دیتاشیت قطعه LED - نسخه ۳ - فاز چرخه عمر - انتشار دائمی - سند فنی انگلیسی

۱. مرور کلی محصول

این دیتاشیت فنی، مشخصات جامعی برای یک قطعه دیود نورافشان (LED) ارائه می‌دهد. این سند در حال حاضر در سومین نسخه بازنگری شده خود قرار دارد که نشان‌دهنده طراحی محصولی بالغ و پایدار با پارامترهای نهایی است. فاز چرخه عمر به عنوان "نسخه بازنگری شده" تعیین شده و محصول تاریخ انتشار ۱۴ آذر ۱۳۹۳ (۵ دسامبر ۲۰۱۴) را دارد. دوره اعتبار به عنوان "دائمی" علامت‌گذاری شده است، که نشان می‌دهد این نسخه از دیتاشیت برای اهداف مرجع و طراحی به طور نامحدود معتبر باقی می‌ماند، اگرچه همیشه به کاربران توصیه می‌شود برای طراحی‌های جدید، جدیدترین مستندات موجود را بررسی کنند.

مزیت اصلی این قطعه در ویژگی‌های فنی مشخص و پایدار آن نهفته است که برای بهینه‌سازی عملکرد و قابلیت اطمینان، چندین بار بازنگری شده است. این قطعه برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای عمومی روشنایی، نشانگر و نور پس‌زمینه که نیازمند عملکرد یکنواخت هستند، مناسب است.

۲. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

در حالی که گزیده PDF ارائه شده بر روی فراداده‌های سند متمرکز است، یک دیتاشیت LED معمولی از این نوع حاوی پارامترهای فنی دقیق خواهد بود. بخش‌های زیر، پارامترهای مورد انتظار و حیاتی که عملکرد قطعه را تعریف می‌کنند، تشریح می‌کنند.

۲.۱ ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

ویژگی‌های نورسنجی برای طراحی روشنایی اساسی هستند. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• شار نوری:کل نور مرئی ساطع شده توسط LED، که بر حسب لومن (lm) اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار معمولاً در یک جریان آزمایش استاندارد (مثلاً ۲۰ میلی‌آمپر، ۶۵ میلی‌آمپر، ۱۵۰ میلی‌آمپر) و دمای پیوند (مثلاً ۲۵ درجه سانتی‌گراد) مشخص می‌شود.
• طول موج غالب / دمای رنگ مرتبط (CCT):برای LEDهای رنگی، طول موج غالب (بر حسب نانومتر) رنگ درک شده را تعریف می‌کند (مثلاً ۶۳۰ نانومتر برای قرمز، ۵۲۵ نانومتر برای سبز، ۴۷۰ نانومتر برای آبی). برای LEDهای سفید، CCT (بر حسب کلوین، K) نشان می‌دهد که نور سفید گرم (مثلاً ۲۷۰۰K-۳۵۰۰K)، سفید خنثی (مثلاً ۴۰۰۰K-۵۰۰۰K) یا سفید سرد (مثلاً ۵۷۰۰K-۶۵۰۰K) است.
• شاخص نمود رنگ (CRI):برای LEDهای سفید، CRI (Ra) توانایی آشکارسازی رنگ‌های اشیا را در مقایسه با یک منبع نور ایده‌آل اندازه‌گیری می‌کند. CRI بالاتر (نزدیک به ۱۰۰) برای کاربردهایی که نیازمند درک دقیق رنگ هستند، مطلوب است.
• زاویه دید:زاویه‌ای که در آن شدت نورانی نصف حداکثر شدت است (معمولاً با 2θ½ نشان داده می‌شود). زوایای دید رایج ۱۲۰ درجه، ۱۴۰ درجه یا پرتوهای باریک خاص هستند.

۲.۲ پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی برای طراحی مدار و انتخاب درایور بسیار مهم هستند.

• ولتاژ مستقیم (V_F):افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار در جریان مستقیم مشخص شده. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی منبع تغذیه و مدیریت حرارتی است. V_Fمعمولاً یک محدوده دارد (مثلاً ۲.۸ ولت تا ۳.۴ ولت در ۲۰ میلی‌آمپر) و وابسته به دما است.
• جریان مستقیم (I_F):جریان عملیاتی پیوسته توصیه شده. تجاوز از حداکثر جریان مستقیم مجاز می‌تواند به شدت عمر مفید را کاهش دهد یا باعث خرابی فوری شود.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر ولتاژی که می‌توان در جهت معکوس اعمال کرد بدون آسیب رساندن به LED. LEDها دارای رتبه‌بندی ولتاژ معکوس بسیار پایینی هستند (معمولاً ۵ ولت).
• اتلاف توان:توان الکتریکی تبدیل شده به گرما (V_F* I_F)، که باید از طریق هیت‌سینک مناسب مدیریت شود.

۲.۳ مشخصات حرارتی

عملکرد و طول عمر LED به شدت به دما حساس است.

• دمای پیوند (T_j):دمای در محل اتصال p-n تراشه نیمه‌هادی. حداکثر T_jمجاز (مثلاً ۱۲۵ درجه سانتی‌گراد) یک حد قابلیت اطمینان کلیدی است.
• مقاومت حرارتی (R_θJAیا R_θJC):مقاومت در برابر جریان گرما از پیوند به محیط (JA) یا بدنه (JC). مقادیر مقاومت حرارتی پایین‌تر نشان‌دهنده قابلیت بهتر دفع حرارت است که برای حفظ عملکرد و طول عمر ضروری است.
• منحنی‌های کاهش دما:نمودارهایی که نشان می‌دهند چگونه حداکثر جریان مستقیم باید با افزایش دمای محیط یا بدنه کاهش یابد تا دمای پیوند در محدوده ایمن باقی بماند.

۳. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

به دلیل تغییرات تولید، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند. این سیستم اطمینان می‌دهد که طراحان قطعاتی را در محدوده تلورانس مشخص شده دریافت می‌کنند.

• دسته‌بندی طول موج / CCT:LEDها در محدوده‌های تنگ طول موج یا CCT گروه‌بندی می‌شوند (مثلاً بیضی‌های مک‌آدام ۳ مرحله‌ای، ۵ مرحله‌ای برای LEDهای سفید) تا یکنواختی رنگ در یک دسته تضمین شود.
• دسته‌بندی شار نوری:LEDها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در شرایط آزمایش استاندارد مرتب می‌شوند که امکان انتخاب قطعات برای نیازهای روشنایی خاص را فراهم می‌کند.
• دسته‌بندی ولتاژ مستقیم:دسته‌بندی بر اساس محدوده V_Fبه طراحی مدارهای درایور کارآمد و مدیریت توزیع توان در آرایه‌ها کمک می‌کند.

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

• منحنی مشخصه I-V (جریان-ولتاژ):رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است و نقطه کار توسط مدار درایور تنظیم می‌شود.
• شار نوری نسبی در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل افت بازده و گرمایش، به صورت زیرخطی است.
• شار نوری نسبی در مقابل دمای پیوند:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد. این اثر خاموشی حرارتی یک ملاحظه طراحی حیاتی است.
• توزیع طیفی توان (SPD):نموداری که شدت نور ساطع شده در هر طول موج را ترسیم می‌کند. برای LEDهای سفید، این نمودار قله پمپ آبی و طیف وسیع‌تر تبدیل شده توسط فسفر را نشان می‌دهد.

۵. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ابعاد فیزیکی و جزئیات مونتاژ برای چیدمان PCB و یکپارچه‌سازی مکانیکی ضروری هستند.

• ابعاد پکیج:نقشه مکانیکی دقیق با طول، عرض، ارتفاع و تلورانس‌ها (مثلاً ۲.۸ میلی‌متر × ۳.۵ میلی‌متر × ۱.۲ میلی‌متر برای پکیج ۲۸۳۵).
• چیدمان پد (فوت‌پرینت):الگوی لند PCB توصیه شده (اندازه، شکل و فاصله پد) برای اطمینان از لحیم‌کاری و اتصال حرارتی قابل اطمینان.
• شناسایی قطبیت:نشانه واضح (مثلاً یک شکاف، گوشه بریده شده یا علامت کاتد) برای نشان دادن ترمینال‌های آند و کاتد جهت اتصال الکتریکی صحیح.
• مواد عدسی و پکیج:شرح مواد پوشش (مثلاً سیلیکون، اپوکسی) و شکل عدسی (گنبدی، تخت) که بر توزیع نور تأثیر می‌گذارند.

۶. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت و مونتاژ صحیح برای قابلیت اطمینان حیاتی هستند.

• پروفیل لحیم‌کاری ریفلو:پروفیل زمان-دمای توصیه شده برای لحیم‌کاری بدون سرب (مثلاً SnAgCu) یا لحیم قلع-سرب، شامل پیش‌گرم، خیساندن، دمای اوج ریفلو (معمولاً بیش از ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد نیست) و نرخ‌های خنک‌سازی.
• دستورالعمل‌های لحیم‌کاری دستی:در صورت امکان، دستورالعمل‌هایی برای دما و مدت زمان لحیم‌کاری دستی.
• حساسیت ESD (تخلیه الکترواستاتیک):اکثر LEDها به ESD حساس هستند و نیاز به مدیریت در یک منطقه محافظت شده از ESD با استفاده از اتصال زمین مناسب دارند.
• شرایط نگهداری:محدوده‌های دمایی و رطوبتی توصیه شده برای نگهداری بلندمدت (مثلاً<۴۰- درجه سانتی‌گراد،<۶۰٪ رطوبت نسبی) برای جلوگیری از جذب رطوبت و تخریب.

۷. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

اطلاعات مرتبط با لجستیک و خرید.

• مشخصات ریل/نوار:جزئیات عرض نوار حامل، ابعاد جیب، قطر ریل و تعداد در هر ریل (مثلاً ۴۰۰۰ قطعه در هر ریل ۱۳ اینچی).
• قاعده شماره مدل:توضیح اینکه چگونه شماره قطعه ویژگی‌های کلیدی مانند رنگ، دسته شار نوری، دسته ولتاژ، CCT و نوع پکیج را کدگذاری می‌کند.
• برچسب‌گذاری و ردیابی:شرح اطلاعات چاپ شده روی برچسب ریل، شامل شماره قطعه، کد دسته، تعداد و کد تاریخ.

۸. توصیه‌های کاربردی

راهنمایی برای پیاده‌سازی مؤثر قطعه.

• مدارهای کاربردی معمول:نمونه‌های شماتیک نشان‌دهنده LED که توسط یک منبع جریان ثابت یا با یک مقاومت محدودکننده جریان ساده راه‌اندازی می‌شود.
• طراحی مدیریت حرارتی:توصیه حیاتی در مورد چیدمان PCB برای دفع حرارت، مانند استفاده از وایاهای حرارتی، مساحت کافی مس و احتمالاً یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) برای کاربردهای پرتوان.
• ملاحظات طراحی نوری:یادداشت‌هایی در مورد اپتیک ثانویه (عدسی‌ها، بازتابنده‌ها) و تأثیر زاویه دید LED بر توزیع نوری نهایی.
• قابلیت اطمینان و طول عمر:بحث در مورد عوامل مؤثر بر طول عمر LED (L70, L50)، که عمدتاً توسط جریان عملیاتی و دمای پیوند هدایت می‌شود. دستورالعمل‌های کاهش رتبه برای دستیابی به عمرهای هدف.

۹. مقایسه و تمایز فنی

در حالی که نام‌های خاص رقبا حذف شده‌اند، دیتاشیت حاکی از محصولی است که از طریق سه بازنگری پالایش شده است. نقاط تمایز بالقوه بر اساس معیارهای رایج صنعت شامل موارد زیر است:

• بازده نوری بالا:احتمالاً ارائه لومن بیشتر در هر وات در مقایسه با نسل‌های قبلی یا محصولات استاندارد، منجر به بازده انرژی بالاتر می‌شود.
• یکنواختی رنگ برتر:تلورانس‌های تنگ دسته‌بندی برای طول موج و CCT، کاهش تغییر رنگ در مجموعه‌های چند LED.
• عملکرد حرارتی قوی:طراحی پکیج با مقاومت حرارتی پایین که امکان جریان‌های درایو بالاتر یا طول عمر بهتر در فضاهای فشرده را فراهم می‌کند.
• قابلیت اطمینان و طول عمر بالا:عملکرد اثبات شده از یک نسخه بازنگری شده بالغ، با داده‌هایی که از حفظ شار نوری بلندمدت تحت شرایط مشخص شده پشتیبانی می‌کنند.

۱۰. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

پاسخ به سوالات رایج طراحی بر اساس پارامترهای فنی.

• س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنم؟ج: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک درایور جریان ثابت یا یک منبع ولتاژ با یک مقاومت سری محدودکننده جریان برای جلوگیری از فرار حرارتی و تخریب الزامی است.
• س: چرا خروجی نور آرایه LED من بین واحدها متفاوت است؟ج: این احتمالاً به دلیل عدم توجه به دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (V_F) است. هنگام اتصال LEDها به صورت موازی بدون کنترل جریان جداگانه، تفاوت در V_Fسبب توزیع نابرابر جریان می‌شود. اتصال سری یا درایورهای جداگانه برای هر LED توصیه می‌شود.
• س: LED با گذشت زمان کم‌نور می‌شود. آیا این طبیعی است؟ج: بله، همه LEDها افت شار نوری را تجربه می‌کنند. نرخ آن عمدتاً توسط دمای پیوند عملیاتی تعیین می‌شود. کار در جریان توصیه شده یا پایین‌تر و با مدیریت حرارتی مؤثر، طول عمر را به حداکثر می‌رساند (مثلاً L70 - زمان تا ۷۰٪ از لومن اولیه).
• س: تأثیر دیمرینگ PWM بر عمر LED چیست؟ج: دیمرینگ PWM (مدولاسیون عرض پالس) که به درستی و در فرکانس به اندازه کافی بالا (>۱۰۰ هرتز) پیاده‌سازی شود، تأثیر منفی بر عمر LED ندارد، زیرا LED را بین حالت‌های کاملاً روشن و خاموش سوئیچ می‌کند بدون تغییر دامنه جریان.

۱۱. موارد عملی طراحی و استفاده

نمونه‌های گویا از چگونگی تبدیل پارامترهای قطعه به طراحی‌های دنیای واقعی.

• مورد ۱: ماژول LED خطی برای نورپردازی سقف کاذب معماری:یک طراحی با استفاده از ۵۰ LED به صورت سری، که توسط یک درایور جریان ثابت واحد راه‌اندازی می‌شود. ولتاژ مستقیم کل با جمع‌زدن V_Fمعمول هر LED محاسبه می‌شود. مدیریت حرارتی با نصب LEDها روی یک نوار PCB آلومینیومی حاصل می‌شود، با محاسباتی که برای اطمینان از باقی ماندن دمای پیوند زیر ۸۵ درجه سانتی‌گراد برای عمر هدف L90 معادل ۵۰۰۰۰ ساعت انجام می‌شود.
• مورد ۲: واحد نور پس‌زمینه برای یک نمایشگر صنعتی:یک آرایه از ۱۰۰ LED که در یک ماتریس ۱۰×۱۰ روی یک PCB استاندارد FR4 چیده شده‌اند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت، LEDها از یک دسته شار نوری واحد استفاده می‌شوند. یک لایه پخش‌کننده روی آرایه قرار می‌گیرد تا نور یکنواخت شود. طراحی از رشته‌های موازی LEDهای متصل به صورت سری با مقاومت‌های متعادل‌کننده برای مدیریت V_F variations.

۱۲. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع n با حفره‌های ماده نوع p در محل پیوند بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی ماده نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود (مثلاً InGaN برای آبی/سبز، AlInGaP برای قرمز/کهربایی). LEDهای سفید معمولاً با پوشش دادن تراشه LED آبی با یک ماده فسفر ایجاد می‌شوند که بخشی از نور آبی را به طول موج‌های بلندتر (زرد، قرمز) تبدیل می‌کند و در نتیجه نور سفید تولید می‌شود.

۱۳. روندها و تحولات فناوری

صنعت LED همچنان در حال تکامل است. در حالی که این دیتاشیت نمایانگر یک محصول پایدار است، روندهای گسترده‌تر شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:تحقیقات مداوم با هدف تولید لومن بیشتر در هر وات، کاهش مصرف انرژی برای همان خروجی نور.
• بهبود کیفیت رنگ:توسعه فسفرها و راه‌حل‌های چند تراشه‌ای برای دستیابی به مقادیر CRI بالاتر و رنگ‌های اشباع‌شده‌تر برای کاربردهای تخصصی.
• کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی:روند به سمت اندازه‌های پکیج کوچکتر (مثلاً میکرو LED) و ماژول‌های یکپارچه ترکیب‌کننده LEDها، درایورها و مدارهای کنترلی (مثلاً COB - تراشه روی برد).
• روشنایی هوشمند و متصل:یکپارچه‌سازی سنسورها، پروتکل‌های ارتباطی (زیگبی، بلوتوث، DALI) و قابلیت‌های اینترنت اشیا در سیستم‌های روشنایی، اگرچه این معمولاً در سطح سیستم است نه سطح قطعه که در این دیتاشیت توصیف شده است.