SMD RGB LED 19-C47 Datenblatt - 8-Bit PWM-Steuerung - 5V Versorgung - Vollfarben - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der 19-C47 ist ein kompaktes, oberflächenmontierbares Bauteil (SMD), das drei einzelne LED-Chips (Rot, Grün, Blau) mit einem dedizierten 3-Kanal-Konstantstrom-Treiber-IC integriert. Diese Integration ermöglicht eine präzise Farbmischung und -steuerung und macht ihn zu einer Schlüsselkomponente für Anwendungen, die lebendige, programmierbare Vollfarben-Ausgabe erfordern. Sein Hauptvorteil liegt in der Kombination aus einem winzigen Bauraum, vereinfachter externer Schaltungstechnik dank des integrierten Treibers und einer ausgeklügelten 8-Bit-Pulsweitenmodulation (PWM) für jeden Farbkanal.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Integrierter Treiber:Enthält einen 3-Kanal-LED-Treiber mit linearer 8-Bit-PWM-Steuerung, wodurch externe PWM-Controller für die grundlegende Farbmischung entfallen.
• Hohe Farbtiefe:Jeder RGB-Chip kann mit 256 Graustufen (8 Bit) gesteuert werden, was über 16 Millionen mögliche Farben (256^3) ermöglicht.
• Kompaktes SMD-Gehäuse:Deutlich kleiner als herkömmliche LEDs mit Anschlussrahmen, ermöglicht höhere Leiterplattendichte, reduziert die Endproduktgröße und eignet sich für automatisierte Bestückung (Pick-and-Place).
• Konformität:Das Produkt ist bleifrei und entspricht den RoHS-, EU-REACH- und halogenfreien Standards (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Prozesskompatibilität:Entworfen für die Kompatibilität mit Standard-Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötprozessen.

1.2 Zielanwendungen

Diese Komponente ist für Anwendungen konzipiert, die dynamische Vollfarben-Beleuchtung und -Anzeige erfordern.

• Innen- und Außen-Vollfarben-LED-Videodisplays und -Beschilderung.
• Dekorative LED-Lichtbänder und architektonische Beleuchtung.
• Hintergrundbeleuchtung für Instrumententafeln, Schalter und Symbole.
• Statusanzeigen und Hintergrundbeleuchtung in Telekommunikationsgeräten.
• Allgemeine Vollfarben-Beleuchtungsanwendungen.

2. Technische Spezifikationen und detaillierte Analyse

2.1 Absolute Maximalwerte und Betriebsbedingungen

Diese Parameter definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Der Betrieb innerhalb der empfohlenen Bedingungen gewährleistet eine zuverlässige Leistung.

• Versorgungsspannung (VDD):Der absolute Maximalbereich liegt bei +4,2V bis +5,5V. Die empfohlene typische Betriebsspannung beträgt 5,0V. Das Überschreiten von 5,5V kann den internen Treiber-IC beschädigen.
• Eingangsspannung (VIN):Die Logikeingangspins (DIN) müssen zwischen -0,5V und VDD+0,5V gehalten werden. Für eine zuverlässige Erkennung von Logik-High ist eine Spannung von 3,3V typisch, während Logik-Low unter 0,3*VDD liegen sollte (typischerweise 1,5V bei 5V VDD).
• ESD-Schutz:Bewertet für 2000V Human Body Model (HBM). Obwohl dies einen grundlegenden Handhabungsschutz bietet, sind während der Montage dennoch geeignete ESD-Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.
• Temperaturbereiche:Die Betriebstemperatur liegt bei -20°C bis +70°C. Die Lagertemperatur reicht von -40°C bis +90°C. Das Lötprofil ist kritisch: Die Spitzentemperatur beim Reflow-Löten sollte 260°C für 10 Sekunden nicht überschreiten, oder 350°C für 3 Sekunden beim Handlöten.

2.2 DC-Elektrische Eigenschaften

Gemessen bei Ta=25°C, VDD=5V. Diese Eigenschaften definieren das elektrische Verhalten des Bauteils unter statischen Bedingungen.

• Versorgungsstrom (IDD):Der typische Stromverbrauch des Treiber-ICs selbst beträgt 2,5 mA, wenn alle LED-Ausgänge ausgeschaltet sind (PWM-Tastverhältnis 0%). Dies ist der Ruhestrom.
• Logikpegel-Schwellenwerte:Bestätigt die Eingangsspannungspegel: VIH (High) beträgt typischerweise 3,3V, und VIL (Low) ist maximal 0,3*VDD.

2.3 Timing und Datenkommunikationsprotokoll

Das Bauteil verwendet ein serielles Kommunikationsprotokoll, um 24-Bit-Daten zu empfangen (8 Bit für jeden Rot-, Grün- und Blau-Kanal). Das Timing ist entscheidend für eine fehlerfreie Datenübertragung.

• Timing im Hochgeschwindigkeitsmodus:
  • T0H (0-Code, High-Zeit): 300ns ±80ns.
  • T0L (0-Code, Low-Zeit): 900ns ±80ns.
  • T1H (1-Code, High-Zeit): 900ns ±80ns.
  • T1L (1-Code, Low-Zeit): 300ns ±80ns.
  • RES (Reset-Zeit): Muss größer als 50µs Low-Signal sein, um die Daten zu übernehmen.
• Datenformat:24 Bit Daten werden sequentiell für ein einzelnes Bauteil gesendet: typischerweise G7-G0, R7-R0, B7-B0 (die Reihenfolge kann variieren, Protokolldetails prüfen).
• Verkettung:Mehrere Bauteile können in Reihe geschaltet werden. Der DOUT-Pin eines Bauteils speist den DIN-Pin des nächsten. Nach dem Empfang seiner 24 Bits leitet das Bauteil automatisch nachfolgende Bits an DOUT weiter.
• Designhinweise:
  • Ein RC-Filter und ein Pull-Up/Pull-Down-Widerstand (R1, vorgeschlagen 10kΩ bis 100kΩ) auf der Datenleitung werden empfohlen, um die Signalintegrität zu verbessern.
  • Ein 0,1µF-Entkopplungskondensator muss nahe am VDD-Pin platziert werden, um eine stabile Stromversorgung und Störfestigkeit zu gewährleisten.

3. Elektro-optische Eigenschaften und Binning-System

Diese Parameter definieren die Lichtausgabe und Farbeigenschaften der LED-Chips, gemessen bei einem Durchlassstrom (IF) von 5mA und Ta=25°C.

3.1 Optische Leistung

• Lichtstärke (Iv):Die typische Lichtausgabe variiert je nach Farbchip:
  • Rot (RS): 70 mcd (min 28,5, max 180).
  • Grün (GH): 180 mcd (min 140, max 360).
  • Blau (BH): 40 mcd (min 28,5, max 72).
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein weiter Abstrahlwinkel von 120 Grad, geeignet für Anwendungen, die eine breite Lichtverteilung erfordern.
• Wellenlänge:
  • Spitzenwellenlänge (λp): Rot ~632nm, Grün ~518nm, Blau ~468nm.
  • Dominante Wellenlänge (λd): Rot 617,5-629,5nm, Grün 525-540nm, Blau 465-475nm.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):Rot ~20nm, Grün ~35nm, Blau ~25nm.

3.2 Erläuterung des Binning-Systems

Um Farbkonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs basierend auf ihrer Lichtstärke in Bins sortiert. Designer sollten die erforderlichen Bin-Codes für ein einheitliches Erscheinungsbild in einem Array angeben.

• Rot (RS) Bins:N (28,5-45 mcd), P (45-72 mcd), Q (72-112 mcd), R (112-180 mcd).
• Grün (GH) Bins:R2 (140-180 mcd), S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd).
• Blau (BH) Bins:N (28,5-45 mcd), P (45-72 mcd).

Toleranzen:Die Lichtstärke hat eine Toleranz von ±11% und die dominante Wellenlänge eine Toleranz von ±1nm innerhalb eines Bins.

4. Mechanische, Verpackungs- und Montageinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil ist in einem kompakten SMD-Gehäuse erhältlich. Das vorgeschlagene Lötflächenlayout ist ein Ausgangspunkt und sollte für spezifische Fertigungsprozesse optimiert werden.

• Pin-Funktionen:
  1. DOUT:Datenausgang zum Verketten mit dem DIN des nächsten Bauteils.
  2. VDD:Stromversorgungseingang (+5V). Erfordert einen lokalen 0,1µF-Entkopplungskondensator.
  3. DIN:Serieller Dateneingang für PWM-Steuerdaten.
  4. GND:Masseanschluss für Stromversorgung und Daten.

4.2 Löt- und Montagerichtlinien

• Reflow-Profil:Kompatibel mit Standardprofilen mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C für 10 Sekunden.
• Strombegrenzung: Kritisch:Der integrierte Treiber bietet eine Konstantstromregelung für die LEDs basierend auf dem PWM-Eingang. Die externe Versorgungsspannung (VDD) muss jedoch geregelt sein. Eine leichte Überspannung kann einen großen Stromanstieg durch den Treiber und die LEDs verursachen, der zu sofortigem Durchbrennen führt. Eine ordnungsgemäße Spannungsregelung ist unerlässlich.

4.3 Feuchteempfindlichkeit und Lagerung

Dies ist ein feuchteempfindliches Bauteil (MSD).

• Vor dem Öffnen:Lagern Sie den versiegelten feuchtigkeitsdichten Beutel bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
• Nach dem Öffnen:Die "Floor Life" beträgt 168 Stunden (7 Tage) bei ≤30°C und ≤60% RH. Wenn Teile nicht innerhalb dieser Zeit verwendet werden, müssen unbenutzte Teile mit Trockenmittel neu verpackt werden.
• Trocknen (Baking):Wenn die Floor Life überschritten ist oder die Feuchtigkeitsindikatorkarte Feuchtigkeitseintritt anzeigt, ist vor dem Löten ein Trockenvorgang erforderlich, um "Popcorn"-Schäden während des Reflow zu verhindern.

4.4 Verpackungsspezifikationen

• Tape and Reel:Verpackt in 8 mm breitem Band auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen. Jede Spule enthält 2000 Stück.
• Etiketteninformationen:Spulenetiketten enthalten Artikelnummer (P/N), Menge (QTY) und kritische Binning-Codes für Lichtstärke-Rang (CAT), Farbort/Wellenlängen-Rang (HUE) und Durchlassspannungs-Rang (REF).

5. Anwendungsdesign-Überlegungen und FAQs

5.1 Typische Anwendungsschaltung

Eine grundlegende Anwendung umfasst eine geregelte 5V-Stromversorgung, einen Mikrocontroller (MCU) mit einem digitalen I/O-Pin, der das präzise serielle Protokoll erzeugen kann, und die LED. Der I/O-Pin des MCU ist mit dem DIN der ersten LED verbunden. Für mehrere LEDs werden diese in Reihe geschaltet. Ein 0,1µF-Keramikkondensator wird bei jedem Bauteil zwischen VDD und GND platziert. Ein Reihenwiderstand (z.B. 100Ω bis 470Ω) kann in Reihe mit der Datenleitung in der Nähe des MCU geschaltet werden, um Überschwingen zu dämpfen, obwohl das Datenblatt ein RC-Filter vorschlägt.

5.2 Design-Überlegungen

• Stromversorgung:Verwenden Sie eine gut geregelte 5V-Versorgung. Welligkeit und Rauschen können die Farbkonsistenz und Datenintegrität beeinträchtigen.
• Datenleitungsintegrität:Bei langen Kabeln oder vielen Bauteilen in einer Kette kann es zu Signalverschlechterung kommen. Erwägen Sie die Verwendung von Puffer-Chips oder Differenztreibern für eine robuste Kommunikation.
• Thermisches Management:Während der Treiber den Strom regelt, erzeugen die LEDs Wärme. Für Betrieb mit hohem Tastverhältnis oder hohen Umgebungstemperaturen muss ausreichend Kupfer auf der Leiterplatte oder eine Kühlung vorhanden sein, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzwerte zu halten.
• Farbkalibrierung:Aufgrund von Binning-Variationen kann für professionelle Display-Anwendungen ein Farbkalibrierungsschritt unter Verwendung der 8-Bit-PWM-Steuerung erforderlich sein, um einen einheitlichen Weißpunkt und Farbraum über alle Pixel zu erreichen.

5.3 Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

• F: Was ist der maximale Strom pro LED-Kanal?A: Das Datenblatt gibt keinen festen Durchlassstrom (IF) für die LEDs an, wenn sie vom internen Treiber angesteuert werden. Die Lichtausgabe ist bei IF=5mA spezifiziert, was wahrscheinlich der eingestellte Strom des Treibers für jeden Kanal ist. Das Konstantstrom-Design des Treibers schützt die LEDs, aber die absolute maximale VDD-Bewertung darf nicht überschritten werden.
• F: Kann ich diese LED mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?A: Ja. Die Logik-High-Eingangsspannung (VIH) beträgt typischerweise 3,3V, was mit 3,3V-Logik kompatibel ist. Stellen Sie jedoch sicher, dass die VDD-Versorgung für den korrekten Betrieb des LED-Treibers bei 5V bleibt.
• F: Wie viele LEDs kann ich in Reihe schalten?A: Die Grenze wird durch die Datenaktualisierungsrate und die Signalintegrität bestimmt. Jedes Bauteil fügt eine kleine Laufzeitverzögerung hinzu. Für einen 24-Bit-Datenstrom pro Bauteil und eine Ziel-Aktualisierungsrate (z.B. 60Hz) kann die maximale Anzahl berechnet werden. Mit einem 800kbps-Takt können Hunderte von Bauteilen für statische Beleuchtung verkettet werden, aber für Video ist die Anzahl aufgrund der erforderlichen hohen Aktualisierungsraten geringer.
• F: Warum ist ein Entkopplungskondensator zwingend erforderlich?A: Der Treiber-IC schaltet den Strom zu den LEDs mit hohen Frequenzen (PWM). Dies verursacht plötzliche Stromspitzen auf der VDD-Leitung. Der lokale 0,1µF-Kondensator stellt diesen Hochfrequenzstrom lokal bereit, verhindert Spannungseinbrüche, die den IC zurücksetzen oder Flackern verursachen könnten, und reduziert elektromagnetische Störungen (EMI).

6. Technischer Vergleich und Trends

6.1 Abgrenzung zu einfachen LEDs

Der wichtigste Unterscheidungsfaktor des 19-C47 ist sein integrierter Treiber. Im Vergleich zu einer diskreten RGB-LED, die drei externe strombegrenzende Widerstände und einen externen PWM-Controller (z.B. von einem MCU mit drei PWM-Pins) erfordert, vereinfacht dieses Bauteil das Design. Es benötigt nur eine einzige Datenleitung und Stromversorgung, was die Anzahl der MCU-Pins und die Softwarekomplexität für große Arrays drastisch reduziert. Der Kompromiss sind etwas höhere Bauteilkosten und die Notwendigkeit, das serielle Protokoll zu verwalten.

6.2 Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip eines seriell-eingeparallel-ausgegebenen Schieberegisters für die PWM-Daten. Das 24-Bit-Datenwort wird in ein internes Register getaktet. Dieses Register steuert separate 8-Bit-PWM-Generatoren für jede Farbe. Die PWM-Generatoren modulieren die Konstantstromquellen, die die jeweiligen LED-Chips antreiben. Das menschliche Auge integriert die schnellen Ein-/Ausschaltimpulse und nimmt so einen bestimmten Helligkeitswert für jede Grundfarbe wahr, die sich zur endgültigen Farbe mischt.

6.3 Branchentrends

Der Trend bei adressierbaren LEDs geht hin zu höherer Integration, höheren Datenraten und verbesserter Farbleistung. Nachfolger von 8-Bit-PWM (wie dieses Bauteil) verfügen oft über 16-Bit- oder höhere PWM für sanfteres Dimmen und bessere Farbgenauigkeit (Beseitigung von Flackern oder Farbverschiebung bei niedriger Helligkeit). Protokolle werden schneller und robuster (z.B. durch Manchester-Codierung oder Differenzsignalisierung). Es gibt auch einen Trend, globale Helligkeitssteuerung und Temperaturkompensation innerhalb des Treiber-ICs zu integrieren. Der 19-C47 stellt eine ausgereifte, kosteneffektive Lösung für viele Mainstream-Vollfarben-Beleuchtungs- und Display-Anwendungen dar.