دیتاشیت قطعه LED - فاز چرخه عمر: نسخه ۱ - تاریخ انتشار: ۲۰۱۳-۰۳-۱۵ - سند فنی فارسی

۱. مرور کلی محصول

این دیتاشیت فنی مربوط به یک نسخه مشخص (ریویژن) از قطعه LED است. اطلاعات اصلی ارائه شده نشان می‌دهد که قطعه در اولین نسخه بازنگری شده (نسخه ۱) قرار دارد و در تاریخ ۱۵ مارس ۲۰۱۳ به طور رسمی منتشر شده است. فاز چرخه عمر به عنوان "نسخه بازنگری شده" علامت‌گذاری شده که نشان‌دهنده به‌روزرسانی یا اصلاح نسبت به نسخه قبلی است. دوره "انقضا" به عنوان "برای همیشه" ذکر شده که معمولاً به این معنی است که این دیتاشیت برای این نسخه خاص به طور نامحدود معتبر است یا این قطعه برای این نسخه تاریخ منسوخ شدن برنامه‌ریزی شده‌ای ندارد. این سند به عنوان منبع قطعی برای مشخصات الکتریکی، نوری و مکانیکی این نسخه از قطعه عمل می‌کند و برای مهندسان، طراحان و متخصصان تدارکات درگیر در توسعه و تولید محصول در نظر گرفته شده است.

۲. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

اگرچه بخش ارائه شده محدود است، اما یک دیتاشیت جامع برای قطعه LED در نسخه ۱ شامل پارامترهای فنی دقیق خواهد بود. این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از برآورده شدن انتظارات عملکردی حیاتی هستند.

۲.۱ ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

یک دیتاشیت کامل پارامترهای نورسنجی کلیدی را مشخص می‌کند. طول موج غالب یا دمای رنگ مرتبط (CCT) رنگ نور ساطع شده را تعریف می‌کند، مانند سفید سرد، سفید گرم یا یک رنگ تک‌فام خاص مانند قرمز یا آبی. شار نوری که بر حسب لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده کل خروجی نور درک شده است. مختصات رنگی (مثلاً در نمودار CIE 1931) تعریف دقیقی از نقطه رنگ ارائه می‌دهد. شاخص نمود رنگ (CRI) ممکن است برای LEDهای سفید مشخص شود که نشان می‌دهد منبع نور تا چه حد رنگ‌های اجسام را در مقایسه با یک منبع نور طبیعی به درستی نشان می‌دهد. زاویه دید، که معمولاً به عنوان زاویه‌ای که شدت نورانی نصف حداکثر است (مثلاً ۱۲۰ درجه) داده می‌شود، توزیع فضایی نور را توصیف می‌کند.

۲.۲ پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی برای طراحی درایور اساسی هستند. ولتاژ مستقیم (Vf) افت ولتاژ در دو سر LED در یک جریان آزمایش مشخص است. این پارامتر برای تعیین الزامات منبع تغذیه بسیار مهم است. جریان مستقیم (If) جریان کاری توصیه شده است که مستقیماً بر خروجی نور و طول عمر تأثیر می‌گذارد. حداکثر مقادیر مجاز برای ولتاژ معکوس، جریان مستقیم پیک و اتلاف توان، محدودیت‌های مطلق را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. مقاومت دینامیکی نیز ممکن است برای مدل‌سازی پیشرفته‌تر در کاربردهای پالسی یا با جریان متغیر ارائه شود.

۲.۳ ویژگی‌های حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت به مدیریت حرارتی وابسته است. مقاومت حرارتی اتصال به محیط (RθJA) میزان مؤثر بودن انتقال حرارت از اتصال نیمه‌هادی به محیط اطراف را کمّی می‌کند. مقدار کمتر نشان‌دهنده اتلاف حرارت بهتر است. حداکثر دمای اتصال (Tj max) بالاترین دمایی است که تراشه LED می‌تواند بدون تخریب تحمل کند. کار کردن LED در دمای پایین‌تر از این دما، معمولاً از طریق هیت‌سینک کافی، برای حفظ شار نوری، پایداری رنگ و دستیابی به طول عمر نامی (که اغلب به عنوان L70 یا L50 تعریف می‌شود، یعنی زمانی که خروجی لومن به ۷۰٪ یا ۵۰٪ مقدار اولیه کاهش می‌یابد) ضروری است.

۳. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

تغییرات تولیدی، سیستم دسته‌بندی را برای طبقه‌بندی LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی ضروری می‌سازد تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

۳.۱ دسته‌بندی طول موج/دمای رنگ

LEDها بر اساس مختصات رنگی دقیق یا طول موج غالبشان در دسته‌ها (بین‌ها) مرتب می‌شوند. این امر اطمینان می‌دهد که محصولاتی که از چندین LED استفاده می‌کنند، ظاهر رنگی یکنواختی داشته باشند. برای LEDهای سفید، دسته‌ها توسط محدوده‌هایی در نمودار CIE و/یا توسط محدوده‌های دمای رنگ مرتبط (CCT) (مثلاً ۳۰۰۰K ± ۱۵۰K) تعریف می‌شوند.

۳.۲ دسته‌بندی شار نوری

LEDها همچنین بر اساس خروجی نورشان در یک جریان آزمایش استاندارد دسته‌بندی می‌شوند. یک کد دسته (مثلاً Flux Bin A, B, C) مربوط به یک محدوده حداقل و حداکثر شار نوری است. این به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند.

۳.۳ دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم (Vf) پارامتر دیگری است که در معرض تغییر است. دسته‌بندی بر اساس Vf به طراحی مدارهای درایور کارآمد کمک می‌کند، به ویژه هنگام اتصال چندین LED به صورت سری، زیرا عدم تعادل جریان و تلفات توان را به حداقل می‌رساند.

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری در مورد رفتار LED تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

۴.۱ منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V)

منحنی I-V رابطه غیرخطی بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این منحنی ولتاژ روشن شدن و چگونگی افزایش Vf با جریان را نشان می‌دهد. این منحنی برای انتخاب روش محدودکننده جریان مناسب (مقاومت، درایور جریان ثابت) ضروری است.

۴.۲ وابستگی دمایی

نمودارها معمولاً نشان می‌دهند که ولتاژ مستقیم با افزایش دمای اتصال چگونه کاهش می‌یابد (ضریب دمایی منفی). مهم‌تر از آن، آنها شار نوری نسبی را به عنوان تابعی از دمای اتصال به تصویر می‌کشند و کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهند. این موضوع بر نیاز به طراحی حرارتی مؤثر تأکید می‌کند.

۴.۳ توزیع طیفی توان

نمودار توزیع طیفی شدت نسبی نور ساطع شده در هر طول موج را نشان می‌دهد. برای LEDهای تک‌فام، طول موج پیک و عرض طیفی (FWHM) را نشان می‌دهد. برای LEDهای سفید (که اغلب با فسفر تبدیل می‌شوند)، پیک LED پمپ آبی و طیف انتشار گسترده‌تر فسفر را نشان می‌دهد.

۵. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

مشخصات فیزیکی چیدمان PCB و مونتاژ صحیح را تضمین می‌کنند.

۵.۱ نقشه ابعادی

یک نقشه مکانیکی دقیق تمام ابعاد حیاتی را ارائه می‌دهد: طول، عرض، ارتفاع، شکل لنز و هرگونه برآمدگی. تلرانس‌ها برای هر بعد مشخص شده‌اند.

۵.۲ چیدمان پد و طراحی فوت‌پرینت

الگوی لند PCB توصیه شده (فوت‌پرینت) ارائه می‌شود که شامل اندازه، شکل و فاصله پدها است. این برای قابلیت اطمینان اتصال لحیم و اتصال حرارتی مناسب به PCB حیاتی است.

۵.۳ شناسایی قطبیت

روش شناسایی آند و کاتد به وضوح نشان داده شده است. این معمولاً از طریق علامت‌گذاری روی بدنه قطعه (مانند یک شکاف، نقطه یا گوشه بریده) یا یک طراحی پد نامتقارن انجام می‌شود.

۶. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

کار و مونتاژ صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی هستند.

۶.۱ پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمایی رفلو توصیه شده ارائه می‌شود که شامل پیش‌گرم، خیساندن، دمای پیک رفلو و نرخ‌های خنک‌سازی است. حداکثر دما و زمان بالاتر از نقطه ذوب مشخص شده‌اند تا از آسیب به بسته‌بندی LED و مواد داخلی جلوگیری شود.

۶.۲ ملاحظات و نحوه کار

راهنماها شامل محافظت در برابر ESD (تخلیه الکترواستاتیک) می‌شوند، زیرا LEDها به الکتریسیته ساکن حساس هستند. توصیه‌هایی برای شرایط نگهداری (دما، رطوبت) به منظور حفظ قابلیت لحیم‌کاری و جلوگیری از جذب رطوبت (رتبه MSL) ارائه شده‌اند.

۷. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

اطلاعات برای لجستیک و تدارکات.

۷.۱ مشخصات بسته‌بندی

جزئیات نحوه عرضه LEDها: نوع ریل (مثلاً ۷ اینچ، ۱۳ اینچ)، عرض نوار، فاصله پاکت و تعداد در هر ریل. جهت‌گیری درون نوار مشخص شده است.

۷.۲ برچسب‌گذاری و شماره قطعه

برچسب روی ریل یا جعبه شامل شماره قطعه کامل، تعداد، کد تاریخ و شماره دسته است. خود شماره قطعه یک کد است که ویژگی‌های کلیدی مانند رنگ، دسته شار نوری، دسته ولتاژ و نوع بسته‌بندی را در بر می‌گیرد.

۸. توصیه‌های کاربردی

راهنمایی برای پیاده‌سازی قطعه در یک طراحی.

۸.۱ مدارهای کاربردی متداول

شِماتیک‌های مدارهای درایور پایه نشان داده شده‌اند، مانند استفاده از یک مقاومت سری با منبع ولتاژ ثابت یا به کارگیری یک آی‌سی درایور LED جریان ثابت اختصاصی برای بازدهی و پایداری بهتر.

۸.۲ ملاحظات طراحی

ملاحظات کلیدی شامل مدیریت حرارتی (مساحت مس PCB، وایاهای حرارتی، هیت‌سینک خارجی احتمالی)، طراحی نوری (انتخاب لنز، اپتیک ثانویه) و چیدمان الکتریکی برای به حداقل رساندن نویز و اطمینان از جریان پایدار است.

۹. مقایسه فنی

اگرچه مختص این نسخه است، اما مزایا ممکن است شامل بهبود بازده نوری (لومن بر وات) در مقایسه با نسخه قبلی یا محصولات رقیب، یکنواختی رنگ بهتر (دسته‌بندی دقیق‌تر)، داده‌های قابلیت اطمینان بهبودیافته (طول عمر L70 طولانی‌تر) یا اندازه بسته‌بندی فشرده‌تر برای امکان طراحی‌های با چگالی بالاتر باشد. وضعیت "نسخه ۱" خود نشان‌دهنده اصلاحات و بهینه‌سازی‌های مبتنی بر بازخورد یا پیشرفت‌های حاصل از انتشار اولیه است.

۱۰. پرسش‌های متداول

سؤالات متداول مبتنی بر پارامترهای فنی شامل موارد زیر است: "جریان درایو توصیه شده برای حداکثر طول عمر چیست؟" (پاسخ: معمولاً در جریان نامی If یا پایین‌تر از آن). "شار نوری در طول زمان چگونه کاهش می‌یابد؟" (رجوع به منحنی‌های طول عمر و رتبه‌های L70/L50). "آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنم؟" (پاسخ: بدون مکانیزم محدودکننده جریان به دلیل مشخصه نمایی I-V LED توصیه نمی‌شود). "اثر دیمرینگ PWM بر رنگ چیست؟" (اگر فرکانس به اندازه کافی بالا باشد معمولاً ناچیز است، اما دیتاشیت ممکن است مشخص کند).

۱۱. موارد استفاده عملی

بر اساس کاربردهای متداول LED، این قطعه می‌تواند در موارد زیر استفاده شود: ماژول‌های روشنایی عمومی (چراغ‌های توکار، چراغ‌های پنلی)، که در آن یکنواختی رنگ و بازدهی بالا کلیدی هستند. روشنایی داخلی خودرو (چراغ‌های سقفی، نورپردازی تزئینی)، که نیازمند قابلیت اطمینان در محدوده دمایی وسیع است. واحدهای نور پس‌زمینه برای نمایشگرهای LCD، که در آن یکنواختی روشنایی حیاتی است. نورپردازی تزئینی و معماری، با بهره‌گیری از نقطه رنگ خاص آن. چراغ‌های نشانگر الکترونیک مصرفی، با استفاده از اندازه فشرده آن.

۱۲. معرفی اصول عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LEDها) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که وقتی جریان الکتریکی از آن‌ها می‌گذرد نور ساطع می‌کنند. این پدیده، که الکترولومینسانس نامیده می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که الکترون‌ها با حفره‌های الکترونی درون دستگاه بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. رنگ نور توسط شکاف باند انرژی ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. برای LEDهای سفید، یک تراشه LED آبی یا فرابنفش با یک ماده فسفر پوشش داده می‌شود که بخشی از نور آبی/فرابنفش را جذب کرده و آن را به صورت زرد یا طیف گسترده‌تری دوباره ساطع می‌کند و در ترکیب با هم نور سفید تولید می‌کند.

۱۳. روندهای توسعه

صنعت LED همچنان در حال تکامل است. روندها شامل تلاش برای دستیابی به بازده نوری هرچه بالاتر برای کاهش مصرف انرژی است. بهبود کیفیت رنگ، مانند مقادیر CRI و R9 (قرمز اشباع) بالاتر، برای کاربردهایی که نیازمند نمود رنگ عالی هستند. توسعه سیستم‌های فسفر جدید برای رنگ پایدارتر در طول عمر و دما. کوچک‌سازی بسته‌بندی‌ها برای کاربردهای با چگالی فوق‌العاده بالا. ادغام الکترونیک کنترل مستقیماً با تراشه یا بسته‌بندی LED، منجر به LEDهای "هوشمند" یا "متصل" می‌شود. تمرکز بیشتر بر روی مدل‌های پیش‌بینی قابلیت اطمینان و طول عمر، به ویژه برای کاربردهای سخت مانند چراغ‌های جلوی خودرو.