LED 3030 Mid-Power Series Datenblatt - 3.0x3.0x?mm - Spannung 6,8V - Leistung 1,3W - Kaltweiß-Neutralweiß-Warmweiß - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen der 3030 Serie Mid-Power LED-Komponenten. Diese für die Allgemeinbeleuchtung konzipierte Serie nutzt ein thermisch optimiertes Epoxidharz-Formstoff-Gehäuse (EMC), das eine optimale Balance aus Lichtausbeute, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit bietet. Die Serie zeichnet sich durch ihre 3,0mm x 3,0mm Baugröße aus und kann mit Leistungen bis zu 1,3W betrieben werden, was sie zwischen klassischen Mid-Power und einfachen High-Power LEDs positioniert.

1.1 Kernvorteile und Positionierung

Der primäre Mehrwert dieser LED-Serie liegt in der Erzielung eines der besten Verhältnisse von Lumen pro Watt (lm/W) und Lumen pro Euro (lm/€) innerhalb der Mid-Power LED-Kategorie. Das EMC-Gehäuse bietet im Vergleich zu Standard-Kunststoffen (PPA oder PCT) eine überlegene Wärmeableitung, was höhere Betriebsströme und eine verbesserte langfristige Lichtstromstabilität ermöglicht. Das Produkt ist für bleifreie Reflow-Lötprozesse geeignet und entspricht damit modernen, umweltbewussten Fertigungsstandards.

1.2 Zielanwendungen

Diese vielseitige LED-Serie ist für ein breites Spektrum an Beleuchtungslösungen entwickelt. Wichtige Anwendungsbereiche sind Retrofit-Lampen zum Ersatz traditioneller Glüh- oder Leuchtstofflampen, allgemeine Umgebungsbeleuchtung für Wohn- und Gewerberäume, Hintergrundbeleuchtung für Innen- und Außenschilder sowie architektonische oder dekorative Beleuchtung, bei der sowohl Leistung als auch ästhetische Farbqualität wichtig sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Alle Parameter werden unter Standardtestbedingungen von Ta = 25°C und 60% relativer Luftfeuchtigkeit gemessen, sofern nicht anders angegeben.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die photometrische Leistung ist bei einem Durchlassstrom (I_F) von 150mA definiert. Die Serie bietet eine Reihe von Farbtemperaturen (CCT) von Warmweiß (2725K) bis Kaltweiß (6530K), alle mit einem minimalen Farbwiedergabeindex (CRI oder Ra) von 80. Typische Lichtstromwerte variieren je nach CCT-Bin und liegen bei 150mA zwischen etwa 107 lm und 120 lm. Die angegebenen Messtoleranzen sind zu beachten: ±7% für den Lichtstrom und ±2 für den CRI. Der dominante Abstrahlwinkel (2Θ1/2) beträgt 110 Grad und bietet eine breite Lichtverteilung, die für die Allgemeinbeleuchtung geeignet ist.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Die typische Durchlassspannung (V_F) beträgt bei 150mA 6,8V mit einer Toleranz von ±0,1V. Der absolute maximale Durchlassstrom beträgt 200mA DC, wobei unter bestimmten Bedingungen (Pulsbreite ≤ 100µs, Tastverhältnis ≤ 1/10) ein gepulster Durchlassstrom (I_FP) von 300mA zulässig ist. Die maximale Verlustleistung beträgt 1360 mW. Ein kritischer thermischer Parameter ist der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (R_{th j-sp}), der typischerweise 17 °C/W beträgt. Dieser niedrige thermische Widerstand ist ein direkter Vorteil des EMC-Gehäuses und ermöglicht eine effiziente Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht.

2.3 Absolute Maximalwerte

Ein Betrieb des Bauteils über diese Grenzen hinaus kann zu dauerhaften Schäden führen. Wichtige Grenzwerte sind: Durchlassstrom: 200 mA; Sperrspannung: 5 V; Sperrschichttemperatur: 115 °C; Betriebstemperaturbereich: -40 bis +85 °C; Lagertemperaturbereich: -40 bis +85 °C. Das Lötprofil darf 230°C oder 260°C nicht länger als 10 Sekunden überschreiten.

3. Erklärung des Binning-Systems

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

3.1 Farb-Binning (CCT)

Das Produkt verwendet eine elliptische Binning-Struktur im CIE 1931-Farbtafeld, die den Energy Star-Anforderungen für den Bereich 2600K bis 7000K entspricht. Sechs primäre Farbcodes sind definiert (z.B. 27M5, 30M5...65M6), jeweils mit einem Mittelpunktskoordinatenpaar (x, y), einer großen Halbachse (a), einer kleinen Halbachse (b) und einem Winkel (Φ). Die Messunsicherheit für die Farbkoordinaten beträgt ±0,007. Dieses enge Binning gewährleistet minimale sichtbare Farbunterschiede innerhalb einer einzelnen Leuchte.

3.2 Lichtstrom-Binning

Innerhalb jedes Farb-Bins werden die LEDs weiter nach ihrer Lichtstromausbeute bei 150mA sortiert. Mehrere Lichtstromklassen sind definiert (z.B. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E), die jeweils einen spezifischen Lumenbereich abdecken (z.B. 94-100 lm, 100-107 lm, usw.). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bins auszuwählen, die den genauen Helligkeitsanforderungen ihrer Anwendung entsprechen.

3.3 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall beim Teststrom sortiert. Während die spezifischen Codewerte und Bereiche in der Datenblatttabelle detailliert sind, hilft dieses Binning bei der Auslegung effizienterer und konsistenterer Treiberschaltungen, insbesondere in Multi-LED-Strings.

4. Analyse der Leistungskurven

4.1 IV-Kennlinie und relativer Lichtstrom

Abbildung 3 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und relativem Lichtstrom. Die Ausgabe ist bis zum maximalen Nennstrom relativ linear, jedoch sollten Konstrukteure beachten, dass die Effizienz (lm/W) bei höheren Strömen typischerweise aufgrund erhöhter thermischer Belastung und des Efficiency Droop abnimmt. Abbildung 4 zeigt die Durchlassspannung in Abhängigkeit vom Strom, was für das Treiberdesign zur Sicherstellung der korrekten Spannungsanpassung wesentlich ist.

4.2 Temperaturabhängigkeit

Die Abbildungen 6 und 7 zeigen die Auswirkungen der Umgebungstemperatur (T_a) auf die Leistung. Die Lichtausbeute nimmt mit steigender Temperatur ab, eine Eigenschaft aller LEDs. Umgekehrt sinkt die Durchlassspannung mit steigender Temperatur. Abbildung 5 zeigt die Verschiebung der Farbkoordinaten (CIE x, y) mit der Temperatur, was für Anwendungen mit stabilen Farbpunkten entscheidend ist. Abbildung 8 liefert eine kritische Konstruktionsgrafik: der maximal zulässige Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur für zwei verschiedene thermische Widerstandsszenarien (R_j-a=35°C/W und 45°C/W). Diese Grafik ist entscheidend für die Bestimmung sicherer Betriebsströme in realen thermischen Umgebungen.

4.3 Spektrale und winklige Verteilung

Abbildung 1 zeigt eine typische spektrale Leistungsverteilung mit einem breiten, durch Phosphor konvertierten Weißlichtspektrum, charakteristisch für eine blaue Pump-LED mit Phosphorbeschichtung. Abbildung 2 stellt die räumliche Intensitätsverteilung (Abstrahlcharakteristik) dar und bestätigt das lambert'sche, breite Strahlprofil, das durch den 110-Grad-Abstrahlwinkel angezeigt wird.

5. Anwendungsrichtlinien und Konstruktionshinweise

5.1 Thermomanagement

Eine effektive Wärmeableitung ist für Leistung und Lebensdauer von größter Bedeutung. Trotz des niedrigen R_{th j-sp}, muss der thermische Pfad vom Lötpunkt zur Umgebung (R_{th sp-a}) durch ein geeignetes Leiterplattendesign (Verwendung von Wärmeleitungen, ausreichende Kupferfläche) und systemseitige Kühlung minimiert werden. Siehe Abbildung 8, um den Betriebsstrom basierend auf der geschätzten T_aund dem systemseitigen R_j-a.

herunterzuregeln.

5.2 Elektrische Ansteuerung_FEin Konstantstromtreiber wird dringend empfohlen, um eine stabile Lichtausgabe und Farbe zu gewährleisten. Der Treiber sollte so ausgelegt sein, dass er innerhalb der absoluten Maximalwerte arbeitet und dabei das Spannungs-Binning sowie Temperatureffekte auf V

berücksichtigt. Für Konstruktionen nahe dem Maximalstrom sollte der Kompromiss zwischen höherer Lichtausbeute und reduzierter Effizienz/Lebensdauer bedacht werden.

5.3 Optische Integration

Der 110-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LEDs für Anwendungen geeignet, die eine breite, diffuse Beleuchtung ohne Sekundäroptik erfordern. Für gerichtete Beleuchtung müssen geeignete Linsen oder Reflektoren ausgewählt werden. Das konsistente Farb- und Lichtstrom-Binning ermöglicht ein einheitliches Erscheinungsbild in Multi-LED-Arrays.

6. Löten und Handhabung

Das Bauteil ist mit Standard-Profilen für bleifreies Reflow-Löten kompatibel. Die maximale Löttemperatur darf 230°C oder 260°C nicht überschreiten, wobei die Expositionszeit über 217°C auf 60 Sekunden und die Zeit bei Spitzentemperatur auf 10 Sekunden begrenzt ist. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, da das Bauteil eine ESD-Festigkeit von 1000V (Human Body Model) aufweist.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal dieser Serie ist die Verwendung eines EMC-Gehäuses im 3030 Mid-Power-Formfaktor. Im Vergleich zu Standard-Kunststoffgehäusen (PPA/PCT) bietet EMC eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und UV-Strahlung, was zu einer besseren Lichtstromstabilität und Farbstabilität über die Lebensdauer des Produkts führt. Dies ermöglicht es, die LED mit höheren Strömen (bis zu 200mA) als typische Mid-Power LEDs zu betreiben und schließt so die Lücke zu Hochleistungsbauteilen, während die Kosten- und optischen Vorteile der Mid-Power-Plattform erhalten bleiben.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie hoch ist der tatsächliche Leistungsverbrauch am typischen Arbeitspunkt?_FA: Bei I_F= 150mA und V

= 6,8V beträgt die typische elektrische Leistung 150mA * 6,8V = 1,02W.

F: Wie wähle ich den richtigen CCT- und Lichtstrom-Bin für mein Projekt?

A: Wählen Sie die CCT (z.B. 3000K Warmweiß, 4000K Neutralweiß, 6500K Kaltweiß) basierend auf der gewünschten Atmosphäre. Wählen Sie einen Lichtstrom-Bin basierend auf der angestrebten Lumenausbeute pro LED unter Berücksichtigung der Binning-Tabellen und Messtoleranzen. Für gleichmäßige Arrays geben Sie einen einzelnen engen Bin für sowohl Farbe als auch Lichtstrom an.

F: Kann ich diese LED dauerhaft mit 200mA betreiben?_{A: Sie können es, aber nur, wenn die Sperrschichttemperatur deutlich unter ihrem Maximum von 115°C gehalten wird. Dies erfordert ein exzellentes Thermomanagement. Siehe Abbildung 8; bei einer Umgebungstemperatur von 85°C beträgt der maximal zulässige Strom für ein System mit R}j-a

=45°C/W nur etwa 89mA. Daher ist ein Betrieb mit 200mA nur in sehr gut gekühlten Umgebungen mit niedriger Umgebungstemperatur möglich.

9. Konstruktions- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Konstruktion eines 1200 lm LED-Lampen-Ersatzes (A19).

Ziel: 1200 lm, 2700K CCT, 120V AC-Eingang.

1. Konstruktionsschritte:LED-Auswahl:

2. Wählen Sie das Modell T3C27821C-**AA (2725K CCT). Wählen Sie einen hohen Lichtstrom-Bin (z.B. 2D oder 2E) für maximale Ausbeute pro LED.Mengenberechnung:

3. Unter der Annahme von 115 lm/LED (typisch für Bin 2D), werden etwa 1200 lm / 115 lm/LED ≈ 11 LEDs benötigt.Elektrische Auslegung:

4. Konfigurieren Sie die 11 LEDs in einer Reihenschaltung. Die Gesamt-Durchlassspannung bei 150mA wäre ~11 * 6,8V = 74,8V. Wählen Sie einen isolierten Konstantstrom-LED-Treiber mit einer Ausgangsspezifikation, die 74,8V, 150mA entspricht.Thermische Auslegung:

5. Die gesamte Verlustleistung beträgt ~1,02W/LED * 11 LEDs = 11,22W. Ein erheblicher Teil davon ist Wärme. Die Lampe muss einen Aluminiumkühlkörper oder Ähnliches enthalten, um die Temperatur am LED-Lötpunkt unterhalb der Entlastungskurve in Abbildung 8 zu halten und so eine lange Lebensdauer und stabile Lichtausbeute zu gewährleisten.Optische Auslegung:

Der breite 110-Grad-Strahlwinkel kann für omnidirektionale Lampenanwendungen ausreichend sein. Eine Diffusorabdeckung würde verwendet werden, um die mehreren Punktlichtquellen zu einem gleichmäßigen Lichtschein zu verschmelzen.

10. Technische Prinzipien und Trends

10.1 Funktionsprinzip

Es handelt sich um eine phosphorkonvertierte weiße LED. Das Kernelement ist eine blaue InGaN (Indiumgalliumnitrid) Leuchtdiode. Ein Teil des blauen Lichts wird von einer mit Cer dotierten Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) Phosphorschicht absorbiert, die es als breitbandiges gelbes Licht wieder emittiert. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des konvertierten gelben Lichts führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Das Verhältnis von blauem zu gelbem Licht, gesteuert durch Phosphorzusammensetzung und -dicke, bestimmt die Farbtemperatur (CCT).

10.2 Branchentrends