SMD MID Power LED XI3030E Datenblatt - PLCC-2 Gehäuse - 6,8V Max. - 150mA - Weiß - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die XI3030E ist eine oberflächenmontierbare (SMD) Mid-Power-LED in einem PLCC-2-Gehäuse. Sie ist als weiße LED konzipiert und bietet eine Kombination aus hoher Lichtausbeute, hohem Farbwiedergabeindex (CRI), niedrigem Stromverbrauch und einem großen Abstrahlwinkel. Ihre kompakte Bauform macht sie zu einer vielseitigen Komponente, die für ein breites Spektrum an Beleuchtungsanwendungen geeignet ist, bei denen eine zuverlässige und effiziente Lichtabgabe erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile

Die wichtigsten Merkmale, die das Leistungsprofil dieser LED definieren, sind: Hohe Lichtstärke, die eine helle Ausleuchtung gewährleistet; ein großer Abstrahlwinkel von 120 Grad für eine gleichmäßige Lichtverteilung; Konformität mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was sie umweltfreundlich macht; Verwendung des ANSI-Standard-Binnings für konsistente Farb- und Lichtstromcharakteristiken; sowie eine bleifreie (Pb-freie) Bauweise.

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese LED ist als ideale Lösung für verschiedene Beleuchtungssegmente entwickelt. Zu den primären Anwendungsbereichen zählen die Allgemeinbeleuchtung für Wohn- und Gewerberäume, dekorative und Entertainment-Beleuchtung zur Schaffung von Ambienteffekten, Kontrollleuchten an elektronischen Geräten, die Beleuchtung von Schildern und Displays sowie Schalterbeleuchtungen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der wichtigsten Leistungsparameter der LED, wie im Datenblatt unter Standardtestbedingungen (Lötstellen-Temperatur bei 25°C) definiert.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die primären Leistungskennwerte werden bei einem Durchlassstrom (I_F) von 150mA gemessen. Der Lichtstrom (Φ) liegt typischerweise im Bereich von 135 lm bis 195 lm, abhängig von der spezifischen Produktvariante und dem Bin-Code, mit einer angegebenen Toleranz von ±11%. Die Durchlassspannung (V_F) reicht von einem Minimum von 5,4V bis zu einem Maximum von 6,8V, mit einer Toleranz von ±0,1V. Der Farbwiedergabeindex (Ra) hat einen Mindestwert von 70 (für die aufgeführte Standardserie) mit einer Toleranz von ±2. Wichtig ist der spezifizierte R9-Wert (gesättigtes Rot) mit einem typischen Wert von -40, ein kritischer Parameter für Anwendungen, die eine hochwertige Farbwiedergabe erfordern, insbesondere für Rottöne. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt typischerweise 120 Grad.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden am Bauteil auftreten kann. Der maximale Dauer-Durchlassstrom beträgt 180 mA. Ein Spitzen-Durchlassstrom von 300 mA ist unter Impulsbedingungen zulässig (Tastverhältnis 1/10, Impulsbreite 10ms). Die maximale Verlustleistung beträgt 1224 mW. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -40°C bis +85°C betrieben und zwischen -40°C und +100°C gelagert werden. Die maximale Sperrschichttemperatur beträgt 125°C. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zur Lötstelle beträgt 17 °C/W, ein Schlüsselparameter für das Wärmemanagement-Design.

2.3 Lötbedingungen

Die LED ist während der Montage wärmeempfindlich. Für Reflow-Löten ist eine maximale Temperatur von 260°C für 10 Sekunden spezifiziert. Beim Handlöten sollte die Lötspitzentemperatur 350°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden begrenzt werden. Das Bauteil ist auch empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD), weshalb geeignete ESD-Vorkehrungen während der Handhabung erforderlich sind.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Binning-System, um die Konsistenz der wichtigsten Leistungsparameter sicherzustellen. Die Produktnummer selbst kodiert mehrere dieser Bins.

3.1 Dekodierung der Produktnummer

Die Modellnummer XI3030E/LKE-HXXXX68Z15/2T enthält spezifische Codes: \"HXX\" repräsentiert den CRI-Code und die Farbtemperatur, \"XX\" gibt den Mindest-Lichtstrom-Bin an, \"68\" bezeichnet die maximale Durchlassspannung (6,8V) und \"Z15\" spezifiziert den Durchlassstrom (150mA).

3.2 Farbwiedergabeindex (CRI) Binning

Das Datenblatt enthält eine Tabelle, die Einzelbuchstaben-Symbole Mindest-CRI-Werten zuordnet, z.B.: L = 70, Q = 75, K = 80, P = 85, H = 90. Die Standard-Serienfertigungsliste konzentriert sich auf Varianten mit einem Mindest-CRI von 70 (Code L).

3.3 Farbtemperatur (CCT) und Lichtstrom-Binning

Die LED ist in mehreren CCTs von 2200K (Warmweiß) bis 6500K (Kaltweiß) erhältlich. Für jede CCT gibt es spezifische Lichtstrom-Bins. Beispielsweise umfasst die \"Serie für 4000K 165lm\" Produkte mit CCTs von 2200K bis 6500K, jeweils mit einem definierten Mindestlichtstrom (z.B. 135 lm für 2200K, 165 lm für 4000K). Eine leistungsstärkere \"175lm\"-Serie ist ebenfalls für ausgewählte CCTs (2700K bis 6500K) verfügbar. Detaillierte Bin-Bereichstabellen unterteilen den Lichtstrom-Ausgang weiter in kleinere Codes (z.B. 165L5, 170L5), die Mindest- und Maximal-Lichtstromwerte für eine präzise Auswahl spezifizieren.

3.4 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird in 0,2V-Schritten von 5,4V bis 6,8V gebinnt. Die Bin-Codes sind 54B (5,4-5,6V), 56B (5,6-5,8V), ..., bis zu 66B (6,6-6,8V). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, LEDs mit konsistenten Spannungsabfällen für die Stromregelkreis-Auslegung auszuwählen.

3.5 Farbort-Binning

Das Datenblatt enthält einen Abschnitt zum CIE-1931-Farbtafeldiagramm und bietet detaillierte Bin-Bereiche für die Farbortkoordinaten (x, y) für spezifische CCTs, wie z.B. 2200K. Diese Bins (z.B. 22K-A, 22K-B) definieren kleine Vierecke im Farbraumdiagramm, um eine enge Farbkonsistenz innerhalb einer Charge sicherzustellen. Der Referenzbereich für die 2200K-Bins liegt beispielsweise zwischen 2070K und 2320K.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte Datenblattauszug keine grafischen Leistungskurven enthält (wie IV-Kurven, relativer Lichtstrom vs. Temperatur oder spektrale Leistungsverteilung), sind diese für das Design typischerweise kritisch. Basierend auf den angegebenen Parametern lassen sich erwartete Verhaltensweisen ableiten. Die Durchlassspannung steigt leicht mit der Sperrschichttemperatur an. Der Lichtstrom nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab, eine für alle LEDs typische Eigenschaft. Der große 120-Grad-Abstrahlwinkel deutet auf ein lambertisches oder nahezu lambertisches Abstrahlverhalten hin. Für ein präzises Design ist die Konsultation des vollständigen Datenblatts des Herstellers mit diesen Grafiken unerlässlich.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED verwendet ein standardmäßiges PLCC-2 (Plastic Leaded Chip Carrier) Oberflächenmontage-Gehäuse. Die Bezeichnung \"XI3030E\" deutet auf einen Gehäusefußabdruck von etwa 3,0mm x 3,0mm hin. Das Bauteil verfügt über eine weiße LED in Draufsicht. Das Harzmaterial ist wasserklar. Das Chipmaterial ist InGaN (Indiumgalliumnitrid), Standard für die Erzeugung von weißem Licht über einen blauen Chip in Kombination mit einer Phosphorschicht.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Wie in den absoluten Maximalwerten erwähnt, müssen strenge Temperaturprofile eingehalten werden. Für Reflow-Löten sollte eine Spitzentemperatur von 260°C nicht länger als 10 Sekunden überschritten werden. Ein empfohlenes Reflow-Profil mit Aufwärm-, Halte-, Reflow- und Abkühlphasen sollte verwendet werden, um thermische Belastung zu minimieren. Handlöten sollte nach Möglichkeit vermieden werden, ist es jedoch notwendig, muss es schnell und mit Temperaturkontrolle erfolgen. Die Bauteile sind ESD-empfindlich und sollten mit geeigneten Erdungsmaßnahmen gehandhabt werden. Die Lagerung sollte in einer trockenen, kontrollierten Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs erfolgen.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Serienfertigungsliste dient als primärer Bestellleitfaden. Spezifische Produktcodes wie XI3030E/LKE-H4016568Z15/2T können basierend auf der erforderlichen CCT (4000K), dem Mindestlichtstrom (165 lm), dem CRI (70 min) und der Durchlassspannung (6,8V max.) ausgewählt werden. Das Verpackungsformat (Tape and Reel, Menge pro Rolle) ist im Auszug nicht spezifiziert, ist aber für SMD-Bauteile Standard.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese LED eignet sich gut für: LED-Lampen und -Röhren für die Allgemeinbeleuchtung, wo hohe Effizienz und guter CRI wichtig sind; architektonische Akzentbeleuchtung und Bühnenbeleuchtung, die vom großen Abstrahlwinkel profitiert; Hintergrundbeleuchtung für Schalter und Bedienfelder; sowie Beleuchtung für Einzelhandelsdisplays oder Beschilderung.

8.2 Designüberlegungen

Wärmemanagement:Mit einem thermischen Widerstand (R_{th J-S}) von 17°C/W ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend. Die maximale Sperrschichttemperatur von 125°C darf nicht überschritten werden. Das PCB-Layout und eventuelle externe Kühlkörper sollten so ausgelegt werden, dass die Lötstellentemperatur im Betrieb so niedrig wie möglich gehalten wird.
Stromversorgung:Ein Konstantstromtreiber wird für eine stabile Lichtausgabe und lange Lebensdauer empfohlen. Der Nennstrom beträgt 150mA, mit einem absoluten Maximum von 180mA. Der Betrieb bei oder unterhalb des Nennstroms wird für die Zuverlässigkeit empfohlen.
Optisches Design:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel ist dem Gehäuse inhärent. Für engere Strahlwinkel wären Sekundäroptiken (Linsen) erforderlich.
Farbkonsistenz:Nutzen Sie die Binning-Informationen, um für Anwendungen, die ein einheitliches Erscheinungsbild erfordern, LEDs aus denselben Lichtstrom-, Spannungs- und Farbort-Bins auszuwählen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu traditionellen Low-Power-LEDs bietet diese Mid-Power-LED einen deutlich höheren Lichtstrom in einem kompakten Gehäuse und verbessert so die Lumendichte. Der hohe CRI (mit Varianten bis zu 90) unterscheidet sie von Standard-Mid-Power-LEDs, die oft einen CRI im Bereich von 70-80 haben, und macht sie für Anwendungen geeignet, bei denen Farbqualität entscheidend ist. Der spezifizierte R9-Wert, obwohl in der Standardserie negativ, ist ein transparenter Parameter, der es Konstrukteuren ermöglicht, die Eignung für Vollspektrum-Beleuchtung zu bewerten. Der große 120-Grad-Abstrahlwinkel ist ein Schlüsselvorteil gegenüber LEDs mit engeren Strahlen für Flächenbeleuchtungsanwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie hoch ist der tatsächliche Stromverbrauch dieser LED?
A: Die Leistung (P) wird berechnet als Durchlassspannung (V_F) × Durchlassstrom (I_F). Bei einer typischen V_Fvon etwa 6V und einem I_Fvon 150mA beträgt die typische Leistung etwa 0,9W (6V * 0,15A). Die maximale Verlustleistungsbewertung beträgt 1,224W.

F: Kann ich diese LED mit einer 12V-Versorgung betreiben?
A: Nein, nicht direkt. Die LED selbst hat eine Durchlassspannung von ~6V. Ein direkter Anschluss an 12V würde einen übermäßigen Strom und sofortigen Ausfall verursachen. Sie müssen einen Konstantstromtreiber oder eine Schaltung (wie einen Widerstand in Reihe mit einer Spannungsquelle) verwenden, die dafür ausgelegt ist, den Strom auf 150mA zu begrenzen und dabei den Spannungsunterschied zu berücksichtigen.

F: Was bedeutet ein negativer R9-Wert?
A: R9 misst, wie gut eine Lichtquelle ein tiefes Rot wiedergibt. Ein negativer Wert zeigt an, dass die Lichtquelle diese spezifische rote Testfarbe im Vergleich zu einer Referenzlichtquelle tatsächlich weniger gesättigt oder matter erscheinen lässt. Dies ist bei einigen weißen LED-Phosphorsystemen üblich. Für Anwendungen, bei denen lebhafte Rottöne entscheidend sind (z.B. Fleischpräsentation, Einzelhandel), ist die Auswahl einer LED mit einem hohen positiven R9-Wert wichtig.

F: Wie wähle ich zwischen der 165lm- und der 175lm-Serie?
A: Die Wahl hängt vom erforderlichen Lichtstrom und der Effizienz für Ihre Anwendung ab. Die 175lm-Serie bietet bei gleichem Strom (150mA) einen höheren Lumenausgang, was eine höhere Effizienz (Lumen pro Watt) bedeutet. Dies geht oft mit etwas höheren Kosten einher. Wählen Sie basierend auf Ihren Lumenanforderungen und Kostenzielen.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fallbeispiel: Design eines Retrofit-LED-Moduls für einen Einbau-Downlight.
1. Anforderungen:Der Downlight benötigt 800 Lumen, warmweißes (3000K) Licht mit guter Farbwiedergabe (CRI >80), um eine 60W-Halogenlampe zu ersetzen.
2. LED-Auswahl:Aus der Serienfertigungsliste wird die XI3030E/LKE-H3016368Z15/2T gewählt (3000K, 163 lm min, CRI 70). Da jedoch CRI >80 benötigt wird, müsste eine Variante mit einem CRI-Code \"K\" (80 min) oder höher aus dem vollständigen Produktsortiment ausgewählt werden, wahrscheinlich mit einem leicht anderen Lichtstromcode.
3. Mengenberechnung:Um 800 Lumen zu erreichen, wären etwa 5 LEDs (800 lm / 163 lm pro LED) des ausgewählten Typs erforderlich. Unter Berücksichtigung optischer und thermischer Verluste könnten 6-7 LEDs verwendet werden.
4. Thermisches Design:Mit 6 LEDs à ~0,9W beträgt die Gesamtwärme ~5,4W. Eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) mit ausreichenden Wärmedurchgangslöchern und Anschluss an das Downlight-Gehäuse als Kühlkörper würde entworfen, um die Sperrschichttemperatur deutlich unter 125°C zu halten.
5. Elektrisches Design:Ein Konstantstromtreiber, der in der Lage ist, 150mA an eine Reihenschaltung von 6 LEDs (Gesamt-V_f~ 36V) zu liefern, würde ausgewählt. Alternativ könnten zwei parallel geschaltete Reihen à 3 LEDs mit einer anderen Treiberkonfiguration verwendet werden.

12. Funktionsprinzip

Die XI3030E ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Der Kern ist ein Halbleiterchip aus InGaN, der blaues Licht emittiert, wenn elektrischer Strom in Durchlassrichtung durch ihn fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird teilweise von einer auf oder um den Chip aufgebrachten Schicht aus gelbem (und oft rotem/grünem) Phosphor absorbiert. Der Phosphor emittiert Licht bei längeren Wellenlängen (gelb, rot) neu. Die Mischung aus dem nicht absorbierten blauen Licht und dem vom Phosphor emittierten gelben/roten Licht erzeugt zusammen den Eindruck von weißem Licht. Die genauen Anteile von blauer und Phosphor-Emission bestimmen die Farbtemperatur (CCT) des weißen Lichts.

13. Technologietrends

Das Mid-Power-LED-Segment, repräsentiert durch Gehäuse wie PLCC-2 (3030), entwickelt sich weiter. Wichtige Branchentrends sind die kontinuierliche Verbesserung der Lichtausbeute (Lumen pro Watt), getrieben durch bessere Chip-Technologie und Phosphor-Effizienz. Ein starker Fokus liegt auf der Verbesserung der Farbqualität, mit dem Ziel höherer CRI-Werte (90+) und verbesserter R9- und anderer gesättigter Farbindizes (R12, R13, etc.) für Vollspektrum-Beleuchtung. Ein weiterer Trend ist die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter höheren Betriebsströmen und -temperaturen. Darüber hinaus schreitet die Gehäusetechnologie voran, um eine höhere Lichtstromdichte und ein besseres Wärmemanagement bei gleichem Platzbedarf zu ermöglichen. Die Entwicklung präziserer und konsistenterer Binning-Systeme bleibt ebenfalls eine Priorität, um die Serienfertigung von Beleuchtungsprodukten mit ausgezeichneter Farbgleichmäßigkeit zu ermöglichen.