مصباح LED أحمر بقطر 3.1 مم - شدة إضاءة 180-400 مكد - جهد 2.4 فولت - طاقة 75 ميغاواط - وثيقة تقنية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED أحمر عالي الكفاءة ومنخفض استهلاك الطاقة، مُحاط بغلاف بقطر 3.1 مم للتركيب عبر الثقب. يستخدم الجهاز شريحة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) كمصدر للضوء، مغلفة داخل عدسة شفافة. تم تصميمه للتركيب المتعدد الاستخدامات على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح ويتميز بتوافقه مع الدوائر المتكاملة بسبب متطلبات التيار المنخفضة. تشمل التطبيقات الرئيسية أضواء المؤشرات العامة عبر مختلف المعدات الإلكترونية حيث تكون هناك حاجة إلى إشارة مرئية موثوقة.

1.1 المزايا الأساسية

• شدة إضاءة عالية:يوفر ناتجًا نموذجيًا يبلغ 400 ملي كانديلا (mcd) عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير، مما يضمن وضوحًا عاليًا.
• كفاءة الطاقة:يتميز بتشتت طاقة منخفض ويعمل بكفاءة عند تيارات التشغيل القياسية.
• مضغوط ومتعدد الاستخدامات:يسمح الغلاف بقطر 3.1 مم بالتكامل المرن في التصميمات المحدودة المساحة.
• توافق السائق:مناسب للتشغيل المباشر من دوائر المنطق منخفضة التيار، مما يبسط تصميم النظام.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تشتت الطاقة (P_D):75 ميغاواط كحد أقصى. هذه هي الطاقة الإجمالية التي يمكن لحزمة LED التعامل معها، وتحسب كـ الجهد الأمامي (V_F) × التيار الأمامي (I_F).
• التيار الأمامي:يجب عدم تجاوز تيار أمامي مستمر (I_F) قدره 30 مللي أمبير. يُسمح بتيار أمامي ذروة أعلى قدره 90 مللي أمبير فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• التخفيض الحراري:يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر خطيًا بمقدار 0.4 مللي أمبير لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة (T_A) فوق 50 درجة مئوية.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي في انهيار الوصلة.
• نطاقات درجة الحرارة:يمكن للجهاز العمل من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية والتخزين من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للأطراف تحمل 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ عند القياس على بعد 1.6 مم من جسم LED.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة (I_V):تتراوح من حد أدنى 180 mcd إلى نموذجي 400 mcd عند I_F= 20mA. يتبع القياس منحنى استجابة العين الضوئي CIE.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):45 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الضوء إلى نصف قيمتها المحورية القصوى.
• الطول الموجي:الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_P) هو نموذجيًا 632 نانومتر. الطول الموجي السائد (λ_d)، الذي يحدد اللون المُدرك، هو نموذجيًا 624 نانومتر. عرض النطاق الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر.
• الجهد الأمامي (V_F):نموذجيًا 2.4 فولت، بحد أقصى 2.4 فولت عند I_F= 20mA.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت.
• السعة (C):نموذجيًا 40 بيكو فاراد مقاسة عند انحياز صفري وتردد 1 ميجاهرتز.

3. شرح نظام التصنيف

يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على المعايير البصرية الرئيسية لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. يحتوي رقم الجزء LTL1CHJETNN على رموز التصنيف.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

الوحدات بالملي كانديلا (mcd) مقاسة عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل حد تصنيف هو ±15%.

• التصنيف HJ:180 mcd (الحد الأدنى) إلى 310 mcd (الحد الأقصى). يشير رقم الجزء إلى أن هذا LED من التصنيف HJ.
• التصنيف KL: 310 mcd إلى 520 mcd.
• التصنيف MN: 520 mcd إلى 880 mcd.

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

الوحدات بالنانومتر مقاسة عند 20 مللي أمبير. التسامح لكل حد تصنيف هو ±1 نانومتر. لا يحدد رقم الجزء تصنيفًا للطول الموجي، لذا يستخدم الجهاز القيمة النموذجية البالغة 624 نانومتر.

• التصنيف H27: 613.5 نانومتر إلى 617.0 نانومتر
• التصنيف H28: 617.0 نانومتر إلى 621.0 نانومتر
• التصنيف H29: 621.0 نانومتر إلى 625.0 نانومتر
• التصنيف H30: 625.0 نانومتر إلى 629.0 نانومتر
• التصنيف H31: 629.0 نانومتر إلى 633.0 نانومتر

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية التي توضح بيانيًا العلاقة بين المعايير الرئيسية. هذه المنحنيات أساسية للتصميم.

• منحنى I-V (التيار مقابل الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. النقطة النموذجية V_Fبقيمة 2.4 فولت عند 20 مللي أمبير هي نقطة على هذا المنحنى.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة التيار، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند ~632 نانومتر وعرض النصف 20 نانومتر، مؤكدًا اللون الأحمر النقي.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد الغلاف

يتم وضع LED داخل غلاف أسطواني بقطر 3.1 مم. تشمل الملاحظات الأبعاد الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات (يتم توفيرها بالبوصة بين قوسين).
• ينطبق تسامح عام قدره ±0.25 مم (±0.010") ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• الحد الأقصى لبروز الراتنج تحت الحافة هو 1.0 مم (0.04").
• يتم قياس تباعد الأطراف عند النقطة التي تخرج فيها الأطراف من جسم الغلاف.

5.2 تحديد القطبية

لمصابيح LED عبر الثقب، تشير الطرف الأطول عادةً إلى الأنود (الموجب). غالبًا ما يُشار إلى الكاثود (السالب) بحافة مسطحة على عدسة LED أو طرف أقصر. يجب الرجوع إلى مخطط ورقة البيانات للعلامة القطبية المحددة لهذا المكون.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 تشكيل الأطراف

• يجب أن يحدث الانحناء على الأقل على بعد 3 مم من قاعدة عدسة LED.
• يجب عدم استخدام قاعدة إطار الطرف كنقطة ارتكاز.
• يجب إجراء التشكيل في درجة حرارة الغرفة وقبلعملية اللحام.
• يجب استخدام الحد الأدنى من قوة التثبيت أثناء تجميع PCB لتجنب الإجهاد الميكانيكي.

6.2 عملية اللحام

• الحفاظ على مسافة لا تقل عن 2 مم من قاعدة العدسة إلى نقطة اللحام.
• تجنب غمر العدسة في اللحام.
• لا تجهد الأطراف بينما LED ساخن من اللحام.
• ظروف اللحام الموصى بها:
  • مكواة اللحام:الحد الأقصى لدرجة الحرارة 300 درجة مئوية، الحد الأقصى للوقت 3 ثوانٍ (مرة واحدة فقط).
  • اللحام بالموجة:التسخين المسبق إلى حد أقصى 100 درجة مئوية لمدة 60 ثانية كحد أقصى؛ موجة اللحام بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى.
• تحذير:يمكن أن تؤدي درجة الحرارة أو الوقت المفرط إلى تشوه العدسة أو فشل كارثي.

6.3 التخزين والتعامل

• التخزين:يوصى ببيئة محيطة لا تتجاوز 30 درجة مئوية و 70% رطوبة نسبية.
• مدة الصلاحية:يجب استخدام مصابيح LED التي تمت إزالتها من العبوة الأصلية في غضون ثلاثة أشهر. للتخزين لفترات أطول، استخدم حاوية محكمة الغلق مع مجفف أو بيئة نيتروجين.
• التنظيف:استخدم المذيبات القائمة على الكحول مثل كحول الأيزوبروبيل إذا لزم الأمر.

7. معلومات التغليف والطلب

7.1 مواصفات التغليف

يتم تعبئة مصابيح LED في أكياس مضادة للكهرباء الساكنة لمنع تلف ESD.

• كيس التعبئة: 1000، 500، أو 250 قطعة لكل كيس.
• الصندوق الداخلي: 10 أكياس تعبئة، بإجمالي 10,000 قطعة.
• الصندوق الخارجي: 8 صناديق داخلية، بإجمالي 80,000 قطعة لكل دفعة شحن. قد لا تكون العبوة الأخيرة في الدفعة ممتلئة.

8. توصيات تصميم التطبيق

8.1 تصميم دائرة التشغيل

مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. لضمان سطوع موحد، خاصة عند توصيل عدة مصابيح LED على التوازي، يجب استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل LED.

• الدائرة الموصى بها (النموذج A):كل LED له مقاومته التسلسلية الخاصة. هذا يعوض عن الاختلافات في الجهد الأمامي (V_F) بين مصابيح LED الفردية، مما يضمن حصول كل منها على نفس التيار وبالتالي إصدار نفس السطوع.
• الدائرة غير الموصى بها (النموذج B):يُحذر من توصيل عدة مصابيح LED على التوازي بمقاومة مشتركة واحدة. يمكن أن تسبب الاختلافات الصغيرة في V_Fاختلالًا كبيرًا في التيار، مما يؤدي إلى سطوع غير متساوٍ.

يتم حساب قيمة المقاومة التسلسلية (R_S) باستخدام قانون أوم: R_S= (V_المصدر- V_F) / I_F. باستخدام القيمة النموذجية V_Fبقيمة 2.4 فولت والتيار المطلوب I_Fبقيمة 20 مللي أمبير مع مصدر 5 فولت: R_S= (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ω. ستكون مقاومة قياسية بقيمة 130Ω أو 150Ω مناسبة.

8.2 الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

مصباح LED حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. التدابير الوقائية إلزامية:

• يجب على الأفراد ارتداء أساور معصم مؤرضة أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة.
• يجب تأريض جميع المعدات ومناضد العمل وأرفف التخزين بشكل صحيح.
• استخدم مؤينًا لتحييد الشحنة الساكنة التي قد تتراكم على العدسة البلاستيكية.
• نفذ قائمة مراجعة للحصول على شهادة ESD للأفراد ولافتات مناسبة في مناطق العمل.

8.3 نطاق التطبيق والتحذيرات

هذا LED مخصص للمعدات الإلكترونية العادية (المكتب، الاتصالات، المنزل). بالنسبة للتطبيقات التي قد يعرض الفشل فيها الحياة أو الصحة للخطر (الطيران، الطبي، أنظمة السلامة)، يلزم استشارة وموافقة محددة قبل الاستخدام. يسلط هذا الضوء على ملاءمة المكون للإشارة العامة ولكن ليس للأدوار الحرجة للسلامة دون مؤهلات إضافية.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يقدم جهاز AlInGaP هذا كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا عند نفس التيار. يمثل الغلاف بقطر 3.1 مم معيارًا صناعيًا شائعًا، مما يضمن توافقًا واسعًا مع تخطيطات PCB الحالية وفتحات الألواح. يوفر نظام التصنيف المفصل للمصممين معايير أداء يمكن التنبؤ بها، وهي ميزة على المكونات غير المصنفة أو المحددة بشكل فضفاض. تشكل مجموعة التحذيرات التطبيقية الشاملة (ESD، اللحام، طريقة التشغيل) الموجودة في ورقة البيانات هذه علامة على مكون موثق جيدًا يهدف إلى ضمان الموثوقية في الميدان.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

10.1 ما المقاومة التي يجب أن أستخدمها مع مصدر 5 فولت؟

للتيار الأمامي النموذجي البالغ 20 مللي أمبير والجهد الأمامي البالغ 2.4 فولت، استخدم مقاومة 130Ω. احسب دائمًا بناءً على جهد مصدرك المحدد والتيار المطلوب.

10.2 هل يمكنني تشغيل عدة مصابيح LED بمقاومة واحدة؟

غير موصى به. استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار منفصلة لكل LED عند التوصيل على التوازي لضمان سطوع موحد.

10.3 لماذا زاوية الرؤية مهمة؟

تشير زاوية الرؤية البالغة 45 درجة إلى شعاع مركز نسبيًا. للإضاءة ذات الزاوية الواسعة، ستكون العدسة المنتشرة أو LED بزاوية رؤية أوسع (مثل 120 درجة) أكثر ملاءمة. هذا LED مثالي للإشارة الاتجاهية.

10.4 كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟

تقل شدة الإضاءة مع زيادة درجة الحرارة. للحصول على سطوع ثابت، ضع في اعتبارك إدارة الحرارة إذا كان LED يعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو عند تيارات عالية. يجب تطبيق عامل التخفيض البالغ 0.4 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 50 درجة مئوية.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم لوحة مؤشرات حالة بعشرة مصابيح LED حمراء متطابقة تظهر "النظام نشط".

خطوات التصميم:

1. مصدر الطاقة:يتوفر خط تيار مستمر منظم بجهد 5 فولت.
2. اختيار التيار:اختر I_F= 20mA لسطوع جيد ضمن الحد الأقصى 30mA.
3. طوبولوجيا الدائرة:قم بتوصيل جميع مصابيح LED العشرة على التوازي بخط 5 فولت.
4. تحديد التيار:ضع مقاومة واحدة بقيمة 130Ω على التوالي مع أنود كل LED فردي.
5. حساب الطاقة:الطاقة لكل LED: P = V_F× I_F≈ 2.4V × 0.02A = 48mW، وهي أقل بكثير من الحد الأقصى 75mW. إجمالي التيار من المصدر: 10 × 20mA = 200mA.
6. التخطيط:تأكد من نصف قطر انحناء الطرف 3 مم ومسافة لحام 2 مم أثناء تصميم PCB. وفر مستوى أرضي مشتركًا وقويًا.
7. التجميع:اتبع ملف تعريف اللحام بالموجة المحدد لمنع التلف الحراري.

يضمن هذا النهج سطوعًا موحدًا عبر جميع المؤشرات وتشغيلًا طويل الأمد موثوقًا.

12. مبدأ التشغيل

مصباح LED هو ديود شبه موصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهده الوصلي (حوالي 2.4 فولت لجهاز AlInGaP هذا)، تتحد الإلكترونات والثقوب داخل المنطقة النشطة لشريحة أشباه الموصلات. تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المادي المحدد لأشباه الموصلات (AlInGaP) الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي يكون في هذه الحالة في الطيف الأحمر (~624 نانومتر طول موجي سائد). تعمل عدسة الإيبوكسي الشفافة على حماية شريحة أشباه الموصلات، وتشكيل حزمة ناتج الضوء (زاوية رؤية 45 درجة)، وتعزيز استخراج الضوء من الشريحة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

يمثل استخدام مادة AlInGaP تقدمًا مقارنة بتقنيات LED الأقدم، حيث يوفر كفاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل. يستمر الاتجاه الصناعي نحو مواد وحزم ذات كفاءة أعلى. بينما تظل المكونات عبر الثقب مثل LED بقطر 3.1 مم حيوية للنماذج الأولية والإصلاح وبعض التطبيقات التي تتطلب تركيبًا ميكانيكيًا قويًا، فقد تحول السوق الأوسع بشكل كبير نحو حزم أجهزة التركيب السطحي (SMD) (مثل 0603، 0805، 3528). تقدم مصابيح LED من نوع SMD مزايا في التجميع الآلي، وتوفير مساحة اللوحة، وإدارة الحرارة. ومع ذلك، تحتفظ مصابيح LED عبر الثقب بأهميتها في البيئات التعليمية، ومشروبات الهواة، والتطبيقات التي يُفضل فيها اللحام اليدوي أو قوة الربط الميكانيكي العالية.