Hoja de especificaciones del LED de potencia media con encapsulado EMC 3020 - 3.0x2.0mm - Voltaje 3.4V - Potencia 0.5W/0.8W - Luz blanca fría/intermedia/cálida - Documento técnico en chino

1. Descripción general del producto

Este documento detalla las especificaciones técnicas y características de rendimiento de la serie 3020 de LEDs de potencia media, encapsulados con avanzado EMC (Epoxy Molding Compound). Esta serie está diseñada específicamente para aplicaciones de iluminación general, logrando un equilibrio óptimo entre eficiencia luminosa, rentabilidad y fiabilidad.

1.1 Posicionamiento del producto y ventajas principales

El LED 3020 se posiciona en el mercado de potencia media, dirigido principalmente a escenarios de aplicación con requisitos estrictos de alto rendimiento y excelente relación costo-eficacia. Sus ventajas clave se derivan de su tecnología de encapsulado y diseño eléctrico.

• Encapsulado EMC de Rendimiento Térmico Mejorado: En comparación con los plásticos PPA o PCT tradicionales, el material EMC posee una conductividad térmica y una resistencia a altas temperaturas superiores, lo que se traduce en un mejor mantenimiento del flujo luminoso y una vida útil más prolongada.
• Alta Eficacia Luminosa y Relación Costo-Rendimiento (lúmenes/dólar): Este producto está diseñado para ofrecer los mejores lúmenes por vatio y lúmenes por dólar de su categoría, siendo ideal para proyectos de iluminación de alto volumen sensibles al costo.
• Flexibilidad de potencia: Aunque está clasificado para la serie de 0.5W, su robusto encapsulado permite un funcionamiento de hasta 0.8W, ofreciendo flexibilidad de diseño para diferentes requisitos de corriente de accionamiento.
• Alta calidad de color: Un índice de reproducción cromática (CRI) mínimo de 80 garantiza una buena fidelidad de color, adecuado para iluminación interior general que requiere precisión de color.
• Potente capacidad de conducción: Admite una corriente directa máxima (IF) de 240 mA y una corriente de pulso (IFP) de 300 mA, adaptable a diversos esquemas de conducción.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones Clave

La versatilidad del LED 3020 lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones de iluminación.

• Luminarias y Bombillas de Reemplazo: Sustituyen directamente las bombillas incandescentes tradicionales, las lámparas fluorescentes compactas o los módulos LED antiguos en bombillas, tubos y downlights.
• Iluminación general: Fuente de luz principal para luminarias residenciales, comerciales e industriales (como paneles de luz, luminarias de rejilla, luminarias de alta bahía).
• Iluminación de retroiluminación: Iluminación para señalización interior y exterior, cajas de luz y paneles decorativos.
• Iluminación arquitectónica y decorativa: Aplicaciones que requieren iluminación focalizada, iluminación de ranuras de luz y otras que necesitan una salida de luz estable y consistencia de color.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Todos los parámetros se miden en condiciones de prueba estándar: corriente directa (IF) = 150mA, temperatura ambiente (Ta) = 25°C, humedad relativa (RH) = 60%.

2.1 Características Fotoeléctricas

Definir los principales indicadores de rendimiento para la salida de luz y el color de los LED.

• Flujo Luminoso: A 150 mA, el rango típico es de 58 lm a 68 lm, dependiendo del bin de temperatura de color correlacionada (CCT). Cada bin también especifica un valor mínimo garantizado. La tolerancia de medición es de ±7%.
• Voltaje directo (VF): A 150 mA, la caída de voltaje típica a través del LED es de 3.4 V, con un rango de 3.1 V (mínimo) a 3.4 V (típico). La tolerancia es de ±0.1 V. Este parámetro es crucial para el diseño del driver y la gestión térmica.
• Ángulo de visión (2θ1/2): El típico ángulo de visión amplio de 110 grados proporciona una distribución de luz amplia y uniforme, ideal para iluminación general.
• Índice de reproducción cromática (CRI/Ra): El Ra mínimo es 80, con una tolerancia de medición de ±2. Esto indica una buena fidelidad del color.
• Corriente inversa (IR): Un máximo de 10 μA a un voltaje inverso (VR) de 5V, lo que indica una buena integridad de la unión.

2.2 Características Eléctricas y Límites Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites operativos que podrían causar daño permanente.

• Corriente directa máxima (IF_max): 240 mA (corriente continua).
• Corriente directa de pulso máxima (IFP_max): es de 300 mA bajo condiciones específicas (ancho de pulso ≤ 100 µs, ciclo de trabajo ≤ 1/10).
• Potencia máxima disipada (PD_max): 816 mW. Esta es la potencia térmica máxima permitida en la unión.
• Tensión inversa máxima (VR_max): 5 V.
• Temperatura de la unión (Tj_max): 115 °C. Temperatura absoluta máxima de la unión del semiconductor.
• Temperatura de funcionamiento y almacenamiento: -40 °C a +85 °C.
• Temperatura de soldadura: Puede soportar 230°C o 260°C durante 10 segundos, compatible con la curva estándar de reflujo sin plomo.

2.3 Características Térmicas

Una gestión térmica efectiva es crucial para el rendimiento y la vida útil.

• Resistencia térmica (Rθ_J-SP): 21 °C/W (típico). Esta es la resistencia térmica desde la unión del LED hasta el punto de soldadura. Un valor más bajo indica una mejor transferencia de calor desde el chip a la placa de circuito. Este parámetro es clave para calcular el aumento de temperatura de la unión en relación con la temperatura del punto de soldadura: ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• Capacidad de resistencia a descargas electrostáticas (ESD): Puede soportar 1000V (modelo de cuerpo humano), con una buena robustez operativa.

3. Descripción del Sistema de Clasificación

Para garantizar la consistencia del color y el brillo en la producción, los LED se clasifican en diferentes rangos. Esta serie adopta un sistema de clasificación multiparamétrico.

3.1 Clasificación de Temperatura de Color y Cromaticidad

Este producto ofrece seis pasos principales de CCT, desde blanco cálido hasta blanco frío, siguiendo la definición de pasos de ENERGY STAR para el rango de 2600K-7000K.

• Modelo y rango de CCT:
  • T3427811C-**AA: Blanco cálido (valor típico 2725K, rango 2580K-2870K)
  • T3430811C-**AA: Blanco cálido (valor típico 3045K, rango 2870K-3220K)
  • T3440811C-**AA: Blanco neutro (valor típico 3985K, rango 3710K-4260K)
  • T3450811C-**AA: Blanco neutro (valor típico 5028K, rango 4745K-5311K)
  • T3457811C-**AA: Blanco frío (valor típico 5665K, rango 5310K-6020K)
  • T3465811C-**AA: Blanco frío (valor típico 6530K, rango 6020K-7040K)
• Estructura de clasificación de cromaticidad (Tabla 5): Cada clasificación de CCT (por ejemplo, 27M5, 30M5) está definida por una elipse en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. La tabla especifica las coordenadas del centro de la elipse (x, y), los semiejes mayor (a) y menor (b), y su ángulo de rotación (Φ). La incertidumbre de medición de las coordenadas cromáticas es de ±0.007.

3.2 Clasificación de flujo luminoso

Dentro de cada clasificación de cromaticidad, los LED se seleccionan adicionalmente según su salida luminosa a 150 mA.

• Código de flujo luminoso: Códigos como E7, E8, E9, F1, F2 representan rangos específicos de lúmenes. Por ejemplo, en la clasificación de cromaticidad 27M5:
  • Código E7: 54 lm (mínimo) a 58 lm (máximo)
  • Código E8: 58 lm a 62 lm
  • Código E9: 62 lm a 66 lm
• Los códigos de flujo luminoso disponibles varían según el bin de cromaticidad; generalmente, los bins de CCT más altos ofrecen códigos de flujo luminoso más altos (por ejemplo, hasta F2: 70-72 lm).

3.3 Clasificación de tensión directa

Los LED también se agrupan según su caída de tensión directa, para simplificar el diseño de la conducción y garantizar un comportamiento uniforme de las cadenas de LEDs cuando se conectan en serie.

• Código de tensión:
  • Código 1: VF = 2.8V a 3.0V
  • Código 2: VF = 3.0V a 3.2V
  • Código 3: VF = 3.2V a 3.4V
• La tolerancia de medición de VF es de ±0.1V.

4. Análisis de curvas de rendimiento

Los gráficos proporcionados ofrecen información clave sobre el comportamiento del LED bajo diferentes condiciones de operación.

4.1 Características IV y Flujo Luminoso Relativo

Figura 3 (IF vs. flujo luminoso relativo): Muestra la relación entre la corriente de conducción y la salida de luz. El flujo luminoso aumenta de forma sublineal con la corriente. Aunque operar a corrientes más altas (por ejemplo, 240 mA) genera una mayor cantidad total de luz, la eficacia luminosa (lúmenes por vatio) generalmente disminuye debido al aumento de las pérdidas térmicas y eléctricas. Los diseñadores deben equilibrar los requisitos de salida con la eficacia luminosa y la carga térmica.

Figura 4 (IF vs. VF): Ilustra la curva IV del diodo. El voltaje directo aumenta con la corriente. Esta curva es crucial para calcular la disipación de potencia (PD = IF * VF) en cualquier punto de operación, lo que afecta directamente el diseño térmico.

4.2 Dependencia de la Temperatura

Figura 6 (Ta vs. flujo luminoso relativo): Muestra el impacto negativo del aumento de la temperatura ambiente/del punto de soldadura en la salida de luz. Cuando la temperatura aumenta de 25°C a 85°C, el flujo luminoso puede disminuir aproximadamente entre un 20% y un 30%. Esto subraya la necesidad de un diseño térmico eficaz del PCB y de disipadores de calor.

Figura 7 (Ta vs. Tensión directa): Muestra que la tensión directa disminuye linealmente con el aumento de la temperatura (aproximadamente -2mV/°C para un LED InGaN típico). Esta característica a veces se puede utilizar para estimar la temperatura de la unión.

Figura 8 (IF máxima vs. Temperatura ambiente): Una curva de reducción de potencia clave. Debe disminuir la corriente directa continua máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente, para evitar superar la temperatura máxima de unión (115°C). Por ejemplo, a una temperatura ambiente de 85°C, la corriente máxima permitida es significativamente inferior a 240 mA.

4.3 Comportamiento espectral y cromático

Figura 1 (Distribución Espectral): Espectro típico de un LED blanco, compuesto por un chip azul y un fósforo. Este gráfico muestra el pico de luz azul del chip y la emisión más amplia del fósforo amarillo. La forma exacta determina el CCT y el CRI.

Figura 5 (Desplazamiento de Ta vs. CIE x, y): Se grafica cómo las coordenadas de cromaticidad cambian con la temperatura a corriente constante. Las coordenadas se desplazan a lo largo de una trayectoria específica. Comprender este desplazamiento es crucial para aplicaciones que requieren una estabilidad de color estricta en un rango de temperaturas.

Figura 2 (Distribución del ángulo de visión): Se confirmó un patrón de emisión casi-Lambertiana asociado con un ángulo de visión de 110 grados, mostrando la variación de la intensidad con respecto al ángulo central.

5. Guía de Aplicación y Consideraciones de Diseño

5.1 Gestión Térmica

Este es el factor más importante para garantizar el rendimiento y la vida útil.

• Diseño de PCB: Utilice una placa MCPCB (metal core PCB) o una placa FR4 estándar con suficientes vías térmicas debajo de la almohadilla térmica del LED para disipar el calor desde el punto de soldadura.
• Cálculo de la temperatura de unión: Monitoree y controle continuamente Tj. Se puede estimar: Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP), donde Tsp es la temperatura medida en el punto de soldadura. Mantenga siempre Tj por debajo de 115°C y, para una mayor vida útil, preferiblemente muy por debajo de este valor.
• Seguir la curva de reducción de potencia: Cumplir estrictamente con la curva de corriente máxima versus temperatura ambiente (Figura 8).

5.2 Propulsión Eléctrica

• Conducción de corriente constante: Utilice siempre un driver LED de corriente constante. Debido al coeficiente de temperatura negativo de VF, el uso de conducción a voltaje constante provocará descontrol térmico y fallo.
• Selección de corriente: Aunque los LED pueden manejar corrientes de hasta 240 mA, operar a corrientes de prueba de 150 mA o menos generalmente proporciona el mejor equilibrio entre eficiencia luminosa, vida útil y carga térmica. Utilice las curvas de la Figura 3 para seleccionar la corriente apropiada correspondiente a la salida de luz deseada.
• Configuración en serie/paralelo: Al conectar múltiples LED en serie, asegúrese de que el voltaje de cumplimiento del driver sea suficiente para la suma de VF de la cadena. Para cadenas en paralelo, utilice limitación de corriente independiente o empareje cuidadosamente los bins de VF para evitar una distribución desigual de la corriente.

5.3 Diseño Óptico

• El amplio ángulo de visión de 110 grados es adecuado para aplicaciones que requieren una iluminación extensa sin necesidad de ópticas secundarias. Para un haz enfocado, se requerirá una lente o reflector apropiado.
• Al mezclar LEDs de diferentes lotes de producción, considere el binning cromático para mantener la uniformidad del color dentro de la luminaria.

5.4 Soldadura y Operación

• Soldadura por reflujo: Compatible con perfiles de soldadura por reflujo sin plomo estándar con una temperatura máxima de 230°C o 260°C y una duración no superior a 10 segundos. Siga las tasas de calentamiento, estabilización y enfriamiento recomendadas para el perfil para evitar tensiones en el encapsulado.
• Medidas de Prevención de ESD: Aunque está clasificado para 1000V HBM, aún se deben seguir las medidas de prevención de ESD estándar (estación de trabajo conectada a tierra, pulsera antiestática) durante la manipulación y el ensamblaje.
• Almacenamiento: Almacenar en un entorno seco y controlado dentro del rango de temperatura especificado (-40°C a +85°C).

6. Comparación y Diferenciación Técnica

Aunque la hoja de especificaciones no proporciona una comparación directa lado a lado con componentes específicos de la competencia, se pueden inferir las ventajas clave de diferenciación de este encapsulado 3020 EMC:

• Comparación entre EMC y encapsulado plástico (PPA/PCT): En comparación con los plásticos estándar, el encapsulado EMC ofrece un rendimiento térmico superior y una mayor resistencia al amarilleamiento/oscurecimiento bajo alta temperatura y exposición a rayos UV. Esto se traduce en un mejor mantenimiento del flujo luminoso (vida útil L70/L90) y una mayor estabilidad del color a lo largo del tiempo.
• Densidad de potencia: Puede funcionar de manera confiable hasta 0.8W en un factor de forma de 3020, ofreciendo una mayor densidad de potencia que muchos LED de potencia media tradicionales, lo que puede reducir la cantidad de LED necesarios para una salida de lúmenes dada.
• Clasificación integral: La clasificación multiparámetro (cromaticidad, flujo luminoso, voltaje) proporciona a los fabricantes una herramienta para lograr una alta consistencia de color y brillo en sus productos finales, un requisito clave para luminarias de alta calidad.

7. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo alimentar este LED continuamente con la corriente máxima de 240 mA?
R: Sí, pero solo si puede garantizar que la temperatura de unión (Tj) se mantenga por debajo de 115°C. Esto requiere una gestión térmica excepcional (una resistencia térmica muy baja desde la unión al ambiente). Para la mayoría de los diseños prácticos, se recomienda operar a una corriente más baja (por ejemplo, 150 mA) para obtener la mejor eficiencia luminosa y fiabilidad.

P: ¿Cuál es el consumo de energía real en el punto de operación típico?
Respuesta: Con IF=150mA y VF=3.4V (valores típicos), la entrada de potencia eléctrica es P = 0.15A * 3.4V = 0.51W (510mW). La diferencia entre este valor y la potencia máxima nominal (816mW) es el margen de diseño térmico.

Pregunta: ¿Cómo se interpreta el código de clasificación "T3450811C-**AA, 50M5, F1, 2"?
Respuesta: Esto especifica un LED de color blanco neutro (5028K típico, clasificación 50M5), con flujo luminoso en el rango F1 (66-70 lm a 150mA) y voltaje directo código 2 (3.0V-3.2V). Los "**" en el número de modelo probablemente representan un código específico de flujo luminoso/voltaje.

Pregunta: ¿Por qué la salida de luz disminuye con el aumento de la temperatura?
Respuesta: Dos razones principales: 1) La disminución de la eficiencia cuántica interna del chip semiconductor a temperaturas más altas. 2) La reducción de la eficiencia de conversión de la capa de fósforo y la posible extinción térmica. Un enfriamiento efectivo puede mitigar esta disminución.

Pregunta: ¿Es necesario un disipador de calor?
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LED 3020 es una fuente de luz sólida basada en la física de semiconductores. Su componente central es un chip fabricado con material de nitruro de galio e indio (InGaN). Cuando se aplica un voltaje directo superior al voltaje umbral del diodo, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa del chip, liberando energía en forma de fotones. En este LED blanco, el chip emite principalmente luz azul. Una capa de fósforo (generalmente YAG:Ce, granate de itrio y aluminio dopado con cerio) se deposita sobre el chip. Parte de la luz azul es absorbida por el fósforo y reemitida como luz amarilla. La luz azul restante se combina con la luz amarilla convertida, produciendo la percepción visual de luz blanca. La proporción precisa entre la luz azul y la amarilla, junto con la composición específica del fósforo, determina la temperatura de color correlacionada (CCT) y las características de reproducción cromática (CRI) de la luz blanca emitida. La función del encapsulado EMC es proteger el delicado chip semiconductor y el fósforo, proporcionar estabilidad mecánica, formar la lente óptica principal y, lo más importante, ofrecer una ruta eficaz para la conducción del calor desde la unión a alta temperatura.

9. Tendencias Tecnológicas

El campo de los LED de potencia media, representado por encapsulados como el 3020, continúa desarrollándose. Las tendencias clave de la industria relacionadas con este producto incluyen:

• Eficacia luminosa en constante aumento: Las mejoras continuas en la epitaxia de chips, la tecnología de fósforos y el diseño de encapsulamiento impulsan constantemente el aumento de lúmenes por vatio, reduciendo así el consumo de energía para el mismo flujo luminoso.
• Mejora de la calidad y consistencia del color: 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• Fiabilidad y vida útil mejoradas: Enfoque en materiales de mejora (como EMC) y procesos de fabricación para aumentar la resistencia al estrés térmico, la humedad y la degradación lumínica, extendiendo así la vida útil L90.
• Miniaturización y mayor densidad de potencia: La tendencia es integrar más salida de luz en encapsulados más pequeños (por ejemplo, de 3528 a 3030 y luego a 2835, o manejar vatios más altos en el mismo tamaño), impulsada por la demanda de luminarias más compactas y elegantes.
• Iluminación inteligente y regulable: Aunque este es un LED blanco estándar, el mercado en general avanza hacia LEDs capaces de ajustar dinámicamente la CCT (blanco regulable) o integrar electrónica de control, aunque estas funciones suelen implementarse a nivel de módulo o sistema, no en el encapsulado de un solo chip.

La serie de LED EMC 3020 se posiciona en este panorama en evolución como un "caballo de batalla" maduro, rentable y confiable, satisfaciendo las necesidades centrales de iluminación general con una base técnica sólida.