دیتاشیت قطعه LED - بازنگری 3 - اطلاعات چرخه عمر - سند فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

این دیتاشیت فنی، اطلاعات جامعی را برای یک قطعه خاص LED (دیود نورافشان) ارائه می‌دهد. این سند در حال حاضر در سومین بازنگری خود قرار دارد که نشان‌دهنده مشخصات محصولی بالغ و پایدار است. فاز چرخه عمر به عنوان "بازنگری" تعیین شده و تاریخ انتشار این نسخه خاص 27 نوامبر 2014 می‌باشد. دوره انقضا به عنوان "برای همیشه" علامت‌گذاری شده که نشان می‌دهد این سند تا زمانی که توسط بازنگری جدیدی جایگزین نشود، مرجع معتبری برای مشخصات محصول باقی می‌ماند. مزیت اصلی این قطعه در پارامترهای فنی کاملاً تعریف شده و نهایی آن نهفته است که قابلیت اطمینان و ثبات را برای مهندسان طراحی فراهم می‌کند. بازار هدف شامل کاربردهایی در روشنایی عمومی، واحدهای نور پس‌زمینه، روشنایی خودرو و الکترونیک مصرفی است که در آن‌ها عملکرد پایدار از اهمیت بالایی برخوردار است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

در حالی که بخش ارائه شده بر روی فراداده‌های سند متمرکز است، یک دیتاشیت کامل برای یک قطعه LED حاوی پارامترهای فنی دقیق خواهد بود. این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و مدیریت حرارتی ضروری هستند.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

ویژگی‌های نورسنجی، خروجی نور را تعریف می‌کنند. پارامترهای کلیدی شامل شار نوری (اندازه‌گیری شده بر حسب لومن، lm) است که نشان‌دهنده کل توان درک شده نور می‌باشد. شدت نور (اندازه‌گیری شده بر حسب کاندلا، cd) خروجی نور را در یک جهت خاص توصیف می‌کند. طول موج غالب یا دمای رنگ متناظر (CCT، اندازه‌گیری شده بر حسب کلوین، K) رنگ نور ساطع شده را مشخص می‌کند که از سفید گرم (مثلاً 2700K) تا سفید سرد (مثلاً 6500K) متغیر است. شاخص نمود رنگ (CRI, Ra) معیاری است از اینکه منبع نور تا چه حد دقیق رنگ‌های اجسام را در مقایسه با یک منبع نور طبیعی آشکار می‌کند، که مقادیر بالاتر (نزدیک به 100) برای کاربردهای حساس به رنگ بهتر هستند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

پارامترهای الکتریکی برای راه‌اندازی ایمن و کارآمد LED حیاتی هستند. ولتاژ مستقیم (Vf) افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مشخص شده آن است. این مقدار معمولاً برای LEDهای سفید استاندارد بین 2.8V تا 3.6V متغیر است. جریان مستقیم (If) جریان کاری توصیه شده است که بسته به رتبه توان، اغلب 20mA، 60mA، 150mA یا بیشتر می‌باشد. ولتاژ معکوس (Vr) حداکثر ولتاژی است که LED می‌تواند در جهت غیرهادی بدون آسیب تحمل کند که معمولاً حدود 5V است. تجاوز از حداکثر مقادیر مجاز جریان یا ولتاژ می‌تواند منجر به تخریب دائمی یا خرابی شود.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت به دما وابسته است. دمای اتصال (Tj) دمای خود تراشه نیمه‌هادی است. مقاومت حرارتی (Rth j-a، اندازه‌گیری شده بر حسب °C/W) نشان می‌دهد که حرارت چقدر مؤثر از اتصال به محیط منتقل می‌شود. مقاومت حرارتی پایین‌تر بهتر است، زیرا به این معنی است که اتصال برای اتلاف توان معین، خنک‌تر باقی می‌ماند. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj max) نباید تجاوز کند تا قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود. استفاده از هیت‌سینک مناسب برای حفظ Tj در محدوده ایمن ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

به دلیل تغییرات تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دسته‌هایی (بین) مرتب می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی طول موج / دمای رنگ

LEDها بر اساس طول موج غالب (برای LEDهای رنگی) یا دمای رنگ متناظر (برای LEDهای سفید) دسته‌بندی می‌شوند. این امر اطمینان می‌دهد که تمام LEDهای موجود در یک مجموعه، ظاهر رنگی تقریباً یکسانی دارند و از تغییر رنگ قابل مشاهده یا نوردهی ناهموار جلوگیری می‌کند. دسته‌ها معمولاً توسط یک محدوده کوچک در نمودار رنگی CIE تعریف می‌شوند.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

خروجی شار نوری نیز دسته‌بندی می‌شود. این به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی را انتخاب کنند که حداقل نیاز روشنایی خاصی را برآورده می‌کنند یا LEDهایی با خروجی مشابه را برای روشنایی یکنواخت گروه‌بندی کنند. دسته‌های شار معمولاً به صورت یک محدوده درصدی تعریف می‌شوند (مثلاً 100-110٪ از شار اسمی).

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم دسته‌بندی می‌شود تا طراحی درایور ساده‌تر شده و راندمان در پیکربندی‌های سری/موازی بهبود یابد. گروه‌بندی LEDهایی با مقادیر Vf مشابه به توزیع یکنواخت جریان کمک می‌کند، به ویژه هنگامی که چندین LED به صورت موازی به هم متصل شده‌اند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

4.1 منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V)

منحنی I-V رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و یک ولتاژ آستانه را نشان می‌دهد که زیر آن جریان بسیار کمی جریان می‌یابد. بالاتر از این آستانه، جریان با افزایش اندک ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. این ویژگی مستلزم استفاده از درایورهای جریان ثابت به جای منابع ولتاژ ثابت برای عملکرد پایدار است.

4.2 وابستگی دمایی

چندین پارامتر کلیدی با دما تغییر می‌کنند. به طور معمول، ولتاژ مستقیم (Vf) با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. در مقابل، خروجی شار نوری عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد. درک این روابط برای طراحی سیستم‌هایی که عملکرد ثابتی را در محدوده دمای کاری خود حفظ می‌کنند، حیاتی است.

4.3 توزیع طیفی توان (SPD)

نمودار SPD شدت نسبی نور ساطع شده در هر طول موج را ترسیم می‌کند. برای LEDهای سفید، این نمودار معمولاً یک قله آبی از تراشه LED و یک قله زرد/قرمز گسترده‌تر از پوشش فسفر را نشان می‌دهد. شکل SPD مستقیماً CCT و CRI LED را تعیین می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

پکیج فیزیکی از دی نیمه‌هادی محافظت کرده و اتصالات الکتریکی و مسیرهای حرارتی را فراهم می‌کند.

5.1 نقشه ابعادی کلی

یک نقشه دقیق تمام ابعاد حیاتی پکیج LED از جمله طول، عرض، ارتفاع و هر گونه انحنای لنز را ارائه می‌دهد. تلرانس‌ها برای هر بعد مشخص شده‌اند. این اطلاعات برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) و یکپارچه‌سازی مکانیکی در محصول نهایی ضروری است.

5.2 چیدمان پد و طراحی پد لحیم‌کاری

الگوی لند PCB توصیه شده (هندسه و اندازه پد لحیم‌کاری) ارائه شده است تا تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان در طول فرآیند لحیم‌کاری رفلو تضمین شود. این شامل ابعاد پد، فاصله بین پدها و هر الگوی تسکین حرارتی برای پدهای متصل به مناطق مسی بزرگ برای اتلاف حرارت می‌باشد.

5.3 شناسایی قطبیت

نشانه‌های واضحی پایانه‌های آند (+) و کاتد (-) را مشخص می‌کنند. این کار اغلب از طریق یک شکاف، یک نقطه، یک گوشه اریب یا طول‌های پایه متفاوت انجام می‌شود. قطبیت صحیح برای عملکرد LED الزامی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

کار و مونتاژ صحیح برای جلوگیری از آسیب به LED حیاتی است.

6.1 پروفیل لحیم‌کاری رفلو

یک پروفیل دمایی توصیه شده برای لحیم‌کاری رفلو ارائه شده است. این نمودار دما را در مقابل زمان نشان می‌دهد و مناطق کلیدی را مشخص می‌کند: پیش‌گرم، خیس‌اندن، رفلو (با دمای اوج) و خنک‌سازی. حداکثر دمای مجاز بدنه و مدت زمان در دمای اوج، محدودیت‌های حیاتی هستند که نباید تجاوز کنند تا از آسیب به پکیج پلاستیکی یا اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود.

6.2 احتیاط‌ها و نحوه کار

LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند. کار با آن‌ها باید در ایستگاه‌های کاری محافظت شده در برابر ESD و با استفاده از مچ‌بندهای زمین شده انجام شود. از اعمال تنش مکانیکی به لنز خودداری کنید. لنز را با انگشتان برهنه لمس نکنید، زیرا آلودگی‌ها می‌توانند بر خروجی نور تأثیر گذاشته و با گذشت زمان باعث تغییر رنگ شوند.

6.3 شرایط نگهداری

LEDها باید در یک محیط خنک و خشک و در محدوده‌های مشخص شده دما و رطوبت نگهداری شوند. آن‌ها معمولاً در کیسه‌های حساس به رطوبت همراه با کارت نشانگر رطوبت عرضه می‌شوند. اگر کیسه باز شده باشد یا سطح رطوبت از آستانه معینی فراتر رود، ممکن است قطعات قبل از فرآیند رفلو نیاز به پخت (بیکینگ) داشته باشند تا از "پاپ کورن شدن" (ترک خوردن پکیج به دلیل انبساط سریع بخار در حین لحیم‌کاری) جلوگیری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

این بخش جزئیات نحوه عرضه محصول و نحوه مشخص کردن آن هنگام سفارش را شرح می‌دهد.

7.1 مشخصات بسته‌بندی

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. مشخصات شامل قطر قرقره، عرض نوار، فاصله جیب‌ها و تعداد قطعات در هر قرقره می‌باشد.

7.2 اطلاعات برچسب

برچسب قرقره حاوی اطلاعات حیاتی مانند شماره قطعه، تعداد، شماره دسته/لات، کد تاریخ و کدهای دسته‌بندی برای شار نوری و رنگ است.

7.3 سیستم شماره قطعه

شماره قطعه کدی است که ویژگی‌های کلیدی LED مانند اندازه پکیج، رنگ، دسته شار، دسته ولتاژ و گاهی زاویه دید را در بر می‌گیرد. درک این نامگذاری برای خرید صحیح ضروری است.

8. توصیه‌های کاربردی

راهنمایی در مورد چگونگی بهینه‌سازی استفاده از LED در طراحی‌های واقعی.

8.1 مدارهای کاربردی متداول

شابلون‌هایی برای مدارهای درایور جریان ثابت پایه اغلب ارائه می‌شوند. این‌ها ممکن است شامل درایورهای ساده مبتنی بر مقاومت برای LEDهای کم جریان یا مدارهای پیچیده‌تر با استفاده از ICهای درایور LED اختصاصی برای توان بالاتر یا چندین LED باشند.

8.2 ملاحظات طراحی

نکات کلیدی طراحی شامل مدیریت حرارتی (محاسبه عملکرد مورد نیاز هیت‌سینک)، طراحی نوری (انتخاب لنز برای الگوی پرتو مطلوب) و طراحی الکتریکی (اطمینان از اینکه درایور می‌تواند جریان ثابتی را در محدوده ولتاژ ورودی و دمای محیط مورد انتظار ارائه دهد) می‌شود. منحنی‌های کاهش رتبه (دریتینگ) که حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهند، برای طراحی قابل اطمینان حیاتی هستند.

9. مقایسه فنی

در حالی که این دیتاشیت یک محصول واحد را توصیف می‌کند، طراحان اغلب آن را با گزینه‌های دیگر مقایسه می‌کنند. نقاط مقایسه بالقوه می‌تواند شامل بازده نوری بالاتر (لومن بر وات)، نمود رنگ بهتر (CRI بالاتر)، محدوده دمای کاری وسیع‌تر یا اندازه پکیج فشرده‌تر در مقایسه با نسل‌های قبلی یا محصولات رقبا باشد. وضعیت "بازنگری 3" نشان‌دهنده بهبودهای تدریجی نسبت به نسخه‌های قبلی است، احتمالاً در زمینه‌هایی مانند راندمان، قابلیت اطمینان یا یکنواختی رنگ.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوالات متداول بر اساس پارامترهای فنی شامل موارد زیر است: "از چه جریان درایوری باید استفاده کنم؟" (پاسخ: جریان مستقیم معمولی مشخص شده، If). "چرا LED من کمرنگ‌تر از حد انتظار است؟" (پاسخ‌های احتمالی: دمای اتصال خیلی بالا، جریان درایو کمتر از مشخصات، یا انتخاب نادرست دسته شار). "آیا می‌توانم چندین LED را به صورت موازی وصل کنم؟" (پاسخ: بدون بالانس جریان جداگانه توصیه نمی‌شود، به دلیل تغییرات Vf؛ اتصال سری با یک درایور جریان ثابت ترجیح داده می‌شود). "طول عمر مورد انتظار چقدر است؟" (پاسخ: معمولاً به عنوان زمان تا زمانی که شار نوری تحت شرایط مشخص شده به 70٪ یا 50٪ از مقدار اولیه خود کاهش یابد تعریف می‌شود، اغلب 50,000 ساعت).

11. موارد استفاده عملی

بر اساس مشخصات متداول برای یک قطعه با دیتاشیت نهایی، کاربردهای عملی شامل موارد زیر است:روشنایی معماری:استفاده در چراغ‌های خطی یا داون‌لایت‌هایی که در آن‌ها یکنواختی رنگ و طول عمر بالا از اهمیت بالایی برخوردار است.الکترونیک مصرفی:عملکرد به عنوان چراغ‌های نشانگر وضعیت یا نور پس‌زمینه صفحه کلید در دستگاه‌هایی که نیاز به روشنایی قابل اطمینان و کم‌مصرف دارند.روشنایی داخلی خودرو:تأمین نور نقشه، نور سقفی یا نورپردازی تزئینی، که از عملکرد پایدار در محدوده دمایی وسیع بهره می‌برند.

12. مقدمه‌ای بر اصل کار

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از نیمه‌هادی نوع n و حفره‌ها از نیمه‌هادی نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ناحیه فعال تعیین می‌شود. LEDهای سفید معمولاً با پوشش دادن یک تراشه LED آبی با فسفر زرد ایجاد می‌شوند؛ بخشی از نور آبی به نور زرد تبدیل می‌شود و مخلوط نور آبی و زرد به عنوان نور سفید درک می‌شود.

13. روندهای فناوری

صنعت LED به طور مداوم در حال تکامل است. روندهای کلی شامل افزایش بازده نوری است که امکان خروجی نور بیشتر با مصرف برق و حرارت کمتر را فراهم می‌کند. تلاش برای دستیابی به شاخص‌های نمود رنگ بالاتر (CRI >90، حتی >95) برای کاربردهایی مانند روشنایی خرده‌فروشی و موزه‌ها وجود دارد. کوچک‌سازی ادامه دارد و امکان کاربردهای جدید در نمایشگرهای فوق نازک را فراهم می‌کند. علاوه بر این، توسعه LEDها بر روی بسترهای غیرسنتی و سیستم‌های فسفر جدید با هدف بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌ها در حال انجام است. وجود یک دیتاشیت "بازنگری 3" بازتاب این فرآیند تکراری بهبود و پالایش محصول است.