EL3534-RGBISE0391L-AM SMARTLED Datenblatt - Abmessungen 3,5x3,4x1,35mm - Spannung 5V - ISELED-Protokoll - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der EL3534-RGBISE0391L-AM ist eine hochintegrierte, intelligente LED-Komponente für moderne Kfz-Innenraumbeleuchtungssysteme. Er vereint rote, grüne und blaue (RGB) LED-Chips in einem einzigen SMARTLED-Gehäuse mit einem integrierten Treiber-IC, der über das ISELED-Protokoll kommuniziert. Diese Integration vereinfacht das Systemdesign durch Reduzierung externer Bauteile und ermöglicht eine präzise digitale Farbsteuerung und Kalibrierung direkt vom Mikrocontroller aus.

Der Kernvorteil dieses Produkts liegt in der Einhaltung strenger Automobilstandards, einschließlich der AEC-Q102-Qualifikation für die LED und AEC-Q100 für den Treiber-IC. Er ist auf den D65-Weißpunktstandard (CIE x=0,3127, y=0,3290) kalibriert, was eine konsistente und genaue Farbwiedergabe über alle Produktionschargen hinweg gewährleistet – entscheidend für ästhetische Beleuchtungsanwendungen. Der primäre Zielmarkt sind Automobil-OEMs und Tier-1-Zulieferer, die Ambientebeleuchtung, Instrumententafelausleuchtung und andere Innenraumbeleuchtungsfunktionen entwickeln, die dynamischen Farbwechsel und hohe Zuverlässigkeit erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und Farbkennwerte

Die lichttechnische Leistung des Bauteils wird unter spezifischen Testbedingungen charakterisiert, typischerweise bei einer Temperatur der thermischen Lötfläche von 25°C. Die typischen Lichtstärken betragen 410 mcd für Rot (Hauptwellenlänge 620 nm), 880 mcd für Grün (530 nm) und 110 mcd für Blau (468 nm). Bei gleichzeitiger Ansteuerung aller drei Farben zur Erzeugung von Weißlicht beträgt die typische kombinierte Lichtstärke 1400 mcd. Auf diese Lichtstärkemessungen gilt eine Toleranz von ±8 %. Die Toleranz der Hauptwellenlänge beträgt ±1 nm und die der Farbwertkoordinaten ±0,01, was eine enge Farbklassierung sicherstellt.

Das Bauteil bietet einen breiten Abstrahlwinkel von 120 Grad und sorgt so für eine gleichmäßige Ausleuchtung über eine große Fläche. Dies eignet sich für Anwendungen wie Lichtleiter oder Direktbeleuchtung, bei denen eine gleichmäßige Lichtverteilung erforderlich ist.

2.2 Elektrische und Schnittstellenkennwerte

Das Bauteil arbeitet mit einer Nennversorgungsspannung von 5 V (VCC) mit einem empfohlenen Betriebsbereich von 4,5 V bis 5,5 V. Die absolute Maximalspannung beträgt 5,5 V. Die serielle Kommunikationsschnittstelle unterstützt das ISELED-Protokoll. Die Upstream-Verbindung zum Host-Mikrocontroller kann im Single-Ended-Modus für einfache Verbindung betrieben werden, mit einer Datenrate (SIO1_P) von 1,4 bis 2,6 MHz (typisch 2 MHz). Die Downstream-Verbindung zu anderen Geräten in einer Daisy-Chain verwendet einen Differenzialmodus. Das Bauteil erkennt beim Einschalten automatisch den Kommunikationsmodus (Single-Ended oder Differenzial) sowohl auf der Upstream- als auch auf der Downstream-Verbindung.

Die typischen Durchlassströme für jede Farbe bei voller Helligkeit betragen 12,5 mA für Rot, 9,5 mA für Grün und 7 mA für Blau, was einen typischen Gesamtstrom von 26 mA für Weißlicht ergibt. Der Treiber selbst hat einen typischen Standby-Strom von 1,2 mA. Der Power-On-Reset (POR) erfolgt bei einer typischen VCC von 4,2 V, während die Unterspannungsabschaltung (UVLO) bei einer typischen VCC von 3,3 V aktiviert wird, um das Bauteil bei instabiler Stromversorgung zu schützen.

2.3 Thermische und Zuverlässigkeitskennwerte

Das Bauteil ist für eine maximale Sperrschichttemperatur (Tj) von 125°C ausgelegt. Der empfohlene Betriebstemperaturbereich für Umgebung/Lötstelle (Topr/Ts) liegt zwischen -40°C und +110°C, was für automobiltaugliche Komponenten Standard ist. Der Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Lötstelle (Rth JS el) ist mit maximal 120 K/W spezifiziert. Dieser Parameter ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design, um sicherzustellen, dass die LED-Sperrschichttemperatur während des Betriebs innerhalb sicherer Grenzen bleibt.

Hinsichtlich der Zuverlässigkeit ist das Bauteil für einen ESD-Schutz bis 2 kV (Human Body Model) ausgelegt. Es entspricht RoHS, REACH und ist halogenfrei (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500ppm). Es weist zudem eine Schwefelrobustheit der Klasse A0 auf, was für die Langlebigkeit in Automobilumgebungen wichtig ist, wo schwefelhaltige Gase Komponenten korrodieren können. Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) ist 2.

3. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist in einem kompakten Oberflächenmontagegehäuse mit den Abmessungen 3,5 mm Länge, 3,4 mm Breite und 1,35 mm Höhe erhältlich. Das Pad-Layout umfasst 11 Pins. Wichtige funktionale Pins sind: Pin 1 (PRG5) für die Programmier-/Kalibrierspannung (normalerweise mit GND verbunden), Pins 2 & 3 (SIO1_N, SIO1_P) für die Upstream-Serialschnittstelle, Pins 6 & 7 (SIO2_P, SIO2_N) für die Downstream-Serialschnittstelle, Pin 8 (VCC) für die 5-V-Versorgung und Pins 4 & 5 (GND) für Masse. Die Pins 9, 10 und 11 sind jeweils mit den Kathoden der grünen, roten und blauen LEDs verbunden. Eine bemerkenswerte Eigenschaft ist, dass diese LED-Kathodenpins verwendet werden können, um die LEDs unabhängig vom integrierten Treiber-IC zu betreiben, indem ein entsprechender Strompfad angelegt wird. Dies bietet Flexibilität für Tests oder einfache Anwendungen.

4. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil hält einer Reflow-Löttemperatur von 260°C für bis zu 30 Sekunden stand, was mit Standard-Lötzinn-freien (bleifreien) Lötprozessen kompatibel ist. Entwickler sollten das im Datenblatt angegebene typische Anwendungslayout befolgen, um eine optimale elektrische und thermische Leistung zu gewährleisten. Dazu gehören eine korrekte Verlegung der differenziellen Serielleitungen und eine ausreichende thermische Entlastung für das Massepad. Es wird empfohlen, nach dem Einschalten eine Wartezeit von 150 µs einzuhalten, bevor Initialisierungsbefehle an das Bauteil gesendet werden.

5. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

5.1 Typische Anwendungsszenarien

Die primäre Anwendung ist die Kfz-Innenraumbeleuchtung. Dazu gehören Ambientebeleuchtungsstreifen in Türverkleidungen, Fußräumen und der Mittelkonsole; Hintergrundbeleuchtung für Schalter und Bedienelemente; sowie dekorative Akzentbeleuchtung. Das ISELED-Protokoll ermöglicht das Daisy-Chaining mehrerer Bauteile, sodass ein einzelner Mikrocontroller eine lange LED-Kette mit individueller Adressierbarkeit steuern kann, was die Kabelbaumkonstruktion vereinfacht.

5.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Sorgen Sie für eine stabile, rauscharme 5-V-Versorgung, da das Bauteil empfindliche analoge und digitale Schaltkreise enthält. Berücksichtigen Sie den Einschaltstrom beim Hochfahren einer Kette von Bauteilen.
• Thermisches Management:Berechnen Sie die maximale Verlustleistung (P = Vf * If) für den vorgesehenen Anwendungsfall und stellen Sie sicher, dass das Leiterplattendesign einen Weg mit niedrigem Wärmewiderstand zur Wärmeableitung bietet, um die Sperrschichttemperatur unter 125°C zu halten. Die thermische Lötfläche sollte ordnungsgemäß an eine Kupferfläche auf der Leiterplatte gelötet werden.
• Signalintegrität:Für längere Daisy-Chains oder in rauschbehafteten Automobilumgebungen sollten Best Practices für das Verlegen von Differenzialpaaren (SIO2_P/N) befolgt werden, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten.
• Software:Der Host-Mikrocontroller muss den ISELED-Protokollstack implementieren, um die LED-Kette korrekt zu initialisieren, zu adressieren und Farbdaten an sie zu senden.

6. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen diskreten RGB-LEDs mit separaten Treiber-ICs bietet der EL3534-RGBISE0391L-AM eine erhebliche Integration. Der wichtigste Unterscheidungsfaktor ist der eingebaute ISELED-konforme Treiber, der Farbkalibrierung, Gammakorrektur und Kommunikation übernimmt und diese Aufgaben vom Hauptsystem-Mikrocontroller entlastet. Dies führt zu mehreren Vorteilen: Reduzierte Systemstückliste (BOM), vereinfachtes Leiterplattenlayout, garantierte Farbkonsistenz ohne manuelle Binning und einfachere Skalierbarkeit in Daisy-Chain-Konfigurationen. Die in jedem Bauteil gespeicherten integrierten Kalibrierdaten stellen sicher, dass die angeforderte Farbe unabhängig von Fertigungstoleranzen der LEDs genau reproduziert wird.

7. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED mit einem Standard-3,3-V-Mikrocontroller-GPIO verwenden?

A: Die Logikpegel der Serialschnittstelle sind relativ zu ihrer 5-V-Versorgung (VCC) definiert. Für den Single-Ended-Upstream-Modus beträgt VIH min. 1,20 V und VIL max. 1,14 V. Ein 3,3-V-CMOS-Ausgang (typisch ~3,3 V für High) sollte kompatibel sein, aber es ist wichtig, zu überprüfen, ob die tatsächlichen Spannungspegel unter allen Bedingungen den Datenblattspezifikationen entsprechen.

F: Wie erzeuge ich andere Farben außer Rot, Grün, Blau und Weiß?

A: Alle Farben werden durch digitale Steuerung des Pulsweitenmodulations-(PWM)-Tastverhältnisses jedes Rot-, Grün- und Blaukanals über das ISELED-Protokoll erzeugt. Durch das Senden verschiedener RGB-Werte (z. B. 255, 150, 0 für Orange) mischt der integrierte Treiber die Lichtausgabe, um die gewünschte Farbe zu erzeugen.

F: Welchen Zweck hat der PRG5-Pin?

A: Der PRG5-Pin dient der Programmierung oder Werkskalibrierung des internen Treiber-ICs. Für den Normalbetrieb muss er mit Masse (GND) verbunden werden. Wenn er offen bleibt oder falsch angeschlossen wird, kann dies zu unvorhersehbarem Verhalten führen.

F: Wie viele dieser LEDs können in einer Daisy-Chain verbunden werden?

A: Das Datenblatt gibt keine maximale Anzahl an. Die Grenze wird typischerweise durch die Gesamtdatenaktualisierungsrate (Latenz steigt mit der Kettenlänge), die Stromversorgungskapazität und die Fähigkeit des Treibers des ersten Bauteils bestimmt, Daten durch die gesamte Kette ohne Signalverschlechterung korrekt zu übertragen.

8. Praktisches Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf eines Ambientebeleuchtungssystems für eine Autotürverkleidung. Ein einziges Aderpaar (für differenzielle Daten) sowie Stromversorgungs- und Masseleitungen können entlang der Tür verlegt werden. Bis zu 20 EL3534-Bauteile können in einer Daisy-Chain verbunden und physisch hinter einem Lichtleiter platziert werden. Der Host-Mikrocontroller, der sich im Tür- oder Karosseriemodul befindet, sendet einen einzigen Datenstrom. Jede LED in der Kette liest ihre zugewiesenen Farbdaten aus dem Strom. Dies ermöglicht dynamische Effekte wie eine Farbwelle, die sich entlang der Tür bewegt, oder dass alle LEDs die gleiche ausgewählte Farbe anzeigen, bei minimaler Verkabelungskomplexität. Die integrierte Kalibrierung stellt sicher, dass die rote Farbe an der Fahrertür exakt mit der roten Farbe an der Beifahrertür übereinstimmt, selbst wenn die LEDs aus unterschiedlichen Produktionschargen stammen.

9. Einführung in das Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach einem digitalen Kommandoprinzip. Der Host-Mikrocontroller sendet Datenrahmen gemäß dem ISELED-Protokoll. Diese Rahmen enthalten Adressierungsinformationen und Farbdaten (RGB-Werte). Die integrierte Kommunikationseinheit in jedem Bauteil empfängt den Rahmen von der Upstream-Seite. Wenn die Adresse übereinstimmt, verarbeitet die Haupteinheit den Befehl, was typischerweise das Aktualisieren der PWM-Generatoren für die drei LED-Kanäle beinhaltet. Die PWM-Treiber regeln dann den Strom zu den jeweiligen roten, grünen und blauen LED-Chips und steuern so deren Helligkeit. Das Bauteil kann Daten auch an das Downstream-Bauteil weiterleiten, was die Daisy-Chain-Topologie ermöglicht. Die automatische Leitungsmoduserkennung ermöglicht es dem System, sich selbst zu konfigurieren und das erste und letzte Bauteil in der Kette zu identifizieren.

10. Technologietrends und Kontext

Der EL3534-RGBISE0391L-AM repräsentiert den Trend in der Automobilbeleuchtung hin zu größerer Integration und Intelligenz. Der Übergang von einfacher Ein/Aus-Beleuchtung zu dynamischer, personalisierter Ambientebeleuchtung erfordert Komponenten, die digital steuerbar, konsistent und zuverlässig sind. Protokolle wie ISELED wurden speziell für Automobilumgebungen entwickelt, um eine robuste Kommunikation zu gewährleisten. Zukünftige Entwicklungen könnten noch höhere Integrationsgrade umfassen, wie die Integration von Lichtsensoren zur adaptiven Helligkeitsregelung im selben Gehäuse oder die Unterstützung erweiterter Farbräume. Der Fokus bleibt darauf, automobiltaugliche Zuverlässigkeit (AEC-Q) zu erfüllen, die Systemkomplexität zu reduzieren und neue Designmöglichkeiten für Fahrzeuginnenräume zu ermöglichen.