Hoja de Datos Técnica del LED Pixel Inteligente C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H - Paquete P-LCC-6 - 5V - Ángulo de Visión de 120°

1. Descripción General del Producto

El C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H es un componente LED pixel inteligente integrado. Combina chips LED rojo, verde y azul con un circuito integrado (CI) controlador dedicado de 3 canales dentro de un único paquete de montaje superficial (SMD) P-LCC-6. Esta integración simplifica el diseño al eliminar la necesidad de componentes controladores externos para cada canal de color.

La función principal del CI controlador integrado (denominado 4516-IC en el documento) es proporcionar un control lineal individual mediante Modulación por Ancho de Pulso (PWM) de 8 bits para cada uno de los LEDs rojo (R), verde (G) y azul (B). Esto permite la creación de 16.7 millones de colores (2^24) mediante una mezcla precisa de intensidades. El control se logra mediante un protocolo de comunicación serie simple de un solo cable, lo que lo hace muy rentable y fácil de implementar en diversos diseños de iluminación.

El paquete cuenta con un reflector interno y está moldeado en resina transparente incolora, lo que contribuye a su amplio ángulo de visión de 120 grados. La mezcla de luz de los tres LEDs de color primario da como resultado una emisión blanca, lo que hace que este componente sea especialmente adecuado para aplicaciones de retroiluminación y guías de luz donde se requiere una iluminación uniforme y de gran ángulo.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento fuera de estos rangos.

• Tensión de Alimentación (VDD):Máximo 6.5V. La tensión de operación típica es de 5V, proporcionando un margen de seguridad.
• Disipación de Potencia (PD):Menos de 400 mW. Esto limita el calor total generado por el CI y los LEDs combinados.
• Corriente de Salida del LED (Iout):Máximo 25 mA por canal. La corriente de salida típica se especifica como 20 mA en las características eléctricas.
• Temperatura de Operación (Topr):-25°C a +85°C. Esto define el rango de temperatura ambiente para un funcionamiento confiable.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +90°C.
• Descarga Electroestática (ESD):Resiste 2000V, indicando un nivel básico de protección para el manejo.
• Temperatura de Soldadura:Compatible con procesos sin plomo (Pb-free): soldadura por reflujo IR a 260°C durante un máximo de 10 segundos, o soldadura manual a 350°C durante un máximo de 3 segundos.

2.2 Características Electro-Ópticas

Medidas a Ta=25°C y VDD=5V, estos parámetros definen el rendimiento de salida de luz.

• Intensidad Luminosa (Iv):
  • Rojo (R): 450 mcd (Mín) a 1120 mcd (Máx). El valor típico está implícito dentro de este rango.
  • Verde (G): 1120 mcd (Mín) a 2800 mcd (Máx). El verde es típicamente el canal más brillante.
  • Azul (B): 280 mcd (Mín) a 710 mcd (Máx).
  • Tolerancia:±11% para la intensidad luminosa.
• Ángulo de Visión (2θ1/2):100° (Mín), 120° (Típico), 140° (Máx). El amplio ángulo típico de 120° es una característica clave.
• Longitud de Onda Dominante (λd):
  • Rojo: 618 nm a 630 nm.
  • Verde: 520 nm a 535 nm.
  • Azul: 463 nm a 475 nm.
  • Tolerancia:±1 nm.
• Materiales del Chip:El rojo utiliza AlGaInP, mientras que el verde y el azul utilizan InGaN, que son estándar para LEDs de alta eficiencia.

2.3 Características Eléctricas

Parámetros para el CI controlador integrado, especificados para Ta=-20 a +70°C y Vdd=4.5 a 5.5V.

• Corriente de Salida (IOL):19 mA (Mín), 20 mA (Típ), 21 mA (Máx). Esta es la corriente constante suministrada a cada LED.
• Niveles Lógicos de Entrada (para pines DIN, SET):
  • VIH (Tensión de entrada de nivel alto): Mínimo 2.7V.
  • VIL (Tensión de entrada de nivel bajo): Máximo 0.3 * Vdd (ej., 1.5V máx. con Vdd=5V).
• Tensión de Histéresis (VH):Típica 0.35V. Esto proporciona inmunidad al ruido en los pines de entrada.
• Disipación de Corriente Dinámica (IDD_dyn):Típica 2 mA. Esta es la corriente de operación del propio CI controlador.

3. Protocolo y Temporización de Comunicación

El dispositivo utiliza un esquema de comunicación de un solo cable, sin retorno a cero (NRZ), para recibir datos de 24 bits (8 bits para cada canal R, G, B).

3.1 Temporización de Transferencia de Datos

Los niveles lógicos se definen por la duración del pulso alto dentro de un tiempo de ciclo fijo de 1.2 µs.

• Lógica '0':Tiempo de tensión alta (T0H) = 0.30 µs (±0.15µs), Tiempo de tensión baja (T0L) = 0.90 µs.
• Lógica '1':Tiempo de tensión alta (T1H) = 0.90 µs (±0.15µs), Tiempo de tensión baja (T1L) = 0.30 µs.
• Señal de Reset/Latch:Una señal de nivel bajo en el pin DIN durante más de 50 µs (específicamente, se muestra por encima de 250 µs) fija los datos de 24 bits recibidos en los registros de salida, actualizando el brillo del LED.

Los datos se transmiten primero con el bit más significativo (MSB) para cada color. La secuencia para un solo píxel es: R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]. El pin DOUT retransmite la señal, permitiendo que múltiples dispositivos se conecten en cadena desde una sola línea de datos del controlador.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones del Paquete y Configuración de Pines

El dispositivo está alojado en un paquete P-LCC-6 (Portador de Chip con Pistas Plásticas). El dibujo de dimensiones proporcionado muestra una huella típica de SMD. La configuración de pines es la siguiente:

1. DI (Entrada de Datos):Entrada de la señal de datos de control.
2. VDD:Alimentación para el circuito de control / CI (típicamente 5V).
3. Ánodo (Pin 3 y 4):Están conectados internamente. Entrada de alimentación para los chips LED R, G, B. Debe conectarse a una fuente de tensión a través de resistencias limitadoras de corriente apropiadas.
4. GND (Tierra):Tierra común para el CI y los LEDs.
5. DOUT (Salida de Datos):Salida de la señal de datos de control para conectar en cadena al pin DI del siguiente dispositivo.

Nota Crítica de Diseño:La hoja de datos advierte explícitamente que las resistencias limitadoras de corriente externasdebenaplicarse en serie con los pines del Ánodo. Sin ellas, incluso un ligero aumento en la tensión de alimentación del ánodo puede causar un cambio grande y destructivo en la corriente a través de los LEDs.

5. Directrices de Soldadura, Montaje y Almacenamiento

5.1 Condiciones de Soldadura

El componente no contiene plomo y es compatible con la soldadura por reflujo IR. Se proporciona un perfil de temperatura sin plomo recomendado:

• Precalentamiento:150–200°C durante 60–120 segundos (rampa máxima 3°C/seg).
• Reflujo:Por encima de 217°C durante 60–150 segundos, con una temperatura máxima que no exceda los 260°C durante un máximo de 10 segundos.
• Enfriamiento:Tasa máxima de descenso de 6°C/seg.
• Importante:La soldadura por reflujo no debe realizarse más de dos veces. No se debe aplicar tensión al paquete durante el calentamiento, y el PCB no debe deformarse después de la soldadura.

5.2 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El dispositivo se embala en bolsas barrera resistentes a la humedad con desecante.

• Antes de Abrir:Almacenar a ≤30°C y ≤90% de Humedad Relativa (HR). No abrir la bolsa hasta que esté listo para su uso.
• Después de Abrir (Vida Útil en Planta):Los componentes deben soldarse dentro de las 24 horas posteriores a la apertura de la bolsa a prueba de humedad.
• Horneado:Si se excede el tiempo de almacenamiento o el desecante indica ingreso de humedad, se requiere un tratamiento de horneado a 60°C ±5°C durante 24 horas antes de su uso.

6. Embalaje y Pedido

El producto se suministra en cinta portadora con relieve, que luego se enrolla en carretes. La cantidad estándar cargada es de 2000 piezas por carrete. Los materiales y el proceso de embalaje están diseñados para ser resistentes a la humedad. Las etiquetas en el carrete incluyen identificadores estándar como Número de Producto (P/N), cantidad (QTY) y número de lote (LOT No.). La hoja de datos también hace referencia a clasificaciones para Rango de Intensidad Luminosa (CAT), Rango de Longitud de Onda Dominante (HUE) y Rango de Tensión Directa (REF), lo que indica que el producto puede estar disponible en grados de rendimiento preclasificados.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Aplicaciones Típicas

• Pantallas de Video LED Interiores/Exteriores:Ideal para pantallas a color de baja a media resolución, señalización y tableros de mensajes debido al control integrado y la capacidad de conexión en cadena.
• Tiras de LED a Color Completo:Permite tiras de LED RGB direccionables para iluminación decorativa, arquitectónica y de entretenimiento.
• Iluminación Decorativa LED:Adecuado para luminarias de cambio de color, iluminación de acento e instalaciones interactivas.
• Iluminación Exterior para Gaming:Puede usarse en iluminación de carcasas de PC, retroiluminación de teclados u otros periféricos de gaming.
• Guía de Luz/Retroiluminación:El amplio ángulo de visión y la mezcla de emisión blanca lo convierten en un buen candidato para aplicaciones de guías de luz con iluminación lateral o directa.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. Resistencias Limitadoras de Corriente:Este es el componente externo más crítico. Se deben colocar resistencias en serie con la alimentación del Ánodo para cada canal de color (o una resistencia común si se usa una sola tensión de alimentación para todos los colores) para establecer la corriente máxima y proteger los LEDs. El valor debe calcularse en función de la tensión de alimentación del Ánodo (V_anode), la tensión directa del LED (Vf, estimada a partir de curvas típicas) y la corriente deseada (I, típicamente 20mA). R = (V_anode - Vf) / I.
2. Desacoplamiento de la Fuente de Alimentación:Se debe colocar un condensador de desacoplamiento (ej., 0.1µF) cerca del pin VDD para estabilizar la alimentación del CI y filtrar el ruido.
3. Integridad de la Línea de Datos:Para cadenas largas o en entornos eléctricamente ruidosos, considere agregar una pequeña resistencia en serie (ej., 100Ω) en la salida del controlador y/o una resistencia de pull-up en la línea de datos para garantizar bordes de señal limpios.
4. Gestión Térmica:Aunque el paquete es de baja potencia, las altas temperaturas ambientales o conducir los tres LEDs al máximo brillo simultáneamente pueden acercarse al límite de disipación de potencia. Asegure un cobre de PCB adecuado o disipación de calor si se usa en matrices de alta densidad.
5. Cumplimiento de Temporización:El microcontrolador o controlador que genera la señal de datos debe adherirse estrictamente a las especificaciones de temporización T0H, T1H y reset para garantizar una comunicación confiable.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El C4516SDWN3S1 integra el controlador y los LEDs, lo que lo diferencia de las soluciones discretas (LED separado + CI controlador externo). Las ventajas clave incluyen:

• Diseño Simplificado:Reduce el número de componentes, la huella en el PCB y la complejidad del montaje.
• Control de un Solo Cable:Minimiza el cableado, especialmente en matrices de múltiples píxeles, en comparación con soluciones que requieren líneas de reloj y datos separadas (ej., SPI).
• Factor de Forma Integrado:El P-LCC-6 es un paquete SMD común y fácil de ensamblar.
• Amplio Ángulo de Visión:El ángulo de 120° es superior al de muchos LEDs con haces más estrechos, beneficioso para aplicaciones de iluminación difusa.
• Limitaciones Potenciales:La integración significa que el rendimiento del LED (longitud de onda, intensidad) está fijado a las clasificaciones elegidas. La corriente de salida máxima por canal (25mA) es adecuada para fines indicadores y decorativos, pero puede ser menor que la de los LEDs discretos de alta potencia.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 ¿Cuántos de estos LEDs puedo conectar en cadena?

Teóricamente, un número muy grande, limitado principalmente por la tasa de actualización de datos. Cada píxel requiere 24 bits de datos. La velocidad de datos está determinada por el tiempo de 1.2 µs por bit. Para actualizar una cadena de N píxeles, necesitas (24 * N) bits más un pulso de reset final (>50 µs). Para una tasa de actualización de 30 Hz, podrías encadenar cientos de píxeles. El límite práctico lo establece la integridad de la señal y la distribución de energía en cadenas largas.

9.2 ¿Por qué son absolutamente necesarias las resistencias externas?

El CI controlador integrado proporciona un sumidero de corriente constantesinken el lado del cátodo de cada LED (conectado internamente). Sin embargo, el valor de corriente está establecido por la diferencia de tensión entre el pin del Ánodo (suministrado externamente) y la referencia interna del CI. Sin una resistencia en serie, la tensión del Ánodo establece directamente la corriente. La tensión directa del LED (Vf) tiene un coeficiente de temperatura negativo (disminuye a medida que el LED se calienta). Un ligero aumento en la tensión de alimentación o una disminución en Vf debido al calentamiento puede causar un aumento descontrolado de la corriente, lo que lleva a un fallo rápido. La resistencia proporciona retroalimentación negativa, estabilizando la corriente.

9.3 ¿Puedo usar un microcontrolador de 3.3V para controlar el pin DIN?

Potencialmente, pero con precaución. El VIH mínimo es 2.7V. Un nivel lógico alto de 3.3V (~3.3V) cumple con esta especificación. Sin embargo, los márgenes de ruido se reducen. Es crucial garantizar señales limpias. Si es posible, se recomienda usar un microcontrolador de 5V o un cambiador de nivel para una operación robusta.

9.4 ¿Cuál es el propósito del pin SET mencionado en las características eléctricas?

Aunque el pin de datos principal es DIN, la referencia a un pin SET en las especificaciones de tensión de entrada sugiere que puede haber un pin adicional para configuración (ej., establecer un brillo global o modo). La descripción principal de pines solo enumera DI, VDD, Ánodo, GND, DOUT. Los diseñadores deben consultar la versión más detallada de la hoja de datos del CI controlador para aclarar la funcionalidad de los pines si el pin SET está presente en una variante específica.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio simple de un registro de desplazamiento serie-entrada/paralelo-salida combinado con sumideros de corriente constante. El flujo de datos serie de 24 bits se introduce en un registro de desplazamiento interno mediante la temporización en el pin DI. Cada bit corresponde al estado deseado de encendido/apagado para un subperíodo específico dentro del ciclo PWM para un canal de color. Una vez que se recibe la trama completa de 24 bits, una señal baja prolongada (reset) fija estos datos en un segundo conjunto de registros que controlan directamente los sumideros de corriente de salida. Estos sumideros de corriente luego se encienden durante una fracción de cada período PWM proporcional al valor de 8 bits para cada color, creando el brillo y color percibidos. El pin DOUT proporciona los datos desplazados desde el registro interno, permitiendo la cascada.

11. Tendencias y Contexto de Desarrollo

Dispositivos como el C4516SDWN3S1 representan un segmento maduro y optimizado en costos del mercado de LEDs direccionables. Las tendencias tecnológicas en esta área incluyen:

• Mayor Integración:Avanzar hacia controladores que manejen más canales (ej., RGBW de 4 canales) o incluyan funciones adicionales como corrección gamma y difusión de errores en el CI.
• Protocolos de Comunicación Mejorados:Aunque el de un solo cable es simple, los protocolos más nuevos ofrecen mayores velocidades de datos (como los 800kHz del WS2812B) o mejor inmunidad al ruido (señalización diferencial, como en paneles LED profesionales).
• Mayor Profundidad de Bits:Progresión de 8 bits (256 niveles) a PWM de 10 bits, 12 bits o incluso 16 bits por canal para degradados de color más suaves y alto rango dinámico en iluminación profesional.
• Rendimiento Térmico y Eléctrico Mejorado:Diseños con menores caídas de tensión, mayor eficiencia y mejores rutas térmicas para permitir un brillo sostenido más alto.
• Estandarización:Crecimiento de protocolos digitales estándar de la industria (ej., DMX, Art-Net) que se interfacian con estos controladores de píxeles para instalaciones a gran escala.

Este componente se sitúa firmemente en la corriente principal de los LEDs RGB direccionables digitales de bajo costo, equilibrando eficazmente rendimiento, simplicidad y costo para una amplia gama de aplicaciones comerciales y de consumo.