مشخصات فنی LED سفید سری T5C - سایز 5.0x5.0x1.9 میلی‌متر - ولتاژ 25 ولت - توان 4 وات

1. مرور کلی محصول

سری T5C نمایانگر یک LED سفید با کارایی بالا و دید از بالا است که برای کاربردهای روشنایی عمومی پرتقاضا طراحی شده است. این قطعه با سایز 5050 که از یک پکیج تقویت‌شده حرارتی بهره می‌برد، خروجی شار نوری بالا ارائه می‌دهد و قادر به تحمل جریان‌های راه‌اندازی بالا است. فاکتور فرم فشرده و زاویه دید گسترده آن، آن را برای انواع طراحی‌های روشنایی که در آن‌ها فضا و بازدهی حیاتی هستند، مناسب می‌سازد. این محصول با فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Reflow) مطابقت داشته و از استانداردهای RoHS پیروی می‌کند که مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی در تولید و استفاده نهایی را تضمین می‌نماید.

1.1 کاربردهای هدف

این LED برای کاربردپذیری گسترده در بخش روشنایی مهندسی شده است. موارد استفاده اولیه شامل روشنایی داخلی فضاهای مسکونی و تجاری، به‌روزرسانی (رتروفیت) چراغ‌های موجود با فناوری LED، روشنایی عمومی و نورپردازی معماری یا تزئینی است که در آن‌ها هم عملکرد و هم زیبایی‌شناسی اهمیت دارند. طراحی مستحکم آن، عملکرد قابل اطمینان در این محیط‌های متنوع را پشتیبانی می‌کند.

2. تحلیل پارامترهای فنی

درک عمیق از پارامترهای دستگاه برای طراحی بهینه سیستم ضروری است. بخش‌های زیر، ویژگی‌های کلیدی الکتریکی، نوری و حرارتی را تفکیک می‌کنند.

2.1 ویژگی‌های الکترواپتیکی

در شرایط آزمایش استاندارد (جریان مستقیم، IF = 160mA و دمای پیوند، Tj = 25°C)، LED معیارهای عملکرد خاصی را نشان می‌دهد که با دمای رنگ مرتبط (CCT) و شاخص نمود رنگ (Ra) آن در ارتباط است. به عنوان مثال، یک LED با دمای رنگ 4000K و Ra70، شار نوری معمولی 655 لومن (lm) دارد، با مقدار حداقل مشخص‌شده 600 لومن. با کاهش CCT (مثلاً به 2700K) یا افزایش نمود رنگ (مثلاً به Ra90)، خروجی شار نوری معمولاً کاهش می‌یابد که بازتاب‌دهنده مصالحه‌های موجود در فناوری فسفر است. تمامی اندازه‌گیری‌های شار نوری دارای تلرانس ±7% هستند، در حالی که اندازه‌گیری‌های Ra دارای تلرانس ±2 می‌باشند.

2.2 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. حداکثر جریان مستقیم مطلق (IF) برابر 240 میلی‌آمپر است، با حداکثر جریان مستقیم پالسی (IFP) برابر 360 میلی‌آمپر تحت شرایط خاص (عرض پالس ≤ 100µs، چرخه کاری ≤ 1/10). حداکثر اتلاف توان (PD) برابر 6480 میلی‌وات است. دستگاه می‌تواند ولتاژ معکوس (VR) تا 5 ولت را تحمل کند. محدوده دمای کاری (Topr) از 40- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس است و محدوده دمای انبارش (Tstg) از 40- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس می‌باشد. حداکثر دمای مجاز پیوند (Tj) برابر 120 درجه سلسیوس است. برای مونتاژ، دمای لحیم‌کاری (Tsld) برای فرآیندهای ریفلو مشخص شده است: 230 درجه سلسیوس یا 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 10 ثانیه.

2.3 ویژگی‌های الکتریکی/نوری در Tj=25°C

این بخش پارامترهای کاری معمول را به تفصیل شرح می‌دهد. ولتاژ مستقیم (VF) از حداقل 23 ولت تا حداکثر 27 ولت متغیر است، با مقدار معمول 25 ولت در IF=160mA (تلرانس ±3%). جریان معکوس (IR) حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V است. زاویه دید (2θ1/2) که به عنوان زاویه خارج از محوری تعریف می‌شود که در آن شدت نور نصف مقدار اوج است، به طور معمول 120 درجه می‌باشد. یک پارامتر حیاتی برای مدیریت حرارتی، مقاومت حرارتی از پیوند LED تا نقطه لحیم روی برد مدار چاپی با هسته فلزی (MCPCB) (Rth j-sp) است که به طور معمول 2.5 درجه سلسیوس بر وات می‌باشد. دستگاه دارای سطح تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD) برابر 1000 ولت (مدل بدن انسان) است.

3. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌های مختلف (باین) دسته‌بندی می‌شوند. سری T5C از یک سیستم باینینگ چندبعدی استفاده می‌کند که شار نوری، ولتاژ مستقیم و رنگ‌سنجی را پوشش می‌دهد.

3.1 باینینگ شار نوری

LEDها بر اساس شار نوری اندازه‌گیری شده آن‌ها در 160mA گروه‌بندی می‌شوند. هر ترکیب CCT و CRI دارای دسته‌های شار نوری خاصی است که با کدهای دوحرفی (مانند GL, GM, GN) نشان داده می‌شوند. به عنوان مثال، یک LED با دمای رنگ 4000K و Ra70 می‌تواند در دسته GN (حداقل 600-650 لومن)، GP (650-700 لومن)، GQ (700-750 لومن) یا GR (750-800 لومن) قرار گیرد. نسخه‌های با CRI بالاتر (Ra90) برای همان CCT معمولاً دسته‌های شار نوری پایین‌تری دارند که از GK (450-500 لومن) شروع می‌شود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا درجه روشنایی مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنند.

3.2 باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم نیز برای کمک به طراحی مدار برای تنظیم جریان، دسته‌بندی می‌شود. دسته‌ها به صورت 6D (22-24 ولت)، 6E (24-26 ولت) و 6F (26-28 ولت) کدگذاری شده‌اند که همگی در IF=160mA اندازه‌گیری می‌شوند. دانستن دسته VF به محاسبه دقیق‌تر نیازمندی‌های منبع تغذیه و بار حرارتی کمک می‌کند.

3.3 باینینگ رنگ‌سنجی (ثبات رنگ)

LEDها درون یک بیضی 5-گام مک‌آدام (MacAdam ellipse) روی نمودار رنگ‌سنجی CIE دسته‌بندی می‌شوند که استانداردی برای تعریف تفاوت‌های رنگ قابل درک است. هر CCT (مانند 2700K، 3000K) دارای یک مختصات مرکزی تعریف‌شده (x, y) و یک بیضی تعریف‌شده توسط پارامترها (a, b, Φ) است. به عنوان مثال، دسته 4000K (40R5) بر روی x=0.3875 و y=0.3868 متمرکز شده است. این باینینگ دقیق تضمین می‌کند که LEDهای یک دسته از نظر رنگ تقریباً یکسان برای چشم انسان به نظر برسند، که برای چراغ‌های چند-LED بسیار حیاتی است. استاندارد باینینگ Energy Star برای تمامی محصولات از 2600K تا 7000K اعمال می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینشی از رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 توزیع طیفی

دیتاشیت شامل طیف‌های رنگی برای نسخه‌های Ra70، Ra80 و Ra90 است. این نمودارها شدت نسبی در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهند. LEDهای با CRI بالاتر (Ra90) معمولاً طیف پرتر و کامل‌تری را نشان می‌دهند، به ویژه در ناحیه قرمز، در مقایسه با LEDهای Ra70 که دلیل نمود رنگ بهتر اما اغلب بازده کلی کمی پایین‌تر آن‌هاست.

4.2 زاویه دید و شدت

نمودار توزیع زاویه دید، الگوی تابش گسترده و معمولاً لامبرتی (Lambertian) با نیم‌زاویه 120 درجه را تأیید می‌کند. این امر روشنایی یکنواختی در یک ناحیه وسیع فراهم می‌کند که برای روشنایی عمومی مناسب است.

4.3 جریان در مقابل ویژگی‌ها

منحنی جریان مستقیم در مقابل شدت نسبی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل افت بازده (efficiency droop) به صورت زیرخطی است. منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم، رابطه نمایی V-I دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است.

4.4 وابستگی به دما

نمودارهای کلیدی تغییرات عملکرد با دمای محیط (Ta) را نشان می‌دهند. منحنی دمای محیط در مقابل شار نوری نسبی نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد، که عاملی حیاتی برای مدیریت حرارتی است. منحنی دمای محیط در مقابل ولتاژ مستقیم نسبی نشان می‌دهد که VF با افزایش دما کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی). نمودار Ta در مقابل جابجایی CIE x, y نشان می‌دهد که نقطه رنگ منتشر شده چگونه می‌تواند با دما تغییر کند. در نهایت، نمودار حداکثر جریان مستقیم در مقابل دمای محیط خط کاهش رتبه (derating) را تعریف می‌کند؛ با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان راه‌اندازی مجاز باید کاهش یابد تا از تجاوز از حد دمای پیوند جلوگیری شود.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

این LED دارای فوت‌پرینت 5050 است، به این معنی که ابعاد پکیج آن تقریباً 5.0 میلی‌متر در 5.0 میلی‌متر است. ارتفاع کلی آن 1.9 میلی‌متر است. نقشه‌های مکانیکی دقیق، نمای بالا و پایین را نشان می‌دهند، از جمله شکل لنز و چیدمان پدها. ابعاد حیاتی شامل اندازه‌ها و فاصله‌های پدها است که برای طراحی چیدمان PCB جهت اطمینان از لحیم‌کاری مناسب و هدایت حرارتی ضروری هستند.

5.2 طراحی پد لحیم‌کاری و قطبیت

نمای پایین به وضوح پدهای آند و کاتد را نشان می‌دهد. الگوی لحیم‌کاری برای پایداری و انتقال حرارت مؤثر از تراشه LED طراحی شده است. کاتد معمولاً علامت‌گذاری شده یا دارای شکل پد خاصی (مانند یک بریدگی یا پد بزرگتر) برای شناسایی است. دیتاشیت ابعاد توصیه‌شده پد لحیم روی PCB را برای دستیابی به اتصال لحیم قابل اطمینان و عملکرد حرارتی بهینه مشخص می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این دستگاه برای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب مناسب است. پروفیل حداکثر دمای لحیم‌کاری مشخص شده است: دمای اوج 230 درجه سلسیوس یا 260 درجه سلسیوس نباید بیش از 10 ثانیه تجاوز کند. پیروی از پروفیل‌های ریفلو توصیه‌شده برای جلوگیری از شوک حرارتی یا آسیب به پکیج LED و مواد داخلی آن بسیار مهم است. اقدامات احتیاطی شامل اجتناب از تنش مکانیکی در حین قرارگیری و اطمینان از تمیز و عاری از رطوبت بودن PCB و LED قبل از لحیم‌کاری (در صورت لزوم پختن) است. انبارش باید در یک محیط خشک و کنترل‌شده در محدوده دمای مشخص‌شده (40- تا 85+ درجه سلسیوس) انجام شود.

7. اطلاعات سفارش و شماره مدل

شماره قطعه از یک سیستم ساختاریافته پیروی می‌کند: T5C***81C-R****. یک تفکیک دقیق هر بخش (X1 تا X10) را توضیح می‌دهد. پارامترهای قابل انتخاب کلیدی شامل: کد نوع (X1، مثلاً '5C' برای 5050)، کد CCT (X2، مثلاً '40' برای 4000K)، کد نمود رنگ (X3، مثلاً '8' برای Ra80)، تعداد تراشه‌های سری و موازی (X4, X5) و یک کد رنگ (X7) است که نشان‌دهنده استانداردهای عملکردی مانند ANSI یا ERP است. این سیستم امکان سفارش دقیق دسته عملکرد مورد نظر را فراهم می‌کند.

8. ملاحظات طراحی کاربرد

8.1 مدیریت حرارتی

با توجه به توان بالا (تا 4 وات معمول در 160mA و 25V) و مقاومت حرارتی معمول 2.5 درجه سلسیوس بر وات، هیت‌سینک مؤثر از اهمیت بالایی برخوردار است. حداکثر دمای پیوند 120 درجه سلسیوس نباید تجاوز کند. محاسبات طراحی باید دمای محیط، مسیر حرارتی از پیوند تا هیت‌سینک و جریان راه‌اندازی را در نظر بگیرند. استفاده از منحنی کاهش رتبه (حداکثر جریان مستقیم در مقابل دمای محیط) برای محیط‌های با دمای بالا ضروری است.

8.2 راه‌اندازی الکتریکی

استفاده از یک درایور جریان ثابت به شدت توصیه می‌شود تا خروجی نور پایدار و عمر طولانی تضمین شود. درایور باید بر اساس دسته ولتاژ مستقیم و جریان کاری مورد نظر (تا حداکثر مطلق 240mA DC) انتخاب شود. همچنین محافظت در برابر ولتاژ معکوس و اسپایک‌های ولتاژ گذرا توصیه می‌شود. حساسیت ESD (1000V HBM) مستلزم رعایت اقدامات احتیاطی استاندارد هنگام مونتاژ است.

8.3 یکپارچه‌سازی نوری

زاویه دید گسترده 120 درجه ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها یا رفلکتورها) برای دستیابی به الگوهای پرتو خاص برای کاربردهایی مانند اسپات‌لایت‌ها یا چراغ‌های توکار داشته باشد. طراحی دید از بالا، تابش مستقیم به چنین اپتیک‌هایی را تسهیل می‌کند.

9. مقایسه و تمایز فنی

سری T5C از طریق ترکیب خروجی شار نوری بالا از یک پکیج فشرده 5050 و ویژگی ولتاژ مستقیم بالا (معمولاً 25 ولت) خود را متمایز می‌کند که می‌تواند برای کاهش نیازمندی‌های جریان در پیکربندی‌های سری‌بندی شده مفید باشد. طراحی پکیج تقویت‌شده حرارتی، که با مقاومت حرارتی مشخص‌شده مشهود است، در مقایسه با پکیج‌های استاندارد، هدف دستیابی به قابلیت اطمینان بهتر و پایداری عملکرد را دنبال می‌کند. باینینگ جامع در سراسر شار نوری، ولتاژ و بیضی‌های رنگ‌سنجی دقیق، سطح بالایی از ثبات را برای طراحان محصولات روشنایی با کیفیت ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: بازده معمول این LED چقدر است؟

ج: بازده (لومن بر وات) قابل محاسبه است. برای یک LED با دمای رنگ 4000K و Ra70 با شار نوری معمول 655 لومن در 160mA و 25V (ورودی 4 وات)، بازده معمول تقریباً 164 لومن بر وات است. بازده واقعی سیستم به دلیل تلفات درایور و اثرات حرارتی پایین‌تر خواهد بود.

س: چگونه دسته مناسب را برای پروژه خود انتخاب کنم؟

ج: ابتدا CCT (X2) و CRI (X3) را بر اساس نیازمندی‌های روشنایی کاربرد انتخاب کنید. سپس، یک دسته شار نوری (از جدول باینینگ) که نیازهای روشنایی شما را برآورده می‌کند، انتخاب نمایید. دسته ولتاژ (6D/E/F) را می‌توان بر اساس محدوده تطبیق ولتاژ درایور خود انتخاب کرد.

س: آیا می‌توانم این LED را در حداکثر جریان مطلق 240mA به طور مداوم راه‌اندازی کنم؟

ج: این امر تنها در صورتی امکان‌پذیر است که مدیریت حرارتی به طور استثنایی مؤثر باشد و دمای پیوند را به خوبی زیر 120 درجه سلسیوس نگه دارد. در اکثر طراحی‌های عملی، کار کردن در جریان آزمایش 160mA یا کمتر برای اطمینان از طول عمر و حفظ بازدهی، ایمن‌تر است. همیشه برای دمای محیط خاص به منحنی کاهش رتبه مراجعه کنید.

س: "بیضی 5-گام مک‌آدام" برای ثبات رنگ به چه معناست؟

ج: به این معنی است که تمام LEDهای داخل این دسته دارای مختصات رنگ‌سنجی بسیار نزدیک به هم هستند، به طوری که تفاوت رنگ برای اکثر ناظران تحت شرایط دید استاندارد غیرقابل تشخیص یا به سختی قابل تشخیص است. یک بیضی 5-گام یک استاندارد رایج صنعتی برای میکس رنگ با کیفیت بالا است.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

طراحی یک چراغ پنلی LED با کیفیت بالا با دمای رنگ 4000K و Ra80 را در نظر بگیرید. طراح سری T5C را به دلیل خروجی بالا و ثبات آن انتخاب می‌کند. از جدول باینینگ، دسته شار نوری GN (حداقل 600-650 لومن) را برای دستیابی به روشنایی هدف پنل مشخص می‌کند. دسته ولتاژ 6E (24-26 ولت) را انتخاب می‌کند تا با محدوده ولتاژ خروجی درایور جریان ثابت مطابقت داشته باشد. یک برد مدار چاپی با هسته فلزی (MCPCB) با پدهای منطبق بر توصیه دیتاشیت طراحی می‌شود. طراحی حرارتی، اندازه هیت‌سینک مورد نیاز را بر اساس تعداد LEDها، مقاومت حرارتی 2.5 درجه سلسیوس بر وات (Rth j-sp)، دمای محیط پیش‌بینی شده 45 درجه سلسیوس و جریان راه‌اندازی انتخاب‌شده 150mA (کمی کمتر از جریان آزمایش برای حاشیه اطمینان) محاسبه می‌کند. درایوری انتخاب می‌شود که خروجی پایدار 150mA با تطبیق ولتاژ پوشش‌دهنده ولتاژ سری کل تمام LEDها را ارائه دهد. این رویکرد سیستماتیک، بر اساس پارامترهای دیتاشیت، یک محصول روشنایی قابل اطمینان، کارآمد و یکنواخت را تضمین می‌کند.

12. اصل عملکرد

یک LED سفید بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک ماده نیمه‌هادی، معمولاً نیترید گالیم ایندیم (InGaN) برای تابش آبی، عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور آبی) آزاد می‌کنند. این نور آبی سپس به یک پوشش فسفر که روی یا نزدیک تراشه نیمه‌هادی رسوب داده شده است، برخورد می‌کند. فسفر بخشی از نور آبی را جذب کرده و آن را به صورت نور در طیف گسترده‌تری، عمدتاً در نواحی زرد و قرمز، بازتاب می‌دهد. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد/قرمز تبدیل‌شده توسط فسفر، منجر به درک نور سفید می‌شود. نسبت دقیق نور آبی و نور تبدیل‌شده توسط فسفر، دمای رنگ مرتبط (CCT) را تعیین می‌کند، در حالی که وسعت و ترکیب طیف تابشی فسفر بر شاخص نمود رنگ (CRI) تأثیر می‌گذارد.

13. روندهای فناوری

صنعت روشنایی حالت جامد با چندین روند کلیدی همچنان در حال تکامل است. بازده (لومن بر وات) از طریق بهبودهای در بازده کوانتومی داخلی، استخراج نور و فناوری فسفر به طور پیوسته در حال افزایش است. تمرکز قوی‌ای بر بهبود کیفیت رنگ وجود دارد که فراتر از Ra (CRI) به معیارهایی مانند R9 (نمود قرمز اشباع) و TM-30 (Rf, Rg) برای ارزیابی رنگ دقیق‌تر حرکت می‌کند. کوچک‌سازی ادامه دارد و امکان چگالی بالاتر و طراحی‌های انعطاف‌پذیرتر را فراهم می‌کند. روشنایی هوشمند و متصل، که حسگرها و کنترل‌ها را یکپارچه می‌کند، رواج بیشتری پیدا می‌کند. علاوه بر این، قابلیت اطمینان و عمر تحت شرایط کاری واقعی (شامل دمای بالا و رطوبت) همچنان حوزه‌های حیاتی توسعه هستند، همانند تلاش برای فرآیندها و مواد تولیدی پایدارتر.