ورقة بيانات مصباح LED أبيض T-1 3/4 - قطر 5 مم - جهد أمامي 3.6 فولت - تبديد طاقة 120 ملي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة مواصفات صمام ثنائي باعث للضوء (LED) أبيض عالي السطوع، مصمم للتركيب عبر الثقب على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح. يستخدم الجهاز تقنية إنديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج الضوء الأبيض، وهو مغلف في غلاف دائري شائع قياس T-1 3/4 (قطر 5 مم) مع عدسة شفافة تمامًا. تم تصميمه ليكون منخفض استهلاك الطاقة وعالي الكفاءة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من تطبيقات المؤشرات والإضاءة التي تتطلب أداءً موثوقًا.

تشمل المزايا الأساسية لهذا الـ LED امتثاله لتوجيهات تقييد المواد الخطرة (RoHS)، مما يعني أنه خالٍ من الرصاص. تصميمه متوافق مع الدوائر المتكاملة بسبب متطلبات التيار المنخفضة. تتيح قدرة التركيب المتعددة الاستخدامات التكامل المرن في مختلف التجميعات الإلكترونية.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

يجب عدم تشغيل الجهاز خارج هذه الحدود، حيث قد يتسبب ذلك في تلف دائم.

• تبديد الطاقة (Pd):120 ملي واط. هذه هي أقصى قدرة إجمالية يمكن للـ LED تبديدها كحرارة.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):100 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار نابض مسموح به، محدد تحت دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر لاستيعاب النبضات القصيرة عالية الكثافة.
• تيار التيار المستمر الأمامي (I_F):30 ملي أمبير. هذا هو أقصى تيار أمامي مستمر موصى به للتشغيل طويل الأمد الموثوق.
• نطاق درجة حرارة التشغيل (T_opr):من -25°C إلى +80°C. تم تصميم الـ LED ليعمل ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• نطاق درجة حرارة التخزين (T_stg):من -30°C إلى +100°C.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260°C لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم الـ LED. هذا يحدد الملف الحراري الذي يمكن للأطراف تحمله أثناء اللحام اليدوي أو الموجي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعايير عند درجة حرارة محيطة (T_a) قدرها 25°C وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (I_v):10000 - 16000 ملي كانديلا (mcd) عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 ملي أمبير. هذا مقياس للقوة المدركة للضوء المنبعث في اتجاه محدد. القيمة الفعلية تخضع لتفاوت ±15% ويتم تصنيفها إلى مجموعات (انظر القسم 3). يتبع القياس منحنى استجابة العين CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):15 درجة (نموذجي). هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المحورية القصوى. تشير زاوية الرؤية الضيقة مثل هذه إلى حزمة ضوئية مركزة تشبه الضوء المسلط.
• إحداثيات اللونية (x, y):تقريبًا 0.30، 0.30 عند I_F= 20 ملي أمبير. تحدد هذه الإحداثيات نقطة اللون للضوء الأبيض على مخطط اللونية CIE 1931. يتم تعريف مجموعات محددة للتحكم الأكثر دقة في اللون (انظر القسم 3).
• الجهد الأمامي (V_F):3.3 فولت (الحد الأدنى) / 3.6 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 20 ملي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر الـ LED أثناء التشغيل. ويتم أيضًا تصنيفه لضمان الاتساق.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت.ملاحظة حرجة:هذا المعيار لأغراض الاختبار فقط. لم يتم تصميم الـ LED للعمل تحت انحياز عكسي، وتطبيق جهد عكسي في دائرة فعلية يمكن أن يتلف الجهاز.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات أداء. هذا يسمح للمصممين باختيار قطع تلبي متطلبات محددة للسطوع والجهد واللون.

3.1 تصنيفات شدة الإضاءة (I_v)

بناءً على قيم شدة الإضاءة الدنيا والقصوى عند I_F=20 ملي أمبير:

• Y1:10000 - 13000 ملي كانديلا
• Z1:13000 - 17000 ملي كانديلا
• Z2:17000 - 22000 ملي كانديلا

ينطبق تفاوت قياس بنسبة 15%.

3.2 تصنيفات الجهد الأمامي (V_F)

بناءً على الجهد الأمامي عند I_F=20 ملي أمبير:

• 3H:2.75 فولت - 3.00 فولت
• 4H:3.00 فولت - 3.25 فولت
• 5H:3.25 فولت - 3.50 فولت
• 6H:3.50 فولت - 3.60 فولت

ينطبق تفاوت قياس بنسبة 15%.

3.3 تصنيفات درجة اللون (Chromaticity)

محددة بواسطة أشكال رباعية من إحداثيات (x,y) على مخطط CIE 1931، مثل:

• المجموعة 40:إحداثيات تشكل شكلًا رباعيًا حول نقطة بيضاء محددة.
• المجموعة 50، 60، 70:مجموعات لاحقة بإحداثيات لونية مختلفة تدريجيًا، تسمح بالاختيار من درجات اللون الأبيض الأكثر برودة إلى الأكثر دفئًا (يتطلب التفسير الدقيق الرجوع إلى المخطط).

ينطبق تفاوت قياس لإحداثيات اللون بمقدار ±0.01.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى رسوم بيانية محددة في ورقة البيانات، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذه المصابيح LED ستشمل:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (I_vمقابل I_F):يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع زيادة التيار، عادةً بطريقة شبه خطية، مما يؤكد على أهمية تنظيم التيار بدلاً من تنظيم الجهد.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (V_Fمقابل I_F):يوضح الخاصية الأسية للتيار والجهد للصمام الثنائي. يرتفع الجهد بشكل حاد بمجرد تجاوز عتبة التشغيل.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (I_vمقابل T_a):يوضح انخفاض خرج الضوء مع زيادة درجة حرارة التقاطع، وهو اعتبار رئيسي لإدارة الحرارة في التطبيقات عالية الطاقة أو ذات درجة الحرارة المحيطة العالية.

هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية (تيارات أو درجات حرارة مختلفة) ولتصميم الدائرة بدقة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف

يستخدم الـ LED غلافًا دائريًا قياسيًا للتركيب عبر الثقب T-1 3/4 (5 مم). تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (يتم توفيرها بالبوصة بين قوسين).
• ينطبق تفاوت عام قدره ±0.25 مم (±0.010 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• أقصى بروز للراتنج تحت الحافة هو 1.0 مم (0.04 بوصة).
• يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج منها الأطراف من جسم الغلاف.

5.2 تحديد القطبية وتشكيل الأطراف

عادةً، يشير الطرف الأطول إلى الأنود (الموجب)، والطرف الأقصر أو النقطة المسطحة على حافة الغلاف تشير إلى الكاثود (السالب). تؤكد ورقة البيانات على قواعد التعامل الحرجة:

• يجب أن يتم تشكيل الأطرافقبلاللحام وفي درجة حرارة الغرفة العادية.
• يجب عمل الانحناءات على الأقل على بعد 3 مم من قاعدة عدسة الـ LED. يُحظر استخدام جسم الغلاف كنقطة ارتكاز.
• يجب قطع الأطراف في درجة الحرارة العادية.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 معايير اللحام

اللحام اليدوي (المكواة):

• درجة الحرارة: 300°C كحد أقصى.
• الوقت: 3 ثوانٍ كحد أقصى لكل طرف (مرة واحدة فقط).

اللحام الموجي:

• درجة حرارة التسخين المسبق: 100°C كحد أقصى.
• وقت التسخين المسبق: 60 ثانية كحد أقصى.
• درجة حرارة موجة اللحام: 260°C كحد أقصى.
• وقت التلامس: 5 ثوانٍ كحد أقصى.

قاعدة حرجة:الحفاظ على مسافة لا تقل عن 2 مم بين قاعدة عدسة الـ LED ونقطة اللحام. يجب ألا تغمس العدسة أبدًا في اللحام.

6.2 التخزين والتنظيف

• التخزين:ظروف التخزين الموصى بها هي ≤30°C و ≤70% رطوبة نسبية. يجب استخدام مصابيح LED التي تم إخراجها من أكياس الحاجز الرطوبة الأصلية في غضون ثلاثة أشهر. للتخزين لفترات أطول، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو جو نيتروجين.
• التنظيف:استخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل إذا لزم التنظيف.

6.3 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصابيح LED حساسة للكهرباء الساكنة. تشمل احتياطات التعامل استخدام أسوار المعصم والقفازات المضادة للكهرباء الساكنة وضمان تأريض جميع المعدات بشكل صحيح.

7. معلومات التغليف والطلب

تدفق التغليف القياسي كما يلي:

• الوحدة الأساسية:500 أو 250 قطعة لكل كيس حاجز رطوبة مضاد للكهرباء الساكنة.
• الصندوق الداخلي:يحتوي على 10 أكياس، بإجمالي 5,000 قطعة.
• الصندوق الخارجي:يحتوي على 8 صناديق داخلية، بإجمالي 40,000 قطعة.

رقم الجزء المحدد (مثل LTW-2S3D7) يحدد المنتج. يتم وضع علامة رمز مجموعة شدة الإضاءة على كل كيس تغليف.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا الـ LED مناسب لمصابيح المؤشرات العامة، وعروض الحالة، والإضاءة الخلفية للألواح الصغيرة، والإضاءة الزخرفية في الإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، وألواح التحكم الصناعية، وتطبيقات السيارات الداخلية (حيث يتم استيفاء المواصفات البيئية). وهو مخصص للمعدات الإلكترونية العادية.

8.2 اعتبارات تصميم الدائرة الكهربائية

طريقة القيادة:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يُوصىبشدةباستخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي لكل LED (نموذج الدائرة أ). لا يُنصح بتشغيل عدة مصابيح LED على التوازي مباشرة من مصدر جهد (نموذج الدائرة ب) بسبب الاختلافات في الجهد الأمامي (V_F) بين مصابيح LED الفردية، مما قد يتسبب في اختلافات كبيرة في التيار، وبالتالي السطوع.

يمكن حساب قيمة المقاومة التسلسلية باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F، حيث V_Fو I_Fهما نقطتا التشغيل المطلوبتين للـ LED.

8.3 إدارة الحرارة

على الرغم من أن هذا جهاز منخفض الطاقة، فإن الالتزام بحدود تبديد الطاقة القصوى ودرجات حرارة التشغيل أمر بالغ الأهمية لطول العمر. في التطبيقات ذات درجات الحرارة المحيطة العالية أو المساحات المغلقة، تأكد من تدفق هواء كافٍ أو فكر في تخفيض تصنيف تيار التشغيل.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بتقنية أقدم مثل المصابيح المتوهجة، يقدم هذا الـ LED كفاءة أعلى بكثير، وعمر أطول، وتوليد حرارة أقل. داخل سوق الـ LED، فإن عوامل التمييز الرئيسية له هي مزيجه المحدد من شدة الإضاءة العالية (10,000+ ملي كانديلا) من غلاف 5 مم قياسي، وزاوية رؤية ضيقة 15 درجة للضوء الموجه، وهيكل تصنيف محدد جيدًا لاتساق السطوع واللون. يعد الامتثال لـ RoHS متطلبًا قياسيًا ولكنه يظل ميزة حرجة لتصنيع الإلكترونيات الحديث.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: هل يمكنني تشغيل هذا الـ LED مباشرة من مصدر طاقة 5 فولت بدون مقاومة؟
ج:No.من المحتمل أن يؤدي ذلك إلى تدمير الـ LED. الجهد الأمامي حوالي 3.6 فولت. تطبيق 5 فولت سيتسبب في تدفق تيار مفرط، يتجاوز الحد الأقصى لتصنيف التيار المستمر. استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي.

س: ما الفرق بين تيار الذروة الأمامي (100 ملي أمبير) وتيار التيار المستمر الأمامي (30 ملي أمبير)؟
ج: يمكن للـ LED تحمل نبضات قصيرة من تيار أعلى (100 ملي أمبير) ولكن فقط عند دورة عمل منخفضة. للتشغيل المستمر، يجب ألا يتجاوز التيار 30 ملي أمبير. يتسبب تجاوز تصنيف التيار المستمر في حرارة مفرطة وتدهور سريع.

س: لماذا زاوية الرؤية ضيقة جدًا (15°)؟
ج: تم تصميم العدسة الشفافة تمامًا والعاكس الداخلي للشريحة لتجميع الضوء في حزمة مركزة. هذا مثالي للتطبيقات التي يجب فيها رؤية الضوء من اتجاه محدد، مثل مؤشر لوحة يُنظر إليه من الأمام مباشرة.

س: كيف أفسر مجموعات درجة اللون (40، 50، إلخ)؟
ج: تمثل هذه المجموعات مناطق مختلفة على مخطط اللونية CIE. عادةً ما تتوافق الأرقام الأقل (مثل المجموعة 40) مع ضوء أبيض بدرجات حرارة لونية مترابطة (CCT) مختلفة. لمطابقة الألوان بدقة، راجع مخطط اللونية المحدد ونطاقات الإحداثيات المقدمة في ورقة البيانات الكاملة.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم لوحة مؤشر حالة تحتوي على 10 مصابيح LED بيضاء متطابقة. مصدر الطاقة المتاح هو 12 فولت تيار مستمر. الهدف هو تحقيق إضاءة ساطعة وموحدة.

خطوات التصميم:

1. طوبولوجيا الدائرة:لضمان التوحيد، قم بتوصيل مصابيح LED العشرة على التوالي، كل منها بمقاومته الخاصة (أو استخدم مقاومة واحدة بقدرة أعلى للسلسلة بأكملها إذا كانت مجموعات V_Fضيقة). التوصيل على التوازي أكثر خطورة بسبب اختلافات V_F variation.
2. نقطة التشغيل:اختر تيارًا أماميًا (I_F). نقطة آمنة وساطعة هي 20 ملي أمبير، وهي حالة الاختبار وتقع ضمن الحد الأقصى 30 ملي أمبير.
3. حساب الجهد:افترض أسوأ حالة لـ V_Fمن المجموعة 6H: 3.6 فولت. لعشرة مصابيح LED على التوالي، إجمالي V_F= 36 فولت. هذا يتجاوز مصدر 12 فولت، لذا فإن التوصيل التسلسلي لجميع العشرة مستحيل. بدلاً من ذلك، استخدم فرعين متوازيين من 5 مصابيح LED لكل منهما على التوالي.
4. حساب المقاومة لفرع واحد (5 مصابيح LED):
   إجمالي V_F(5 مصابيح LED) = 5 * 3.6 فولت = 18 فولت. هذا بالفعل أعلى من 12 فولت، لذا فإن هذا النهج يفشل أيضًا. إعادة التقييم: مع مصدر طاقة 12 فولت، يمكنك فقط الحصول على عدد قليل من مصابيح LED على التوالي. لثلاثة مصابيح LED على التوالي: V_F= 10.8 فولت. المقاومة R = (12 فولت - 10.8 فولت) / 0.020 أمبير = 60 أوم. الطاقة في المقاومة P = I²R = (0.02^2)*60 = 0.024 واط، لذا فإن مقاومة 1/4 واط قياسية مناسبة. ستحتاج إلى 4 سلاسل من هذا القبيل (3+3+3+1) لصنع 10 مصابيح LED، مع مقاومات مناسبة لكل سلسلة.
5. التنفيذ:يوفر هذا التصميم سطوعًا موحدًا لكل سلسلة ويحمي كل LED بحد التيار الخاص به.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد هذا الـ LED الأبيض على تقنية أشباه الموصلات InGaN. على عكس مصابيح LED البيضاء التقليدية التي تستخدم شريحة زرقاء مع فوسفور أصفر، تحدد ورقة البيانات "InGaN White"، والتي تشير عادةً إلى مبدأ مماثل: شريحة أشباه الموصلات تبعث ضوءًا أزرق. ثم يحفز هذا الضوء الأزرق طبقة من طلاء الفوسفور الأصفر (أو الأصفر والأحمر) داخل الغلاف. ينتج عن مزيج الضوء الأزرق من الشريحة والضوء الأصفر/الأحمر من الفوسفور ضوءًا يظهر أبيضًا للعين البشرية. يحدد المزيج المحدد للفوسفورات درجة الحرارة اللونية المترابطة (CCT) ومؤشر تجسيد اللون (CRI) للضوء الأبيض. تسمح العدسة الشفافة تمامًا بمرور الضوء المختلط بالكامل بأقل تشتت، مما يساهم في زاوية الرؤية الضيقة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يتم دفع تطور تكنولوجيا الـ LED الأبيض من خلال التحسينات المستمرة في الكفاءة (لومن لكل واط)، وجودة اللون (اتساق CRI و CCT)، وخفض التكلفة. بينما تهيمن مصابيح LED ذات التركيب السطحي (SMD) على التصميمات الجديدة بسبب حجمها الأصغر وملاءمتها الأفضل للتجميع الآلي، تظل مصابيح LED للتركيب عبر الثقب مثل غلاف T-1 3/4 هذا ذات صلة في النماذج الأولية، ومشروبات الهواة، وأعمال الإصلاح، والتطبيقات التي تتطلب تركيبًا ميكانيكيًا قويًا أو سطوعًا أعلى من نقطة واحدة من غلاف منفصل. تركز اتجاهات علم المواد على تطوير فوسفورات أكثر كفاءة واستقرارًا، وكذلك استكشاف هياكل أشباه موصلات جديدة لتحسين استخراج الضوء والأداء الحراري. الدافع الأساسي هو نحو حلول إضاءة أكثر استدامة وكفاءة في استخدام الطاقة عبر جميع القطاعات.