Hoja de Datos Técnicos del LED de Potencia Media 3020 - 3.0x2.0mm - 19V Típico - 0.6W - Blanco Frío/Neutro/Cálido - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie 3020 representa una familia de LEDs de potencia media que utiliza un encapsulado de compuesto epoxi moldeado con mejora térmica (EMC). Este diseño está concebido para ofrecer un equilibrio óptimo entre eficacia luminosa (lúmenes por vatio) y rentabilidad (lúmenes por dólar), lo que la convierte en una opción atractiva para una amplia gama de aplicaciones de iluminación general. La serie se caracteriza por su huella compacta de 3.0mm x 2.0mm y está clasificada para una disipación de potencia típica de 0.6W, con una potencia máxima permitida de 0.8W en condiciones especificadas.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Los principales beneficios de esta serie de LED derivan de su encapsulado EMC y sus optimizaciones de diseño. El material EMC ofrece una resistencia térmica superior y una fiabilidad a largo plazo en comparación con los plásticos tradicionales, permitiendo un rendimiento estable a temperaturas de funcionamiento más elevadas. Las características clave incluyen una corriente directa máxima de 40mA, un Índice de Reproducción Cromática (CRI) mínimo de 80 para una alta calidad de color y compatibilidad con procesos de soldadura por reflujo sin plomo. Estos atributos hacen que la serie sea ideal para lámparas de sustitución, iluminación general interior y exterior, retroiluminación de señalización, y luminarias arquitectónicas o decorativas donde es primordial la combinación de eficiencia, fiabilidad y calidad del color.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los principales parámetros de rendimiento especificados en la hoja de datos. Comprender estos valores es fundamental para un diseño correcto del circuito y la gestión térmica.

2.1 Características Electro-Ópticas

El rendimiento electro-óptico se mide en condiciones estándar de prueba de I_F= 30mA, T_a= 25°C y 60% de humedad relativa. El flujo luminoso se proporciona para dos temperaturas críticas: la temperatura ambiente (T_a=25°C) y la temperatura del punto de soldadura (T_s=85°C). Esta última es un indicador más realista del rendimiento en una aplicación real donde el LED está montado en una placa. Por ejemplo, un bin típico de blanco frío (65R6) proporciona 72 lúmenes a T_a=25°C, pero 62 lúmenes a T_s=85°C, lo que subraya la importancia del diseño térmico. La hoja de datos indica una tolerancia de ±7% en las mediciones de flujo luminoso y una tolerancia de ±2 en las mediciones de CRI (Ra).

2.2 Parámetros Eléctricos y Térmicos

La tensión directa (V_F) tiene un valor típico de 19V a 30mA, con una tolerancia especificada de ±0.3V. El ángulo de visión (2Θ1/2) es amplio, de 120 grados, definido como el ángulo fuera del eje donde la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo. Un parámetro térmico crítico es la resistencia térmica unión-punto de soldadura (R_{th j-sp}), especificada típicamente en 22 °C/W. Este valor cuantifica la eficacia con la que el calor fluye desde la unión del semiconductor hasta el punto de soldadura; un valor más bajo indica una mejor disipación del calor. El nivel de resistencia a la descarga electrostática (ESD) es de 1000V (Modelo de Cuerpo Humano), que es un nivel estándar para LEDs de potencia media.

2.3 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede producirse un daño permanente. No deben superarse bajo ninguna condición de funcionamiento. Los límites clave incluyen: una corriente directa continua (I_F) de 40mA, una corriente directa de pulso (I_FP) de 60mA (para pulsos ≤ 100µs, ciclo de trabajo ≤ 1/10), una disipación de potencia máxima (P_D) de 840mW, y una temperatura máxima de unión (T_j) de 125°C. El rango de temperatura de funcionamiento y almacenamiento es de -40°C a +105°C. El perfil de temperatura de soldadura permite un pico de 230°C o 260°C durante un máximo de 10 segundos.

3. Explicación del Sistema de Binning

Para garantizar la consistencia de color y brillo en la producción, los LEDs se clasifican en bins. Esta serie emplea un sistema de binning exhaustivo basado en las directrices Energy Star para el rango de 2600K a 7000K.

3.1 Temperatura de Color Correlacionada (CCT) y Binning de Cromaticidad

La tabla de selección de productos enumera seis grupos principales de CCT, desde Blanco Cálido (2725K, 3045K) hasta Blanco Frío (6530K). Cada grupo de CCT tiene un código de bin de color correspondiente (ej., 27R5, 65R6). La Tabla 5 y la Figura 9 detallan la estructura del bin de cromaticidad en el diagrama CIE 1931. Cada bin se define por un área elíptica con una coordenada central específica (x, y) tanto a 25°C como a 85°C, junto con los radios de los ejes mayor/menor (a, b) y un ángulo (Φ). La incertidumbre de medición para las coordenadas de color es de ±0.007.

3.2 Binning de Flujo Luminoso

Dentro de cada bin de cromaticidad, los LEDs se clasifican además por su flujo luminoso a 30mA. La Tabla 6 define los rangos de flujo. Por ejemplo, dentro del bin de color 65R6, los LEDs están disponibles en códigos de flujo F1 (66-70 lm mín.), F2 (70-74 lm mín.) y F3 (74-78 lm mín.), todos medidos a T_a=25°C. Este binning bidimensional (color + flujo) permite a los diseñadores seleccionar LEDs que cumplan con los requisitos precisos de la aplicación tanto en punto de color como en brillo.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos incluye varios gráficos que ilustran el comportamiento del LED en condiciones variables, lo cual es esencial para el modelado predictivo y un diseño robusto.

4.1 Características IV y Flujo Luminoso Relativo

La Figura 4 muestra la relación entre la tensión directa (V_F) y la corriente directa (I_F). La curva es relativamente lineal en el rango de funcionamiento, con V_Faumentando con la corriente. La Figura 3 representa el flujo luminoso relativo frente a I_F. El flujo aumenta de forma sub-lineal con la corriente; conducir el LED por encima de los 30mA recomendados producirá rendimientos decrecientes en la salida de luz mientras genera significativamente más calor, lo que puede reducir la eficacia y la vida útil.

4.2 Dependencia de la Temperatura

Las Figuras 6 y 7 son críticas para el análisis térmico. La Figura 6 muestra cómo el flujo luminoso relativo disminuye linealmente a medida que aumenta la temperatura del punto de soldadura (T_s). A 125°C, la salida es aproximadamente el 20% de su valor a 25°C. La Figura 7 muestra que V_Ftambién disminuye al aumentar la temperatura, una característica típica de los diodos semiconductores. La Figura 5 ilustra el desplazamiento de las coordenadas de cromaticidad (CIE x, y) con la temperatura, lo cual es importante para aplicaciones críticas en color.

3.3 Distribución Espectral y Ángulo de Visión

La Figura 1 proporciona una curva típica de distribución espectral de potencia, mostrando la intensidad relativa a través de las longitudes de onda. La forma de esta curva determina la CCT y el CRI. La Figura 2 representa el patrón de radiación espacial (distribución del ángulo de visión), confirmando el perfil de emisión tipo Lambertiano con el ángulo de visión especificado de 120 grados.

4.4 Reducción por Temperatura Ambiente

La Figura 8 es una curva de reducción para la corriente directa máxima permitida en función de la temperatura ambiente (T_a) y la resistencia térmica del sistema (R_j-a). Por ejemplo, con una R_j-adel sistema de 45°C/W, la corriente máxima debe reducirse de 40mA a T_a=89°C a aproximadamente 22mA a T_a=105°C para evitar que la temperatura de unión supere su límite de 125°C. Este gráfico es esencial para determinar corrientes de funcionamiento seguras en entornos de alta temperatura.

5. Directrices de Aplicación y Consideraciones de Diseño

5.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Debido a su equilibrio entre eficacia, coste y fiabilidad, esta serie de LED es adecuada para:
- Lámparas de Sustitución:Reemplazo directo de bombillas incandescentes, halógenas o CFL en bombillas, tubos y downlights.
- Iluminación General:Fuente de luz principal en luminarias residenciales, comerciales e industriales.
- Retroiluminación de Señalización:Proporcionando una iluminación uniforme para letreros interiores y exteriores.
- Iluminación Arquitectónica:Iluminación de fachadas, iluminación de cornisas y otras aplicaciones decorativas donde la calidad del color es importante.

5.2 Consideraciones de Diseño Críticas

Gestión Térmica:Este es el factor más importante para el rendimiento y la longevidad. La baja R_{th j-sp}de 22°C/W solo es efectiva si la PCB y el disipador proporcionan una ruta térmica baja hacia el ambiente. Se recomienda encarecidamente el uso de PCBs de núcleo metálico (MCPCB) o placas con vías térmicas adecuadas. Consulte siempre la curva de reducción (Fig. 8) para establecer la corriente de conducción.
Conducción de Corriente:Un driver de corriente constante es obligatorio para una salida de luz y color estables. La corriente de funcionamiento recomendada es de 30mA, aunque puede conducirse hasta 40mA si las condiciones térmicas son excelentes. Superar los 40mA supone un riesgo de daño inmediato.
Óptica:El ángulo de visión de 120 grados es adecuado para muchas aplicaciones de iluminación general. Para haces más enfocados, se requerirán ópticas secundarias (lentes).
Protección ESD:Aunque está clasificado para 1000V HBM, se deben observar las precauciones estándar de manejo ESD durante el montaje y la manipulación.

6. Análisis Comparativo y Diferenciación Técnica

Dentro del segmento de LEDs de potencia media, los diferenciadores clave de esta serie 3020 EMC son:
1. Capacidad a Alta Temperatura:El encapsulado EMC permite una operación sostenida a temperaturas de punto de soldadura más altas (se proporcionan datos para T_s=85°C) en comparación con los plásticos PPA o PCT estándar, que pueden amarillear y degradarse.
2. Densidad de Potencia:Con una capacidad de hasta 0.8W en un encapsulado de 3.0x2.0mm, ofrece una mayor densidad de potencia que muchos LEDs de potencia media tradicionales 3528 o 2835, lo que potencialmente reduce el número de LEDs necesarios para un flujo luminoso dado.
3. Característica de Tensión:La tensión directa típica de 19V a 30mA es notable. Los diseñadores deben asegurarse de que el driver LED esté configurado para este rango de tensión más alto en comparación con los LEDs de potencia media más comunes de 3V o 6V.
4. Binning Exhaustivo:La adhesión al binning Energy Star y la provisión de bins de color y flujo ofrecen previsibilidad y consistencia para productos de iluminación de calidad.

7. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Por qué el flujo luminoso es menor a T_s=85°C que a T_a=25°C?
R: T_aes la temperatura del aire alrededor del LED. T_ses la temperatura en el punto de soldadura, que está mucho más cerca de la temperatura real de la unión durante el funcionamiento. A medida que aumenta la temperatura, la eficiencia del semiconductor disminuye, reduciendo la salida de luz. Los datos a T_s=85°C son una métrica de rendimiento más realista para el diseño.

P: ¿Puedo conducir este LED a 40mA continuamente?
R: El Límite Absoluto Máximo es 40mA, pero este es un límite de estrés. La condición de funcionamiento recomendada es 30mA. Operar a 40mA solo es posible si la gestión térmica es excepcional (R_j-adel sistema muy baja) y la temperatura ambiente es baja, según la curva de reducción en la Fig. 8. Hacerlo reducirá la eficacia y puede afectar la fiabilidad a largo plazo.

P: ¿Cómo interpreto el código de bin, por ejemplo, '65R6'?
R: El código define el bin de cromaticidad. Los dos primeros dígitos (65) se relacionan con la CCT (rango de 6500K). La letra (R) y el dígito siguiente (6) definen la elipse específica en el diagrama CIE donde caen las coordenadas de color del LED, asegurando una estrecha consistencia de color.

P: ¿Cuál es la importancia de la resistencia térmica de 22 °C/W?
R: Este valor (R_{th j-sp}) indica que por cada vatio de potencia disipada en la unión del LED, la diferencia de temperatura entre la unión y el punto de soldadura aumentará en 22°C. Un valor más bajo es mejor. La resistencia térmica total del sistema (unión-ambiente, R_j-a) incluye esta más la resistencia de la PCB, la interfaz térmica y el disipador.

8. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un Tubo LED de 1200 Lúmenes.
Objetivo:Reemplazar un tubo fluorescente T8 por un equivalente LED.
Proceso de Diseño:
1. Objetivo de Lúmenes:1200 lúmenes.
2. Selección del LED:Elegir el bin 65R6-F2 (72 lm típicos a 30mA, T_a=25°C). Teniendo en cuenta la reducción térmica (estimando una pérdida del ~15% a temperatura de funcionamiento), asumir 61 lm por LED.
3. Cálculo de Cantidad:1200 lm / 61 lm por LED ≈ 20 LEDs.
4. Diseño Eléctrico:20 LEDs en serie requerirían una tensión de conducción de 20 * 19V = 380V, que es alta. Un enfoque más práctico es usar dos cadenas de 10 LEDs en serie (190V por cadena) conectadas en paralelo, conducidas por un driver de corriente constante ajustado a 60mA total (30mA por cadena).
5. Diseño Térmico:Potencia total: 20 LEDs * 19V * 0.03A = 11.4W. Usando una PCB de aluminio como disipador, el diseñador debe calcular si la R_j-adel sistema es lo suficientemente baja para mantener la unión por debajo de 125°C en el entorno cerrado del tubo, usando la curva de reducción como guía.
Este caso destaca la interacción entre la configuración eléctrica, la gestión térmica y los objetivos fotométricos.

9. Principios Técnicos y Tendencias

9.1 Principio de Funcionamiento

Este LED funciona según el principio de electroluminiscencia en un semiconductor. Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se recombinan, liberando energía en forma de fotones. Los materiales específicos (fósforos) utilizados en el encapsulado convierten una parte de la luz azul primaria del chip en longitudes de onda más largas, dando como resultado la luz blanca deseada con una CCT y CRI específicas. El encapsulado EMC sirve para proteger el chip y los hilos de unión, proporcionar una lente primaria y, lo más importante, ofrecer una ruta conductora térmica para disipar el calor.

9.2 Tendencias de la Industria

El mercado de LEDs de potencia media continúa evolucionando hacia una mayor eficacia (lm/W) y una fiabilidad mejorada a menor coste. El uso de encapsulados EMC, como se ve en esta serie, es una tendencia significativa que reemplaza a los plásticos tradicionales debido a su superior resistencia al calor y la humedad, permitiendo vidas útiles más largas y corrientes de conducción más altas. Además, existe un impulso continuo hacia un binning de color y flujo más estricto para satisfacer las demandas de iluminación de alta calidad. La integración de estos componentes en módulos y motores de luz es también una tendencia creciente, simplificando el diseño para los fabricantes de iluminación. Los datos proporcionados en esta hoja de datos reflejan el estándar actual de la industria para caracterizar y especificar el rendimiento en condiciones térmicas realistas.