ورقة بيانات LED كهرماني أصفر T-1 3/4 - مصباح مثقوب - جهد 2.4 فولت - قدرة 75 ملي واط - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED عالي الأداء مثبت بطريقة الثقب المار. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب إضاءة مؤشر مرئية موثوقة مع إخراج إضاءة ممتاز وكفاءة في استهلاك الطاقة. وظيفته الأساسية هي العمل كمؤشر حالة، أو إضاءة خلفية، أو مصدر إضاءة عام في مختلف المعدات الإلكترونية.

تشمل المزايا الأساسية لهذا المكون إخراج شدة إضاءة عالية، مما يضمن وضوحًا ممتازًا حتى في البيئات المضاءة جيدًا. يتميز باستهلاك منخفض للطاقة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. الجهاز عالي الكفاءة، حيث يحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء مع حد أدنى من الحرارة المهدورة. قدرته على التركيب المتعددة الاستخدامات تسمح بالتركيب السهل على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح. علاوة على ذلك، فهو متوافق مع الدوائر المتكاملة (IC)، ويتطلب فقط تيارات تشغيل منخفضة، مما يبسط تصميم الدائرة. يستخدم المكون قطر العبوة الشهير T-1 3/4، مما يضمن توافقًا واسعًا مع تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة القياسية وعمليات التصنيع.

السوق المستهدف لهذا LED يشمل الإلكترونيات الاستهلاكية، وألواح التحكم الصناعية، وإضاءة السيارات الداخلية، وأجهزة القياس، وأي تطبيق يتطلب ضوء مؤشر متين، ساطع، وفعال.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه الحدود عند درجة حرارة محيطة (T_A) تساوي 25 درجة مئوية ولا يجب تجاوزها تحت أي ظروف تشغيل.

• تبديد الطاقة (P_D):75 ملي واط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن للجهاز تبديدها كحرارة. تجاوز هذا الحد يعرض لخطر الانحراف الحراري والفشل.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):60 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار مسموح به تحت ظروف النبض، محدد بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. إنه أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، مما يسمح بفترات قصيرة من إشارات السطوع العالي.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار دون تدهور أداء LED أو عمره الافتراضي.
• عامل التخفيض:خطي من 50 درجة مئوية بمعدل 0.4 ملي أمبير/درجة مئوية. لدرجات الحرارة المحيطة فوق 50 درجة مئوية، يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به. على سبيل المثال، عند 70 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى لـ I_Fيساوي 30 ملي أمبير - [0.4 ملي أمبير/درجة مئوية * (70 درجة مئوية - 50 درجة مئوية)] = 22 ملي أمبير.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. تطبيق جهد عكسي أكبر من هذه القيمة يمكن أن يسبب فشلاً فورياً وكارثياً في وصلة LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز دون تدهور ضمن هذه الحدود.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم LED. هذا يحدد الملف الحراري المقبول لعمليات اللحام اليدوي أو الموجي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس الخصائص الكهربائية والبصرية عند T_A=25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز تحت ظروف التشغيل العادية. هذه هي المعلمات الرئيسية لتصميم الدائرة وتوقع الأداء.

• شدة الإضاءة (I_V):الحد الأدنى 180 ملي كانديلا، نموذجي 700 ملي كانديلا عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا مقياس للسطوع الملحوظ لـ LED كما تراه العين البشرية، مقاسًا باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة الضوء المرئي CIE. النطاق الواسع يشير إلى عملية فرز؛ الشدة المحددة لوحدة معينة مُعلَمة على عبوتها.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):30 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور. زاوية 30 درجة تشير إلى حزمة مركزة نسبيًا، مناسبة لتطبيقات المؤشر الموجه.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_P):595 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة الطيفية لـ LED في أقصى حد. يقع ضمن المنطقة الكهرمانية الصفراء من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λ_d):592 نانومتر. مشتق من مخطط لونية CIE، هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يمثل بشكل أفضل اللون الملحوظ لضوء LED. إنه قريب جدًا من طول موجة الذروة، مما يؤكد لونًا كهرمانيًا أصفر نقيًا.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر. تشير هذه المعلمة إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. قيمة 15 نانومتر نموذجية لمصابيح LED القائمة على AlInGaP وتنتج لونًا مشبعًا.
• جهد الأمام (V_F):نموذجي 2.4 فولت، أقصى 2.4 فولت عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. إنه حاسم لتصميم المقاوم المحدد للتيار المتسلسل مع LED. تظهر ورقة البيانات حدًا أدنى قدره 2.05 فولت، ولكن النموذجي/الأقصى مُعطى كـ 2.4 فولت، مما يشير إلى توزيع ضيق حول هذه القيمة.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 100 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED متحيزًا عكسيًا ضمن حدوده القصوى.
• السعة (C):40 بيكو فاراد عند V_F= 0 فولت، تردد = 1 ميجا هرتز. هذه هي سعة الوصلة، والتي يمكن أن تكون ذات صلة في تطبيقات التبديل عالية التردد.

3. شرح نظام الفرز

تشير ورقة البيانات إلى استخدام نظام فرز، بشكل أساسي لشدة الإضاءة. الملاحظة 3 تنص: "رمز تصنيف I_vمُعلَم على كل كيس تغليف." هذا يشير إلى أن مصابيح LED المصنعة يتم اختبارها وفرزها (وضعها في صناديق) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة. المواصفات تسرد نطاقًا من 180 ملي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 700 ملي كانديلا (نموذجي). يتم تجميع الوحدات في صناديق شدة محددة (مثل 180-250 ملي كانديلا، 250-350 ملي كانديلا، إلخ)، ويتم طباعة رمز الصندوق على العبوة. هذا يسمح للمصممين باختيار مصابيح LED ذات سطوع متسق لتطبيقهم. بينما لم يتم تفصيله صراحةً لطول الموجة أو جهد الأمام في هذه الوثيقة، فإن مثل هذه المعلمات تُفرز أيضًا بشكل شائع في تصنيع LED لضمان اتساق اللون والخصائص الكهربائية.

4. تحليل منحنى الأداء

الصفحة الأخيرة من ورقة البيانات مخصصة لـ "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية." بينما لم يتم توفير المنحنيات المحددة في محتوى النص، فإن أوراق بيانات LED القياسية تتضمن عادةً الرسوم البيانية التالية، والتي تعتبر حاسمة لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف متغيرة:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل تيار الأمام (منحنى I-V):يُظهر هذا المنحنى كيف يزداد ناتج الضوء مع تيار التشغيل. يكون خطيًا عادةً عند التيارات المنخفضة ولكن قد يشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة.
• جهد الأمام مقابل تيار الأمام:يُظهر هذا العلاقة الأسية، مؤكدًا سلوك الصمام الثنائي. يتم استخدامه لحساب تبديد الطاقة (V_F* I_F).
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا المنحنى التخفيض الحراري لناتج الضوء. بالنسبة لمعظم مصابيح LED، تنخفض شدة الإضاءة مع زيادة درجة حرارة الوصلة.
• طول موجة الذروة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا كيف يتحول اللون المنبعث (عادةً إلى أطوال موجية أطول) مع زيادة درجة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند 595 نانومتر ونصف العرض ~15 نانومتر، مُحددًا اللون الكهرماني الأصفر.

تسمح هذه المنحنيات للمصممين بالتنبؤ بالأداء في الظروف الواقعية حيث قد تختلف درجة الحرارة وتيار التشغيل.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم LED عبوة قياسية "T-1 3/4" شعاعية مثقوبة. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:

• جميع الأبعاد بالمليمترات، مع البوصات بين قوسين.
• ينطبق تسامح قياسي قدره ±0.25 مم (±0.010 بوصة) ما لم يُحدد خلاف ذلك.
• قد يبرز الراتنج تحت الحافة بحد أقصى 1.0 مم (0.04 بوصة).
• يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم العبوة، وهو أمر بالغ الأهمية لتباعد الثقوب في PCB.

سيرسم الرسم الأبعاد المحدد قطر الجسم (T-1 3/4 هو حوالي 5 مم)، وطول الطرف، وقطر الطرف، وموضع الحافة. الطرف الأطول عادةً يشير إلى الأنود (الجانب الموجب).

5.2 تحديد القطبية

لمصابيح LED المثقوبة، تُشير القطبية في أغلب الأحيان بطول الطرف (الطرف الأطول هو الأنود) وأحيانًا بنقطة مسطحة على عدسة LED أو الجسم بالقرب من طرف الكاثود. يجب الرجوع إلى ورقة البيانات للعلامة المحددة، ولكن طريقة طول الطرف تُطبق عالميًا تقريبًا.

6. إرشادات اللحام والتجميع

معلمة اللحام الرئيسية المقدمة هي أقصى درجة حرارة مسموح بها للأطراف: 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم من الجسم. هذا أمر بالغ الأهمية لمنع التلف الحراري للروابط السلكية الداخلية وعدسة الإيبوكسي.

الممارسات الموصى بها:

• اللحام اليدوي:استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة. قم بتطبيق الحرارة على الطرف ووسادة PCB، وليس على جسم LED. أكمل وصلة اللحام خلال 3-5 ثوانٍ.
• اللحام الموجي:تأكد من أن ملفات التسخين المسبق وموجة اللحام لا تعرض أطراف LED لدرجات حرارة تتجاوز 260 درجة مئوية لأكثر من الوقت المحدد. يجب أن يكون جسم LED فوق موجة اللحام.
• التنظيف:إذا كان التنظيف ضروريًا، استخدم مذيبات متوافقة مع راتنج الإيبوكسي. تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية، لأنه قد يتلف هيكل LED.
• ثني الأطراف:إذا كان تشكيل الأطراف مطلوبًا، قم بثني الأطراف على الأقل 3 مم من الجسم لتجنب الإجهاد على الختم. استخدم الأدوات المناسبة لتجنب خدش الأطراف.

ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة، مضادة للكهرباء الساكنة، ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. تجنب التعرض للرطوبة العالية أو الغازات المسببة للتآكل.

7. معلومات التغليف والطلب

رقم الجزء لهذا الجهاز هوLTL2R3KYK. قد يكسر اصطلاح تسمية LED النموذجي على النحو التالي: "LTL" قد يشير إلى مصباح مثقوب، "2" قد يتعلق بسلسلة أو لون، "R3" قد يحدد صندوق الشدة أو زاوية الرؤية، و"KYK" يشير على الأرجح إلى العدسة/اللون (عدسة شفافة، لون كهرماني أصفر من مصدر AlInGaP).

يكون التغليف عادةً في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة أو شريط وبكرة (للتجميع الآلي)، مع وضع رمز صندوق شدة الإضاءة على كل كيس وفقًا للملاحظة 3. الكميات القياسية غالبًا ما تكون 1000 قطعة لكل كيس أو بكرة.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيق الأكثر شيوعًا هو كمؤشر حالة يعمل بمصدر جهد مستمر (مثل 3.3 فولت، 5 فولت، 12 فولت). مقاوم محدد للتيار إلزامي. يتم حساب قيمة المقاوم (R_S) باستخدام قانون أوم: R_S= (V_CC- V_F) / I_F.

مثال لمصدر 5 فولت، يستهدف I_F= 20 ملي أمبير:

V_F(نموذجي) = 2.4 فولت

R_S= (5 فولت - 2.4 فولت) / 0.020 أمبير = 130 أوم.

يمكن استخدام القيمة القياسية الأقرب (120 أوم أو 150 أوم). يجب أن يكون تصنيف قدرة المقاوم على الأقل P = I_F²* R_S= (0.02)²* 130 = 0.052 واط، لذا فإن مقاوم 1/8 واط (0.125 واط) كافٍ.

لقيادة دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة، تأكد من أن الدبوس يمكنه توفير أو استيعاب 20 ملي أمبير المطلوبة. العديد من وحدات التحكم الدقيقة الحديثة لها حدود أقل لكل دبوس (مثل 8-10 ملي أمبير)، لذا قد يكون من الضروري وجود عازل ترانزستور.

8.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (أقصى 75 ملي واط)، تأكد من وجود تباعد كافٍ بين مصابيح LED ومصادر الحرارة الأخرى على PCB. التزم بمنحنى تخفيض التيار فوق 50 درجة مئوية محيطة.
• التحكم في التيار:استخدم دائمًا مقاومًا متسلسلًا أو محرك تيار ثابت. تشغيل LED مباشرة من مصدر جهد سيؤدي إلى تيار مفرط وفشل سريع.
• حماية الجهد العكسي:إذا كان هناك أي احتمال لتطبيق جهد عكسي (مثل في دوائر التيار المتردد أو أثناء اختبار اللوحة)، قم بتضمين صمام ثنائي حماية بالتوازي مع LED (الكاثود إلى الأنود) لتثبيت الجهد العكسي إلى حوالي 0.7 فولت.
• زاوية الرؤية:توفر زاوية الرؤية 30 درجة حزمة موجهة. للإضاءة ذات المساحة الأوسع، فكر في استخدام عدسة موزعة أو اختيار LED بزاوية رؤية أوسع.

9. المقارنة التقنية والتمييز

يقدم هذا LED الكهرماني الأصفر القائم على AlInGaP مزايا مميزة مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل المصابيح المتوهجة المفلترة أو مصابيح LED الصفراء القياسية GaAsP.

• مقارنة بالمصابيح المتوهجة:استهلاك طاقة أقل بكثير (ملي واط مقابل واط)، عمر افتراضي أطول بكثير (عشرات الآلاف من الساعات مقابل مئات)، مقاومة أعلى للصدمات والاهتزازات، وسرعة تبديل أسرع. اللون متأصل في المادة شبه الموصلة، وليس مرشحًا، لذلك لا يتلاشى.
• مقارنة بمصابيح LED الصفراء القياسية GaAsP:توفر تكنولوجيا AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير (ملي كانديلا/ملي أمبير). كما توفر استقرارًا حراريًا أفضل واتساقًا في اللون مع مرور الوقت وظروف التشغيل.
• مقارنة بمصابيح LED SMD:يوفر التصميم المثقوب قوة ميكانيكية فائقة للتطبيقات المعرضة للاهتزاز أو حيث قد يتم لمس LED جسديًا أو التعامل معه. كما أنه أسهل للنماذج الأولية والتجميع اليدوي.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما المقاوم الذي أحتاجه لدائرة 12 فولت؟

ج1: باستخدام V_F= 2.4 فولت و I_F= 20 ملي أمبير: R = (12 - 2.4) / 0.02 = 480 أوم. استخدم مقاوم قياسي 470 أوم. تبديد الطاقة: P = (0.02)^2 * 470 = 0.188 واط، لذا يُوصى بمقاوم 1/4 واط.

س2: هل يمكنني تشغيل هذا LED بإشارة PWM للتعتيم؟

ج2: نعم، مصابيح LED مثالية للتعتيم بـ PWM. تأكد من أن تردد PWM مرتفع بما يكفي (عادةً >100 هرتز) لتجنب الوميض المرئي. يجب ألا يتجاوز تيار الذروة في كل نبضة الحد الأقصى المطلق لتيار الأمام الذروي البالغ 60 ملي أمبير.

س3: لماذا LED الخاص بي أغمق من المتوقع؟

ج3: أولاً، تحقق من أن تيار الأمام هو بالفعل 20 ملي أمبير عن طريق قياس انخفاض الجهد عبر المقاوم المتسلسل. ثانيًا، تحقق من درجة الحرارة المحيطة؛ ناتج الضوء ينخفض مع درجة الحرارة. ثالثًا، تأكد من صندوق شدة LED من التغليف؛ قد يكون لديك وحدة من الطرف الأدنى لنطاق الصندوق.

س4: هل مبرد حراري مطلوب؟

ج4: للتشغيل المستمر عند 20 ملي أمبير ودرجة حرارة الغرفة، لا يلزم عادةً مبرد حراري بسبب تبديد الطاقة المنخفض (حوالي 48 ملي واط). ومع ذلك، إذا كان التشغيل بأقصى تيار مستمر (30 ملي أمبير) أو في بيئة درجة حرارة محيطة عالية (>50 درجة مئوية)، فإن ضمان مساحة نحاسية جيدة في PCB حول الأطراف يمكن أن يساعد في تبديد الحرارة.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: مؤشر حالة لوحة تحكم صناعية

تستخدم آلة صناعية لوحة تحكم مركزية بها مؤشرات LED متعددة للحالة. يشير LED أخضر إلى "الطاقة قيد التشغيل"، ويشير LED أحمر إلى "عطل"، ويستخدم هذا LED الكهرماني الأصفر للإشارة إلى "الاستعداد" أو "تحذير".

التنفيذ:يتم تركيب LED على اللوحة الأمامية. يتم تشغيله بواسطة خط إمداد 24 فولت تيار مستمر شائع في البيئات الصناعية. يقوم مفتاح ترانزستور، يتم التحكم فيه بواسطة مخرج PLC الخاص بالآلة، بتشغيل LED وإيقافه. يتم حساب المقاوم المتسلسل لـ 20 ملي أمبير: R = (24 فولت - 2.4 فولت) / 0.02 أمبير = 1080 أوم (استخدم 1.1 كيلو أوم). يجب أن يكون تصنيف قدرة المقاوم P = (24-2.4)*0.02 = 0.432 واط، لذا يتم اختيار مقاوم 0.5 واط. تضمن زاوية الرؤية 30 درجة أن ضوء التحذير مرئي بوضوح للمشغل الموجود مباشرة أمام اللوحة، دون التسبب في وهج مفرط من زوايا واسعة. تضمن شدة الإضاءة العالية (حتى 700 ملي كانديلا) الوضوح حتى في بيئات المصنع المضاءة جيدًا.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد هذا LED على مادة أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد وصلة الصمام الثنائي (حوالي 2.0-2.4 فولت لـ AlInGaP)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه (الإلكترونات والفجوات)، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد للضوء المنبعث (كهرماني أصفر، 592-595 نانومتر) بواسطة طاقة فجوة النطاق لتركيبة سبيكة AlInGaP المستخدمة في الطبقة النشطة. العدسة "الشفافة" مصنوعة من راتنج الإيبوكسي الشفاف للطول الموجي المنبعث، مما يسمح للضوء بالهروب بكفاءة مع توفير الحماية الميكانيكية وتشكيل نمط الحزمة (زاوية رؤية 30 درجة).

13. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

بينما تظل مصابيح LED المثقوبة حيوية لتطبيقات محددة تتطلب المتانة وسهولة التجميع اليدوي، فقد تحول اتجاه الصناعة العام بشكل كبير نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD). تقدم مصابيح LED SMD مزايا في التجميع الآلي، ومساحة أصغر، وارتفاع أقل، وغالبًا إدارة حرارية أفضل إلى PCB. بالنسبة لتكنولوجيا AlInGaP نفسها، يركز التطوير المستمر على زيادة الفعالية الضوئية (لومن لكل واط)، وتحسين الأداء في درجات الحرارة العالية، وتحقيق فرز أشد ضيقًا للون والشدة للتطبيقات التي تتطلب مطابقة ألوان دقيقة، مثل شاشات الألوان الكاملة وإضاءة السيارات. علاوة على ذلك، فإن تطوير مصابيح LED المحولة بالفوسفور التي تستخدم شريحة زرقاء أو بنفسجية لتحفيز الفوسفور لإنتاج ضوء كهرماني/أصفر يقدم مسارات بديلة لتحقيق نقاط لون محددة بكفاءة محتملة أعلى أو خصائص تجسيد للألوان.