد أطراف وحدة MCU وتعقيد البرنامج للمصفوفات الكبيرة. المقايضة هي تكلفة مكون أعلى قليلاً والحاجة إلى إدارة البروتوكول التسلسلي.

6.2 مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ سجل الإزاحة التسلسلي الإدخال، المتوازي الإخراج لبيانات PWM. يتم إدخال كلمة البيانات 24-بت في سجل داخلي. يتحكم هذا السجل في مولدات PWM منفصلة 8-بت لكل لون. تقوم مولدات PWM بتعديل مصادر التيار الثابت التي تشغل شرائح LED المقابلة. تدمج العين البشرية نبضات التشغيل/الإيقاف السريعة، مما يؤدي إلى إدراك مستوى سطوع محدد لكل لون أساسي، والذي يختلط لتشكيل اللون النهائي.

6.3 اتجاهات الصناعة

الاتجاه في مصابيح LED القابلة للعنونة هو نحو تكامل أعلى، ومعدلات بيانات أعلى، وأداء لوني محسن. غالبًا ما تتميز الأجيال اللاحقة لـ PWM 8-بت (مثل هذا الجهاز) بـ PWM 16-بت أو أعلى لتعتيم أكثر سلاسة ودقة لونية أفضل (للتخلص من الوميض أو الانزياح اللوني عند السطوع المنخفض). أصبحت البروتوكولات أسرع وأكثر قوة (مثل استخدام ترميز مانشستر أو الإشارات التفاضلية). هناك أيضًا اتجاه نحو تضمين تحكم سطوع عام وتعويض درجة الحرارة داخل دائرة المحرك (IC). يمثل موديل 19-C47 حلاً ناضجًا وفعالاً من حيث التكلفة للعديد من تطبيقات الإضاءة والعرض الملونة الكاملة السائدة.