فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 ویژگیها و مزایای اصلی
- 1.2 کاربردهای هدف
- 2. شرح جزئیات مشخصات فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 ویژگیهای نوری-الکتریکی
- 3. توضیح سیستم درجهبندی
- 3.1 طبقهبندی شدت تابش
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 4.1 رابطه جریان مستقیم با دمای محیط
- 4.2 توزیع طیفی
- 4.3 رابطه شدت تابش با جریان مستقیم
- 4.4 رابطهی شدت تابش نسبی با جابجایی زاویهای
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بستهبندی
- 5.2 تشخیص قطبیت
- 6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 شکلدهی پایهها
- 6.2 شرایط نگهداری
- 6.3 توصیههای جوشکاری
- 6.4 تمیزکاری
- 6.5 مدیریت حرارتی
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 7.1 مشخصات برچسب
- 7.2 مشخصات بستهبندی
- 8. ملاحظات طراحی برنامه
- 8.1 طراحی مدار درایو
- 8.2 طراحی و تراز نوری
- 8.3 تداخل و ایمنی در برابر نویز
- 9. مقایسه و جایگاهیابی فنی
- 10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
- 10.1 تفاوت جریان پیوسته (IF) و جریان پیک (IFP) چیست؟
- 10.2 چگونه درجهبندی صحیح (N، P، Q، R) را انتخاب کنیم؟
- 10.3 چرا فاصله جوشکاری (3 میلیمتر از لامپ) اینقدر مهم است؟
- 11. مطالعه موردی طراحی و کاربرد
- 11.1 مطالعه موردی: افزایش برد کنترلکنندههای مادون قرمز مصرفی
- 12. اصل کار
- 13. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
HIR204C/H0 یک دیود ساطعکننده مادونقرمز با شدت بالا است که در یک بستهبندی پلاستیکی شفاف 3.0 میلیمتری عرضه میشود. این محصول بهطور خاص برای کاربردهایی طراحی شده است که نیاز به انتشار مطمئن مادونقرمز با ویژگیهای طیفی خاص دارند.
1.1 ویژگیها و مزایای اصلی
این قطعه مزایای کلیدی متعددی برای طراحی سیستمهای مادون قرمز ارائه میدهد:
- قابلیت اطمینان بالا:طراحی شده برای عملکرد پایدار و طول عمر طولانی.
- شدت تابش بالا:خروجی مادون قرمز قوی برای کاربردهای میانبرد فراهم میکند.
- طول موج اوج:طول موج مرکزی معمولی نور ساطع شده (λp) 850 نانومتر است که یک استاندارد رایج برای بسیاری از گیرندهها و حسگرهای مادون قرمز میباشد.
- ولتاژ مستقیم پایین:مقدار معمولی در جریان 20mA برابر با 1.45V است که به کاهش مصرف توان مدار درایو کمک میکند.
- انطباق با محیط زیست:产品为无铅设计,符合欧盟REACH法规,并满足无卤素要求(Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm)。产品本身符合RoHS规范。
- فاصله استاندارد پایهها:دارای فاصله پایههای 2.54 میلیمتر (0.1 اینچ) است که با بردهای نمونهسازی استاندارد و چیدمان PCB سازگاری دارد.
1.2 کاربردهای هدف
طیف این LED مادون قرمز با فتوترانزیستورها، فوتودیودها و ماژولهای گیرنده مادون قرمز متداول مطابقت دارد و برای سیستمهای مختلف از جمله مناسب است:
- سیستمهای انتقال فضای آزاد برای ارتباطات داده یا سیگنال.
- دستگاههای کنترل از راهدور مادون قرمز که نیاز به خروجی توان بالاتر برای دستیابی به فاصله بیشتر یا نفوذ در موانع دارند.
- آشکارسازهای دود که در آنها از پرتو مادون قرمز برای تشخیص ذرات استفاده میشود.
- سایر سیستمهای کاربردی عمومی مادون قرمز، مانند تشخیص اشیاء، تشخیص مجاورت و اتوماسیون صنعتی.
2. شرح جزئیات مشخصات فنی
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
این مقادیر نامی محدودیتهایی را تعریف میکنند که ممکن است منجر به آسیب دائمی قطعه شوند. عملکرد در این شرایط تضمین نمیشود.
- جریان مستقیم پیوسته (IF):100 میلیآمپر
- جریان مستقیم اوج (IFP):1.0 A. این مقدار نامی برای شرایط پالسی با عرض پالس ≤ 100μs و چرخه کاری ≤ 1% اعمال میشود.
- ولتاژ معکوس (VR):5 V
- دمای عملیاتی (Topr):40- درجه سانتیگراد تا 85+ درجه سانتیگراد
- دمای ذخیرهسازی (Tstg):40- درجه سانتیگراد تا 85+ درجه سانتیگراد
- دمای لحیمکاری (Tsol):حداکثر 260 درجه سانتیگراد، به مدت حداکثر 5 ثانیه.
- توان مصرفی (Pd):150 میلیوات در هوای آزاد در دمای محیط 25 درجه سانتیگراد یا کمتر.
2.2 ویژگیهای نوری-الکتریکی
این پارامترها در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سانتیگراد اندازهگیری شدهاند و عملکرد معمول دستگاه را تعریف میکنند.
- شدت تابش (Ie):اندازهگیری توان مادون قرمز ساطع شده در هر واحد زاویه فضایی.
- در جریان مستقیم (IF) 20 میلیآمپر، مقدار معمول 20 میلیوات بر استرادیان است.
- در شرایط پالسی (IF=100mA، عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%)، شدت تابش معمول 40 میلیوات بر استرادیان است.
- طول موج پیک (λp):در IF=20mA، 850 نانومتر (مقدار معمول). این طول موجی است که شدت تابش در آن حداکثر است.
- پهنای باند طیفی (Δλ):در IF=20mA، 45 نانومتر (مقدار معمول). این محدوده طول موج تابش را که حول محور پیک متمرکز است، تعریف میکند.
- ولتاژ مستقیم (VF):
- در IF=20mA، 1.45V (مقدار معمول)، 1.65V (حداکثر).
- در شرایط پالس با IF=100mA، 1.80V (مقدار معمول)، 2.40V (حداکثر).
- جریان معکوس (IR):در هنگام اعمال ولتاژ معکوس 5 ولت (VR)، حداکثر 10 میکروآمپر است.
- زاویه دید (2θ1/2):در IF=20mA، 40 درجه (مقدار معمول). این زاویه کامل زمانی است که شدت تابش به نصف مقدار حداکثر خود (محوری) کاهش مییابد.
تلرانس اندازهگیری:ولتاژ مستقیم: ±0.1V؛ شدت تابش: ±10%؛ طول موج پیک: ±1.0nm.
3. توضیح سیستم درجهبندی
HIR204C/H0 سطوح عملکرد یا "درجهبندی" مختلفی را ارائه میدهد که عمدتاً بر اساس شدت تابش است. این امر به طراحان اجازه میدهد تا قطعهای را انتخاب کنند که الزامات خروجی خاص کاربرد آنها را برآورده کند.
3.1 طبقهبندی شدت تابش
دستهبندی تحت شرایط آزمایش استاندارد IF = 20mA تعریف میشود. واحد شدت تابش mW/sr است.
- دسته N:حداقل 11.0، حداکثر 17.6
- P:حداقل 15.0، حداکثر 24.0
- Q:Minimum 21.0, Maximum 34.0
- R gear:Minimum 30.0, Maximum 48.0
انتخاب رده بالاتر (مثلاً رده R در مقابل رده N) حداقل خروجی تشعشع تضمینشده بالاتری را فراهم میکند که در کاربردهای عملی میتواند به معنای برد بیشتر یا قدرت سیگنال قویتر باشد.
4. تحلیل منحنی عملکرد
دیتاشیت چندین منحنی مشخصه ارائه میدهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان میدهند. درک این منحنیها برای طراحی مدار مطمئن ضروری است.
4.1 رابطه جریان مستقیم با دمای محیط
این منحنی نشاندهنده کاهش مجاز حداکثر جریان مستقیم پیوسته با افزایش دمای محیط است. در دمای 25°C، حداکثر مقدار 100mA است. با افزایش دما، این حداکثر جریان باید کاهش یابد تا از فراتر رفتن از محدودیتهای اتلاف توان قطعه و آسیب حرارتی جلوگیری شود. منحنی معمولاً کاهش خطی از 100mA در 25°C تا مقدار پایینتر در 85°C را نشان میدهد.
4.2 توزیع طیفی
این نمودار شدت نسبی تابش را بر حسب طولموج ترسیم میکند. طولموج پیک (λp) در 850nm و پهنای باند طیفی (Δλ) تقریباً 45nm را بهطور بصری تأیید میکند. منحنی عموماً شکلی گاوسی دارد که حول 850nm متمرکز است.
4.3 رابطه شدت تابش با جریان مستقیم
این یک منحنی طراحی حیاتی است. این منحنی نشان میدهد که شدت تابش (Ie) با افزایش جریان مستقیم (IF) افزایش مییابد، اما این رابطه کاملاً خطی نیست، به ویژه در جریانهای بالاتر. نقطهای از کاهش بازده وجود دارد که در آن افزایش جریان، خروجی نوری اضافی کمتری تولید میکند اما گرمای تولید شده به طور قابل توجهی افزایش مییابد. طراحان معمولاً بر اساس این منحنی و ملاحظات حرارتی، LED را در جریان پیوسته توصیهشده (20mA یا 100mA پالسی) یا کمتر از آن راهاندازی میکنند.
4.4 رابطهی شدت تابش نسبی با جابجایی زاویهای
این نمودار قطبی، الگوی انتشار فضایی LED را نشان میدهد. این نمودار نشان میدهد که شدت نور چگونه با دور شدن از محور مرکزی (0 درجه) کاهش مییابد. "زاویه دید" 40 درجه به عنوان نقطهای تعریف میشود که در آن شدت نور به 50٪ مقدار محوری میرسد. این اطلاعات برای طراحی نوری، تعیین پوشش پرتو و همترازی LED با گیرنده حیاتی است.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بستهبندی
LED در بستهبندی استاندارد دایرهای 3.0 میلیمتری استفاده میشود. نقشههای مکانیکی دقیق در برگه مشخصات، تمام ابعاد کلیدی از جمله:
- قطر کلی و ارتفاع لنز اپوکسی.
- قطر و طول پایه.
- فاصله از کف لنز تا نقطه خم پایه.
- صفحه نصب.
تلرانس عمومی:مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد، تلرانس ابعاد ±0.25mm است. برای چیدمان سوراخهای PCB و تطبیق مکانیکی باید به نقشههای دقیق مراجعه شود.
5.2 تشخیص قطبیت
<>封装通常使用边缘的平面或较长的引脚来表示阴极(负极)。规格书图纸将明确指示阳极和阴极。在电路组装过程中必须注意正确的极性。6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
پردازش صحیح برای حفظ قابلیت اطمینان و عملکرد قطعه حیاتی است.
6.1 شکلدهی پایهها
- خمش باید در فاصله حداقل 3 میلیمتری از انتهای حباب اپوکسی انجام شود.
- همیشه دراجزای لحیمکاریقبل از
- شکلدهی پایهها. در حین شکلدهی از اعمال تنش به بدنه LED یا پایه آن خودداری کنید، زیرا این امر ممکن است به اتصالات داخلی آسیب رسانده یا باعث ترک خوردن اپوکسی شود.
- پینها را در دمای اتاق قطع کنید. برش در دمای بالا ممکن است منجر به خرابی شود.
- اطمینان حاصل کنید که سوراخهای PCB کاملاً با پینهای LED تراز باشند تا از تنش نصب جلوگیری شود.
6.2 شرایط نگهداری
- شرایط نگهداری پیشنهادی پس از دریافت: دما ≤ 30 درجه سانتیگراد، رطوبت نسبی ≤ 70%.
- مدت زمان ماندگاری تحت این شرایط 3 ماه است.
- برای ذخیرهسازی طولانیتر (حداکثر یک سال)، دستگاه را در یک ظرف دربسته پر از نیتروژن همراه با ماده خشککن قرار دهید.
- پس از باز کردن بستهبندی اصلی، قطعه را در عرض 24 ساعت استفاده کنید.
- برای جلوگیری از تراکم رطوبت، از تغییرات ناگهانی دما در محیطهای مرطوب خودداری کنید.
6.3 توصیههای جوشکاری
نقطه جوش باید حداقل 3 میلیمتر از لامپ اپوکسی فاصله داشته باشد.
- لحیم کاری دستی:دمای نوک هویه ≤ 300°C (مناسب برای هویه حداکثر 30 وات). زمان لحیم کاری هر پایه ≤ 3 ثانیه.
- لحیم کاری موجی/غوطهوری:دمای پیشگرم ≤ ۱۰۰ درجه سلسیوس، زمان ≤ ۶۰ ثانیه. دمای حمام قلع ≤ ۲۶۰ درجه سلسیوس، زمان ≤ ۵ ثانیه.
- قواعد کلی:
- در حین فرآیند لحیمکاری و بلافاصله پس از آن در حالی که قطعه هنوز داغ است، از اعمال تنش به پایهها خودداری کنید.
- بیش از یک بار لحیمکاری غوطهوری/دستی انجام ندهید.
- پس از لحیمکاری، LED را تا زمانی که به دمای اتاق خنک نشده است، در برابر ضربه/ارتعاش مکانیکی محافظت کنید.
- از فرآیند خنکسازی سریع خودداری کنید.
- همیشه از کمترین دمای مؤثر و زمان جوشکاری استفاده کنید.
6.4 تمیزکاری
- در صورت نیاز به تمیز کردن، از ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت حداکثر یک دقیقه استفاده کنید. در دمای اتاق خشک شود.
- از تمیز کردن با اولتراسونیک خودداری کنید.در صورت ضرورت مطلق، نیاز به پیشتایید گسترده است تا اطمینان حاصل شود که توان اولتراسونیک خاص و شرایط مونتاژ به تراشه LED یا سیمهای اتصال آسیب نمیرسانند.
6.5 مدیریت حرارتی
اگرچه این مشخصات مقادیر مقاومت حرارتی خاص را به تفصیل فهرست نمیکند، اما بر اهمیت مدیریت حرارتی تأکید دارد. مقدار نامی توان اتلافی (Pd) 150mW برای محیط هوای آزاد در دمای 25°C اعمال میشود. در کاربردهای عملی، به ویژه هنگام راهاندازی با جریان بالاتر یا در فضاهای محصور، دمای اتصال LED افزایش خواهد یافت. این امر باعث کاهش بازده نوری و طول عمر میشود. طراحان باید در مرحله طراحی کاربرد، مسائل دفع حرارت، مساحت فویل مسی PCB و شرایط محیطی را در نظر بگیرند تا اطمینان حاصل شود که LED در محدوده دمای ایمن کار میکند.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
7.1 مشخصات برچسب
برچسب روی بستهبندی حاوی اطلاعات کلیدی برای ردیابی و شناسایی است:
- CPN:شماره محصول مشتری
- P/N:شماره محصول (مثلاً، HIR204C/H0)
- تعداد:تعداد در بستهبندی
- CAT:سطح شدت روشنایی (کد درجهبندی، به عنوان مثال N، P، Q، R)
- HUE:ردهی طول موج اصلی
- REF:ردهی ولتاژ مستقیم
- LOT No:شماره سری ساخت
- X:ماه تولید
- REF:شماره مرجع برچسب
7.2 مشخصات بستهبندی
- بستهبندی اولیه:کیسه ضد الکتریسیته ساکن.
- بستهبندی ثانویه:جعبه داخلی.
- بستهبندی سوم:کارتن خارجی.
- تعداد استاندارد بستهبندی:
- هر کیسه ضد الکتریسیته ساکن 200 تا 1000 قطعه.
- 5 کیسه در یک جعبه داخلی قرار میگیرد.
- 10 جعبه داخلی در یک کارتن خارجی قرار میگیرد.
8. ملاحظات طراحی برنامه
8.1 طراحی مدار درایو
برای راهاندازی LED، باید از یک مدار محدودکننده جریان استفاده کرد. برای کاربردهای پایه، معمولاً یک مقاومت سری ساده کافی است. مقدار مقاومت (R) را میتوان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (ولتاژ منبع - Vf) / If. به عنوان مثال، با ولتاژ منبع 5V، Vf برابر 1.45V و If مورد نظر 20mA: R = (5 - 1.45) / 0.02 = 177.5Ω. یک مقاومت استاندارد 180Ω مناسب خواهد بود. برای عملکرد پالسی با جریان بالاتر (مثلاً 100mA)، استفاده از ترانزیستور یا IC درایو LED اختصاصی برای تأمین پالس جریان لازم توصیه میشود.
8.2 طراحی و تراز نوری
زاویه دید 40 درجه یک پرتو نسبتاً گسترده ارائه میدهد. برای کاربردهای با فاصله بیشتر یا متمرکز، میتوان یک لنز در جلوی LED اضافه کرد. برعکس، برای پوشش بسیار وسیع، ممکن است به چندین LED نیاز باشد. همترازی مکانیکی دقیق با سنسور گیرنده (فتوترانزیستور، ماژول گیرنده مادون قرمز) برای دستیابی به عملکرد بهینه سیستم حیاتی است. برای اطلاع از شدت سیگنال در زوایای خارج از محور، باید به منحنی الگوی تابش فضایی مراجعه کرد.
8.3 تداخل و ایمنی در برابر نویز
سیستمهای مادون قرمز ممکن است در برابر نویز نور محیطی، به ویژه نور خورشید و لامپهای رشتهای که حاوی اجزای مادون قرمز هستند، آسیبپذیر باشند. راهکارهای کاهش شامل:
- استفاده از سیگنالهای مادون قرمز مدولهشده (به عنوان مثال، حامل 38kHz) و گیرندهای که روی همان فرکانس تنظیم شده است.
- اضافه کردن فیلتر نوری در سمت گیرنده که نور مرئی را مسدود کرده اما نور مادون قرمز 850 نانومتر را عبور میدهد.
- محافظت فیزیکی جفت LED و گیرنده در برابر تأثیر مستقیم منابع نور محیطی.
9. مقایسه و جایگاهیابی فنی
HIR204C/H0 موقعیت خاصی در بازار LEDهای مادون قرمز اشغال میکند. در مقایسه با LEDهای مادون قرمز SMD کوچکتر، به دلیل اندازه تراشه و بستهبندی بزرگتر، خروجی تابشی بالقوه بالاتری ارائه میدهد که برای کاربردهای نیازمند توان بالاتر مناسب است. در مقایسه با فرستندههای مادون قرمز پرتوان تخصصی بزرگتر، جمعوجورتر است و با مدارهای سادهتر به راحتی راهاندازی میشود. طول موج 850 نانومتری آن رایجترین است که تضمینکننده سازگاری گسترده با گیرندهها میباشد. عوامل تمایز کلیدی شامل بستهبندی شفاف آن (بدون رنگآمیزی)، فاصله پایه استاندارد 2.54 میلیمتری برای تسهیل نمونهسازی اولیه، و ساختار دستهبندی مشخص برای اطمینان از یکنواختی خروجی است.
10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
10.1 تفاوت جریان پیوسته (IF) و جریان پیک (IFP) چیست؟
جریان مستقیم پیوسته (IF=100mA)حداکثر جریان مستقیمی است که در صورت رعایت محدودیتهای حرارتی، میتوان به طور نامحدود از LED عبور داد بدون اینکه آسیبی ایجاد شود.جریان مستقیم پیک (IFP=1.0A)حداکثر جریانی است که فقط تحت شرایط پالس بسیار کوتاه (عرض پالس ≤100μs، چرخه کاری ≤1%) مجاز است. این امر برای پالسهای نوری کوتاه و با شدت بالا، مانند کاربردهای کنترل از راه دور، امکانپذیر میکند، اما توان متوسط باید در محدوده محدودیتهای اتلاف توان دستگاه باقی بماند.
10.2 چگونه درجهبندی صحیح (N، P، Q، R) را انتخاب کنیم؟
بر اساس حداقل شدت تابش مورد نیاز کاربرد شما در فاصله کاری و تحت بدترین شرایط (مانند باتری ضعیف، دمای بالا) انتخاب کنید. اگر محاسبات طراحی شما نشان میدهد که حداقل به 18 mW/sr نیاز دارید، باید رده Q (حداقل 21.0) یا رده R (حداقل 30.0) را انتخاب کنید. رده N (حداقل 11.0) عملکرد را تضمین نمیکند. انتخاب رده بالاتر حاشیه طراحی بیشتری فراهم میکند.
10.3 چرا فاصله جوشکاری (3 میلیمتر از لامپ) اینقدر مهم است؟
رزین اپوکسی تشکیلدهنده لنز دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی با پایههای فلزی است. اعمال حرارت لحیمکاری بالا در فاصلهای بسیار نزدیک به رزین اپوکسی منجر به تنش حرارتی میشود که میتواند باعث ایجاد ریزترک در اپوکسی یا آسیب به چسب داخلی تراشه شود. این ترکها ممکن است در آینده باعث نفوذ رطوبت شده و منجر به خرابی زودرس شوند. فاصله 3 میلیمتری اجازه میدهد حرارت پیش از رسیدن به بستهبندی حساس، در طول پایهها پراکنده شود.
11. مطالعه موردی طراحی و کاربرد
11.1 مطالعه موردی: افزایش برد کنترلکنندههای مادون قرمز مصرفی
صحنه:یک طراح در حال طراحی یک کنترل از راهانداز جهانی است که باید در یک اتاق نشیمن معمولی، حتی در زوایای جزئی، تا فاصله 10 متری به طور قابل اطمینانی کار کند.
انتخاب طراحی با استفاده از HIR204C/H0:
- جریان راهاندازی:طراحان به جای استفاده از جریان پیوسته معمول 20mA، از مدار راهاندازی پالسی استفاده کردند. آنها LED را با جریان 100mA و چرخه کاری بسیار کوتاه (مثلاً 0.5%) به صورت پالسهای با شدت بالا راهاندازی کردند تا از رتبهبندی IFP استفاده کنند. این کار توان نوری پیک را به طور قابل توجهی افزایش داد و در نتیجه برد مؤثر را بهبود بخشید.
- انتخاب دستهبندی:برای اطمینان از عملکرد یکسان تمامی واحدهای تولیدی و در نظر گرفتن افت ولتاژ باتری، طراحان LED دسته R را مشخص کردهاند. این امر حداقل خروجی نسبتاً بالایی را حتی در پایان عمر باتری تضمین میکند.
- چیدمان و لنز:دو LED با فاصلهای جزئی از هم و در زاویهای نسبت به یکدیگر قرار گرفتهاند تا الگوی پرتو مؤثر وسیعتری ایجاد کرده و امکان برخورد به گیرنده از زوایای مختلف را افزایش دهند. استفاده از یک درپوش پلاستیکی ساده و کمهزینه روی LEDها، پرتو را کمی موازی میکند تا جهتدهی بهتری حاصل شود.
- ملاحظات حرارتی:با توجه به چرخه کاری بسیار پایین (0.5%)، توان متوسط بسیار ناچیز است (100mA * 1.65V * 0.005 = 0.825mW) که به مراتب کمتر از مقدار نامی Pd معادل 150mW میباشد. هیچ اقدام خاصی برای دفع حرارت روی PCB مورد نیاز نیست.
این روش نشان میدهد که چگونه درک مقادیر نامی پالسی، دستهبندی (binning) و پارامترهای حرارتی در دیتاشیت میتواند به طراحی بهینه و مقرونبهصرفه برای کاربردهای سخت و требоваانه منجر شود.
12. اصل کار
دیود ساطعکننده نور مادون قرمز (IR LED) بر اساس همان اصل دیود نورانی مرئی استاندارد کار میکند، اما از مواد نیمههادی متفاوتی برای تولید نور در طیف مادون قرمز استفاده میکند. HIR204C/H0 از تراشه گالیم آلومینیوم آرسناید (GaAlAs) استفاده میکند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به پیوند P-N LED اعمال میشود، الکترونها و حفرهها در ناحیه فعال نیمههادی بازترکیب میشوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون آزاد میکند. انرژی گاف نواری خاص ماده GaAlAs طول موج این فوتونها را تعیین میکند که در این مورد، طول موج مرکزی حدود 850 نانومتر است، در ناحیه مادون قرمز نزدیک قرار دارد و برای چشم انسان نامرئی است. پوشش اپوکسی شفاف مانند آب، نور را فیلتر یا رنگآمیزی نمیکند و اجازه میدهد حداکثر میزان تابش مادون قرمز تولید شده خارج شود.
13. روندهای فناوری
حوزه فرستندههای مادون قرمز در حال توسعه مستمر است. روندهای کلی قابل مشاهده در صنعت شامل موارد زیر است:
- بهبود کارایی:توسعه ساختارهای اپیتاکسیال نیمههادی جدید برای دستیابی به شدت تابشی بالاتر (mW/sr) در جریان ورودی یکسان (mA)، که در نتیجه کارایی کلی سیستم را بهبود میبخشد.
- کوچکسازی:اگرچه بستهبندیهای تورفتگی مانند 3mm به دلیل استحکام و سهولت استفاده همچنان محبوب هستند، اما روند قویای به سمت بستهبندیهای دستگاههای نصبشده روی سطح (SMD) (مانند 0805، 0603) وجود دارد که برای مونتاژ خودکار و طراحیهای با محدودیت فضایی مانند گوشیهای هوشمند (برای حسگرهای مجاورتی) و دستگاههای کوچک اینترنت اشیا مناسب هستند.
- تنوع طول موج:اگرچه طولموجهای 850nm و 940nm غالب هستند، اما استفاده از طولموجهای دیگر در کاربردهای خاص در حال افزایش است، مانند 810nm برای تجهیزات پزشکی یا باندهای باریک خاص برای حسگری گاز.
- یکپارچهسازی:ترکیب LED مادون قرمز با مدار درایور، مدولاتور و حتی آشکارساز نوری در یک بستهبندی واحد، برای ایجاد "ماژول سنسور" هوشمندتر و کاربردیتر.
- دادههای قابلیت اطمینان بهبودیافته:دیتاشیتهای مدرن به طور فزایندهای دادههای دقیقتر طول عمر و قابلیت اطمینان (مانند دادههای L70 و L50 تحت شرایط تنش مختلف) را ارائه میدهند تا از طراحی کاربردهای خودرویی، صنعتی و پزشکی که عملکرد بلندمدت در آنها حیاتی است، پشتیبانی کنند.
HIR204C/H0 نمایندهای از یک قطعه بالغ، قابل اطمینان و بهخوبی شناختهشده است که از این پیشرفتهای مستمر در مواد و ساخت بهره میبرد و ارتباط مستمر آن را در طیف گستردهای از طراحیهای الکترونیکی تضمین میکند.
شرح جامع اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
یک. شاخصهای کلیدی عملکرد نوری-الکتریکی
| اصطلاحات | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| کارایی نوری (Luminous Efficacy) | lm/W (لومن بر وات) | شار نوری تولید شده به ازای هر وات انرژی الکتریکی، هرچه بالاتر باشد، انرژی کمتری مصرف میشود. | به طور مستقیم سطح کارایی انرژی چراغ و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری (Luminous Flux) | lm (لومن) | کل نور ساطعشده از یک منبع نور که معمولاً به آن «روشنایی» میگویند. | تعیین میکند که آیا چراغ به اندازه کافی روشن است یا خیر. |
| زاویه تابش (Viewing Angle) | ° (درجه)، مانند 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، پهنای پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ (CCT) | کلوین (K)، مانند 2700K/6500K | گرمی یا سردی رنگ نور، مقادیر پایین متمایل به زرد/گرم، مقادیر بالا متمایل به سفید/سرد. | تعیین فضای روشنایی و کاربرد مناسب. |
| شاخص نمود رنگ (CRI / Ra) | بدون واحد، 0–100 | توانایی منبع نور در بازتولید رنگ واقعی اشیاء، Ra≥80 مطلوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، برای مکانهای با الزامات بالا مانند مراکز خرید و گالریهای هنری استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ (SDCM) | مراحل بیضی مک آدام، مانند "5-step" | شاخص کمی برای یکنواختی رنگ، هرچه تعداد مراحل کمتر باشد، یکنواختی رنگ بیشتر است. | اطمینان از عدم تفاوت رنگ در بین چراغهای یک دسته. |
| طول موج غالب (Dominant Wavelength) | nm (نانومتر)، مانند 620nm (قرمز) | مقادیر طول موج متناظر با رنگهای LED رنگی. | تعیین کننده فام (Hue) LED های تکرنگ مانند قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی (Spectral Distribution) | منحنی طول موج در مقابل شدت | نمایش توزیع شدت نور ساطعشده از LED در طولموجهای مختلف. | تأثیر بر نمایش رنگ و کیفیت رنگ. |
2. پارامترهای الکتریکی
| اصطلاحات | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم (Forward Voltage) | Vf | حداقل ولتاژ مورد نیاز برای روشنشدن LED، مشابه "آستانه راهاندازی". | ولتاژ منبع تغذیه باید ≥ Vf باشد، در صورت اتصال سری چند LED، ولتاژها جمع میشوند. |
| جریان مستقیم (Forward Current) | اگر | مقدار جریان برای روشنایی عادی LED. | معمولاً از درایو جریان ثابت استفاده میشود، جریان تعیینکننده روشنایی و طول عمر است. |
| حداکثر جریان پالس (Pulse Current) | Ifp | جریان اوج قابل تحمل در مدت زمان کوتاه، برای تنظیم نور یا فلاش. | عرض پالس و نسبت چرخه کار باید به دقت کنترل شوند، در غیر این صورت آسیب ناشی از گرمای بیش از حد رخ میدهد. |
| Reverse Voltage | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است دچار شکست شود. | در مدار باید از اتصال معکوس یا شوک ولتاژ جلوگیری شود. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومت انتقال حرارت از تراشه به نقطه لحیمکاری، هرچه مقدار آن کمتر باشد، خنککنندگی بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیازمند طراحی خنککنندگی قویتر است، در غیر این صورت دمای اتصال افزایش مییابد. |
| تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD Immunity) | V (HBM)، مانند 1000V | مقاومت در برابر ضربه الکترواستاتیک، هرچه مقدار آن بالاتر باشد، آسیبپذیری در برابر الکتریسیته ساکن کمتر است. | در فرآیند تولید باید اقدامات ضد الکتریسیته ساکن به خوبی رعایت شود، به ویژه برای LEDهای با حساسیت بالا. |
3. مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاحات | شاخصهای کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | با هر کاهش 10 درجه سانتیگراد، عمر مفید ممکن است دو برابر شود؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت نور (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعت) | زمان لازم برای کاهش روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه. | تعریف مستقیم "عمر مفید" LED. |
| نرخ حفظ لومن (Lumen Maintenance) | % (مانند 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از مدتزمانی استفاده. | نشاندهنده توانایی حفظ روشنایی پس از استفاده طولانیمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | میزان تغییر رنگ در طول فرآیند استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنهی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی (Thermal Aging) | کاهش عملکرد مواد | تخریب مواد بستهبندی ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است منجر به کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
چهارم: بستهبندی و مواد.
| اصطلاحات | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, سرامیک | ماده پوششی که تراشه را محافظت کرده و رابطهای نوری و حرارتی فراهم میکند. | EMC مقاومت حرارتی خوب و هزینه کم دارد؛ سرامیک دارای خنککنندگی عالی و عمر طولانی است. |
| ساختار تراشه | نصب معمولی، نصب معکوس (Flip Chip) | روش چیدمان الکترودهای تراشه. | نصب معکوس دارای خنککنندگی بهتر و بازده نوری بالاتر است و برای توانهای بالا مناسب میباشد. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | روی تراشه نور آبی پوشانده میشود، بخشی از آن به نور زرد/قرمز تبدیل شده و با هم ترکیب میشوند تا نور سفید تولید شود. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| لنز/طراحی اپتیکال | صفحهای، میکرولنز، بازتاب کلی | ساختار نوری سطح بستهبندی، کنترل توزیع نور. | تعیین زاویه تابش و منحنی توزیع نور. |
5. کنترل کیفیت و درجهبندی
| اصطلاحات | محتوای درجهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| طبقهبندی شار نوری | کدها مانند 2G، 2H | گروهبندی بر اساس سطح روشنایی، هر گروه دارای حداقل/حداکثر مقدار لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته محصول. |
| دستهبندی ولتاژ | کد مانند 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | برای تطبیق آسانتر با منبع تغذیه درایو و بهبود بازدهی سیستم. |
| درجهبندی بر اساس رنگ. | بیضی MacAdam 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از قرارگیری رنگ در محدودهای بسیار کوچک. | اطمینان از یکنواختی رنگ و جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل یک چراغ. |
| دستهبندی دمای رنگ | 2700K, 3000K و غیره | بر اساس دمای رنگ گروهبندی میشود و هر گروه محدوده مختصات مربوط به خود را دارد. | پاسخگوی نیازهای دمای رنگ در صحنههای مختلف است. |
شش: آزمایش و گواهی
| اصطلاحات | استاندارد/آزمایش | توضیح ساده | معنا |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ لومن | روشنایی مداوم در شرایط دمای ثابت و ثبت دادههای کاهش روشنایی. | برای محاسبه عمر LED (همراه با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد برونیابی عمر | برآورد عمر در شرایط کاربردی واقعی بر اساس دادههای LM-80. | ارائه پیشبینی علمی عمر. |
| IESNA standard | Illuminating Engineering Society standard | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی. | مبنای آزمون پذیرفتهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامه زیستمحیطی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (مانند سرب، جیوه) در محصول. | شرایط دسترسی به بازارهای بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهینامه کارایی انرژی | گواهینامه کارایی انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | معمولاً در خریدهای دولتی و پروژههای یارانهای استفاده میشود تا رقابتپذیری بازار را افزایش دهد. |