دیتاشیت LED RGB پرتوان LTPL-P033RGB - LED قرمز/سبز/آبی - 150 میلی‌آمپر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTPL-P033RGB یک منبع نور حالت جامد پرتوان، کم‌مصرف و فوق‌العاده فشرده است. این قطعه مزایای طول عمر بالا و قابلیت اطمینان دیودهای نورافشان (LED) را با سطح روشنایی مورد نیاز برای جایگزینی فناوری‌های روشنایی متعارف ترکیب می‌کند. این دستگاه آزادی عمل قابل توجهی به طراحان برای ایجاد راه‌حل‌های نوآورانه نورپردازی در طیف گسترده‌ای از کاربردها ارائه می‌دهد.

1.1 ویژگی‌های کلیدی

• منبع نور LED پرتوان
• خروجی نور آنی (کمتر از 100 نانوثانیه)
• کارکرد با جریان مستقیم (DC) ولتاژ پایین
• بسته‌بندی با مقاومت حرارتی پایین
• مطابق با RoHS و عاری از سرب
• سازگار با فرآیندهای لحیم کاری بازجریانی (رفلو) بدون سرب

1.2 کاربردهای هدف

این LED برای طیف متنوعی از کاربردهای نورپردازی طراحی شده است، از جمله اما نه محدود به:

• چراغ‌های مطالعه برای فضای داخلی خودرو، اتوبوس و هواپیما
• نورپردازی قابل حمل مانند چراغ قوه و چراغ دوچرخه
• نورپردازی معماری: چراغ‌های داون‌لایت، چراغ‌های راهنما، نورپردازی کف‌سقفی، نورپردازی زیر قفسه و نورپردازی کاری
• نورپردازی تزئینی و سرگرمی
• نورپردازی خارجی: چراغ‌های بولارد، چراغ‌های امنیتی و نورپردازی باغ
• کاربردهای سیگنالینگ: چراغ‌های راهنمایی و رانندگی، فانوس‌های دریایی و چراغ‌های گذرگاه ریلی
• تابلوهای نور لبه‌ای برای نشانگرهای خروج و نمایشگرهای نقطه فروش
• نورپردازی معماری تجاری و مسکونی عمومی داخلی و خارجی

2. ابعاد کلی و مکانیکی

این دستگاه دارای یک بسته‌بندی فشرده نصب سطحی است. تمام ابعاد حیاتی در دیتاشیت با تلرانس استاندارد +/- 0.2 میلی‌متر ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه مکانیکی، ردپای بسته‌بندی، جایگاه پایه‌ها و ارتفاع کلی را مشخص می‌کند که برای طراحی چیدمان PCB و مدیریت حرارتی بسیار مهم هستند.

3. حداکثر مقادیر مجاز و ویژگی‌ها

تمامی مقادیر در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند. تجاوز از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی به دستگاه شود.

3.1 مقادیر مجاز الکتریکی

• جریان مستقیم (I_F): 150 میلی‌آمپر (پیوسته) برای تمامی رنگ‌ها (قرمز، سبز، آبی).
• جریان مستقیم پالسی (I_FP): 300 میلی‌آمپر (پالسی) برای تمامی رنگ‌ها. شرط: چرخه کاری 1/10، عرض پالس ≤10 میکروثانیه.
• توان تلف شده (P_D): قرمز: 360 میلی‌وات؛ سبز: 540 میلی‌وات؛ آبی: 540 میلی‌وات.

3.2 مقادیر مجاز حرارتی و محیطی

• محدوده دمای کاری (T_opr): 30- درجه تا +85 درجه سلسیوس.
• محدوده دمای انبارداری (T_stg): 40- درجه تا +100 درجه سلسیوس.
• حداکثر دمای اتصال (T_j): 125 درجه سلسیوس.

یادداشت‌های مهم:کارکرد در شرایط ولتاژ معکوس برای مدت طولانی ممنوع است. اکیداً توصیه می‌شود هنگام کار در نزدیکی حداکثر مقادیر مجاز، از منحنی‌های کاهش ظرفیت (de-rating) ارائه شده پیروی کنید تا عملکرد عادی و قابل اطمینان LED تضمین شود.

4. ویژگی‌های الکترواپتیکی

پارامترهای عملکردی معمول در Ta=25°C و I_F=150mA اندازه‌گیری شده‌اند.

4.1 خروجی نوری

• شار نوری (معمول): قرمز: 21 لومن؛ سبز: 50 لومن؛ آبی: 9 لومن. شار نوری کل خروجی نور اندازه‌گیری شده با کره انتگرال‌گیر است.
• شدت نور (معمول، برای مرجع): قرمز: 6.8 کاندلا؛ سبز: 12.5 کاندلا؛ آبی: 3.0 کاندلا.

4.2 ویژگی‌های طیفی و الکتریکی

• طول موج غالب: قرمز: 630-610 نانومتر؛ سبز: 535-515 نانومتر؛ آبی: 470-450 نانومتر.
• ولتاژ مستقیم (V_F): قرمز: 2.6-1.5 ولت؛ سبز: 3.8-2.8 ولت؛ آبی: 3.8-2.8 ولت.
• زاویه دید: 120 درجه (معمول برای تمامی رنگ‌ها).

استاندارد تست:برای اندازه‌گیری شار نوری، طول موج غالب و ولتاژ مستقیم، استاندارد CAS-140B مرجع قرار گرفته است.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد معمول

دیتاشیت چندین نمودار کلیدی ضروری برای طراحی مدار و حرارتی ارائه می‌دهد.

5.1 توزیع طیفی

شکل 1 شدت طیفی نسبی در مقابل طول موج را برای هر رنگ نشان می‌دهد. این منحنی برای درک خلوص رنگ و کاربرد بالقوه در سیستم‌های ترکیب رنگ حیاتی است.

5.2 الگوی تابش

شکل 2 الگوی تابش فضایی (شدت) را نشان می‌دهد که زاویه دید گسترده 120 درجه را تأیید می‌کند. الگوی تابش برای این نوع بسته‌بندی معمولاً لامبرتی است.

5.3 جریان در مقابل ولتاژ (منحنی I-V)

شکل 3 جریان مستقیم را در مقابل ولتاژ مستقیم برای هر رنگ ترسیم می‌کند. LED قرمز ولتاژ مستقیم پایین‌تری (معمولاً ~2.0 ولت در 150mA) نسبت به LEDهای سبز و آبی (معمولاً ~3.4-3.2 ولت در 150mA) نشان می‌دهد. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی درایور است، زیرا برای هر کانال رنگ در یک سیستم RGB به ولتاژهای درایو یا مقاومت‌های محدودکننده جریان متفاوتی نیاز است.

5.4 جریان در مقابل شار نوری

شکل 4 رابطه بین جریان مستقیم و شار نوری نسبی را نشان می‌دهد. خروجی در محدوده کاری عادی عموماً با جریان خطی است، اما بازده در جریان‌های بسیار بالا ممکن است به دلیل افزایش دمای اتصال و سایر اثرات کاهش یابد.

5.5 عملکرد حرارتی

شکل 5 یکی از مهم‌ترین نمودارهاست که شار نوری نسبی را در مقابل دمای برد نشان می‌دهد. این نمودار به عنوان یک منحنی کاهش ظرفیت عمل می‌کند. خروجی با افزایش دما کاهش می‌یابد. یادداشت مشخص می‌کند که داده‌ها بر اساس پوشش لحیم‌کاری بیش از 80% برای تماس حرارتی خوب است و توصیه می‌کند که وقتی دمای برد از 85 درجه سلسیوس تجاوز می‌کند، LED روشن نشود تا عملکرد و طول عمر حفظ شود.

5.6 جریان در مقابل طول موج غالب

شکل 6 نشان می‌دهد که طول موج غالب چگونه با جریان مستقیم تغییر می‌کند. عموماً طول موج به دلیل گرمایش اتصال و سایر اثرات فیزیک نیمه‌هادی‌ها با جریان کمی افزایش می‌یابد. این موضوع برای کاربردهای حساس به رنگ مهم است.

6. سیستم دسته‌بندی و طبقه‌بندی

LEDها بر اساس خروجی شار نوری آن‌ها در 150mA مرتب (دسته‌بندی) می‌شوند تا یکنواختی تضمین شود.

6.1 دسته‌های LED قرمز (R1 تا R5)

دسته‌ها از R1 (33-30 لومن) تا R5 (21-18 لومن) متغیر هستند.

6.2 دسته‌های LED سبز (G1 تا G7)

دسته‌ها از G1 (63-59 لومن) تا G7 (39-35 لومن) متغیر هستند.

6.3 دسته‌های LED آبی (B1 تا B4)

دسته‌ها از B1 (18-15 لومن) تا B4 (9-6 لومن) متغیر هستند.

به هر دسته شار نوری یک تلرانس +/-10% اعمال می‌شود. کد دسته بر روی هر بسته بسته‌بندی برای ردیابی چاپ شده است.

7. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

7.1 پروفیل لحیم‌کاری بازجریانی (رفلو)

این دستگاه با لحیم‌کاری بازجریانی بدون سرب سازگار است. یک پروفیل دقیق دما-زمان ارائه شده است:

• حداکثر دمای پیک (T_P): حداکثر 260 درجه سلسیوس.
• زمان بالای 217 درجه سلسیوس (T_L): 150-60 ثانیه.
• زمان در محدوده 5 درجه سلسیوس پیک (t_P): حداکثر 5 ثانیه.
• پیش‌گرم: 200-150 درجه سلسیوس به مدت 180-60 ثانیه.
• نرخ افزایش دما: حداکثر 3 درجه سلسیوس بر ثانیه (از T_Smaxتا T_P).
• نرخ کاهش دما: حداکثر 6 درجه سلسیوس بر ثانیه.
• زمان کل سیکل: حداکثر 8 دقیقه از 25 درجه سلسیوس تا پیک.

7.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، شرایط توصیه شده حداکثر دمای هویه 350 درجه سلسیوس به مدت حداکثر 2 ثانیه برای هر اتصال لحیم، و تنها برای یک بار است.

7.3 یادداشت‌های حیاتی برای مونتاژ

• تمامی مشخصات دما به سطح بالایی بدنه بسته‌بندی اشاره دارد.
• پروفیل ممکن است بر اساس ویژگی‌های خاص خمیر لحیم نیاز به تنظیم داشته باشد.
• فرآیند خنک‌سازی سریع (کوئنچینگ) از دمای پیک توصیه نمی‌شود.
• همیشه از کمترین دمای لحیم‌کاری ممکن که یک اتصال قابل اطمینان ایجاد می‌کند استفاده کنید.
• اگر دستگاه با روش لحیم‌کاری غوطه‌وری مونتاژ شود، تضمینی برای آن وجود ندارد.

8. طرح‌پد لحیم PCB توصیه شده

یک طرح پد لحیم دقیق با تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. این طراحی تشکیل صحیح فیله لحیم و عایق‌بندی الکتریکی بین پدهای آند/کاتد و هر پد حرارتی یا متالیزاسیون برد را تضمین می‌کند. رعایت این چیدمان برای پایداری مکانیکی، عملکرد الکتریکی و انتقال حرارت بهینه از تراشه LED به PCB حیاتی است.

9. مشخصات بسته‌بندی نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند.

• اندازه قرقره: 7 اینچ.
• تعداد: 1000 عدد در هر قرقره کامل. حداقل تعداد بسته‌بندی برای باقی‌مانده‌ها 500 عدد است.
• مهر و موم جیب: جیب‌های قطعات خالی با نوار پوشش بالا مهر و موم می‌شوند.
• کیفیت: حداکثر دو LED مفقود متوالی مجاز است.
• استاندارد: بسته‌بندی مطابق با مشخصات EIA-481-1-L23 است.

10. قابلیت اطمینان و تست کیفی

تست‌های گسترده قابلیت اطمینان روی نمونه‌های دسته‌ای انجام شده است.

10.1 شرایط و نتایج تست

تست‌ها روی 22 نمونه برای هر شرایط انجام شد و هیچ خرابی گزارش نشد:

• عمر کاری دمای بالا/پایین/اتاق (هر کدام 1000 ساعت).
• عمر انبارداری دمای بالا/پایین (1000-500 ساعت).
• رطوبت گرم (85°C/85% رطوبت نسبی به مدت 500 ساعت).
• چرخه حرارتی (100- تا 40+ درجه سلسیوس، 100 چرخه).
• شوک حرارتی (100- تا 40+ درجه سلسیوس، 100 چرخه).

10.2 معیارهای خرابی

یک دستگاه پس از تست، اگر هنگام اندازه‌گیری در I_F=150mA از یکی از محدودیت‌های زیر تجاوز کند، خراب در نظر گرفته می‌شود:

• ولتاژ مستقیم (V_f) > 110% مقدار اولیه آن.
• شار نوری<70% مقدار اولیه آن.

11. ملاحظات طراحی کاربردی

11.1 طراحی مدار درایور

به دلیل ولتاژهای مستقیم متفاوت LED قرمز (V_f پایین‌تر) و LEDهای سبز/آبی (V_f بالاتر)، یک درایور RGB معمولی از مدارهای محدودکننده جریان جداگانه یا یک درایور جریان ثابت با کانال‌های مستقل استفاده خواهد کرد. حداکثر جریان پیوسته برای هر رنگ 150mA است. برای کارکرد پالسی (مثلاً تیره‌کنی PWM)، اطمینان حاصل کنید که پارامترهای پالس در محدوده I_FP rating.

11.2 مدیریت حرارتی

گرم‌اخور (هیت‌سینک) مؤثر بسیار مهم است. داده‌های شکل 5 به وضوح نشان می‌دهند که خروجی با افزایش دما کاهش می‌یابد. برای حفظ روشنایی و طول عمر:

• از طرح‌پد لحیم توصیه شده با هدایت حرارتی بالا استفاده کنید.
• PCB را با مساحت مسی کافی (پدهای حرارتی) که به مسیر حرارتی LED متصل است طراحی کنید.
• استفاده از وایاهای حرارتی برای انتقال گرما به لایه‌های داخلی یا پشت برد را در نظر بگیرید.
• در کاربرد نهایی، اگر در جریان‌های بالا یا در دمای محیط بالا کار می‌کنید، جریان هوای کافی یا سایر مکانیزم‌های خنک‌کننده را تضمین کنید.
• دمای برد را نظارت کرده و از تجاوز از 85 درجه سلسیوس خودداری کنید.

11.3 طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه یک پرتو گسترده و یکنواخت مناسب برای روشنایی عمومی و تابلوها ارائه می‌دهد. برای پرتوهای متمرکز، اپتیک ثانویه (عدسی یا رفلکتور) مورد نیاز خواهد بود. طراحان هنگام ایجاد نور سفید یا ترکیب رنگ‌های خاص باید شدت‌های نوری متفاوت هر رنگ را در نظر بگیرند.

12. مقایسه و موقعیت‌یابی محصول

LTPL-P033RGB خود را به عنوان یک LED RGB پرتوان همه‌کاره مناسب برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای نیازمند ترکیب رنگ یا خروجی رنگ منفرد معرفی می‌کند. مزایای کلیدی آن شامل بسته‌بندی استاندارد، زاویه دید گسترده، ساختار دسته‌بندی واضح برای یکنواختی و مشخصات قوی برای تولید قابل اطمینان (سازگاری با رفلو، نوار و قرقره) است. این قطعه برای تبدیل شدن به یک جزء اصلی در طراحی‌های نورپردازی حالت جامد که جایگزین فناوری‌های قدیمی می‌شود طراحی شده است.

13. پرسش‌های متداول (بر اساس داده‌های فنی)

س: آیا می‌توانم هر سه رنگ (RGB) را با یک منبع ولتاژ ثابت و مقاومت یکسان راه‌اندازی کنم؟

ج: نه به صورت بهینه. LED قرمز ولتاژ مستقیم به مراتب پایین‌تری (~2.0V) نسبت به سبز/آبی (~3.2V) دارد. استفاده از یک ولتاژ واحد نیازمند مقادیر مقاومت متفاوت برای هر کانال برای دستیابی به جریان یکسان 150mA خواهد بود. استفاده از درایورهای جریان ثابت مستقل یا کانال‌های PWM روش توصیه شده برای کنترل و ترکیب رنگ است.

س: علت اصلی کاهش روشنایی LED در طول زمان چیست؟

ج: علت اصلی دمای اتصال بالا است. کارکرد LED بالاتر از محدوده دمای توصیه شده آن (شکل 5 را ببینید) فرآیند پیری مواد نیمه‌هادی و فسفرها (در صورت وجود) را تسریع می‌کند و منجر به کاهش دائمی خروجی نور می‌شود. مدیریت حرارتی مناسب مهم‌ترین عامل برای قابلیت اطمینان بلندمدت است.

س: چگونه کد دسته شار نوری را تفسیر کنم؟

ج: کد چاپ شده روی بسته بسته‌بندی (مثلاً R3, G5, B2) حداقل و حداکثر محدوده خروجی نوری تضمین شده برای آن LED خاص در 150mA را به شما می‌گوید. این به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با روشنایی همسان برای ظاهر یکنواخت در چراغ‌های چند LED انتخاب کنند یا حداقل خروجی نور را برای طراحی خود تضمین کنند.

س: آیا این LED برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

ج: محدوده دمای کاری (30- تا +85 درجه سلسیوس) و قبولی موفقیت‌آمیز تست رطوبت گرم (85°C/85% رطوبت نسبی) نشان‌دهنده مقاومت در برابر عوامل محیطی است. با این حال، برای قرارگیری طولانی‌مدت در فضای باز، خود LED باید به درستی محصور یا درون یک محفظه قرار گیرد که در برابر رطوبت، تابش UV و آسیب فیزیکی محافظت کند، زیرا بسته‌بندی LED خود به خود ضد آب نیست.

14. مثال طراحی عملی: چراغ حال و هوای RGB

سناریو:طراحی یک چراغ حال و هوای RGB مبتنی بر میکروکنترلر با قابلیت تنظیم رنگ و روشنایی.

پیاده‌سازی:

1. درایور:از یک IC درایور LED جریان ثابت 3 کاناله یا سه MOSFET جداگانه کنترل شده توسط خروجی‌های PWM میکروکنترلر استفاده کنید. حد جریان را برای هر کانال روی 150mA تنظیم کنید.

2. منبع تغذیه:یک ولتاژ DC پایدار به اندازه کافی بالا برای پوشش بالاترین V_f(آبی/سبز ~ حداکثر 3.8V) به علاوه افت ولتاژ روی تنظیم‌کننده جریان تأمین کنید.

3. مدیریت حرارتی:LED را روی یک PCB با یک پور مس جامد متصل به پد حرارتی نصب کنید. اگر از چرخه‌های کاری بالا استفاده می‌کنید، اضافه کردن یک گرم‌اخور کوچک به پشت PCB را در نظر بگیرید.

4. کنترل:میکروکنترلر می‌تواند چرخه کاری PWM را برای هر کانال رنگ (قرمز، سبز، آبی) به طور مستقل از 0% تا 100% تنظیم کند. این امکان ایجاد میلیون‌ها رنگ را با ترکیب خروجی‌های اولیه در شدت‌های مختلف فراهم می‌کند.

5. اپتیک:از یک عدسی پخش‌کننده یا پوشش روی LED استفاده کنید تا سه نقطه رنگی را به یک ناحیه نور یکنواخت و واحد تبدیل کند.

15. پیشینه فناوری و روندها

دیودهای نورافشان (LED) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که هنگام عبور جریان الکتریکی از خود نور ساطع می‌کنند. رنگ نور توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. LTPL-P033RGB از تراشه‌های جداگانه برای قرمز (احتمالاً بر پایه مواد AlInGaP) و برای سبز/آبی (بر پایه مواد InGaN) که در یک بسته واحد قرار گرفته‌اند استفاده می‌کند. روند در LEDهای پرتوان به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر بر وات)، بهبود بازده رنگ، قابلیت اطمینان بالاتر و هزینه کمتر ادامه دارد. این دستگاه یک راه‌حل بالغ و مقرون‌به‌صرفه برای کاربردهای نیازمند خروجی رنگ همه‌کاره بدون نیاز به بازدهی فوق‌العاده آخرین LEDهای پرتوان تک‌رنگ ارائه می‌دهد.