Hoja de Datos del LED RGB SMD 19-C47 - Control PWM de 8 bits - Alimentación 5V - Color Completo - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El 19-C47 es un dispositivo compacto de montaje superficial (SMD) que integra tres chips LED individuales (Rojo, Verde, Azul) con un circuito integrado driver de corriente constante dedicado de 3 canales. Esta integración permite una mezcla y control de color preciso, convirtiéndolo en un componente clave para aplicaciones que requieren una salida de color completo programable y vibrante. Su principal ventaja radica en la combinación de un tamaño miniatura, una circuitería externa simplificada gracias al driver incorporado y un sofisticado control por modulación por ancho de pulso (PWM) de 8 bits para cada canal de color.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Driver Integrado:Contiene un driver LED de 3 canales con control PWM lineal de 8 bits, eliminando la necesidad de controladores PWM externos para la mezcla básica de colores.
• Alta Profundidad de Color:Cada chip RGB puede ser controlado con 256 niveles de gris (8 bits), permitiendo más de 16 millones de colores posibles (256^3).
• Paquete SMD Compacto:Significativamente más pequeño que los LEDs tradicionales con patillas, permitiendo una mayor densidad en la placa, reduciendo el tamaño del producto final y siendo adecuado para el montaje automatizado pick-and-place.
• Cumplimiento Normativo:El producto está libre de plomo (Pb), cumple con RoHS, REACH de la UE y estándares libres de halógenos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Compatibilidad de Proceso:Diseñado para ser compatible con procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo y por fase de vapor.

1.2 Aplicaciones Destinadas

Este componente está diseñado para aplicaciones que demandan iluminación y visualización dinámica a color completo.

• Pantallas de video LED y señalización a color completo para interiores y exteriores.
• Tiras de iluminación LED decorativas e iluminación arquitectónica.
• Retroiluminación para paneles de instrumentos, interruptores y símbolos.
• Indicadores de estado y retroiluminación en equipos de telecomunicaciones.
• Aplicaciones generales de iluminación a color completo.

2. Especificaciones Técnicas y Análisis en Profundidad

2.1 Valores Máximos Absolutos y Condiciones de Operación

Estos parámetros definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. Operar dentro de las condiciones recomendadas garantiza un rendimiento fiable.

• Tensión de Alimentación (VDD):El rango máximo absoluto es de +4.2V a +5.5V. La tensión de operación típica recomendada es de 5.0V. Superar los 5.5V puede dañar el circuito integrado driver interno.
• Tensión de Entrada (VIN):Los pines de entrada lógica (DIN) deben mantenerse entre -0.5V y VDD+0.5V. Para un reconocimiento fiable de nivel lógico alto, una tensión de 3.3V es típica, mientras que el nivel lógico bajo debe estar por debajo de 0.3*VDD (típicamente 1.5V con VDD a 5V).
• Protección ESD:Clasificado para 2000V según el Modelo de Cuerpo Humano (HBM). Aunque esto ofrece una protección básica para el manejo, aún son necesarias las precauciones adecuadas contra ESD durante el montaje.
• Rangos de Temperatura:La temperatura de operación es de -20°C a +70°C. La temperatura de almacenamiento se extiende desde -40°C a +90°C. El perfil de soldadura es crítico: la temperatura máxima de soldadura por reflujo no debe exceder los 260°C durante 10 segundos, o 350°C durante 3 segundos en soldadura manual.

2.2 Características Eléctricas en Corriente Continua

Medidas a Ta=25°C, VDD=5V. Estas características definen el comportamiento eléctrico del dispositivo en condiciones estáticas.

• Corriente de Alimentación (IDD):El consumo de corriente típico del propio circuito integrado driver es de 2.5 mA cuando todas las salidas LED están apagadas (ciclo de trabajo PWM al 0%). Esta es la corriente en reposo.
• Umbrales de Nivel Lógico:Confirma los niveles de tensión de entrada: VIH (Alto) es típicamente 3.3V, y VIL (Bajo) es un máximo de 0.3*VDD.

2.3 Temporización y Protocolo de Comunicación de Datos

El dispositivo utiliza un protocolo de comunicación serie para recibir datos de 24 bits (8 bits para cada canal Rojo, Verde y Azul). La temporización es crucial para una transmisión de datos sin errores.

• Temporización en Modo Alta Velocidad:
  • T0H (código 0, tiempo en alto): 300ns ±80ns.
  • T0L (código 0, tiempo en bajo): 900ns ±80ns.
  • T1H (código 1, tiempo en alto): 900ns ±80ns.
  • T1L (código 1, tiempo en bajo): 300ns ±80ns.
  • RES (Tiempo de Reset): Debe ser mayor a 50µs de señal baja para fijar (latch) los datos.
• Formato de Datos:Se envían secuencialmente 24 bits de datos para un solo dispositivo: típicamente G7-G0, R7-R0, B7-B0 (el orden puede variar, consultar los detalles del protocolo).
• Conexión en Cascada:Se pueden conectar múltiples dispositivos en cadena (daisy-chain). El pin DOUT de un dispositivo alimenta el pin DIN del siguiente. Después de recibir sus 24 bits, el dispositivo reenvía automáticamente los bits subsiguientes a DOUT.
• Notas de Diseño:
  • Se recomienda un filtro RC y una resistencia de pull-up/pull-down (R1, sugerida de 10kΩ a 100kΩ) en la línea de datos para mejorar la integridad de la señal.
  • Un condensador de desacoplo de 0.1µF debe colocarse cerca del pin VDD para una alimentación estable y inmunidad al ruido.

3. Características Electro-Ópticas y Sistema de Clasificación (Binning)

Estos parámetros definen la salida de luz y las propiedades de color de los chips LED, medidos a una corriente directa (IF) de 5mA y Ta=25°C.

3.1 Rendimiento Óptico

• Intensidad Luminosa (Iv):La salida de luz típica varía según el chip de color:
  • Rojo (RS): 70 mcd (mín 28.5, máx 180).
  • Verde (GH): 180 mcd (mín 140, máx 360).
  • Azul (BH): 40 mcd (mín 28.5, máx 72).
• Ángulo de Visión (2θ1/2):Un amplio ángulo de visión de 120 grados, adecuado para aplicaciones que requieren una amplia distribución de la luz.
• Longitud de Onda:
  • Longitud de Onda Pico (λp): Rojo ~632nm, Verde ~518nm, Azul ~468nm.
  • Longitud de Onda Dominante (λd): Rojo 617.5-629.5nm, Verde 525-540nm, Azul 465-475nm.
• Ancho de Banda Espectral (Δλ):Rojo ~20nm, Verde ~35nm, Azul ~25nm.

3.2 Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Para garantizar la consistencia del color en la producción, los LEDs se clasifican en lotes (bins) según su intensidad luminosa. Los diseñadores deben especificar los códigos de lote requeridos para una apariencia uniforme en una matriz.

• Lotes para Rojo (RS):N (28.5-45 mcd), P (45-72 mcd), Q (72-112 mcd), R (112-180 mcd).
• Lotes para Verde (GH):R2 (140-180 mcd), S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd).
• Lotes para Azul (BH):N (28.5-45 mcd), P (45-72 mcd).

Tolerancias:La intensidad luminosa tiene una tolerancia de ±11%, y la longitud de onda dominante tiene una tolerancia de ±1nm dentro de un mismo lote.

4. Información Mecánica, de Empaquetado y de Montaje

4.1 Dimensiones del Paquete y Asignación de Pines

El dispositivo viene en un paquete SMD compacto. El diseño sugerido para las almohadillas es un punto de partida y debe optimizarse para procesos de fabricación específicos.

• Funciones de los Pines:
  1. DOUT:Salida de datos para conexión en cascada al DIN del siguiente dispositivo.
  2. VDD:Entrada de alimentación (+5V). Requiere un condensador de desacoplo local de 0.1µF.
  3. DIN:Entrada de datos serie para los datos de control PWM.
  4. GND:Tierra común para alimentación y datos.

4.2 Directrices de Soldadura y Montaje

• Perfil de Reflujo:Compatible con perfiles estándar con una temperatura máxima que no exceda los 260°C durante 10 segundos.
• Limitación de Corriente: Crítico:El driver integrado proporciona control de corriente constante para los LEDs basado en la entrada PWM. Sin embargo, la tensión de alimentación externa (VDD) debe estar regulada. Un ligero exceso de tensión puede causar un gran aumento de corriente a través del driver y los LEDs, provocando una quemadura inmediata. Una regulación de tensión adecuada es esencial.

4.3 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

Este es un dispositivo sensible a la humedad (MSD).

• Antes de Abrir:Almacene la bolsa sellada a prueba de humedad a ≤30°C y ≤90% HR.
• Después de Abrir:La "vida útil en planta" (floor life) es de 168 horas (7 días) a ≤30°C y ≤60% HR. Si no se usan dentro de este tiempo, las piezas no utilizadas deben volver a embolsarse con desecante.
• Secado (Baking):Si se excede la vida útil en planta o la tarjeta indicadora de humedad muestra entrada de humedad, se requiere un secado antes de soldar para prevenir daños por "efecto palomita de maíz" (popcorn) durante el reflujo.

4.4 Especificaciones de Empaquetado

• Cinta y Carrete:Empaquetado en cinta de 8mm de ancho en carretes de 7 pulgadas de diámetro. Cada carrete contiene 2000 unidades.
• Información de la Etiqueta:Las etiquetas del carrete incluyen Número de Producto (P/N), cantidad (QTY) y los códigos críticos de clasificación para Rango de Intensidad Luminosa (CAT), Rango de Cromaticidad/Longitud de Onda (HUE) y Rango de Tensión Directa (REF).

5. Consideraciones de Diseño para la Aplicación y Preguntas Frecuentes

5.1 Circuito de Aplicación Típico

Una aplicación básica implica una fuente de alimentación regulada de 5V, un microcontrolador (MCU) con un pin de E/S digital capaz de generar el protocolo serie preciso, y el LED. El pin de E/S del MCU se conecta al DIN del primer LED. Para múltiples LEDs, se conectan en cadena (daisy-chain). Un condensador cerámico de 0.1µF se coloca entre VDD y GND en cada dispositivo. Puede colocarse una resistencia en serie (ej., 100Ω a 470Ω) en la línea de datos cerca del MCU para amortiguar los rebotes (ringing), aunque la hoja de datos sugiere un filtro RC.

5.2 Consideraciones de Diseño

• Fuente de Alimentación:Utilice una fuente de 5V bien regulada. El rizado y el ruido pueden afectar la consistencia del color y la integridad de los datos.
• Integridad de la Línea de Datos:Para cables largos o muchos dispositivos en cadena, puede ocurrir degradación de la señal. Considere el uso de chips buffer o drivers diferenciales para una comunicación robusta.
• Gestión Térmica:Aunque el driver maneja la corriente, los LEDs generan calor. Para operación con ciclos de trabajo altos o altas temperaturas ambientales, asegure un cobre adecuado en la PCB o disipación de calor para mantener la temperatura de unión dentro de los límites.
• Calibración de Color:Debido a las variaciones de clasificación (binning), para aplicaciones profesionales de pantallas, puede ser necesario un paso de calibración de color utilizando el control PWM de 8 bits para lograr un punto blanco uniforme y una gama de colores consistente en todos los píxeles.

5.3 Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Cuál es la corriente máxima por canal LED?R: La hoja de datos no especifica una corriente directa (IF) fija para los LEDs cuando son impulsados por el driver interno. La salida de luz se especifica a IF=5mA, que probablemente sea la corriente establecida por el driver para cada canal. El diseño de corriente constante del driver protege los LEDs, pero no se debe exceder la tensión máxima absoluta de VDD.
• P: ¿Puedo controlar este LED con un microcontrolador de 3.3V?R: Sí. La tensión de entrada de nivel lógico alto (VIH) es típicamente 3.3V, lo que es compatible con lógica de 3.3V. Sin embargo, asegúrese de que la alimentación VDD permanezca en 5V para que el driver LED funcione correctamente.
• P: ¿Cuántos LEDs puedo conectar en cascada?R: El límite está determinado por la tasa de refresco de datos y la integridad de la señal. Cada dispositivo añade un pequeño retardo de propagación. Para un flujo de datos de 24 bits por dispositivo y una tasa de refresco objetivo (ej., 60Hz), se puede calcular el número máximo. Con un reloj de 800kbps, se pueden encadenar cientos de dispositivos para iluminación estática, pero para video, el número es menor debido a la necesidad de altas tasas de refresco.
• P: ¿Por qué es obligatorio un condensador de desacoplo?R: El circuito integrado driver conmuta corriente a los LEDs a altas frecuencias (PWM). Esto causa picos de corriente repentinos en la línea VDD. El condensador local de 0.1µF proporciona esta corriente de alta frecuencia localmente, evitando caídas de tensión que podrían reiniciar el IC o causar parpadeo, y reduciendo la interferencia electromagnética (EMI).

6. Comparación Técnica y Tendencias

6.1 Diferenciación Respecto a LEDs Básicos

El diferenciador clave del 19-C47 es su driver integrado. En comparación con un LED RGB discreto que requiere tres resistencias limitadoras de corriente externas y un controlador PWM externo (ej., de un MCU con tres pines PWM), este dispositivo simplifica el diseño. Solo requiere una única línea de datos y alimentación, reduciendo drásticamente el número de pines del MCU y la complejidad del software para grandes matrices. La contrapartida es un costo de componente ligeramente mayor y la necesidad de gestionar el protocolo serie.

6.2 Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de un registro de desplazamiento de entrada serie y salida paralela para los datos PWM. La palabra de datos de 24 bits se introduce mediante reloj en un registro interno. Este registro controla generadores PWM de 8 bits separados para cada color. Los generadores PWM modulan las fuentes de corriente constante que impulsan los respectivos chips LED. El ojo humano integra los pulsos rápidos de encendido/apagado, percibiendo un nivel de brillo específico para cada color primario, que se mezcla para formar el color final.

6.3 Tendencias de la Industria

La tendencia en LEDs direccionables es hacia una mayor integración, mayores velocidades de datos y un rendimiento de color mejorado. Los sucesores del PWM de 8 bits (como este dispositivo) a menudo presentan PWM de 16 bits o superior para un atenuado más suave y una mejor precisión de color (eliminando el parpadeo o cambio de color a bajo brillo). Los protocolos se están volviendo más rápidos y robustos (ej., usando codificación Manchester o señalización diferencial). También hay un movimiento hacia la inclusión de control de brillo global y compensación de temperatura dentro del circuito integrado driver. El 19-C47 representa una solución madura y rentable para muchas aplicaciones principales de iluminación y visualización a color completo.