LED 3030 Mid-Power EMC-Gehäuse Spezifikation - 3.0x3.0x?mm - Spannung 6.8V - Leistung 1.3W - Kaltweiß-Neutralweiß-Warmweiß - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer Serie von Mid-Power LEDs mit einem 3030-Fußabdruck und einem Gehäuse aus Epoxid-Formmasse (EMC). Diese Serie, die für hohe Effizienz und Kosteneffizienz entwickelt wurde, stellt eine robuste Lösung für ein breites Spektrum von Allgemein- und Dekorationsbeleuchtungsanwendungen dar. Das EMC-Material bietet im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen eine überlegene Wärmeableitung und ermöglicht so einen zuverlässigen Betrieb bei höheren Leistungsstufen.

Die zentralen Vorteile dieser Produktlinie umfassen eines der besten Lumen-pro-Watt- und Lumen-pro-Euro-Verhältnisse im Mid-Power-Segment. Sie wurde entwickelt, um die Lücke zwischen Mid-Power- und High-Power-Anwendungen zu schließen, mit einer maximalen Verlustleistung von 1,36W und einem empfohlenen maximalen Betriebsstrom von 200mA. Die LEDs sind in einer Reihe von korrelierten Farbtemperaturen (CCT) von Warmweiß (2725K) bis Kaltweiß (6530K) erhältlich, alle mit einem minimalen Farbwiedergabeindex (CRI) von 80, was eine gute Farbqualität für beleuchtete Räume gewährleistet.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Wärmetechnisch optimiertes EMC-Gehäuse:Das Gehäusedesign bietet eine ausgezeichnete Wärmeableitung, verbessert die Lebensdauer und erhält die Lichtstromstabilität.
• Hohe Leistungsfähigkeit:Geeignet für Anwendungen bis zu 1,3W und verwischt die Grenze zwischen Mid-Power- und High-Power-LEDs.
• Hoher Betriebsstrom:Unterstützt einen maximalen Dauer-Durchlassstrom (IF) von 200mA, was einen höheren Lichtstrom ermöglicht.
• Hohe Farbqualität:Ein minimaler CRI von 80 über alle CCT-Bins hinweg sorgt für eine präzise und ansprechende Farbwiedergabe.
• Bleifrei und reflowtauglich:Konzipiert für die Verwendung mit bleifreiem Lot und standardmäßigen Oberflächenmontage- (SMT) Reflow-Prozessen.

2. Analyse der technischen Parameter

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die primären Leistungsdaten werden unter Standardtestbedingungen von IF = 150mA und Ta = 25°C gemessen. Der Lichtstrom variiert je nach Farb-Bin, mit typischen Werten von etwa 119 lm bis 131 lm. Ein großer Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 110 Grad gewährleistet eine breite, gleichmäßige Ausleuchtung. Die Durchlassspannung (VF) bei 150mA hat einen typischen Wert von 6,8V mit einer Toleranz von ±0,1V. Es ist entscheidend, die angegebenen Messtoleranzen zu beachten: ±7% für den Lichtstrom und ±2 für den CRI (Ra).

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 200mA, wobei unter bestimmten Bedingungen (Pulsbreite ≤ 100µs, Tastverhältnis ≤ 1/10) ein gepulster Durchlassstrom (IFP) von 300mA zulässig ist. Die maximale Verlustleistung beträgt 1360 mW. Der thermische Widerstand von Sperrschicht zu Lötpunkt (Rth j-sp) beträgt 14 °C/W, ein Schlüsselparameter für das Wärmemanagement-Design. Das Bauteil kann innerhalb eines Temperaturbereichs von -40°C bis +85°C betrieben und gelagert werden, mit einer maximalen Sperrschichttemperatur (Tj) von 115°C.

2.3 Lötvorschriften

Die LED ist für Reflow-Lötung ausgelegt. Die maximale Löttemperatur sollte 230°C oder 260°C nicht überschreiten, wobei die Verweilzeit bei Spitzentemperatur auf 10 Sekunden begrenzt ist. Die Einhaltung dieser Profile ist wesentlich, um Gehäuseschäden oder eine Verschlechterung der internen Komponenten zu verhindern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonstanz in der Produktion sicherzustellen, werden die LEDs in Bins sortiert.

3.1 Farb- (CCT) Binning

Das Produkt verwendet eine Energy-Star-konforme Binning-Struktur für CCTs zwischen 2600K und 7000K. Sechs Haupt-Bins sind definiert (27M5, 30M5, 40M5, 50M5, 57M6, 65M6), die jeweils einer spezifischen Nenn-CCT und einem definierten Ellipsenbereich im CIE-1931-Farbtafeldiagramm entsprechen. Die Mittelpunktskoordinaten (x, y), Ellipsenradien (a, b) und der Winkel (Φ) für jedes Bin sind präzise spezifiziert, mit einer Messunsicherheit der Farbkoordinaten von ±0,007.

3.2 Lichtstrom-Binning

Innerhalb jedes Farb-Bins werden die LEDs weiter nach ihrem Lichtstrom bei 150mA sortiert. Die Lichtstromklassen werden durch Codes bezeichnet (z.B. 2C, 2D, 2E, 2F, 2G), die jeweils einen minimalen und maximalen Lichtstrombereich repräsentieren. Beispielsweise deckt im Farb-Bin 27M5 der Code 2C 107-114 lm ab, 2D deckt 114-122 lm ab und 2E deckt 122-130 lm ab. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile basierend auf präzisen Helligkeitsanforderungen auszuwählen.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

Während die detaillierte Tabelle für das Spannungs-Binning im bereitgestellten Inhalt nicht vollständig extrahiert ist, ist es gängige Praxis, LEDs nach ihrer Durchlassspannung (VF) bei einem bestimmten Strom zu gruppieren. Dies hilft bei der Entwicklung konsistenterer Treiberschaltungen und beim Management der Leistungsverteilung in Arrays.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV- und Lichtstromkennlinien

Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und relativem Lichtstrom. Der Lichtstrom steigt mit dem Strom, zeigt aber bei höheren Strömen einen sublinearen Trend, wahrscheinlich aufgrund zunehmender thermischer Effekte und des Efficiency Droop. Abbildung 4 stellt die Durchlassspannung (VF) in Abhängigkeit vom Durchlassstrom (IF) dar und zeigt die typische Diodenkennlinie.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Abbildungen 6 und 7 veranschaulichen den Einfluss der Umgebungstemperatur (Ta) auf die Leistung. Mit steigender Temperatur nimmt der relative Lichtstrom ab (Abbildung 6), während auch die Durchlassspannung abnimmt (Abbildung 7). Abbildung 5 zeigt die Verschiebung der Farbkoordinaten (CIE x, y) mit der Temperatur, was für Anwendungen mit stabilen Farbpunkten entscheidend ist. Abbildung 8 ist für das Design von zentraler Bedeutung: Sie stellt den maximal zulässigen Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur für zwei verschiedene thermische Widerstandsszenarien (Rj-a=35°C/W und 45°C/W) dar. Dieses Diagramm definiert die notwendige Stromreduzierung bei steigender Umgebungstemperatur, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

4.3 Spektrale und Winkelverteilung

Abbildung 1 stellt die relative spektrale Leistungsverteilung dar, welche die Farbqualität definiert. Abbildung 2 zeigt die Abstrahlcharakteristik bzw. das Strahlungsdiagramm und bestätigt den 110-Grad-Abstrahlwinkel.

5. Anwendungsrichtlinien

5.1 Zielanwendungen

• Retrofit-Lampen:Direkter Ersatz für traditionelle Glüh-, Halogen- oder Kompaktleuchtstofflampen in Leuchten.
• Allgemeinbeleuchtung:Primärbeleuchtung für Wohn-, Geschäfts- und Industrieräume.
• Hintergrundbeleuchtung:Für Innen- und Außenschilder sowie Anzeigetafeln.
• Architektur-/Dekorationsbeleuchtung:Akzentbeleuchtung, Lichtnischen und andere ästhetische Lichtinstallationen.

5.2 Designüberlegungen

Wärmemanagement:Der thermische Widerstand von 14 °C/W erfordert einen effektiven Wärmeleitpfad von den Lötpads zu einem Kühlkörper. Verwenden Sie Abbildung 8, um den geeigneten Betriebsstrom für die maximal erwartete Umgebungstemperatur Ihrer Anwendung zu bestimmen. Das Überschreiten der Maximalwerte, insbesondere Tj, wird die Lebensdauer und Zuverlässigkeit erheblich reduzieren.

Elektrisches Design:Die Treiberauswahl muss den typischen VF von 6,8V bei 150mA berücksichtigen. Für Konstantstrombetrieb muss der Ausgangsstrom des Treibers dem gewünschten Arbeitspunkt entsprechen (z.B. 150mA oder niedriger für bessere Effizienz/Lebensdauer). Berücksichtigen Sie das Durchlassspannungs-Binning, um den Strom in parallel geschalteten Strängen auszugleichen.

Optisches Design:Der 110-Grad-Abstrahlwinkel eignet sich für breite, diffuse Beleuchtung. Für fokussiertere Lichtkegel sind Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.

6. Technischer Vergleich und Trends

Diese 3030 EMC LED-Serie positioniert sich im wettbewerbsintensiven Mid-Power-Markt. Ihr Hauptunterscheidungsmerkmal ist die Verwendung von EMC-Gehäusen, die im Vergleich zu den in vielen Mid-Power-LEDs verwendeten Standard-PPA- oder PCT-Kunststoffen typischerweise eine bessere Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegen Vergilbung unter hoher Temperatur/UV-Belastung bieten. Dies ermöglicht es, sie bei höheren Strömen (bis zu 200mA) zu betreiben, während die Zuverlässigkeit erhalten bleibt, und bietet effektiv eine höhere Leistungsdichte.

Der Trend in der LED-Gehäusetechnik geht weiterhin in Richtung Materialien und Designs, die die thermische Leistung verbessern und eine höhere Lichtstromdichte aus kleineren Gehäusen ermöglichen. EMC- und Keramikgehäuse stehen bei diesem Trend für Mid-Power- und High-Power-Bauteile an vorderster Front. Der Fokus auf hohe lm/$ und lm/W, wie für dieses Produkt hervorgehoben, bleibt der primäre Treiber für die breite Markteinführung in der Beleuchtung.

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Wie hoch ist der tatsächliche Leistungsverbrauch am typischen Arbeitspunkt?

A: Unter den Testbedingungen IF=150mA und VF=6,8V (typisch) beträgt die elektrische Leistung P = I*V = 0,15A * 6,8V = 1,02W.

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 200mA betreiben?

A: Ja, das ist möglich, aber Sie müssen sicherstellen, dass die Sperrschichttemperatur (Tj) 115°C nicht überschreitet. Dies erfordert ein ausgezeichnetes Wärmemanagement (niedriger thermischer Widerstand von der Sperrschicht zur Umgebung). Siehe Abbildung 8, um zu sehen, wie der maximal zulässige Strom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt.

F: Was bedeutet das \"M5\" oder \"M6\" im Farb-Bin-Code (z.B. 27M5)?

A: Diese Codes beziehen sich auf spezifische Ellipsenbereiche im CIE-Farbtafeldiagramm, die durch die ANSI C78.377- oder Energy-Star-Standards definiert sind. Die Zahl (27, 30, usw.) bezieht sich auf die Nenn-CCT (z.B. 2700K, 3000K). Der Buchstabe und die Zahl (M5, M6) definieren die Größe und Lage des Farbtoleranzellipsenbereichs um diesen Nennpunkt.

F: Welchen Vorteil bietet das EMC-Gehäuse für mein Design im Vergleich zu einem Kunststoffgehäuse?

A: Das EMC-Material hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Wärme vom LED-Chip effizienter zur Platine und zum Kühlkörper abgeführt werden kann. Dies führt bei gleichem Betriebsstrom zu einer niedrigeren Betriebssperrschichttemperatur, was die Lebensdauer erhöht, einen höheren Lichtstrom aufrechterhält und in gut gekühlten Designs ein potenzielles Übersteuern ermöglicht.

8. Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwicklung eines 1200 lm LED-Leuchtmittelersatzes (A19-Form)

Eine typische 60W-Glühlampen-äquivalente LED-Lampe erzeugt etwa 800 Lumen. Um eine hellere 100W-Äquivalent (~1600 lm) zu entwickeln, könnte ein Konstrukteur diese 3030-LED verwenden.

Designberechnung:Um 1600 lm mit LEDs zu erreichen, die einen typischen Lichtstrom von 124 lm haben (z.B. aus dem 30M5-Bin bei 150mA), werden etwa 13 LEDs benötigt (1600 / 124 ≈ 12,9). Diese würden auf einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) innerhalb der Lampe zur Wärmeableitung angeordnet. Der Betrieb aller 13 in Reihe würde eine Treiberausgangsspannung von ~13 * 6,8V = 88,4V erfordern, was hoch ist. Ein praktischerer Ansatz wären zwei parallel geschaltete Stränge mit jeweils 6-7 LEDs, was einen Treiber mit einer niedrigeren Spannung, aber der doppelten Stromstärke erfordert. Die Gesamtleistung würde etwa 13 * 1,02W = 13,3W betragen, was eine hohe Effizienz demonstriert. Das thermische Design muss sicherstellen, dass die Basistemperatur der Lampe, welche die Umgebungstemperatur für die LED-Platine ist, innerhalb der durch Abbildung 8 definierten Grenzen bleibt, um einen Betrieb mit 150mA zu ermöglichen.