ورقة بيانات مصباح LED أبيض T-1 3/4 - قطر 5 مم - جهد تشغيل نموذجي 3.3 فولت - قدرة 120 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توفر هذه الوثيقة المواصفات التقنية الكاملة لمصباح LED أبيض عالي الكفاءة للتركيب عبر الثقب. تم تصميم الجهاز لتطبيقات المؤشر والإضاءة العامة التي تتطلب أداءً موثوقًا وسهولة في التجميع. يتميز بقطر غلاف شائع T-1 3/4، مما يجعله متوافقًا مع تخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة القياسية والتركيبات على اللوحات.

تعتمد التقنية الأساسية على مادة أشباه الموصلات من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) المترسبة على ركيزة من الياقوت، مما يتيح إنتاج الضوء الأبيض. المنتج متوافق مع توجيهات RoHS، مما يعني أنه مصنع دون استخدام الرصاص (Pb) والمواد الخطرة المقيدة الأخرى. تشمل المزايا الرئيسية المميزة: استهلاك منخفض للطاقة، وكفاءة إضاءة عالية، والتوافق مع الدوائر المتكاملة بسبب متطلباته المنخفضة للتيار.

1.1 التطبيقات المستهدفة

يُقصد بهذا LED للاستخدام في المعدات الإلكترونية العادية. تشمل مجالات التطبيق النموذجية، على سبيل المثال لا الحصر: مؤشرات الحالة في معدات أتمتة المكاتب، والإضاءة الخلفية للمفاتيح واللوحات، والإضاءة العامة في الإلكترونيات الاستهلاكية، ومؤشرات الإشارة في أجهزة الاتصالات. وهو مناسب للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية القياسية كافية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يتم توصيف أداء LED تحت ظروف بيئية محددة (Ta=25°C). فهم هذه المعلمات أمر بالغ الأهمية لتصميم الدائرة المناسب وتحقيق الأداء المتوقع في التطبيق النهائي.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه الحدود القيم التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه لتشغيل موثوق.

• تبديد الطاقة (Pd):120 مللي واط كحد أقصى. هذه هي الطاقة الكلية التي يمكن للغلاف تبديدها بأمان كحرارة.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):100 مللي أمبير كحد أقصى. يُسمح بهذا فقط في ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمام المستمر (I_F):30 مللي أمبير تيار مستمر كحد أقصى. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل المستمر.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -30°C إلى +80°C. الجهاز يعمل ضمن هذا النطاق لدرجة الحرارة المحيطة.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):من -40°C إلى +100°C.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260°C لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى، مقاسة على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم LED.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية والمضمونة المقاسة في حالة الاختبار القياسية I_F= 20mA و T_a=25°C.

• شدة الإضاءة (I_v):2500 مللي كانديلا (الحد الأدنى)، 5200 مللي كانديلا (النموذجي)، 9300 مللي كانديلا (الحد الأقصى). يتم قياس الشدة على المحور الميكانيكي وفقًا لمعايير CIE 127. ينطبق تسامح ±15% على الشدة المضمونة.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):50 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية.
• إحداثيات اللونية (x, y):x=0.29 (نموذجي)، y=0.28 (نموذجي). تحدد هذه الإحداثيات نقطة اللون الأبيض على مخطط اللونية CIE 1931.
• جهد الأمام (V_F):2.7 فولت (الحد الأدنى)، 3.3 فولت (النموذجي)، 3.7 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=20mA. هذه المعلمة حاسمة لاختيار المقاوم المحدد للتيار المناسب.
• تيار العكس (I_R):50 ميكرو أمبير كحد أقصى عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. الجهاز غير مصمم للعمل في انحياز عكسي.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED بناءً على المعلمات البصرية الرئيسية لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. يتم وضع رمز التصنيف على كل كيس تغليف.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة (I_v)

يتم تصنيف مصابيح LED إلى رتب مختلفة بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير. الرتب هي: T (2500-3200 مللي كانديلا)، U (3200-4200 مللي كانديلا)، V (4200-5500 مللي كانديلا)، W (5500-7200 مللي كانديلا)، و X (7200-9300 مللي كانديلا).

3.2 تصنيف درجة اللون (Hue)

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED وفقًا لإحداثيات اللونية الخاصة بها للتحكم في تباين لون الضوء الأبيض. توفر ورقة البيانات جدول مواصفات درجة اللون بإحداثيات للتصنيفات B1، B2، C1، C2، D1، و D2. بدل القياس لإحداثيات اللون هو ±0.01.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية توضح كيفية تصرف LED تحت ظروف متغيرة. هذه المنحنيات أساسية لاعتبارات التصميم المتقدمة.

4.1 جهد الأمام مقابل تيار الأمام (منحنى I-V)

يُظهر هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين الجهد عبر LED والتيار المتدفق عبره. يوضح جهد التشغيل وكيفية زيادة V_Fمع زيادة I_F.

4.2 تيار الأمام مقابل شدة الإضاءة النسبية

يوضح هذا الرسم البياني اعتماد خرج الضوء على تيار القيادة. بشكل عام، تزداد شدة الإضاءة مع التيار ولكنها قد تتشبع أو تتناقص عند التيارات العالية جدًا بسبب انخفاض الكفاءة والتسخين.

4.3 درجة الحرارة المحيطة مقابل شدة الإضاءة النسبية

هذا المنحنى حاسم لفهم الأداء الحراري. يوضح كيف ينخفض خرج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، وهي خاصية لمصادر الضوء القائمة على أشباه الموصلات.

4.4 نمط التوجيه (Directivity Pattern)

يمثل مخطط التوجيه (أو نمط الإشعاع) توزيع شدة الضوء مكانيًا حول LED، ويرتبط بمواصفة زاوية الرؤية البالغة 50 درجة.

4.5 الطيف واللونية مقابل التيار

يُظهر منحنى التوزيع الطيفي القدرة النسبية المنبعثة عند أطوال موجية مختلفة، مما يحدد جودة لون الضوء الأبيض. تشير العلاقة بين تيار الأمام وإحداثيات اللونية إلى أي تحول في اللون قد يحدث عند تشغيل LED بتيارات غير حالة الاختبار.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يستخدم الجهاز غلافًا قياسيًا بأطراف شعاعية بقطر عدسة T-1 3/4 (حوالي 5 مم).

• الأبعاد:يتم توفير جميع الأبعاد الأساسية بالمليمترات بتسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• تباعد الأطراف:يُقاس حيث تخرج الأطراف من جسم الغلاف، وهي معلمة حاسمة لتصميم البصمة على لوحة الدائرة المطبوعة.
• تحديد القطبية:عادةً، يشير الطرف الأطول إلى الأنود (الموجب)، وقد تشير بقعة مسطحة على حافة العدسة إلى جانب الكاثود. يجب التحقق من العلامة المحددة من رسم التغليف.
• بروز الراتنج:قد يبرز ما يصل إلى 1.0 مم من الراتنج تحت الحافة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر ضروري لمنع التلف وضمان الموثوقية طويلة الأمد.

6.1 تشكيل الأطراف

يجب إجراء ثني الأطراف عند نقطة على الأقل 3 مم من قاعدة عدسة LED. لا يجب استخدام قاعدة إطار الأطراف كنقطة ارتكاز. يجب إجراء التشكيل في درجة حرارة الغرفة، قبل عملية اللحام.

6.2 عملية اللحام

يجب الحفاظ على مسافة لا تقل عن 2 مم بين قاعدة العدسة ونقطة اللحام. يجب تجنب غمر العدسة في اللحام. لا يجب تطبيق إجهاد خارجي على الأطراف بينما LED ساخن.

• اللحام اليدوي (المكواة):درجة حرارة قصوى 350°C لمدة 3 ثوانٍ كحد أقصى (مرة واحدة فقط).
• اللحام بالموجة:تسخين مسبق إلى حد أقصى 100°C لمدة تصل إلى 60 ثانية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة موجة اللحام 260°C لمدة 5 ثوانٍ كحد أقصى.
• إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR Reflow):يُذكر صراحةً أن هذه العملية غير مناسبة لهذا النوع من مصابيح LED للثقب.

6.3 التخزين والتنظيف

للتخزين، يجب ألا تتجاوز البيئة المحيطة 30°C و 70% رطوبة نسبية. يجب استخدام مصابيح LED التي تم إزالتها من تغليفها الأصلي خلال ثلاثة أشهر. للتخزين لفترات أطول، يُوصى باستخدام وعاء محكم مع مجفف أو بيئة نيتروجين. كحول الأيزوبروبيل أو المذيبات القائمة على الكحول المماثلة مناسبة للتنظيف إذا لزم الأمر.

7. معلومات التغليف والطلب

تكوين التغليف القياسي كما يلي:

• 500 قطعة لكل كيس تغليف مضاد للكهرباء الساكنة.
• 10 أكياس تغليف لكل صندوق داخلي (إجمالي 5,000 قطعة).
• 8 صناديق داخلية لكل صندوق خارجي رئيسي (إجمالي 40,000 قطعة).

يتبع رقم الجزء LTW-2L3DV5S اصطلاح ترميز محدد حيث تشير العناصر على الأرجح إلى نوع العدسة (شفافة)، اللون (أبيض)، الغلاف (T-1 3/4)، وتصنيف الأداء (V5 المتعلق بالشدة/درجة اللون).

8. توصيات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة القيادة

LED هو جهاز يعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد ومنع استحواذ التيار، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يُوصى بشدة باستخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل LED. قيادة مصابيح LED على التوازي بدون مقاومات فردية (كما هو موضح في دائرة غير موصى بها) يمكن أن تؤدي إلى اختلافات كبيرة في السطوع بسبب الاختلافات الطبيعية في جهد الأمام (V_F) للأجهزة الفردية.

8.2 إدارة الحرارة

بينما يساعد تصميم الثقب في تبديد الحرارة عبر الأطراف، يجب مراعاة أقصى تبديد للطاقة وهو 120 مللي واط والمعامل الحراري السلبي لخرج الضوء. التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية أو بتيارات قيادة عالية سيقلل من خرج الضوء وقد يؤثر على الموثوقية طويلة الأمد. يجب مراعاة تباعد كافٍ وربما تهوية في تصميم التطبيق.

8.3 التصميم البصري

توفر زاوية الرؤية البالغة 50 درجة حزمة واسعة بشكل معقول. للتطبيقات التي تتطلب تركيزًا أو تشتيتًا، يمكن استخدام بصريات ثانوية (عدسات، موجهات ضوئية). العدسة الشفافة مناسبة لمثل هذه التطبيقات.

9. المقارنة التقنية والاعتبارات

مقارنة بتقنيات أقدم مثل المصابيح المتوهجة، يقدم هذا LED كفاءة أعلى بكثير، وعمر أطول، وتوليد حرارة أقل. داخل مجال LED، يقدم هذا الجهاز للثقب البساطة والمتانة للتجميعات الملحومة يدويًا أو بالموجة، على عكس مصابيح LED للتركيب السطحي (SMD) التي تتطلب لحام إعادة التدفق وتوفر ارتفاعًا منخفضًا. حجم T-1 3/4 هو معيار فعلي، مما يضمن توفر مقابس، وحوامل، وفتحات لوحات متوافقة على نطاق واسع.

10. الأسئلة الشائعة (FAQ)

10.1 ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها؟

يتم حساب قيمة المقاوم (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. استخدم V_Fالنموذجي (3.3 فولت) للتقدير، ولكن ضع في اعتبارك V_Fالأقصى (3.7 فولت) لضمان ألا ينخفض التيار عن الحد الأدنى المطلوب للشدة في نهاية تسامح جهد التغذية. لتغذية 5 فولت وهدف I_Fبقيمة 20 مللي أمبير: R = (5V - 3.3V) / 0.020A = 85 أوم. سيكون مقاوم قياسي بقيمة 82 أو 100 أوم مناسبًا، مع تصنيف قدرة P = I²R.

10.2 هل يمكنني تشغيله مباشرة من طرف متحكم دقيق (مايكروكونترولر)؟

لا يُوصى بتشغيل LED مباشرة من طرف GPIO لمتحكم دقيق. معظم أطراف GPIO لها قدرة محدودة على توفير/استهلاك التيار (غالبًا 20-25 مللي أمبير كحد أقصى مطلق، مع أقل من ذلك موصى به للتشغيل المستمر). استخدام الطرف عند حده يمكن أن يسبب إجهادًا للمتحكم الدقيق. من الأفضل استخدام GPIO للتحكم في ترانزستور (BJT أو MOSFET) والذي بدوره يقود LED بمقاوم محدد للتيار خاص به.

10.3 لماذا ينخفض خرج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة؟

هذه خاصية أساسية لمصابيح LED أشباه الموصلات. مع زيادة درجة الحرارة، تصبح عمليات إعادة التركيب غير المشعة داخل أشباه الموصلات أكثر هيمنة، مما يقلل من الكفاءة الكمية الداخلية (عدد الفوتونات الناتجة لكل إلكترون). هذا يؤدي إلى خرج إضاءة أقل لنفس تيار القيادة.

11. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم ضوء مؤشر يعمل بالتيار المتردد المنزلي (120 فولت تيار متردد) لجهاز باستخدام مقوم جسر ومكثف للتحويل الأساسي إلى تيار مستمر، مما ينتج حوالي 150 فولت تيار مستمر.

تحدي التصميم:الجهد العالي والحاجة إلى عزل كهربائي وتحديد تيار.

الحل:مقاوم على التوالي إلزامي. ستكون القيمة عالية جدًا: R ≈ (150V - 3.3V) / 0.020A ≈ 7335 أوم (7.3 كيلو أوم). تبديد الطاقة في المقاوم سيكون P = I²R = (0.02)²* 7335 ≈ 2.93 واط، مما يتطلب مقاوم كبير عالي الطاقة وهو غير فعال. حل أفضل هو استخدام دائرة تخفيض بالسعة (capacitive dropper) أو دائرة متكاملة (IC) مخصصة وفعالة لقيادة LED مصممة لإدخال جهد عالي، مما يحسن الكفاءة والسلامة. تسلط هذه الحالة الضوء على أنه بينما LED نفسه بسيط، يجب تصميم دائرة القيادة بعناية لبيئة التطبيق.

12. مقدمة عن مبدأ التقنية

يعتمد هذا LED الأبيض على شريحة أشباه موصلات من نوع InGaN تشع ضوءًا في المنطقة الزرقاء من الطيف. لإنتاج ضوء أبيض، يتم تحويل جزء من الضوء الأزرق إلى أطوال موجية أطول (أصفر، أحمر) باستخدام طلاء فسفوري (عادة YAG:Ce - ياقوت الألومنيوم الإيتريوم المطعم بالسيريوم) يُطبق فوق الشريحة. يدرك العين البشرية خليط الضوء الأزرق المتبقي والضوء الأصفر/الأحمر المحول إلى أطوال موجية أطول على أنه أبيض. تُعرف هذه الطريقة باسم الضوء الأبيض المحول بالفسفور. يحدد المزيج المحدد من الفسفور درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) ومؤشر تجسيد اللون (CRI) للضوء الأبيض، وكلاهما مرتبط بإحداثيات اللونية المحددة في ورقة البيانات.

13. اتجاهات الصناعة والسياق

شهدت صناعة الإلكترونيات الضوئية اتجاهًا مستمرًا نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط)، وتحسين تجسيد اللون، وتكلفة أقل. بينما تهيمن تقنية التركيب السطحي (SMT) على الإنتاج الضخم للتطبيقات المقيدة بالمساحة مثل الشاشات ووحدات الإضاءة، تظل مصابيح LED للثقب مثل هذا ذات صلة للتطبيقات التي تتطلب متانة، وتجميع يدوي أسهل، وصيانة، أو للاستخدام في مقابس. هناك أيضًا اتجاه نحو تصنيف (binning) أكثر دقة للون والتدفق الضوئي لضمان الاتساق في التطبيقات التي تستخدم عدة مصابيح LED. أصبحت موافقة RoHS المذكورة الآن معيارًا عالميًا، مدفوعًا باللوائح البيئية. قد تشمل التطورات المستقبلية شرائح ذات فعالية أعلى وأنظمة فسفور أكثر تقدمًا لجودة ضوء أفضل، حتى في أشكال العبوات القياسية.