Hoja de Datos del LED RGB SMD LTSA-E35BCEGBW - Paquete de 12mm - Alimentación 5V - Protocolo ISELED - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un módulo LED RGB de montaje superficial de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones exigentes de accesorios automotrices. El dispositivo integra chips LED rojo, verde y azul con un circuito integrado controlador dedicado que soporta el protocolo de comunicación digital ISELED. Esta integración permite un control de color preciso, la conexión en cadena de múltiples unidades y funciones avanzadas como la compensación de temperatura directamente dentro del encapsulado del LED.

1.1 Características y Ventajas Principales

La ventaja principal de este producto es su combinación de alto brillo LED con control digital inteligente en un compacto paquete SMD. Las características clave incluyen:

• Interfaz Serie Digital:Utiliza un bus de comunicación serie bidireccional y semidúplex compatible con ISELED que opera a 2 Mbit/s. Esto permite un control preciso de brillo de 8 bits para cada canal de color y posibilita la conexión de hasta 4079 dispositivos en una sola cadena, simplificando el cableado en sistemas de iluminación complejos.
• Inteligencia Integrada:El CI controlador integrado maneja la generación de PWM para la mezcla de colores y cuenta con un ADC integrado para la detección de temperatura. Aplica automáticamente una compensación a la corriente de accionamiento del LED rojo para mantener una salida luminosa consistente en todo el rango de temperatura de operación.
• Robustez Automotriz:El componente está calificado según AEC-Q102 para los dados LED y AEC-Q100 para el CI controlador. Está preacondicionado para sensibilidad a la humedad JEDEC Nivel 2 y es compatible con procesos de soldadura por reflujo infrarrojo sin plomo.
• Diseño para Fabricación:Suministrado en cinta de 12mm en carretes de 7 pulgadas, el paquete es compatible con equipos estándar de colocación y soldadura automáticos, facilitando la producción en volumen.

1.2 Mercado Objetivo y Aplicaciones

El mercado objetivo principal es la industria automotriz, específicamente para aplicaciones de iluminación de accesorios interiores y exteriores donde se requiere un rendimiento confiable, control de color preciso y capacidad de red. Los casos de uso potenciales incluyen iluminación ambiental, indicadores de estado y elementos de iluminación decorativa.

2. Parámetros Técnicos: Análisis Objetivo en Profundidad

2.1 Valores Máximos Absolutos y Condiciones de Operación

Comprender los límites de operación es crítico para un diseño confiable. El dispositivo opera con una alimentación de 4.5V a 5.5V, con un voltaje nominal de 5.0V. El rango de temperatura ambiente de operación está especificado desde -40°C hasta +110°C, con una temperatura máxima de unión de 125°C. El dispositivo está clasificado para un voltaje de resistencia ESD de 2 kV (HBM, Clase H1C según AEC-Q101-001). El almacenamiento debe estar dentro de -40°C a +125°C.

2.2 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico se mide a una temperatura de unión de 25°C bajo comandos de brillo máximo. Las métricas clave incluyen:

• Intensidad Luminosa:La intensidad luminosa típica para colores individuales es de 530 mcd para el Rojo (longitud de onda dominante 622 nm), 1180 mcd para el Verde (527 nm) y 90 mcd para el Azul (461 nm). Cuando los tres colores se accionan al máximo (luz blanca), la intensidad luminosa combinada típica es de 1800 mcd.
• Características de Color:Las coordenadas de cromaticidad típicas para la luz blanca son x=0.3127, y=0.3290, lo que corresponde al punto blanco D65. El ángulo de visión (2θ1/2) es de 120 grados, proporcionando un patrón de luz amplio y difuso adecuado para iluminación de área.
• Tolerancias:La intensidad luminosa tiene una tolerancia de ±10%, la longitud de onda dominante ±1nm y la coordenada de cromaticidad ±0.01. Estas son tolerancias estándar para LEDs de rendimiento medio-alto.

2.3 Características Eléctricas y Térmicas

Las características eléctricas revelan el consumo de energía y los requisitos de gestión térmica del dispositivo.

• Consumo de Corriente:El consumo de corriente promedio varía según el color. Los valores típicos son 26.7 mA para el Rojo, 20.5 mA para el Verde y 10.0 mA para el Azul cuando cada uno se acciona individualmente a brillo máximo. El CI controlador en sí consume una corriente de reposo típica (I_drv) de 1.2 mA.
• Resistencia Térmica:La resistencia térmica desde la unión del LED hasta el punto de soldadura (Rth_JS) es un parámetro crítico para la disipación de calor. Los valores típicos son 70.3 °C/W para el chip Rojo, 71 °C/W para el Verde y 61.7 °C/W para el Azul. Estos valores se miden en un sustrato FR4 con una almohadilla de cobre de 16mm². Un diseño térmico adecuado del PCB es esencial para mantener la temperatura de unión por debajo del máximo de 125°C, especialmente cuando se accionan múltiples colores simultáneamente o a altas temperaturas ambientales.

2.4 Reinicio al Encendido e Interfaz de Comunicación

El dispositivo cuenta con un circuito de reinicio al encendido con un umbral típico de 4.2V (mín. 4.0V, máx. 4.4V). La interfaz de comunicación serie utiliza señalización diferencial en los pines SIO_P y SIO_N, con niveles de voltaje que coinciden con el rango de alimentación Vcc (4.5V a 5.5V).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

3.1 Dependencia de la Temperatura en la Intensidad Luminosa

Los gráficos proporcionados ilustran la intensidad luminosa relativa (normalizada al valor a 25°C) en función de la temperatura de unión para cada color primario y para el blanco. Una observación clave es la caída significativa en la intensidad del LED rojo a medida que aumenta la temperatura, lo cual es una característica conocida de los materiales AlInGaP. Esto subraya la importancia de la función de compensación de temperatura integrada, que ajusta el ciclo de trabajo PWM del rojo para contrarrestar esta disminución y mantener la estabilidad del color.

3.2 Dependencia de la Temperatura en la Cromaticidad

Gráficos adicionales muestran el desplazamiento en las coordenadas de cromaticidad (ΔCx, ΔCy) con la temperatura de unión. Estos desplazamientos son más pronunciados para los canales rojo y azul. Los datos proporcionan una base para comprender la deriva de color en operación sin compensar y destacan el valor de la compensación integrada y el potencial para la calibración de color a nivel de sistema utilizando la interfaz digital.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones y Contorno del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete de montaje superficial. El dibujo dimensional indica la huella física y la altura. Todas las dimensiones críticas se proporcionan en milímetros con una tolerancia general de ±0.2 mm a menos que se especifique lo contrario. La lente está difundida para lograr el amplio ángulo de visión de 120 grados.

4.2 Configuración y Función de los Pines

El dispositivo tiene una configuración de 8 pines:

1. PRG5:Tierra (para fabricación/prueba del LED).
2. SIO1_N:Lado Maestro de Comunicación Serie, línea diferencial negativa.
3. SIO1_P:Lado Maestro de Comunicación Serie, línea diferencial positiva.
4. GND:Tierra (Pin 4).
5. GND:Tierra (Pin 5).
6. SIO2_P:Lado Esclavo de Comunicación Serie, línea diferencial positiva (para conexión en cadena).
7. SIO2_N:Lado Esclavo de Comunicación Serie, línea diferencial negativa.
8. Vcc_5V:Alimentación del CI (5V).

Los dos pines de tierra (4 y 5) y los puertos de comunicación separados facilitan una distribución de energía robusta y una fácil conexión en cadena de múltiples dispositivos.

5. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un perfil de reflujo recomendado para soldadura sin plomo (Pb-free), conforme a J-STD-020B. El perfil especifica parámetros clave que incluyen precalentamiento, remojo, temperatura máxima de reflujo (260°C máximo durante 10 segundos) y tasas de enfriamiento. Adherirse a este perfil es crucial para prevenir daños térmicos a los chips LED, el CI controlador y las conexiones internas de alambre, asegurando una fiabilidad a largo plazo.

5.2 Notas de Manejo y Almacenamiento

El dispositivo está preacondicionado a JEDEC Nivel 2. Esto significa que los componentes sensibles a la humedad se hornean y empaquetan con un desecante. Una vez que se abre la bolsa seca sellada, los componentes deben ensamblarse dentro de un plazo específico (típicamente 1 año al<10% de HR, o tiempos más cortos a mayor humedad) o deben ser rehorneados según las instrucciones del fabricante para prevenir el \"efecto palomita\" durante el reflujo.

6. Descripción Funcional y Arquitectura del Sistema

6.1 Descripción General del Diagrama de Bloques Interno

El diagrama de bloques funcional revela un sistema integrado. El núcleo es un microcontrolador de \"Unidad Principal\" que gestiona la comunicación, la generación de PWM y las funciones del sistema. Recibe comandos a través de la interfaz serie ISELED. Tres sumideros de corriente constante independientes y configurables accionan los ánodos de los LED Rojo, Verde y Azul (accionamiento por lado bajo). Un Convertidor Analógico-Digital (ADC) integrado mide periódicamente la temperatura del dispositivo a través de un sensor interno. Estos datos son utilizados por la Unidad Principal para ajustar dinámicamente el ciclo de trabajo PWM para el LED rojo, compensando su caída térmica. También se puede ordenar al ADC que mida otros valores analógicos. Una memoria no volátil de Una Sola Programación (OTP) almacena datos de calibración individuales del dispositivo (por ejemplo, para variaciones de voltaje directo del LED), que se cargan en registros al encender.

6.2 PWM y Protocolo de Comunicación

El brillo de cada color se controla mediante Modulación por Ancho de Pulso (PWM) con una resolución de 8 bits (256 niveles). El protocolo ISELED maneja la transmisión de estos valores de brillo, la dirección de los dispositivos y la lectura de información de estado (como la temperatura). Su naturaleza bidireccional permite comunicación de diagnóstico, verificando la presencia y el estado de los dispositivos en una cadena.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

En una aplicación típica, un microcontrolador host con un transceptor ISELED se conectaría a los pines SIO1_P/N del primer LED en una cadena. Los pines SIO2_P/N de ese LED se conectan a los pines SIO1_P/N del siguiente LED, y así sucesivamente. Una única línea de alimentación de 5V, adecuadamente desacoplada con condensadores locales, alimenta todos los LED de la cadena. El diseño del PCB debe asegurar conexiones a tierra de baja impedancia y una gestión térmica adecuada utilizando áreas de cobre suficientes conectadas a los pines de tierra del dispositivo y a la almohadilla térmica (si está presente en la huella) para disipar el calor.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Calcule la disipación de potencia esperada (P = Vcc * I_total) y use la resistencia térmica (Rth_JS) para estimar el aumento de temperatura por encima del punto de soldadura del PCB. Asegúrese de que el diseño del PCB pueda conducir este calor de manera efectiva para mantener Tj<125°C.
• Fuente de Alimentación:La fuente de 5V debe ser estable y capaz de suministrar la corriente pico para toda la cadena de LEDs. Considere la corriente de entrada durante el encendido.
• Integridad de la Señal:Para cadenas largas o en entornos eléctricamente ruidosos (como el automotriz), siga las mejores prácticas para el enrutamiento de pares diferenciales (igualación de longitud, impedancia controlada si es posible) para las líneas SIO.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs RGB analógicos tradicionales, este dispositivo ofrece ventajas significativas:Precisión:El control digital elimina las variaciones de color causadas por diferencias de voltaje directo y tolerancias de los controladores analógicos.Simplicidad:Reduce el número de líneas de control de múltiples líneas PWM por LED a un solo par diferencial para toda una cadena.Inteligencia:La compensación de temperatura incorporada y la calibración almacenada en OTP aseguran un rendimiento consistente sin circuitos externos complejos.Diagnóstico:El bus bidireccional permite el monitoreo del estado a nivel de sistema. La principal desventaja es la mayor complejidad del software del protocolo de comunicación digital en comparación con la simple generación de PWM.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuántos de estos LEDs puedo conectar en serie?

R: Se pueden conectar hasta 4079 dispositivos en una sola cadena a través de la interfaz ISELED.

P: ¿Funciona la compensación de temperatura automáticamente?

R: Sí, el CI controlador interno mide automáticamente la temperatura y ajusta el ciclo de trabajo PWM del LED rojo para mantener una intensidad luminosa constante. Esta es una función de hardware independiente del controlador host.

P: ¿Cuál es el propósito de la memoria OTP?

R: La OTP almacena datos de calibración individuales para cada dispositivo, como valores de ajuste para los sumideros de corriente o coeficientes de calibración de color. Esto permite un rendimiento muy uniforme en todas las unidades de un lote de producción.

P: ¿Puedo usar un microcontrolador de 3.3V para comunicarme con el LED de 5V?

R: Los pines SIO operan al nivel de Vcc (4.5-5.5V). La conexión directa a un dispositivo lógico de 3.3V puede no ser confiable. Se requeriría un cambiador de nivel o un CI transceptor ISELED diseñado para operación a voltaje más bajo.

10. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Escenario: Iluminación Ambiental en Panel de Puerta Automotriz.Un diseñador quiere implementar iluminación ambiental multizona y de cambio de color a lo largo del panel de la puerta y el apoyabrazos. Usando este LED, pueden crear una larga cadena de LEDs (por ejemplo, 50 piezas) controlada por un solo maestro ISELED ubicado en el módulo de la puerta. Cada LED puede ser direccionado individualmente o agrupado. El host puede enviar comandos para establecer cualquier color o patrón de iluminación dinámico. La compensación de temperatura integrada asegura que la intensidad del color rojo permanezca estable incluso cuando el panel de la puerta se calienta por la luz solar, evitando un cambio de color no deseado hacia el azul/verde. El cableado en cadena reduce drásticamente el número de cables necesarios en comparación con una solución paralela RGB+controlador, simplificando el diseño del arnés y reduciendo costos y peso.

11. Introducción al Principio de Operación

El dispositivo opera bajo un principio de señal mixta. El núcleo digital recibe datos serie, decodifica comandos y establece registros que definen los ciclos de trabajo PWM para tres generadores de PWM de hardware independientes. Estas señales PWM accionan MOSFETs de lado bajo que actúan como sumideros de corriente constante para los LEDs. El nivel de corriente para cada canal está fijado internamente (probablemente establecido por la calibración OTP). El frente analógico incluye el sensor de temperatura cuya salida de voltaje es digitalizada por el ADC. La lógica digital utiliza esta lectura de temperatura para aplicar una curva de compensación predefinida, modificando el valor del registro PWM del rojo en tiempo real. Este control de lazo cerrado (detección de temperatura, ajuste del accionamiento) ocurre de forma autónoma dentro del dispositivo.

12. Tendencias Tecnológicas y Contexto

Este producto es parte de una clara tendencia en la iluminación LED: el paso de nodos analógicos a digitales e inteligentes. El protocolo ISELED es un ecosistema específico desarrollado para iluminación automotriz, compitiendo con otros estándares como LEDs direccionables basados en SPI (por ejemplo, WS2812B) o Ethernet Automotriz. La integración de detección (temperatura) y procesamiento directamente en el encapsulado del LED permite una \"iluminación inteligente\" donde cada punto de luz puede ser calibrado, monitoreado y controlado individualmente. Esto facilita funciones avanzadas como mantenimiento predictivo (detectando degradación del LED), patrones de iluminación adaptativos complejos y una coincidencia de color perfecta entre diferentes materiales y lotes de producción. El enfoque en la calificación AEC-Q y la comunicación robusta lo hace adecuado para las duras condiciones eléctricas y ambientales de las aplicaciones automotrices, un área clave de crecimiento para la tecnología LED avanzada.