LED RGB SMD con CI Integrado - Control de Corriente Constante - 5V - 65mA - Lente Difuso Blanco - Hoja Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un componente LED RGB de montaje superficial que integra un circuito de control y los chips RGB en un solo encapsulado. Este diseño integrado forma un punto de píxel completo e individualmente direccionable, eliminando la necesidad de circuitos controladores externos para operación a corriente constante. El dispositivo está diseñado para el ensamblaje automatizado en PCB y es adecuado para aplicaciones con limitaciones de espacio en una amplia gama de equipos electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de este componente es su diseño todo en uno. Al incorporar un CI controlador de 8 bits, proporciona control PWM de corriente constante para cada uno de los chips rojo, verde y azul. Esto permite que cada color primario alcance 256 niveles de brillo, posibilitando la creación de más de 16.7 millones de colores distintos. La transmisión de señal entre múltiples unidades se simplifica mediante un puerto de cascada de un solo cable. Las características clave incluyen cumplimiento RoHS, empaquetado compatible con equipos de colocación automática y aptitud para procesos de soldadura por reflujo infrarrojo. Sus aplicaciones objetivo abarcan telecomunicaciones, automatización de oficinas, electrodomésticos, equipos industriales, indicadores de estado, retroiluminación de paneles frontales, módulos de color completo, iluminación decorativa y pantallas de video interiores.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Límites Absolutos Máximos

Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daño permanente. Los límites absolutos máximos se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Disipación de Potencia (P):358 mW. Esta es la potencia total máxima que el encapsulado puede disipar.
• Rango de Voltaje de Alimentación (VDD):+4.2V a +5.5V. El CI integrado requiere este rango de voltaje regulado para funcionar correctamente.
• Corriente Directa DC Total (IF):65 mA. Esta es la corriente total máxima que se puede suministrar a los chips RGB combinados.
• Rango de Temperatura de Operación:-40°C a +85°C.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-40°C a +100°C.

2.2 Características Ópticas

El rendimiento óptico se mide a Ta=25°C, VDD=5V y con todos los canales de color configurados al brillo máximo (8'b11111111).

• Intensidad Luminosa (Iv):
  • Rojo (AlInGaP): 340 mcd (Mín), 800 mcd (Máx)
  • Verde (InGaN): 600 mcd (Mín), 1500 mcd (Máx)
  • Azul (InGaN): 150 mcd (Mín), 360 mcd (Máx)
• Ángulo de Visión (2θ1/2):120 grados (Típico). Este es el ángulo total en el que la intensidad luminosa es la mitad de la intensidad en el eje.
• Longitud de Onda Dominante (λd):
  • Rojo: 615 nm a 630 nm
  • Verde: 520 nm a 535 nm
  • Azul: 460 nm a 475 nm

2.3 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos se especifican en un rango de temperatura ambiente de -20°C a +70°C y un rango de voltaje de alimentación (VDD) de 4.2V a 5.5V.

• Corriente de Salida del CI (IF):20 mA (Típico) por canal de color (Rojo, Verde, Azul por separado). Esta es la corriente constante establecida por el controlador integrado.
• Niveles de Voltaje de Entrada:
  • Voltaje de Entrada de Nivel Alto (VIH): 2.7V mín a VDD máx para DIN y otros pines de control.
  • Voltaje de Entrada de Nivel Bajo (VIL): 0V mín a 1.0V máx.
• Corriente de Trabajo del CI (IDD):1.5 mA (Típico) cuando todos los datos del LED están configurados en '0' (estado apagado).

2.4 Temporización de Transferencia de Datos

El CI integrado utiliza un protocolo de comunicación serial específico. El período total para un bit (TH + TL) es de 1.2μs ±300ns.

• T0H (tiempo alto, código 0):300 ns ±150ns
• T0L (tiempo bajo, código 0):900 ns ±150ns
• T1H (tiempo alto, código 1):900 ns ±150ns
• T1L (tiempo bajo, código 1):300 ns ±150ns
• RES (tiempo de reinicio):>250 μs. Una señal baja en DIN que dure más que este tiempo reinicia el CI.

3. Explicación del Sistema de Binning

El producto utiliza un sistema de binning basado en coordenadas de cromaticidad CIE para garantizar la consistencia del color. Los bins se definen por cuadriláteros en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 (x, y). La tabla proporcionada enumera los códigos de bin (A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3) con las coordenadas (x, y) de sus cuatro puntos de esquina (Punto1 a Punto4). La tolerancia para cada coordenada CIE (x, y) dentro de un bin es de +/- 0.01. Este sistema permite a los diseñadores seleccionar LEDs del mismo código de bin para lograr una apariencia de color uniforme en una matriz o pantalla.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

4.1 Intensidad Relativa vs. Longitud de Onda

El gráfico de distribución espectral muestra los picos de emisión para los tres colores. El LED Rojo (que utiliza tecnología AlInGaP) tiene una longitud de onda dominante en el rango de 615-630nm. Los LEDs Verde y Azul (que utilizan tecnología InGaN) tienen picos en los rangos de 520-535nm y 460-475nm, respectivamente. Las curvas ayudan a comprender la pureza del color y la posible superposición entre canales.

4.2 Corriente Directa vs. Curva de Derating por Temperatura Ambiente

Este gráfico ilustra la corriente directa máxima permitida para el LED en función de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la corriente máxima permisible disminuye linealmente para evitar el sobrecalentamiento y garantizar la fiabilidad. Este es un gráfico crítico para el diseño de gestión térmica.

4.3 Distribución Espacial (Intensidad Luminosa vs. Ángulo)

El diagrama polar representa la intensidad luminosa relativa en función del ángulo de visión. El patrón de haz ancho y simétrico con un ángulo de visión de 120 grados confirma la descripción de lente "difuso blanco", proporcionando una iluminación amplia y uniforme adecuada para aplicaciones de indicación y retroiluminación.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado y Configuración de Pines

El componente es un dispositivo de montaje superficial. La hoja de datos incluye un dibujo dimensional detallado. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.2 mm a menos que se indique lo contrario. La configuración de pines es la siguiente:

1. VDD:Entrada de alimentación DC (+4.2V a +5.5V).
2. DIN:Entrada de señal de datos de control.
3. VSS: Ground.
4. DOUT:Salida de señal de datos de control (para conectar en cascada al DIN del siguiente LED).

5.2 Diseño Recomendado de Pads de Montaje en PCB

Se proporciona un patrón de pistas (huella) sugerido para la PCB para garantizar una soldadura adecuada y estabilidad mecánica durante el ensamblaje. Seguir esta recomendación es esencial para lograr una buena fiabilidad de las uniones soldadas.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Perfil de Soldadura por Reflujo IR

Se proporciona un gráfico detallado del perfil de soldadura por reflujo, conforme con J-STD-020B para procesos sin plomo. Especifica los parámetros críticos: precalentamiento, remojo, temperatura máxima de reflujo y tasas de enfriamiento. Adherirse a este perfil es crucial para evitar daños térmicos al encapsulado del LED y al CI interno.

6.2 Limpieza

Si es necesaria la limpieza después de la soldadura, el LED solo debe sumergirse en alcohol etílico o alcohol isopropílico a temperatura ambiente durante menos de un minuto. Se prohíbe el uso de limpiadores químicos no especificados, ya que pueden dañar el material del encapsulado.

7. Información de Empaquetado y Pedido

El dispositivo se suministra en formato de cinta y carrete compatible con máquinas de pick-and-place automáticas.

• Dimensiones de la Cinta:Ancho de cinta de 12mm.
• Tamaño del Carrete:Diámetro de 7 pulgadas (178mm).
• Cantidad por Carrete:4000 piezas.
• Cantidad Mínima de Empaque:500 piezas para lotes restantes.
• Cinta de Cubierta:Los bolsillos vacíos de componentes se sellan con una cinta de cubierta superior.
• Especificación:El empaquetado cumple con los estándares ANSI/EIA 481.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Indicadores de Estado y Retroiluminación:Ideal para luces de estado multicolor en electrónica de consumo, equipos de red y paneles industriales.
• Iluminación Decorativa y Arquitectónica:Adecuado para tiras LED de cambio de color, iluminación ambiental y luces de acento debido a su capacidad de color completo y función de cascada.
• Pantallas de Baja Resolución:Puede usarse para construir módulos de color completo, lámparas de luz suave y pantallas de video interiores irregulares (por ejemplo, fachadas mediáticas, instalaciones artísticas).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Fuente de Alimentación:Asegure un suministro estable y regulado de 5V dentro del rango de 4.2V-5.5V. Considere la corriente de entrada y los condensadores de desacoplamiento cerca del pin VDD.
• Integridad de la Señal de Datos:Mantenga los requisitos de temporización precisos (T0H, T1H, etc.) para la señal de datos serial. Para cascadas largas o entornos ruidosos, considere el uso de buffers de señal o cambio de nivel.
• Gestión Térmica:Adhiérase a la curva de derating de corriente. Proporcione un área de cobre adecuada en la PCB para la disipación de calor, especialmente cuando se conduzcan los tres canales a alto brillo durante períodos prolongados.
• Protección contra ESD:Implemente medidas estándar de protección contra descargas electrostáticas (ESD) en las líneas de datos y alimentación durante el manejo y en la aplicación final.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los LEDs RGB discretos tradicionales que requieren controladores de corriente constante externos o resistencias, esta solución integrada ofrece ventajas significativas:

• Diseño Simplificado:Reduce el número de componentes, la huella en la PCB y la complejidad del diseño.
• Consistencia de Color Superior:El CI integrado proporciona una corriente constante precisa y estable a cada chip, lo que conduce a una salida de color más consistente entre unidades y en el tiempo en comparación con los diseños limitados por resistencias.
• Atenuación de Alta Resolución:PWM de 8 bits (256 pasos) por color permite una mezcla y atenuación de color suave, posibilitando efectos de iluminación profesionales.
• Capacidad de Conexión en Cadena (Daisy-Chaining):El protocolo de cascada de un solo cable simplifica el cableado para grandes matrices, requiriendo solo un pin GPIO de microcontrolador para controlar una larga cadena de LEDs.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito del CI integrado?

R: Proporciona control de corriente constante y atenuación PWM para cada canal de color internamente, eliminando la necesidad de componentes limitadores de corriente externos y simplificando el control del microcontrolador.

P: ¿Cuántos LEDs puedo conectar en cadena?

R: Teóricamente, un número muy grande, ya que cada LED regenera la señal de datos. El límite práctico está determinado por la tasa de actualización de datos requerida y la caída de voltaje acumulativa en la línea de alimentación (VDD). Para cadenas largas, se recomienda la inyección de energía en múltiples puntos.

P: ¿Puedo controlar este LED con un microcontrolador de 3.3V?

R: El nivel alto mínimo de entrada de datos (VIH) es de 2.7V. Un nivel alto lógico de 3.3V (típicamente 3.3V) cumple con este requisito, por lo que generalmente es compatible. Asegúrese de que la fuente de alimentación de 5V para el LED (VDD) esté separada del suministro de 3.3V del microcontrolador.

P: ¿Por qué la corriente directa está fijada en 20mA?

R: El CI integrado está preconfigurado para entregar una corriente constante de 20mA (típico) a cada chip LED. Esto optimiza el rendimiento y la fiabilidad. El brillo se controla únicamente mediante el ciclo de trabajo PWM, no variando la amplitud de la corriente.

11. Ejemplo Práctico de Uso

Escenario: Diseñar un indicador de estado compacto y personalizable en color para un concentrador de hogar inteligente.

El diseñador utiliza este LED porque un solo componente proporciona luz roja, verde y azul. El microcontrolador envía un flujo de datos serial simple para establecer el color (por ejemplo, rojo para sin conexión, cian para conectado, púrpura para actualización). El control de corriente constante garantiza que el brillo permanezca estable independientemente de las fluctuaciones menores en la fuente de alimentación. El amplio ángulo de visión hace que el indicador sea visible desde varios ángulos. El encapsulado de montaje superficial permite un diseño elegante de panel plano. El empaquetado en cinta y carrete permite un ensamblaje rápido y automatizado durante la producción en masa.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El dispositivo funciona bajo un principio simple. Un microcontrolador externo envía un flujo de datos serial al pin DIN. Este flujo contiene 24 bits de datos (8 bits para cada nivel de brillo rojo, verde y azul). El CI integrado dentro del primer LED lee estos primeros 24 bits, los almacena y luego desplaza el flujo de datos restante a través de su pin DOUT al pin DIN del siguiente LED en la cadena. Luego, el CI utiliza Modulación por Ancho de Pulso (PWM) para controlar las fuentes de corriente constante conectadas a cada chip LED. Una corriente de 20mA se enciende y apaga muy rápidamente. La relación entre el tiempo de encendido y el tiempo de apagado (ciclo de trabajo) dentro de un período fijo determina el brillo percibido de cada color, permitiendo una mezcla de colores precisa.

13. Tendencias Tecnológicas

La integración de la electrónica de control directamente en los encapsulados LED representa una tendencia clara en la industria, avanzando hacia LEDs "inteligentes". Esta tendencia tiene como objetivo simplificar el diseño del producto final, mejorar la consistencia del rendimiento y permitir funciones más avanzadas, como la direccionabilidad individual en matrices densas. Los desarrollos futuros pueden incluir una mayor profundidad de bits para el control de color (10 bits, 12 bits), sensores integrados (por ejemplo, para retroalimentación de temperatura o luz) y protocolos de comunicación más robustos o de mayor velocidad. El enfoque sigue siendo aumentar la integración, reducir el costo del sistema y mejorar la fiabilidad para aplicaciones en iluminación general, automoción y pantallas de alta resolución.