دیتاشیت قطعه LED - نسخه‌بندی چرخه عمر 1 - تاریخ انتشار 2013-11-14 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند فنی، مشخصات جامع و راهنمای کاربردی یک قطعه دیود نورافشان (LED) را ارائه می‌دهد. تمرکز اصلی این دیتاشیت، تشریح مدیریت چرخه عمر و تاریخچه نسخه‌بندی محصول است تا کاربران به روزترین و دقیق‌ترین اطلاعات فنی دسترسی داشته باشند. این قطعه برای کاربردهای عمومی روشنایی و نشانگر طراحی شده و تعادلی بین عملکرد، قابلیت اطمینان و بازدهی ارائه می‌کند. مزایای اصلی آن شامل عملکرد پایدار در طول چرخه عمر، رهگیری واضح نسخه‌ها و پایبندی به استانداردهای مستندسازی فنی است. بازار هدف طیف وسیعی از صنایع از جمله الکترونیک مصرفی، روشنایی خودرو، کنترل‌های صنعتی و تابلوهای عمومی را در بر می‌گیرد، جایی که عملکرد یکنواخت قطعه و قابلیت رهگیری حیاتی است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

اگرچه بخش ارائه شده PDF بر داده‌های چرخه عمر متمرکز است، یک دیتاشیت کامل LED معمولاً شامل پارامترهای فنی دقیق است. بخش‌های زیر دسته‌بندی‌های استاندارد اطلاعات ضروری برای طراحی و کاربرد را تشریح می‌کنند.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

ویژگی‌های نورسنجی، خروجی نور و کیفیت LED را تعریف می‌کنند. پارامترهای کلیدی شامل شار نوری، اندازه‌گیری شده بر حسب لومن (lm)، که نشان‌دهنده کل توان نور درک شده ساطع شده است. طول موج غالب یا دمای رنگ متناظر (CCT) رنگ نور را مشخص می‌کند که برای LEDهای سفید از سفید گرم (مثلاً 2700K) تا سفید سرد (مثلاً 6500K) و برای LEDهای رنگی مقادیر خاص نانومتر (nm) (مثلاً 630nm برای قرمز) متغیر است. مختصات رنگی (مثلاً CIE x, y) یک نقطه رنگی دقیق روی نمودار فضای رنگ ارائه می‌دهند. زاویه دید، که معمولاً به عنوان زاویه‌ای تعریف می‌شود که شدت نورانی به نصف حداکثر مقدار خود می‌رسد، الگوی پرتو را تعیین می‌کند. برای کاربردهای با بازآفرینی رنگ بالا، شاخص بازآفرینی رنگ (CRI) معیاری حیاتی است و مقادیر بالای 80 برای روشنایی عمومی خوب در نظر گرفته می‌شود.

2.2 پارامترهای الکتریکی

پارامترهای الکتریکی برای طراحی مدار اساسی هستند. ولتاژ مستقیم (Vf) افت ولتاژ دو سر LED هنگام کار در جریان مستقیم مشخص شده (If) است. این مقدار وابسته به دما است و معمولاً در یک جریان آزمایش استاندارد (مثلاً 20mA، 150mA، 350mA) و دمای پیوند (مثلاً 25°C) ارائه می‌شود. رتبه جریان مستقیم، حداکثر جریان پیوسته‌ای است که LED بدون آسیب می‌تواند تحمل کند. ولتاژ معکوس (Vr) حداکثر ولتاژی را مشخص می‌کند که می‌توان در جهت بایاس معکوس قبل از وقوع شکست اعمال کرد. مقاومت دینامیکی، مشتق شده از شیب منحنی IV، برای تحلیل پایداری درایور مهم است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت تحت تأثیر مدیریت حرارتی قرار دارد. دمای پیوند (Tj) دمای خود تراشه نیمه‌هادی است. مقاومت حرارتی از پیوند به نقطه لحیم (Rth j-sp) یا پیوند به محیط (Rth j-a) میزان انتقال مؤثر گرما از تراشه را کمّی می‌کند. مقاومت حرارتی پایین‌تر نشان‌دهنده دفع حرارت بهتر است. حداکثر دمای مجاز پیوند (Tj max) حد مطلق برای کارکرد مطمئن است. تجاوز از این دما افت لومن را تسریع کرده و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود. هیت‌سینک مناسب برای حفظ Tj در محدوده ایمن ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

به دلیل تغییرات تولید، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی درون یک دسته تولید و بین سفارش‌ها تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی طول موج / دمای رنگ

LEDها بر اساس طول موج غالب (برای LEDهای تک‌رنگ) یا دمای رنگ متناظر و مختصات رنگی (برای LEDهای سفید) دسته‌بندی می‌شوند. دسته‌ها توسط محدوده‌های کوچک روی نمودار رنگ CIE (مثلاً بیضی‌های مک‌آدام) تعریف می‌شوند. دسته‌بندی فشرده‌تر (بیضی‌های کوچک‌تر) تغییر رنگ حداقلی در یک آرایه را تضمین می‌کند اما ممکن است هزینه را افزایش دهد.

3.2 دسته‌بندی شار نوری

خروجی شار نوری نیز دسته‌بندی می‌شود. یک طرح دسته‌بندی متداول ممکن است LEDها را بر اساس حداقل شار نوری در یک جریان آزمایش مشخص دسته‌بندی کند. برای مثال، دسته‌ها ممکن است با کدهایی نشان‌دهنده یک محدوده درصدی از مقدار شار معمول برچسب‌گذاری شوند.

3.3 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم برای کمک به طراحی درایور و اطمینان از روشنایی یکنواخت در پیکربندی‌های موازی دسته‌بندی می‌شود. دسته‌ها محدوده‌ای از مقادیر Vf را مشخص می‌کنند (مثلاً 2.8V - 3.0V، 3.0V - 3.2V). انتخاب LEDها از یک دسته Vf یکسان می‌تواند تطابق جریان را در آرایه‌ها بهبود بخشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار LED تحت شرایط 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 منحنی غیرخطی است و یک ولتاژ روشنایی ("زانو"ی منحنی) را نشان می‌دهد که پس از آن جریان با افزایش اندک ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. این منحنی برای طراحی درایورهای جریان ثابت ضروری است، زیرا نیاز به تنظیم جریان به جای تنظیم ولتاژ برای کنترل خروجی نور را برجسته می‌کند.

4.2 ویژگی‌های وابسته به دما

نمودارهای کلیدی وابستگی پارامترها به دما را نشان می‌دهند. شار نوری در مقابل دمای پیوند معمولاً کاهش خروجی با افزایش دما را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم در مقابل دما یک ضریب دمایی منفی نشان می‌دهد (Vf با افزایش Tj کاهش می‌یابد). درک این روابط برای طراحی حرارتی و پیش‌بینی عملکرد در محیط کاربردی حیاتی است.

4.3 توزیع طیفی توان

نمودار توزیع طیفی توان (SPD) توان تابشی نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند. برای LEDهای سفید مبتنی بر تراشه آبی و فسفر، قله انتشار آبی و طیف وسیع‌تر تبدیل شده فسفر زرد/سبز/قرمز را نشان می‌دهد. SPD معیارهای کیفیت رنگ مانند CRI و دمای رنگ را تعیین می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

مشخصات فیزیکی چیدمان صحیح PCB و مونتاژ را تضمین می‌کنند.

5.1 نقشه ابعاد

یک نقشه ابعادی دقیق تمام اندازه‌گیری‌های حیاتی را ارائه می‌دهد: طول، عرض و ارتفاع کلی، ابعاد لنز و فاصله پایه‌ها (برای نوع سوراخ‌دار) یا ابعاد پد (برای SMD). تلرانس برای هر بعد مشخص شده است.

5.2 طراحی چیدمان پد

برای قطعات نصب سطحی (SMDs)، الگوی لند (فوت‌پرینت) توصیه شده برای PCB ارائه می‌شود. این شامل اندازه، شکل و فاصله پدها است که برای دستیابی به اتصال لحیمی مطمئن و اتصال حرارتی مناسب حیاتی هستند.

5.3 شناسایی قطبیت

روش شناسایی آند و کاتد به وضوح نشان داده شده است. برای LEDهای SMD، این اغلب یک علامت روی بسته‌بندی (مثلاً یک نقطه سبز، یک شکاف یا یک گوشه پخ‌خورده) یا اندازه/شکل متفاوت پد در سطح زیرین است. برای LEDهای سوراخ‌دار، کاتد معمولاً توسط یک لبه صاف روی لنز یا یک پایه کوتاه‌تر نشان داده می‌شود.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

کار و مونتاژ صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی است.

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ريفلو

یک پروفیل دمایی لحیم‌کاری ريفلو توصیه شده برای قطعات SMD ارائه می‌شود. این شامل نرخ‌ها و مدت زمان‌های پیش‌گرم، خیساندن، ريفلو (دمای اوج) و خنک‌سازی است. حداکثر دمای اوج و زمان بالای نقطه ذوب برای جلوگیری از آسیب به بسته‌بندی LED و مواد داخلی مشخص شده است.

6.2 احتیاط‌ها و نحوه کار

احتیاط‌های عمومی شامل اجتناب از تنش مکانیکی روی لنز، جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) در حین کار (LEDها اغلب به ESD حساس هستند) و عدم تماس دست با لنز برای جلوگیری از آلودگی است. توصیه‌هایی برای مواد شوینده سازگار با مواد بسته‌بندی نیز ممکن است گنجانده شود.

6.3 شرایط نگهداری

شرایط نگهداری ایده‌آل برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری و جلوگیری از جذب رطوبت (برای بسته‌بندی‌های حساس به رطوبت) مشخص شده است. این معمولاً شامل نگهداری در محیطی خشک (رطوبت کم) در دمای متوسط، اغلب در کیسه‌های مهر و موم شده ضد رطوبت با ماده خشک‌کن است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

اطلاعات برای خرید و لجستیک.

7.1 مشخصات بسته‌بندی

بسته‌بندی واحد توصیف شده است (مثلاً نوار و قرقره برای SMDها، لوله یا سینی). مشخصات کلیدی قرقره شامل عرض نوار، فاصله جیب (پیچ)، قطر قرقره و تعداد در هر قرقره است. خواص ضد استاتیک مواد بسته‌بندی ذکر شده است.

7.2 اطلاعات برچسب‌گذاری

اطلاعات چاپ شده روی برچسب بسته‌بندی توضیح داده شده است که ممکن شامل شماره قطعه، تعداد، کد دسته/بچ، کد تاریخ و کدهای دسته‌بندی برای شار نوری و رنگ باشد.

7.3 قوانین شماره قطعه / نام مدل

ساختار شماره قطعه رمزگشایی می‌شود. این معمولاً شامل فیلدهایی است که نشان‌دهنده سری محصول، رنگ، دسته شار، دسته رنگ، دسته ولتاژ، نوع بسته‌بندی و گاهی ویژگی‌های خاص است. این به کاربران اجازه می‌دهد تا مشخصات عملکردی دقیق مورد نیاز را مشخص کنند.

8. پیشنهادات کاربردی

راهنمایی برای پیاده‌سازی LED در محصولات نهایی.

8.1 مدارهای کاربردی متداول

شماتیک‌هایی برای مدارهای درایور پایه اغلب ارائه می‌شود. متداول‌ترین آن یک مقاومت سری با منبع ولتاژ ثابت است که برای نشانگرهای کم‌جریان مناسب است. برای کاربردهای روشنایی، مدارهای درایور جریان ثابت (با استفاده از ICهای اختصاصی یا ترانزیستورها) توصیه می‌شود تا خروجی نور پایدار صرف نظر از تغییرات ولتاژ مستقیم تضمین شود.

8.2 ملاحظات طراحی

عوامل طراحی حیاتی برجسته شده‌اند: مدیریت حرارتی (مساحت مسی PCB، وایاهای حرارتی، هیت‌سینک خارجی احتمالی)، طراحی نوری (انتخاب لنز برای الگوی پرتو مورد نظر)، طراحی الکتریکی (انتخاب درایور بر اساس نیازهای جریان/ولتاژ، محافظت در برابر قطبیت معکوس و گذرا) و سازگاری با تاریکی (PWM در مقابل آنالوگ).

9. مقایسه فنی

یک مقایسه عینی با سایر فناوری‌های LED یا نسل‌های قبلی می‌تواند جایگاه محصول را در بستر قرار دهد. این ممکن است شامل مقایسه بازده (لومن بر وات)، شاخص بازآفرینی رنگ (CRI)، طول عمر (رتبه‌بندی‌های L70/B50)، اندازه بسته‌بندی و عملکرد حرارتی در برابر جایگزین‌هایی مانند لامپ‌های رشته‌ای، CFLها یا سایر بسته‌بندی‌های LED باشد. تمایز ممکن است در یک حوزه خاص مانند بازده بالاتر در جریان معین، یکنواختی رنگ بهتر یا فاکتور فرم فشرده‌تر که امکان‌های طراحی جدیدی را فراهم می‌کند، باشد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

پاسخ به پرسش‌های فنی متداول بر اساس پارامترها.

• س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟ج: برای کارکرد پایدار توصیه نمی‌شود. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک تغییر کوچک در ولتاژ مستقیم باعث تغییر بزرگی در جریان می‌شود. یک درایور جریان ثابت برای روشنایی یکنواخت و طول عمر، به ویژه برای LEDهای پرقدرت، ضروری است.
• س: چگونه مقدار مقاومت سری را برای یک مدار نشانگر ساده محاسبه کنم؟ج: از قانون اهم استفاده کنید: R = (Vsupply - Vf_led) / If_desired. اطمینان حاصل کنید که توان مجاز مقاومت کافی است: P_resistor = (If_desired)^2 * R.
• س: چرا شار نوری در کاربرد من کمتر از مقدار دیتاشیت است؟ج: مقادیر دیتاشیت معمولاً در دمای پیوند 25°C اندازه‌گیری می‌شوند. در کاربرد شما، دمای پیوند احتمالاً به دلیل دفع حرارت کمتر از ایده‌آل بالاتر است که باعث افت شار می‌شود. همچنین، مطمئن شوید که LED را دقیقاً در جریان آزمایش مشخص شده راه‌اندازی می‌کنید.
• س: آیا می‌توانم چند LED را مستقیماً به صورت موازی وصل کنم؟ج: اتصال موازی مستقیم به طور کلی به دلیل تغییرات در ولتاژ مستقیم توصیه نمی‌شود. LEDهایی با Vf کمی پایین‌تر جریان نامتناسبی بیشتری می‌کشند که منجر به روشنایی ناهموار و تنش بیش از حد بالقوه می‌شود. از مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه برای هر شاخه موازی یا یک درایور چند کاناله اختصاصی استفاده کنید.

11. موارد استفاده عملی

نمونه‌هایی از چگونگی تبدیل پارامترهای خاص LED به طراحی‌های واقعی.

• مورد 1: روشنایی طاقچه معماری:استفاده از LEDهای دسته‌بندی شده برای یکنواختی رنگ فشرده (مثلاً درون یک بیضی 3 مرحله‌ای مک‌آدام) برای اطمینان از نور سفید یکنواخت در طول یک طاقچه بلند بدون تغییر رنگ قابل مشاهده. طراحی از یک درایور جریان ثابت با تاریکی PWM برای کنترل نرم روشنایی استفاده می‌کند و PCB شامل پدهای حرارتی بزرگ برای مدیریت گرما است.
• مورد 2: نور پس زمینه کلید داخلی خودرو:انتخاب یک طول موج غالب خاص (مثلاً 625nm قرمز) برای انطباق با استانداردهای رنگ خودرو. طراحی با کاهش جریان درایور برای حفظ دمای پیوند زیر حداکثر مقدار مجاز، محیط دمای بالای محیط را در نظر می‌گیرد تا قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود.
• مورد 3: نشانگر وضعیت دستگاه قابل حمل:استفاده از ولتاژ مستقیم پایین و قابلیت جریان LED برای به حداقل رساندن مصرف انرژی از باتری. یک مدار مقاومت سری ساده در اینجا به دلیل سطح توان پایین کافی است. زاویه دید وسیع اطمینان می‌دهد که نشانگر از زوایای مختلف قابل مشاهده است.

12. معرفی اصول کار

یک LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی به شکل فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود (مثلاً InGaN برای آبی/سبز، AlInGaP برای قرمز/کهربایی). LEDهای سفید معمولاً با پوشش دادن یک تراشه LED آبی با فسفر زرد ایجاد می‌شوند؛ بخشی از نور آبی به زرد تبدیل می‌شود و مخلوط نور آبی و زرد به عنوان سفید درک می‌شود. LEDهای سفید پیشرفته‌تر از فسفرهای چندگانه برای دستیابی به بازآفرینی رنگ بالاتر استفاده می‌کنند.

13. روندهای توسعه

صنعت LED با چندین روند عینی واضح 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. کیفیت رنگ در حال بهبود است و LEDهای با CRI بالا (Ra>90) و تمام طیف برای کاربردهای نیازمند بازآفرینی رنگ دقیق رایج‌تر می‌شوند. کوچک‌سازی ادامه دارد و امکان چگالی پیکسل بالاتر در نمایشگرهای دید مستقیم و دیوارهای ویدیویی با گام ریزتر را فراهم می‌کند. تمرکز قوی بر قابلیت اطمینان و پیش‌بینی طول عمر تحت شرایط تنش مختلف وجود دارد. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، که در آن بسته‌بندی‌های LED شامل درایورها، سنسورها و الکترونیک کنترل برای تشکیل "موتورهای نور هوشمند" می‌شوند. در نهایت، گسترش خروجی طیفی فراتر از نور مرئی قابل توجه است، با LEDهای UV-C برای ضدعفونی و LEDهای مادون قرمز برای سنجش که توسعه سریعی را شاهد هستند.

14. مدیریت چرخه عمر و نسخه‌بندی

همانطور که در محتوای PDF ارائه شده نشان داده شده است، این سند به عنواننسخه 1شناسایی شده است. فاز چرخه عمر به عنواننسخهعلامت‌گذاری شده است، که نشان‌دهنده یک نسخه فعال و جاری از مشخصات محصول است. تاریخ انتشار این نسخه به عنوان2013-11-14 15:59:23.0مستند شده است. دوره منقضی شده به عنوانبرای همیشهذکر شده است، که معمولاً نشان می‌دهد این نسخه تاریخ از رده خارج شدن برنامه‌ریزی شده‌ای ندارد و تا زمانی که توسط یک نسخه جدیدتر جایگزین شود معتبر باقی می‌ماند. این رویکرد ساختاریافته به مستندسازی اطمینان می‌دهد که مهندسان و متخصصان خرید می‌توانند به طور دقیق به نسخه خاص مشخصات قطعه استفاده شده در طراحی‌های خود ارجاع دهند، که برای کنترل کیفیت، تکرارپذیری و عیب‌یابی حیاتی است. تغییرات بین نسخه‌ها معمولاً در بخش تاریخچه نسخه‌بندی خلاصه می‌شوند و جزئیات اینکه کدام پارامترها، متن یا نقشه‌ها تغییر، اضافه یا حذف شده‌اند را شرح می‌دهند.