Ficha Técnica LED de Potencia Media 3020 - Dimensiones 3.0x2.0mm - Voltaje 3.4V - Potencia 0.5W - Blanco Frío/Neutro/Cálido - Documento Técnico en Español

Vista General del Producto

La serie 3020 representa una solución LED de potencia media de alto rendimiento diseñada para aplicaciones de iluminación general. Utilizando un encapsulado de compuesto epoxi moldeado con mejora térmica (EMC), este LED ofrece un excelente equilibrio entre eficacia luminosa, fiabilidad y rentabilidad. Su posicionamiento principal está en los mercados de renovación e iluminación general, dirigido a aplicaciones donde son primordiales tanto un alto flujo luminoso por dólar como una buena calidad de color. Sus ventajas principales incluyen una de las mejores relaciones lúmenes por vatio y lúmenes por dólar de su clase, un encapsulado robusto capaz de manejar hasta 0.8W y un índice de reproducción cromática (IRC) alto de 80 o superior. El mercado objetivo abarca una amplia gama de soluciones de iluminación, desde reemplazos directos de lámparas tradicionales hasta iluminación arquitectónica y decorativa.

Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento electro-óptico se especifica en una condición de prueba estándar de 150mA de corriente directa (IF) y una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. La familia de productos ofrece Temperaturas de Color Correlacionadas (CCT) que van desde Blanco Cálido (2580K-3220K) hasta Blanco Frío (5310K-7040K). Para una variante típica de Blanco Neutro (ej., T3450811C), el flujo luminoso puede alcanzar hasta 68 lúmenes. Una característica clave es el Índice de Reproducción Cromática (IRC o Ra) mínimo garantizado de 80 en todos los bins, asegurando una buena fidelidad de color. La distribución espacial de la luz se caracteriza por un amplio ángulo de visión (2θ1/2) de 110 grados, proporcionando una iluminación uniforme. Es importante tener en cuenta las tolerancias de medición especificadas: ±7% para el flujo luminoso y ±2 para el IRC.

Parámetros Eléctricos y Térmicos

Las características eléctricas definen los límites operativos. El voltaje directo típico (VF) es de 3.4V a 150mA, con una tolerancia de ±0.1V. Los valores máximos absolutos son críticos para un diseño fiable: la corriente directa continua máxima (IF) es de 240mA, permitiéndose una corriente pulsada (IFP) de 300mA bajo condiciones específicas (ancho de pulso ≤ 100µs, ciclo de trabajo ≤ 1/10). La disipación de potencia máxima (PD) es de 816mW. La gestión térmica se facilita con una baja resistencia térmica (Rth j-sp) de 21°C/W (unión a punto de soldadura), esencial para mantener el rendimiento y la longevidad. La temperatura máxima permitida en la unión (Tj) es de 115°C.

Explicación del Sistema de Binning

Binning de Longitud de Onda / Temperatura de Color

La consistencia del color del LED se controla mediante una estructura de binning precisa basada en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. El sistema utiliza bins elípticos definidos por un punto central (coordenadas x, y), un semieje mayor (a), un semieje menor (b) y un ángulo de rotación (Φ). Por ejemplo, el bin 40M5 para Blanco Neutro tiene su centro en (0.3825, 0.3798). El binning para temperaturas de color entre 2600K y 7000K sigue el estándar Energy Star, asegurando una consistencia de color ajustada para aplicaciones que requieren luz blanca uniforme. La incertidumbre de medición para las coordenadas de color es de ±0.007.

Binning de Flujo Luminoso

La salida luminosa también se categoriza en bins para garantizar el rendimiento. Cada bin de color (ej., 27M5, 30M5) se subdivide a su vez en rangos de flujo luminoso identificados por códigos como E7, E8, F1, etc. Por ejemplo, dentro del bin de color 30M5, un LED con código de flujo F1 tendrá un flujo luminoso entre 66 y 70 lúmenes a 150mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar LEDs con una salida de luz predecible para las necesidades específicas de su aplicación.

Binning de Voltaje Directo

Para ayudar en el diseño de circuitos y el emparejamiento de corriente, especialmente en matrices de múltiples LEDs, el voltaje directo se clasifica en tres rangos: Código 1 (2.8V - 3.0V), Código 2 (3.0V - 3.2V) y Código 3 (3.2V - 3.4V). Esto ayuda a predecir los requisitos de la fuente de alimentación y a gestionar las cargas térmicas de manera más efectiva.

Análisis de Curvas de Rendimiento

Características Corriente-Voltaje (I-V) y Corriente-Flujo Luminoso (I-Φ)

La Figura 3 ilustra la relación entre la corriente directa y el flujo luminoso relativo. La salida es casi lineal hasta la corriente de operación recomendada, mostrando una buena eficiencia. La Figura 4 muestra la curva de voltaje directo versus corriente, esencial para el diseño del driver. El coeficiente de temperatura positivo del voltaje es evidente, lo que significa que VF disminuye al aumentar la temperatura, un comportamiento típico de los LEDs.

Dependencia de la Temperatura

La variación del rendimiento con la temperatura es un factor de diseño crítico. La Figura 6 muestra que el flujo luminoso relativo disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente (Ta), destacando la importancia de la gestión térmica para mantener la salida de luz. La Figura 7 demuestra la disminución del voltaje directo con el aumento de la temperatura. La Figura 8 proporciona una curva de reducción de la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente, crucial para garantizar la fiabilidad bajo diferentes condiciones de operación.

Distribución Espectral y Angular

La Figura 1 proporciona la distribución espectral de potencia relativa, que define la calidad del color y la CCT. La Figura 2 representa la distribución del ángulo de visión (patrón de radiación espacial), confirmando el amplio ángulo de haz de 110 grados para una iluminación uniforme.

Desviación del Color con la Temperatura

La Figura 5 traza el desplazamiento de las coordenadas de cromaticidad CIE x, y con el aumento de la temperatura ambiente (de 25°C a 85°C). Esta información es vital para aplicaciones donde se requiere estabilidad del color en función de la temperatura.

Directrices de Soldadura y Montaje

El LED es compatible con procesos de soldadura por reflujo sin plomo. La temperatura máxima absoluta para la soldadura es de 230°C o 260°C durante un máximo de 10 segundos. Es imperativo seguir el perfil de reflujo recomendado para evitar daños térmicos en el encapsulado EMC y en el chip interno. El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C, y el rango de temperatura de almacenamiento es idéntico. Se debe tener cuidado de no exceder los valores máximos absolutos durante la operación, ya que esto puede causar daños irreversibles al LED.

Recomendaciones de Aplicación

Escenarios de Aplicación Típicos

La ficha técnica identifica varias aplicaciones clave: renovación de lámparas tradicionales (como incandescentes o CFL), iluminación general interior y exterior, retroiluminación para letreros interiores/exteriores e iluminación arquitectónica/decorativa. La combinación de alta eficacia, buen IRC y un amplio ángulo de haz lo hace adecuado para estos diversos usos.

Consideraciones de Diseño

Los diseñadores deben prestar mucha atención a la gestión térmica. Utilizando el valor de resistencia térmica proporcionado (21°C/W), se debe calcular un disipador de calor adecuado para mantener la temperatura de la unión por debajo de 115°C en las peores condiciones de operación. Se debe seguir la curva de reducción de corriente (Fig. 8) para aplicaciones con alta temperatura ambiente. Para una salida de luz constante, se recomienda un driver de corriente constante sobre uno de voltaje constante. Al diseñar matrices de múltiples LEDs, considere usar LEDs de los mismos bins de voltaje y flujo para asegurar un brillo uniforme y un reparto de corriente equitativo.

Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs tradicionales de potencia media en encapsulados plásticos, el encapsulado EMC ofrece un rendimiento térmico significativamente mejor, permitiendo corrientes de accionamiento y disipación de potencia más altas (hasta 0.8W) manteniendo la fiabilidad. Esto se traduce en un mayor flujo luminoso desde un encapsulado de tamaño similar. El IRC garantizado de 80+ proporciona una ventaja competitiva en aplicaciones donde la calidad del color es importante, en comparación con ofertas estándar con IRC más bajo. El amplio ángulo de visión de 110 grados es ventajoso para aplicaciones que requieren una iluminación amplia y uniforme sin ópticas secundarias.

Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

Caso Práctico de Uso

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

Introducción al Principio de Funcionamiento

Los Diodos Emisores de Luz (LEDs) son dispositivos semiconductores que emiten luz mediante electroluminiscencia. Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa, liberando energía en forma de fotones. La longitud de onda (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida de los materiales semiconductores utilizados. La luz blanca en este LED se genera típicamente utilizando un chip semiconductor emisor de azul recubierto con una capa de fósforo. Parte de la luz azul es convertida por el fósforo a longitudes de onda más largas (amarillo, rojo), y la mezcla de luz azul y luz convertida por el fósforo aparece blanca al ojo humano. El encapsulado EMC sirve para proteger el chip semiconductor y los hilos de unión, proporcionar una lente óptica primaria y, lo más importante, ofrecer un camino para una conducción eficiente del calor desde la unión.

Tendencias Tecnológicas

El segmento de LEDs de potencia media continúa evolucionando hacia una mayor eficacia (lúmenes por vatio) y una mayor fiabilidad a menor coste. Las tendencias clave incluyen la adopción de materiales de encapsulado más robustos como EMC y cerámica para permitir temperaturas y corrientes de operación más altas, lo que conduce a una mayor densidad de lúmenes. Existe un impulso continuo para mejorar la tecnología de fósforos para lograr valores de Índice de Reproducción Cromática (IRC) más altos y una calidad de color más consistente entre lotes. Además, la integración de múltiples chips dentro de un solo encapsulado (COB - Chip-on-Board o potencia media multi-chip) es una tendencia para simplificar el ensamblaje y reducir los costes del sistema en aplicaciones de alto flujo luminoso. El impulso hacia la iluminación inteligente también está influyendo en el diseño de LEDs, con un enfoque en la compatibilidad con protocolos de regulación y sistemas de blanco ajustable.